Способ моделирования распределения напряжений в зубе

 

Использование: в моделировании в медицине, а именно в стоматологии. Сущность изобретения: способ заключается во внешнем нагружении со стороны корня модели зуба из оптически прозрачного материала, выполненного с соблюдением геометрического породия, просвечивании модели поляризованным светом, регистрации интерференционной картины, по ней определяют положение области максимальных растягивающих напряжений, по положению которых судят о положении зон, опасных в отношении разрушений тканей реального зуба. 3 ил.

Изобретение относится к моделированию в медицине, а именно в стоматологии, и может быть применено для демонстрации на моделях возникновения повреждений тканей зуба при воспалительных явлениях в курсах терапевтической стоматологии и ортопедии.

Известен способ моделирования распределения напряжений в модели зуба с полостью, наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому, заключающийся в том, что изготавливают модель зуба с полостью, нагружают модель со стороны коронки зуба, просвечивают модель поляризованным светом, регистрируют интерференционную картину, по которой судят об оптимальной геометрии полости зуба для пломбирования.

Общими с предлагаемым способом существенными признаками являются: изготовление модели зуба, нагружение ее силами, просвечивание поляризованным светом, регистрация интерференционной картины.

Недостатком известного способа является недостаточная информативность в отношении зон возможных разрушений тканей зуба, обусловленных влиянием сил, действующих на корень зуба, при наличии воспалительного процесса в тканях, обычно сопровождающего любую фазу разрушения зуба.

Кроме того, в известном способе объектом исследования служит зуб, уже имеющий разрушения, в то время, как практически важным является исследование также и интактного зуба (для прогнозирования возможных разрушений).

Целью изобретения является определение зон возможных разрушений интактного зуба при развитии воспалительных процессов в тканях, окружающих его корни.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе моделирования распределения напряжений в зубе, заключающемся в изготовлении модели зуба, приложении к ней механической нагрузки, просвечивании поляризованным светом, регистрации интерференционной картины, в соответствии с предполагаемым изобретением, нагрузку к модели прикладывают со стороны корня зуба, по интерференционной картине определяют распределение механических напряжений в модели, определяют зоны наибольших растягивающих напряжений и по их положению судят о зоне возможных разрушений тканей зуба.

Модель интактного зуба, нагруженная при моделировании силами, приложенными к корням зуба, рассмотрена впервые.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3 и заключается в следующем. При поражении тканей зубов наблюдаются закономерности в локализации участков кариозного процесса, причем чаще эти участки встречаются в области проекции коронковой пульпы зуба, фиссур и пришеечно-контактных участков. Проводилось исследование напряженного состояния в зубах или в тканях, окружающих их при механическом нагружении модели зуба в области коронки. Такое нагружение приводит к образованию давления на периодонт, благодаря чему к тканям зуба поступают необходимые минеральные вещества. При нарушении этого процесса и при наличии застойных явлений в тканях, окружающих зуб, может возникнуть их воспаление. При образовании воспалительных процессов в верхушке корня зуба вследствие развития острого или хронического периодонтита, при хронических пародонтитах, особенно в стадии обострения (абсцедирующая форма), при дефектах протезирования корень зуба будет испытывать давление. В предлагаемом способе это давление моделируют сжимающими поперечными силами Р (см.фиг.1). На интерференционной картине, полученной при просвечивании модели поляризованным светом, вокруг коронковой пульпы зуба можно наблюдать концентрацию интерференционных полос, аналогичную распределению полос в кривом брусе. Кроме того, и в области приложения сил можно наблюдать концентрацию интерференционных полос, что соответствует локальному распределению напряжений. В реальном зубе причиной этого может быть воспалительный процесс в области верхушки корня зуба, резорбции альвеолярного отростка челюсти у данного зуба. Если воспаление распространяется вдоль всей поверхности корня, это особенно выражено при наличии зубодесневых и костных карманов, при хроническом пародонтите, то на модели концентрация интерференционных полос отмечается также в коронке зуба.

Изменение области приложения силы к корню зуба в модели интактного зуба, соответствующее изменению локализации воспалительного процесса, вызывает тем не менее появление напряжений в коронке зуба, что указывает на тесную связь этих процессов. Изменение силы воздействия приводит к изменению характеристик интерференционной картины, однако локальные напряжения сосредоточены также в области коронки. Расшифровка интерференционной картины дает распределение растягивающих напряжений, отождествляемых с зонами возможного разрушения зуба. Изменение геометрии модели приводит к перераспределению сжимающих напряжений и изменению интерференционной картины при просвечивании, а также к изменению местоположения области растягивающих напряжений.

Способ осуществляют следующим образом. Изготавливают модель зуба из оптически чувствительного материала с соблюдением геометрического подобия. Устанавливают в зажимное устройство, закрепляя область корня. Прикладывают нагрузку, сосредотачивая ее в любой точке корня по условию моделирования. Величина нагрузки произвольна. Модель просвечивают поляризованным светом, например помещают нагруженную модель в поляриметр ПКС-250 и КСП-7, КСП-10, или размещают между двумя поляроидными пленками, причем может быть использован любой источник света. Регистрируют интерференционную картину в модели. Известно, что при приложении нагрузки к модели в оптически чувствительном материале возникают напряжения. Для материала, обладающего упругими оптическими свойствами, связь между поляризационно-оптическими величинами ( - оптическая разность хода, - параметр изоклины) и разностью механических напряжений _xx и _yy и касательным напряжением _xy - линейна (закон Вертгейма) и выражается соотношениями: cos2 = С_о( _xx - _yy) sin2 = 2С_оxy (1) где С_о - коэффициент оптической чувствительности (С_о=30 10^-6 1/МПа).

Из соотношений (1) следует, что увеличение нагрузки приведет к росту двупреломления cos2 , sin2 . Интерференционную картину, регистрируемую в опыте, расшифровывают любым из известных методов, например методом разности касательных напряжений с определением величины двупреломления в модели и напряжений.

Определяют зону максимальных растягивающих напряжений на основании полученных сведений о двупpеломлении и напряжениях, и отождествляют ее с зоной возможных разрушений зуба.

Изменение начальных условий при моделировании производят изменением геометрии модели и точки приложения силы к корню зуба. Модель может быть выполнена из любого оптически чувствительного материала (эпоксидные полимеры, полистирол и т.д.).

П р и м е р 1. Из эпоксидного полимера изготовили модель вертикального сечения зуба-резца в масштабе 1:4:высота модели 95 мм, ширина 30 мм, толщина 3,5 мм. Нагрузку произвольной величины приложили к корню зуба согласно схемы (см.фиг.2). Просвечивали модель поляризованным светом с длиной волны 546 нм. Регистрировали интерференционную картину на фотопластинку. На координатно-синхронном поляриметре КСП-10 измерили двупреломление cos2 по интерференционной картине. Результаты измерений приведены на фиг.3, кривая 1, для области максимальной концентрации интерференционных полос. Расшифровку интерференционной картины проводят обычным (при исследовании методом фотоупругости) способом - методом разности касательных напряжений. Полученные результаты приведены на фиг.3, кривая 2 - напряжения _xx, кривая 3 - напряжения _yy. По эпюре напряжений _yy можно найти область растягивающих напряжений, отвечающую условию _yy > 0. Эти напряжения наиболее опасны и могут привести к разрушению эмали и дентина, для которых прочность при растяжении значительно меньше прочности при сжатии, что подтверждается данными.

П р и м е р 2. Из эпоксидного материала изготовили модель вертикального сечения зуба более сложной геометрии, чем в примере 1 (см.фиг.2), в масштабе 1:4: высота модели 104 мм, ширина 67 мм, толщина 35 мм. Установили модель в зажимное устройство, приложили нагрузку такой же величины, что и в примере 1, освещали модель поляризованным светом с длиной волны 546 нм и регистрировали интерференционную картину на фотопластинку. Интерференционная картина отличается от таковой в примере 1: концентрация полос наблюдается в области фиссур и в пришеечно-контактной. Распределение напряжений в этих областях находили методом касательных напряжений. Зонами растягивающих максимальных напряжений являются пришеечно-контактная область.

Сопоставляя предлагаемый способ с прототипом, можно сказать, что если ткани зуба имеют дефекты, то при приложении сил на корень зуба они будут служить концентраторами напряжений, что приведет к новым разрушениям зуба. Поэтому предлагаемый способ обладает более высокой информативностью за счет выявления возможности образования дополнительных концентраторов напряжений, что не выявляется в прототипе. Предлагаемый способ позволяет моделировать реальные ситуации, возникающие при развитии кариозных полостей, периодонтитах, заболеваниях пародонта, дефектах протезирования, исследовать связь воспалительных процессов с поражением твердых тканей зубов. Способ не требует сложного оборудования при использовании, обладает большой наглядностью, и может быть использован в целях диагностики и прогноза поражений тканей зуба различной этиологии.

Формула изобретения

СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ЗУБЕ, заключающийся во внешнем нагружении модели, выполненной из оптически прозрачного материала с соблюдением геометрического подобия модели зуба, воздействии на нее поляризованным светом и регистрации интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью определения зон возможных разрушений интактного зуба при воспалительных процессах в окружающих корни тканях, внешнее нагружение модели осуществляют со стороны корней зуба, по интерференционной картине определяют зоны наибольших растягивающих напряжений, а по их положению судят о зоне возможных разрушений в реальном зубе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3