Автоматизированное устройство для диагностики в стоматологии

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики ранних стадий стоматологических заболеваний. Устройство содержит две группы оптических волокон, источник излучения, коммутатор каналов, аналого-цифровой преобразователь, персональную ЭВМ и сопряженную с ней через интерфейс видеокамеру. Источник излучения выполнен в виде группы импульсных излучателей разных длин волн, один из них является ультрафиолетовым. Изобретение позволяет повысить точность диагностики, точность локализации границ пораженного участка и более точно дифференцировать патологии. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики и терапии в стоматологии.

Известно устройство, позволяющее визуально определить участки зубной поверхности, пораженные кариесом, при освещении здоровых и кариесных зон лазерным излучением (заявка 0072180 ЕПВ, Illuminating Device for Visual Determination of Areas of Caries on the Surface of a Tooth / H.J.Bjelkhagen). Данное устройство содержит лазер и последовательно соединенные световод и фильтр. Кариесный участок при наблюдении через фильтр, поглощающий излучение на этой длине волны и пропускающий флюоресцентное излучение, будет восприниматься более темной зоной по сравнению со здоровым.

Недостатком данного устройства является субъективность оценки оператора и связанная с этим низкая точность обследований.

Наиболее близким техническим решением является устройство обнаружения зубного кариеса (Заявка 2463608 Франции, Procede et Appareil pour Detector la Presence de Caries en utilisant Luminescence Visible/R.R.Alfano). В основу принципа действия были положены результаты исследований анализа спектра флюоресценции поверхности зуба, в которых было установлено, что разности интенсивностей свечения здоровой и кариесной зон в различных областях спектра неодинаковы. В красной области спектра (длины волн 600-650 нм) разница интенсивностей свечения здоровой и кариесной зон максимальна, а голубой (длины волн 450-500 нм) минимальна.

Оно содержит световод, связанный с источником монохроматического излучения через модулятор. Два световода связаны с фотоприемниками соответственно через два фильтра, пропускающих излучение с разными длинами волн. Выходы фотоприемников связаны с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с индикаторным устройством. Монохроматическое излучение направляется на исследуемую поверхность зуба. С помощью фотоприемников измеряется интенсивность флюоресцентного излучения от поверхности зуба на двух длинах волн. На одной длине волны разница интенсивностей флюоресцентного излучения в пораженных и здоровых зонах зуба минимальна, а на другой - максимальна. Выходные сигналы с фотоприемников, амплитуды которых пропорциональны интенсивности падающего излучения, подаются на дифференциальный усилитель, формирующий разностный сигнал. В здоровых зонах зуба разностный сигнал имеет амплитуду, близкую к нулевому значению. Разностный сигнал, полученный от кариесного участка, имеет амплитуду, существенно отличающуюся от нулевой, что фиксирует индикатор.

Недостатком устройства - прототипа является невозможность более тонкого анализа изменения состояния поверхности исследуемого зуба, а также подверженность устройства влиянию фоновых помех.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке аппарата, обладающего улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении точности диагностики, точности локализации границ пораженного участка, более высокой степени дифференциации патологий.

Этот технический результат достигается тем, что устройство для диагностики в стоматологии, содержащее источник излучения, выходы которого оптически связаны с входами оптических волокон первой группы, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы оптических волокон второй группы являются оптическими входами устройства, их выходы соединены через соответствующие фильтры с входами соответствующих групп фотоприемников, дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь, коммутатор каналов, персональную ЭВМ и сопряженную с ней через интерфейс видеокамеру, причем выходы фотоприемников подключены соответственно к информационным входам коммутатора каналов, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к информационным входам персональной ЭВМ, информационный выход которой является информационным выходом устройства, а ее первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы подключены соответственно к входу запуска источника излучения, входу управления коммутатора каналов, входу запуска аналого-цифрового преобразователя и входу запуска видеокамеры, при этом источник излучения выполнен в виде группы импульсных излучателей разных длин волн, а один из них является ультрафиолетовым.

Структурная схема заявляемого устройства приведена на чертеже.

Устройство содержит первую и вторую группы оптических волокон 1, 3, источник излучения 2, видеокамеру 4, группу фотоприемников 5, группу фильтров 6, коммутатор каналов 7, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, персональную ЭВМ 9. Входы оптических волокон 1 первой группы связаны с источником излучения 2. Источник излучения состоит из нескольких импульсных излучателей, формирующих излучение на разных длинах волн, а один из них - ультрафиолетовый. Вход запуска источника излучения 2 соединен с первым управляющим выходом персональной ЭВМ 9. Выходы оптических волокон второй группы 3 связаны с входами группы фотоприемников 5 через группу фильтров 6. Каждый из фильтров пропускает одну из длин волн флюоресцентного излучения. Входы второй группы оптических волокон 3 помещены вблизи поверхности обследуемого зуба. Выходы группы фотоприемников 5 связаны с информационными входами коммутатора каналов 7. Выход коммутатора каналов 7 связан с информационным входом АЦП 8. Выход АЦП 8 подключен к информационному входу персональной ЭВМ 9. Первый управляющий выход персональной ЭВМ 9 соединен с входом запуска источника излучения 2, второй управляющий выход персональной ЭВМ 9 соединен с управляющим входом коммутатора каналов 7. Третий управляющий выход персональной ЭВМ 9 подключен к входу запуска АЦП 8, а четвертый управляющий выход ЭВМ 9 соединен с входом запуска видеокамеры 4. Оптический вход видеокамеры 4 располагается вблизи поверхности обследуемого зуба, а информационный выход - через интерфейс подключен к информационным входам персональной ЭВМ 9. Интерфейс вставляется в системную шину персональной ЭВМ и является ее частью.

Работает устройство следующим образом. По команде от персональной ЭВМ 9 при помощи первой группы оптических волокон 1 зондирующее излучение от определенного излучателя источника 2 направляется на исследуемую поверхность зуба. Через входы второй группы оптических волокон 3 вторичное флюоресцентное излучение от поверхности зуба подводится к входам фотоприемников 5. Фотоприемники формируют выходные электрические сигналы, подаваемые затем на входы коммутатора каналов 7. Коммутатор 7 попеременно подключает один из выходов группы фотоприемников 5 к АЦП 8. Исключается влияние фоновых помех, т. к. производится выборка электрических сигналов в течение пренебрежимо малого, по сравнению со временем действия помехи, интервала времени, чтобы уменьшить вероятность искажения сигнала помехой. Момент отсчета синхронизируется по отношению к зондирующему сигналу источника излучения 2 с заданной задержкой. Полученные от АЦП цифровые значения P(_i) интенсивностей вторичного флюоресцентного излучения для нескольких длин волн _i поступают в персональную ЭВМ 9, где запоминается массив "спектральных образов". Спектральный образ представляет собой сочетания амплитуд сигналов по каждой спектральной составляющей, полученных при измерении сигналов проходящего через селективные фотоприемники вторичного флюоресцентного излучения.

Для повышения достоверности и исключения погрешности из-за изменений расстояния между зубом и дистальным торцом волоконно-оптического жгута спектральные образы P_отн (_i) формируются из нормализированных амплитуд как отношение частных значений спектральных составляющих к максимальному значению в данном цикле измерения.

P_отн(_i) = P(_i)/P_max(_i) (1) Предварительно перед применением аппарата производится его калибровка путем получения характерных спектральных образов - здорового зуба, пломбированного зуба, патологически измененного зуба P_отн j(_i), где J - вид состояния, которому соответствует диагностический критерий (1 - норма, 2 - пломбированный зуб, 3 - кариес).

В результате сравнения полученных спектральных образов P_отн (_i) с критериальными спектральными образами P_отн j(_i) по методу наименьших квадратов формируется оценка наиболее вероятностного состояния поверхности зуба по соотношению где n - число частотных участков (поддиапазонов); которая выдается на экран.

По минимальному значению R_j принимается решение о состоянии поверхности зуба.

Соотношения (1) и (2) являются алгоритмом работы персональной ЭВМ 9.

При помощи персональной ЭВМ 9 также осуществляется управление запуском определенного излучателя источника излучения 2, переключением каналов в коммутаторе 7, запуском АЦП 8 на преобразование и запуском видеокамеры 4.

Для обеспечения измерения в информативный период времени после подачи зондирующего сигнала производится переключение каналов и запуск цикла измерений по управляющим воздействиям от персональной ЭВМ 9.

Сигналы на первом, втором и третьем управляющих выходах персональной ЭВМ 9 представляют одну и ту же последовательность импульсов, задержанных относительно другой последовательности на величину срабатывания элементов, на которые подаются сигналы предыдущей последовательности.

Первым сигналом на выходе ЭВМ 9 является сигнал запуска видеокамеры 4. После этого вырабатывается в течение заданного времени импульсная последовательность на запуск источников 2. С задержкой на время преобразования в тракте элементов 2-1-3-6-5 эта же последовательность поступает на коммутатор 7. На АЦП 8 эта последовательность поступает с задержкой не менее времени преобразования сигнала в коммутаторе 7.

Благодаря съемке участка зуба, на который воздействует зондирующее излучение от источника 2, осуществляемой видеокамерой 4, производится фиксация места обследования в данном кадре видеосъемки. При обнаружении патологии или по команде врача кадр с изображением зуба и локализованного места обследования заносится в память персональной ЭВМ 9. Накопление в памяти персональной ЭВМ 9 кадров за несколько последовательных сеансов обследования или лечения позволяет более точно оценить динамику развития процесса лечения и корректировать тактику лечения с минимальным использованием медикаментозных средств.

В качестве коммутатора каналов может быть использована ИМС аналогового коммутатора типа КР590КН3, АЦП может быть реализован, например, на ИМС типа К572ПВ1.

Использование изобретения позволит исключить влияние оператора на точность диагностики, вести документирование историй болезни, видов патологии. Одним из важнейших методических достоинств применения данного аппарата является возможность одномоментного проведения массовой профилактики кариеса зубов. Воздействие импульсным ИК, красным, синим излучением дает ощутимый терапевтический эффект. Импульсный источник УФ-излучения обладает к тому же бактерицидным действием, что позволяет проводить также санацию полости рта.

Применение аппарата наряду с профилактической эффективностью повышает производительность труда и экономит лекарственные средства.

Полученный эффект не является простой суммой эффектов от вновь введенных составных частей устройства, а определяется всей совокупностью существенных признаков.

Формула изобретения

Устройство для диагностики в стоматологии, содержащее источник излучения, выходы которого оптически связаны с входами оптических волокон первой группы, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы оптических волокон второй группы являются оптическими входами устройства, их выходы соединены через соответствующие фильтры с входами соответствующих групп фотоприемников, отличающееся тем, что выходы фотоприемников подключены соответственно к информационным входам коммутатора каналов, выход которого соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого подключены к информационным входам персональной ЭВМ, информационный выход которой является информационным выходом устройства, а ее первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы подключены соответственно к входу запуска источника излучения, входу управления коммутатора каналов, входу запуска аналого-цифрового преобразователя и входу запуска видеокамеры, при этом источник излучения выполнен в виде группы импульсных излучателей разных длин волн, а один из них является ультрафиолетовым.

РИСУНКИ

Рисунок 1