Глава 2. Функциональная диагностика тканей зуба

Ермольев С.Н., Седойкин А.Г., Фокина А.А., Ерганова О.И., Текучева С.В.

Назначение метода

Ультразвуковая (УЗ) денситометрия твердых тканей зуба предназначена для диагностики структурного и функционального состояния твердых тканей зуба за счет определения изменений УЗ-характеристик в зависимости от степени минеральной плотности твердых тканей зуба путем измерения скорости прохождения ультразвука через исследуемые ткани.

Физическая основа метода

Метод УЗ денситометрии характеризует твердые ткани зуба с точки зрения скорости прохождения ультразвука и его широкополосного ослабления. Скорость прохождения ультразвука определяет потерю интенсивности ультразвука в среде его распространения, выражаемого в дБ, а также в МГц, отражает структурную характеристику твердых тканей зубов, учитывая их особенности морфологии и физико-механические свойства. Сформировавшаяся эмаль — самая твердая эпителиальная ткань организма. Она состоит из плотно прилегающих друг к другу тонких волокон эмалевых призм диаметром от 3 до 6 мкм. Призмы ориентированы в основном радиально и проходят сквозь толщу эмали. Твердость эмали составляет 5 по шкале твердости Мосса. По химическому составу эмаль представляет собой ткань, наиболее богатую во всем организме неорганическими солями (около 97%, главным образом фосфор и углекислые соединения извести). Органических соединений в эмали около 2%. С возрастом происходит постепенное стирание эмали, а затем и дентина.

Дентин образуется клетками-одонтобластами, которые в течение всей жизни формируются из клеток пульпы. Дентин уступает эмали по твердости, но значительно плотнее и тверже цемента и кости, 65% его массы составляют минеральные соли, а на долю органических соединений приходится примерно 28%, остальное — вода. Дентин пронизан канальцами, в которых находятся отростки одонтобластов. Канальцы выстланы оболочкой, стойкой к кислотам и щелочам. В связи с анатомо-морфологическими и функциональными особенностями твердые ткани зуба представляют собой гетерогенный двухслойный акустический объект, в котором происходит прохождение и отражение УЗ-волн на границе различных твердых сред. Падение УЗ-волны на границу раздела сред сопровождается тремя основными процессами — отражением, преломлением и трансформацией. При отражении от границы возникает волна того же типа, распространяющаяся обратно в первую среду. Преломление приводит к изменению направления распространения волны во второй среде. Трансформация вызывает появление в первой и второй средах волн другого типа, отличного от типа падающей волны (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема отражения ультразвуковых волн в твердых тканях зуба. L₀ — падающая продольная волна; L₁ — отраженная продольная волна; L₂ — преломленная продольная волна; t₁ — трансформированная отраженная поперечная волна; t₂ — трансформированная прошедшая поперечная волна

На УЗ-сигнал влияет также поверхность зуба: поверхность считается зеркальной, если ее шероховатость существенно меньше длины волны λ <<Rz. Поверхность является диффузной, если ее шероховатость сравнима или больше длины волны λ ≤Rz. Вследствие диффузного отражения параллельный пучок хаотично рассеивается на неровностях среды во всех направлениях, и амплитуда эхо-­сигнала, отраженного от поверхности или прошедшей через нее, значительно уменьшается.

Существует ряд факторов, влияющих на амплитуду УЗ-сигнала в твердых тканях.

1. Величина дефекта (чем больше дефект, тем больше амплитуда сигнала).
2. Ориентация дефекта (выявляется дефект, расположенный перпендикулярно относительно акустической оси; при отклонении более 10° амплитуда резко уменьшается).
3. Форма дефекта (наибольшая амплитуда у плоских отражателей, наименьшая — у сферических, средняя — у цилиндрических).
4. Глубина залегания дефектов (чем больше глубина, тем меньше амплитуда сигнала).
5. Затухание УЗ-волн (чем больше затухание УЗ-волн в материале, тем меньше амплитуда).
6. Заполненность дефекта другой средой типа ротовой жидкости, реставрационным материалом (чем плотнее среда заполнения дефекта, тем меньше коэффициент отражения от дефекта и меньше амплитуда).

Таким образом, метод УЗ-денситометрии основан на том, что скорость прохождения ультразвука изменяется в разных биологических средах и зависит от их физической плотности и особенности структуры. Скорость распространения ультразвука в минерализованной ткани будет возрастать при отсутствии пористых структур и более насыщенной в ней концентрацией солей Са, Р, F и других минеральных компонентов твердых тканей.

УЗ-денситометрия твердых тканей зуба по своей физической сути относится к теневому велосимметрическому методу акустического неразрушающего контроля.

Методика проведения исследования

Для метода теневой УЗ-денситометрии твердых тканей зуба используется, например, аппаратно-­программный комплекс для УЗ-ден­ситометрии, состоящий из основного блока с графическим дисплеем и встроенным программным обеспечением Denta.32. На аппарате в автоматическом режиме производится расчет скорости прохождения ультразвука через изучаемые ткани (измеряется в м/с, из получаемых в процессе измерения данных в мкс, и в мм). Аппаратно-­программный комплекс для УЗ-денситометрии производит измерения в мегагерцевом диапазоне частот — от 5 до 15 МГц (рис. 2.2–2.3).