Глава 2. Функциональная диагностика тканей зуба

2.1. Ультразвуковая денситометрия твердых 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).