Smart-зуб для стоматологического антропоморфного робота Российский патент 2024 года по МПК G09B23/34 A61C19/00 A61C11/00 

Изобретение относится к стоматологии и может быть использовано для обучения и совершенствования навыков студентов при различных стоматологических вмешательствах.

Известна дентомодель для обучения техники циркулярного кариеса и гигиены полости рта, выполненная в виде искусственного зуба, имеющего форму и размеры естественных зубов человека, и покрытие полимером пониженной твердости (RU 2738043 С1, 07.12.2020).

Недостатком известной дентомодели является отсутствие в ее конструкции измерительных и контрольных средств, необходимых для получения учебной информации в процессе обучения.

Известно средство для практики стоматологического лечения, включающее инструменты и модели челюстей с моделями зубов, соединенные со средствами лечения и аудиовизуального контроля (US 2011/0136090 А1, 09.06.2011).

Средство, известное из US 2011/0136090 позволяет получать учебную информацию в процессе обучения, однако один аудиовизуальный контроль за стоматологическим инструментом и искусственной челюстью не может считаться достаточным.

Более близким аналогом изобретения (прототипом) является smart-зуб, содержащий внутреннюю сигнальную прослойку для контакта с инструментом (О.О. Янушевич и др. Стоматологический антропоморфный робот. Новая эра в имитации врачебных манипуляций и клинического приема // Cathedra. Стоматологическое образование, 2021, №78, с. 64-67).

Недостатком прототипа является возможность его применения только со smart-челюстью сложной конструкции, которая существенно ограничивает его использование.

Изобретение направлено на решение технической проблемы, заключающейся в создании конструкции, не имеющей отмеченных выше недостатков известных устройств.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обучения путем расширения имитационного функционала smart-зуба.

Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, в которой smart-зуб, содержащий внутреннюю сигнальную прослойку для контакта со стоматологическим инструментом, отличается от ближайшего аналога тем, что дополнительно содержит установочную подложку для соединения со средствами электронного управления и контактную площадку с фигурной рабочей поверхностью, размещенную в ответной выемке, выполненной в установочной подложке, при этом внутренняя сигнальная прослойка выполнена в виде токопроводящего геля, размещенного в корневых каналах и в пульпарной полости, объем которой, как минимум, на 1/4 превышает суммарный объем полостей корневых каналов, а фигурная рабочая поверхность контактной площадки выполнена для электрического соединения токопроводящего геля с установочной подложкой и соединена с нижней частью корневых каналов.

В частных случаях своего выполнения или использования smart-зуб содержит установочную подложку, выполненную для соединения с smart-челюсти, содержащим жесткое полимерное основание и искусственную десну в виде мягкой накладки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 - показаны основные элементы smart-зуба, на фиг. 2 - схема подключения smart-зуба, на фиг. 3 - схема Touch-контроллера на базе ИС ТТР23, используемого в схеме подключения smart-зуба, на фиг. 4 - общий вид smart-челюсти с smart-зубом и на фиг. 5-31 - пример выполнения задания по препарированию зуба.

Smart-зуб содержит установочную подложку 1 для соединения со средствами электронного управления и контактную площадку 2 с фигурной рабочей поверхностью 3. Контактная площадка 2 размещена в ответной выемке 4, выполненной в установочной подложке 1. Внутренняя сигнальная прослойка 5, представляющая собой токопроводящий гель, размещена в корневых каналах бив пульпарной полости 7. Объем пульпарной полости 7, как минимум, на 1/4 превышает суммарный объем полостей корневых каналов 6. Фигурная рабочая поверхность 3 контактной площадки 2 выполнена для электрического соединения токопроводящего геля с установочной подложкой 1 и соединена с нижней частью корневых каналов 6.

Установочная подложка 1 может быть выполнена для соединения с smart-челюстью, которая может содержать жесткое полимерное основание 8 и искусственную десну в виде мягкой накладки 9.

Верхнюю часть коронки smart-зуба, включающую пульпарную полость 7 выполняют заданной формы аддитивным методом из фотоотверждаемого полимера.

Нижнюю часть smart-зуба, включающую корневые каналы 6 заданной формы и полость 7 под сигнальную прослойку 5 выполняют аддитивным методом из фотоотверждаемого полимера, например, 3D-печатью на DLP или SLA 3D принтере.

В качестве токопроводящего геля может быть использован универсальный электродный гель для ЭКГ, в состав которого входят вода, карбомер, глицерин, пропиленгликоль и хлорид калия.

После заполнения токопроводящим гелем корневых каналов 6 и пульпарной полости 7, объем которой, как минимум, на 1/4 превышает суммарный объем полостей корневых каналов 6, фигурную рабочую поверхность 3 контактной площадки 2 соединяют с нижней частью корневых каналов 6. Контактную площадку 2 фиксируют в установочной подложке 1. Установочную подложку 1, в свою очередь, фиксируют в smart-челюсти. Закрепление установочной подложки 1 в smart-челюсти может осуществляться разъемным соединением для последующей замены smart-зубов и многократного использования smart-челюсти.

Smart-зубы, установленные в smart-челюсть, за счет электрического контакта, обеспечиваемого общей проводящей подложкой (контактной платформой), подключаются к Touch-контроллеру, который выполняют на базе любой интегральной схемы - сенсорного контроллера, например, на базе ИС ТТР23.

Пример. Выполнение задания по препарированию зуба (начальный уровень подготовки студентов к оперативной дентистрии).

Шаг 1. После подробного изучения технического задания, обучающийся с помощью USB-мыши кликает иконку со словом Start (старт).

Шаг 2. После нажатия иконки Старт программа предлагает выбрать определенный бор определенной фирмы, который обозначен в библиотеке программы.

Шаг 3. Затем программа предлагает выбрать тип бора - Carbide (твердосплавный) или алмазную головку Diamonds (алмазный), а также форму и размер бора.

Шаг 4. Размер бора соответствует номеру в каталоге фирмы-производителя. В данном примере выбираем бор Н21-008, где Н21 это его длина, а 008 - диаметр.

Работать необходимо точно таким же бором, который выбрали в программе. Если в процессе препарирования необходимо заменить бор, то эту задачу необходимо указать в программе.

Бор устанавливают в наконечник, обучающийся щелкает иконку ОК.

Шаг 5. (Фиг. 5). После нажатия на иконку ОК начинается отсчет времени на выполнение работы (препарирования).

Шаг 6. (Фиг. 6). Изучив задание и выбрав соответствующий бор, студент начинает препарирование бором в предполагаемом расположении полости с медиальной стороны, погружаясь на 1/3 глубины полости которую должен сформировать (планируемой полости), параметры которой ему помогает определить программа. В последствии обучающий нажимает на иконку с диаграммой и оценивает правильность своих действий, сравнивая с оптимальным препарированием.

Шаг 7. (Фиг. 7). Синяя линия показывает границу оптимального препарирования, розовая линия - первоначальное расположение области препарирования студентом. Четко видно, что студент начал свои действия в правильных координатах, не выходя за синюю границу от оптимального препарирования, а это значит, что студенту необходимо продвигать бор в дистальном направлении.

Шаг 8. (Фиг. 8). Пройдя на 1/3 глубины препарирования, необходимо проконтролировать результаты в списке сообщений. В данной ситуации видим, что у студента первоначальная точка препарирования в медиальной области отмечена коричневым цветом. Цветная шкала нам показывает, что студент проник на 1/3 от основной (оптимальной) глубины. Далее студент должен аккуратно повторить манипуляцию с учетом уже имеющихся данных, чтобы добиться оптимальной глубины.

Шаг 9. (Фиг. 9 и 10). После оценки проделанной работы студент препарирует вторую полость, продвигаясь незначительно в дистальную сторону симметрично от первой полости на 1/2 от оптимальной глубины препарирования.

Шаг 10. (Фиг. 11). После прохождения второй полости на ½ глубины формируемой полости на фантомной модели (А), студент оценивает свои манипуляции на мониторе (Б). На рисунке хорошо видно, что вторая полость глубже первой и симметрична оптимальной полости.

Шаг 11. (Фиг. 12) В списке сообщений программа демонстрирует основные ошибки. В данном случае студент вторую полость не сформировал, но не вышел за границы оптимального препарирования, что на данном этапе является правильной тактикой работы.

Шаг 12. (Фиг. 13 и 14) По шкале глубины студент видит, что вторая полость гораздо глубже первой, она уже обозначена оранжевым цветом - студент дошел в среднем до половины от оптимальной глубины формируемой полости.

Шаг 13. (Фиг. 15) Имея небольшой опыт по препарированию, студент аккуратно препарирует (формирует) третью полость (А) в дистальном отделе фантомного зуба (Б) вдоль продольной оси зуба, ориентируясь по двум предыдущим полостям.

Шаг 14. (Фиг. 16) Ориентируясь на форму и глубину двух ранее сформированных полостей, студент препарирует в дистальной области третью полость на максимальную глубину планируемой глубины основной полости.

Шаг 15. (Фиг. 17) В данном случае в списке сообщений программа указывает студенту, что ему нужно аккуратно работать в дистальном отделе, т.к. он близко подошел к границе препарирования щечной (буккальной) стенки, и обратить свое внимание на язычную (лингвальную) стенку.

Шаг 16. (Фиг. 18) По шкале глубины полости видно, что в дистальном отделе третья полость отмечается желтым цветом, это говорит о практически оптимальной глубине препарирования. Третья полость будет ориентиром в дальнейшей работе по глубине формируемой полости.

Шаг 17. (Фиг. 19) В списке сообщений студент получает информацию о гладкости дна всех трех полостей, третья полость по цвету темнее по шкале гладкости и это значит, что необходимо эту ошибка исправит в процессе последующего препарирования полости.

Шаг 18. (Фиг. 20) Студент, имея ориентиры препарирования в виде трех полостей, соединяет эти полости в одну, начиная с дистальной полости т.к. она оптимальная по глубине, двигаясь в медиальном направлении и не меняя глубины, доводит бор до первой полости. До этого программа оценивала студента на 72 балла (Grade-оценка) из 100.

Шаг 18. (Фиг. 21) Соединив три полости в оду (А), студент видит на мониторе (Б), что он изменил глубину в (медиальной области) второй полости к первой полости, программа оценила полость студента на 52 балла из 100

Шаг 19. (Фиг. 22) В списке сообщений программа обращает внимание студента на медиальную область - ему необходимо обратить внимание на щечную (буккальную) сторону, которую необходимо увеличить до оптимального препарирования.

Шаг 20. (Фиг. 23) Программа указывает на грубые ошибки студента. В данном случае студент не допрепарировал по границе оптимальной полости.

Шаг 21. (Фиг. 24) На этом этапе, по школе глубины препарирования, видно, что студент, практически препарируя, сформировал полость до оптимальной глубины (светло-желтый цвет).

Шаг 22. (Фиг. 25) Программа указывает на гладкость дна препарированной полости. Студент изменил глубину в медиальной области и следовательно, дно полости будет неровным в данной участке.

Шаг 23. (Фиг. 26) В медиальной (передней) области студент не выдержал параметры глубины в процессе препарирования, программа отмечает о недостаточность препарирования в данном участке.

Шаг 24. (27) Программа показывает основные ошибки и вычитание баллов в списке сообщений. На данном этапе можно было бы остановиться, но студент знает о своих ошибках и не удовлетворительной оценке, которые можно еще исправить и решается на дальнейшие действия.

Шаг 25. (Фиг. 28) Студент, зная свои ошибки и недочеты, аккуратно проводит заключительный этап - финирование границ препарируемой полости.

Шаг 26. (Фиг. 29) При помощи финирования препарированной полости с соблюдением правил эргономики и исправлений ошибок на этапах препарирования студент завершил работу на отлично с 97 баллами из 100

Шаг 27. (Фиг. 30) Студент точно сформировал границы полости, в соответствии с полученным заданием.

Компьютерный анализ (оценка) сформированной студентом полости.

Шаг 28. (Фиг. 31) Программа вычла 1 балл за недостаточную точность при препарировании зуба, на этапе формирования глубины полости.

Шаг 29. Программа вычла 2 балла за недостаточную гладкость дна препарированной полости.

Изобретение относится к стоматологии и может быть использовано для обучения и совершенствования навыков студентов при различных стоматологических вмешательствах. Smart-зуб содержит внутреннюю сигнальную прослойку для контакта со стоматологическим инструментом, установочную подложку для соединения со средствами электронного управления и контактную площадку с фигурной рабочей поверхностью. Контактная площадка размещена в ответной выемке, выполненной в установочной подложке. Внутренняя сигнальная прослойка выполнена в виде токопроводящего геля, размещенного в корневых каналах и в пульпарной полости. Объем пульпарной полости как минимум на ¹/₄ превышает суммарный объем полостей корневых каналов. Фигурная рабочая поверхность контактной площадки выполнена для электрического соединения токопроводящего геля с установочной подложкой и соединена с нижней частью корневых каналов. Достигается повышение эффективности обучения путем расширения имитационного функционала smart-зуба. 1 з.п. ф-лы, 31 ил., 1 пр.

1. Smart-зуб, содержащий внутреннюю сигнальную прослойку для контакта со стоматологическим инструментом, отличающийся тем, что дополнительно содержит установочную подложку для соединения со средствами электронного управления и контактную площадку с фигурной рабочей поверхностью, размещенную в ответной выемке, выполненной в установочной подложке, при этом внутренняя сигнальная прослойка выполнена в виде токопроводящего геля, размещенного в корневых каналах и в пульпарной полости, объем которой как минимум на ¹/₄ превышает суммарный объем полостей корневых каналов, а фигурная рабочая поверхность контактной площадки выполнена для электрического соединения токопроводящего геля с установочной подложкой и соединена с нижней частью корневых каналов.

2. Smart-зуб по п. 1, отличающийся тем, что установочная подложка выполнена для соединения со smart-челюстью, содержащей жесткое полимерное основание и искусственную десну в виде мягкой накладки.