Intelligent Electrometric Device for Dental Caries Diagnosis

Authors

  • A. I. Kirillov Kalashnikov Izhevsk State Technical University
  • Y. K. Shelkovnikov Udmurt Federal Research Center UB RAS
  • M. A. Pletnev Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-130-139

Keywords:

electrometric method, caries diagnosis, dental hard tissues, carious process, dental caries

Abstract

The article deals with the development of a medical device for high-precision measurement and automatic diagnosis of dental caries stage. The analysis of the composition and characteristics of tooth hard tissues, being the cause of caries and its development, is given. It has been established that the main cause of the carious process is the attack of acid-forming bacteria on tooth enamel. It is shown that the most promising method for caries diagnosis is the electrometric method, which consists in measuring electrical conductivity of the tooth hard tissue electrolyte. Conventional devices for the electrometric method implementation are described, using the direct current through the biological tissue of the tooth, but not taking into account the electrochemical features of the current flow. An electrochemical interpretation of the current flow through biological tissues and two electrodes with a polarity switch of these electrodes was performed, which makes it possible to exclude the effect of polarization of biological tissue and electrodes both for teeth in vivo and in vitro. An equivalent diagram of the current flow through the biological tissue is given, which value can reveal the stage of the carious process: intact enamel, pre-carious state, initial, superficial, medium and deep caries. The use of two current-carrying electrodes for measuring the electrical conductivity of biological tissues is considered: an active electrode made of stainless steel using a 10% solution of CaCl2 and a passive electrode also made of stainless steel and using an electrolyte of the biological tissue of a tooth (simulated by a 0.9% solution of NaCl). A comparative assessment of the tooth biological tissue electrolyte electrical conductivity and electrical conductivity of the active and passive electrode electrolytes was performed to assess the error of the electrometric method. A high-precision intelligent electrometric device (protected by a patent for an invention) has been developed, which allows automatic carious process stage determination by the value of the tooth biological tissue electrical conductivity; the operation of this device is described.

Author Biographies

A. I. Kirillov, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Junior researcher

Y. K. Shelkovnikov, Udmurt Federal Research Center UB RAS

DSc in Engineering, Professor, Chief Researcher

M. A. Pletnev, Kalashnikov Izhevsk State Technical University

DSc in Chemistry, Professor

References

Шелковников Е. Ю., Кириллов А. И., Рединова Т. Л. и др. Устройство для электродиагностики твердых тканей зуба: Патент на изобретение № 2654399 МПК A61C19/04, A61B5/053; опубл. 17.05.2018, бюл. №14.

Плотности растворов // Аналитическая химия. URL: https://www.freechemistry.ru/sprav/plot.htm (дата обращения: 1.05.2023).

Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 10, испр. и доп. / под ред. А. А. Равделя и А. М. Пономаревой. СПб.: "Иван Федеров", 2003. 240 с.

Сваровская Н. А., Колесников И. М., Винокуров В. А. Электрохимия растворов электролитов. Ч. I. Электропроводность: учеб. пособие. М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, 2017. 66 с.

Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д. В. Николаев [и др.]. М.: Наука, 2009. 392 c.

Кириллов А. И., Шелковников Е. Ю., Кизнерцев С. Р. Использование имитационного моделирования при выборе способа измерения электропроводности твердых тканей зуба // Ползуновский альманах. 2019. № 4. С. 66-69.

Электрические свойства биологических тканей. URL: https://www.megapredmet.ru/1-70460.html (дата обращения: 21.04.2023).

Белик Д. В., Белик К. Д. Аппаратные подходы к практике измерения импеданса биотканей In Vivo в условиях различной помеховой обстановки ЛПУ / Сибирский научно-исследовательский и испытательный центр медицинской техники. URL: https://studylib.ru/doc/282791/apparatnye-podhody-k-praktike-izmereniya-impedansa (дата обращения: 21.04.2023).

Виды эквивалентных электрических схем тканей организма // Хелпикс. URL: https://helpiks.org/1-103574.html (дата обращения: 21.04.2023).

Huysmans, M.C., Longbottom, C., Christie, A.M., Bruce, P.G., Shellis, R.P., 2000. Temperature dependence of the electrical resistance of sound and carious teeth. J. Dent. Res. 79, 1464-8. https://doi.org/10.1177/00220345000790070601.

Lippert, F., Butler, A., Lynch, R.J.M., 2011. Enamel demineralization and remineralization under plaque fluid-like conditions: a quantitative light-induced fluorescence study. Caries Res. 45, 155-61. https://doi.org/10.1159/000325743.

Maia A.M.A., Fonsêca D.D.D., Kyotoku B.B.C., Gomes A.S.L., 2010. Characterization of enamel in primary teeth by optical coherence tomography for assessment of dental caries.Int. J. Paediatr. Dent. 20, 158-64. https://doi.org/10.1111/j.1365-263X.2009.01025.x.

Iijima, Y., 2008. Early detection of white spot lesions with digital camera and remineralization therapy. Aust. Dent. J. 53, 274-80. https://doi.org/10.1111/j.1834-7819.2008.00062.x.

Bardow, A., Hofer, E., Nyvad, B., ten Cate, J.M., Kirkeby, S., Moe, D., Nauntofte, B., 2005. Effect of saliva composition on experimental root caries. Caries Res. 39, 71-7. https://doi.org/10.1159/000081660.

Thenisch N.L., Bachmann L.M., Imfeld T., Leisebach Minder T., Steure, J., 2006. Are mutans streptococci detected in preschool children a reliable predictive factor for dental caries risk? A systematic review. Caries Res. 40, 366-74. https://doi.org/10.1159/000094280.

Микрофлора полости рта: норма и патология: учеб. пособие / Е. Г. Зеленова, М. И. Заславская, Е. В. Салина, С. П. Рассанов. Н. Новгород: Издательство НГМА, 2004. 158 с.

Биохимия твердых тканей полости рта в норме и при патологии: учеб. пособие / под общ. ред. А. В. Шестопалова. М.: РНИМУ им. Н.И.Пирогова Минздрава России, 2019.

Мчедлидзе Т. Ш., Касумова М. К., Иванова Г. Г., Иванов В. Н., Тихонов Э. П. Способ и устройство для диагностики состояния твердых тканей зубов (биообъектов). Патент RU 2330608 A61B 5/053 (2006.01). Опубл. 10.08.2008

Леонтьев В. К., Иванова Г. Г., Жорова Т. Н. Электрометрическая диагностика начального, фиссурного, рецидивного кариеса и других поражений твердых тканей зубов с законченной минерализацией эмали: методические рекомендации министерства здравоохранения РСФСР. Омск: ОМИ, 1988.

Разработка информационно-измерительной системы для диагностики твердых тканей зуба / Е. Ю. Шелковников, А. И. Кириллов, М. П. Кожевников, А. В. Матросов // Приборостроение в XXI веке: сборник материалов XIII Всероссийской НТК. Ижевск: ИжГТУ, 2017. C. 373-381.

Пустовойтова Н.Н., Казеко Л. А. Современные подходы к диагностике кариозной болезни. Минск: БГМУ, 2010. 44 с.

Николаев А. И., Цепов Л. М. Практическая терапевтическая стоматология. М.: МЕДпресс-информ, 2008. 960 с.

Published

30.06.2023

How to Cite

Kirillov А. И., Shelkovnikov Ю. К., & Pletnev М. А. (2023). Intelligent Electrometric Device for Dental Caries Diagnosis. Intellekt. Sist. Proizv., 21(2), 130–139. https://doi.org/10.22213/2410-9304-2023-2-130-139

Issue

Section

Articles