EA037773B1 - Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries - Google Patents

Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries Download PDF

Info

Publication number
EA037773B1
EA037773B1 EA201992118A EA201992118A EA037773B1 EA 037773 B1 EA037773 B1 EA 037773B1 EA 201992118 A EA201992118 A EA 201992118A EA 201992118 A EA201992118 A EA 201992118A EA 037773 B1 EA037773 B1 EA 037773B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
bone
nozzle
impedance
drilling
cancellous
Prior art date
Application number
EA201992118A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201992118A1 (en
Inventor
Райан Холтер
Ребекка Батлер
Майкл Сэйлин
Original Assignee
Дзе Трастиз Оф Дартмут Колледж
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дзе Трастиз Оф Дартмут Колледж filed Critical Дзе Трастиз Оф Дартмут Колледж
Priority claimed from PCT/US2018/021486 external-priority patent/WO2018165390A1/en
Publication of EA201992118A1 publication Critical patent/EA201992118A1/en
Publication of EA037773B1 publication Critical patent/EA037773B1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613Component parts
    • A61B17/1615Drill bits, i.e. rotating tools extending from a handpiece to contact the worked material
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C3/00Dental tools or instruments
    • A61C3/02Tooth drilling or cutting instruments; Instruments acting like a sandblast machine
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0089Implanting tools or instruments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613Component parts
    • A61B17/1626Control means; Display units
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00017Electrical control of surgical instruments
    • A61B2017/00022Sensing or detecting at the treatment site
    • A61B2017/00026Conductivity or impedance, e.g. of tissue
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C5/00Filling or capping teeth
    • A61C5/40Implements for surgical treatment of the roots or nerves of the teeth; Nerve needles; Methods or instruments for medication of the roots
    • A61C5/44Means for controlling working depth, e.g. supports or boxes with depth-gauging means, stop positioners or files with adjustably-mounted handles

Abstract

A dental drill system with electrical-impedance sensing indicates when a bit of the drill system approaches cortical-cancellous bone, or bone-soft tissue interfaces. The drill system has a dental drill handset having a cannula bearing electrically coupled to a drilling bit, the drilling bit having an electrically insulated portion and an exposed portion. The cannula bearing is coupled to an electrical impedance spectroscopy sensing device configured to measure impedance between the cannula bearing of the dental drill handset and a ground plate, and a processing system uses EIS measurements to distinguish when the bit of the drill system approaches cortical- or cancellous bone, or bone-soft tissue interfaces.

Description

Притязания на приоритетPriority claims

По настоящей заявке испрашивается приоритет на основании предварительной патентной заявки США № 62/475724, поданной 23 марта 2017 г. По настоящей заявке также испрашивается приоритет на основании предварительной патентной заявки США № 62/468490, поданной 8 марта 2017 г. Полное содержание обеих предварительных заявок, приведенных в этом абзаце, включено в настоящий документ посредством ссылки.This application claims priority under US Provisional Application No. 62/475724, filed March 23, 2017. This application also claims priority under US Provisional Patent Application No. 62/468490, filed March 8, 2017. Full Contents of Both Provisional Applications referred to in this paragraph is incorporated herein by reference.

Государственный интересState interest

Настоящее изобретение создано при государственной поддержке по гранту №. 1 R41 DE 024938-01, предоставленному Национальными институтами здравоохранения. Государство имеет определенные права на данное изобретение.The present invention was created with state support under the grant no. 1 R41 DE 024938-01 supplied by the National Institutes of Health. The state has certain rights to this invention.

Предшествующий уровень техникиPrior art

Костная ткань обычно существует в двух существенно различающихся видах: в виде компактной костной ткани и губчатой костной ткани. Компактная костная ткань обычно обнаруживается на поверхностях кости, входящих в суставы, а также больших участках диафиза трубчатых костей, и других областях, которые могут находиться под большой нагрузкой. Компактная, или кортикальная, костная ткань покрывает наружные поверхности всей кости и является более плотной и более структурированной по своему характеру, чем губчатая костная ткань. Она представляет собой плотно расположенные остеоны, каждый из которых состоит из Гаверсова канала (диаметром приблизительно 50 мкм) в центре, окруженном концентрическими кругами матрикса. Губчатая костная ткань имеет губчатую структуру, образуя ячеистую сетку, которая поддерживает и передает нагрузки на компактную костную ткань и от компактной костной ткани. Губчатая костная ткань, также называемая трабекулярной или губчатой костной тканью, обнаруживается на внутренней стороне трубчатых костей и челюстных (верхней и нижней) костях и, прежде всего, обеспечивает легкую по весу, более гибкую структурную поддержку, чем компактная костная ткань. Она образована трабекулами, организованными в сотоподобную конструкцию, и поры внутри губчатой костной ткани часто заполнены костным мозгом и кровеносными сосудами.Bone tissue usually exists in two significantly different forms: as compact bone tissue and cancellous bone tissue. Compact bone tissue is usually found on the surfaces of the bone entering the joints, as well as large areas of the shaft of the tubular bones, and other areas that can be under heavy stress. Compact, or cortical, bone tissue covers the outer surfaces of the entire bone and is denser and more structured in nature than cancellous bone. It consists of densely spaced osteons, each of which consists of a Haversian canal (approximately 50 µm in diameter) in the center, surrounded by concentric circles of the matrix. Spongy bone tissue has a spongy structure, forming a cellular mesh that supports and transfers loads to the compact bone tissue and from the compact bone tissue. Spongy bone, also called trabecular or cancellous bone, is found on the inner side of tubular bones and jaw (upper and lower) bones and primarily provides lightweight, more flexible structural support than compact bone. It is formed by trabeculae arranged in a honeycomb-like structure, and the pores within the cancellous bone are often filled with bone marrow and blood vessels.

Физические и биологические свойства компактной и губчатой костной ткани различаются из-за различий в строении. В частности, из-за значительно различающейся пористости этих типов костной ткани проникновение и адгезия адгезивов степень, до которой винт или стержень будет удерживаться в кости, скорость прорастания костной ткани в поры имплантированных объектов у компактной и губчатой костной ткани различаются.The physical and biological properties of compact and cancellous bone tissue differ due to differences in structure. In particular, due to the significantly different porosity of these types of bone tissue, penetration and adhesion of adhesives, the degree to which a screw or rod will be retained in the bone, the rate of bone invasion into the pores of implanted objects differs between compact and cancellous bone tissue.

Костная ткань перестраивается в течение жизни. Там, где компактная костная ткань покрывает губчатую костную ткань, толщина компактной костной ткани бывает различной в зависимости от генетических факторов, питания и физических нагрузок в детстве, возраста и состояния здоровья пациента, а также произошедших медицинских событий, включающих в себя переломы, заболевания пародонта, удаления зубов, нагрузку, испытываемую костной тканью от мышц и веса, и другие факторы. Хирурги должны ожидать различия в структуре костной ткани у различных пациентов. В нижней и верхней челюстях, в частности, клиницисты характеризуют костную ткань в местах зубного импланта в соответствии с классификацией Легхольма и Зарба для определения шансов на успешную имплантацию. Существует четыре типа, начиная от гомогенной компактной костной ткани к сочетанию компактной и губчатой костной ткани до почти полностью губчатой костной ткани, имеющей низкую плотность. Данная классификация зависит от места расположения импланта (то есть передняя область, область премоляров и моляров) и особенностей пациента.Bone tissue is rebuilt throughout life. Where compact bone tissue covers cancellous bone tissue, the thickness of compact bone tissue varies depending on genetic factors, nutrition and physical activity during childhood, the patient's age and health status, and medical events that have occurred, including fractures, periodontal disease, extraction of teeth, the load on the bone tissue from muscle and weight, and other factors. Surgeons should expect differences in bone structure in different patients. In the lower and upper jaws, in particular, clinicians characterize the bone tissue at the sites of the dental implant according to the classification of Legholm and Zarb to determine the chances of successful implantation. There are four types, ranging from homogeneous compact bone to a combination of compact and cancellous bone to almost completely cancellous bone with low density. This classification depends on the location of the implant (i.e. anterior region, premolar and molar region) and patient characteristics.

Кость и, в частности, кости головы, включающие в себя нижнюю челюсть и верхнюю челюсть, могут быть пронизаны нервами и артериями, обычно через отверстие, или проем, через всю кость. Эти нервы и артерии являются очень важными структурами, поскольку при их повреждении существует вероятность потери чувствительности частей полости рта или лица или это может приводить к некротическим изменениям частей кости. Например, через нижнюю челюсть проходит нижний альвеолярный нерв (IAN).Bone, and in particular the bones of the head, including the lower jaw and the upper jaw, can be penetrated by nerves and arteries, usually through an opening, or opening, through the entire bone. These nerves and arteries are very important structures, because if they are damaged, there is the possibility of loss of sensitivity in parts of the mouth or face, or this can lead to necrotic changes in parts of the bone. For example, the lower alveolar nerve (IAN) passes through the lower jaw.

При хирургическом вмешательстве, включающем в себя хирургию полости рта, хирургу желательно быть осведомленным относительно типа и размеров кости и окружающих структур, включая очень важные структуры, в которых он работает. Хирургу может требоваться модифицировать хирургические техники, например, глубину и траекторию сверления, соответственно размерам, типу и толщине слоев кости, с которыми он работает, чтобы не допустить проникновения в соседние структуры, например пазухи, например верхнечелюстную пазуху, и нервы, например IAN.In a surgical procedure involving oral surgery, it is desirable for the surgeon to be aware of the type and size of the bone and the surrounding structures, including the very important structures in which he works. The surgeon may need to modify surgical techniques, such as drilling depth and path, according to the size, type and thickness of the layers of bone with which he is working, to prevent penetration of adjacent structures, such as sinuses, such as the maxillary sinus, and nerves, such as the IAN.

Одной общепринятой стоматологической хирургической процедурой является размещение якорного импланта, к которому могут прикрепляться абатменты или зубные протезы. Эта процедура требует сверления кости с формированием исходной остеотомии, или полости в кости, в которую помещается имплант.One common dental surgical procedure is the placement of an anchor implant to which abutments or dentures can be attached. This procedure requires drilling into the bone to form an initial osteotomy, or cavity in the bone, into which the implant is placed.

При выполнении исходной остеотомии хирург может сверлить через первый слой компактной костной ткани до губчатой костной ткани, должен сверлить достаточно глубоко внутрь кости для получения хороших поверхностей соединения с имплантом, но при этом обеспечить, что сверло не проникнет в тонкий дистальный слой компактной костной ткани для недопущения таких хирургических осложнений,In the initial osteotomy, the surgeon can drill through the first layer of compact bone to cancellous bone, must drill deep enough into the bone to obtain good implant connection surfaces, but ensure that the drill does not penetrate the thin distal layer of compact bone to prevent such surgical complications,

- 1 037773 как инфекции или нейросенсорные нарушения, которые возникают при попадании через верхнюю челюсть в полость верхнечелюстной пазухи, или в нерв, или кровеносный сосуд.- 1 037773 as infections or neurosensory disorders that occur when entering the maxillary sinus cavity through the upper jaw, or into a nerve or blood vessel.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Стоматологическая система для сверления с определением спектроскопии электрического импеданса, выполненная с возможностью указания нахождения насадки системы для сверления в прилегающей компактной или губчатой костной ткани, приближения к границе губчатой/компактной костной ткани или приближения к границе костной /мягкой ткани, включает в себя бормашину, имеющую в своем ручном блоке трубчатую насадку, при этом трубчатая насадка имеет изолирующее покрытие, покрывающее всю поверхность, за исключением участка дистальной поверхности режущего края; трубчатый вкладыш, электрически соединенный с неизолированной внутренней поверхностью трубки трубчатой насадки, блок измерения и вычисления спектроскопии электрического импеданса (EIS), выполненный с возможностью измерения импеданса между трубчатым вкладышем и заземляющей пластиной или возвратным электродом, и систему обработки данных, выполненную с возможностью различать изменения в электрических свойствах, указывающих на приближение границы губчатой/компактной костной ткани или изменения, когда насадка системы для сверления приближается к границе между губчатой и компактной костной тканью или к границе между костной и мягкой тканью.Dental system for drilling with determination of electrical impedance spectroscopy, configured to indicate the location of the nozzle of the system for drilling in adjacent compact or cancellous bone tissue, approaching the border of cancellous / compact bone tissue or approaching the border of bone / soft tissue, includes a drill having in its hand unit, a tubular nozzle, wherein the tubular nozzle has an insulating coating covering the entire surface except for a portion of the distal surface of the incisal edge; a tubular liner electrically connected to the non-insulated inner surface of the tubular nozzle tube, an electrical impedance spectroscopy (EIS) measuring and calculating unit configured to measure the impedance between the tubular liner and a ground plate or return electrode, and a data processing system adapted to discriminate between changes in electrical properties indicating that the cancellous / compact bone boundary is approaching, or changes when the drilling attachment approaches the cancellous / compact bone boundary or the bone and soft tissue boundary.

Способ определения приближения насадки к компактной костной ткани или мягкой ткани при сверлении кости насадкой включает в себя этапы, на которых обеспечивают изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку, обеспечивают контакт насадки с трубчатым вкладышем, подают ограниченный по напряжению ток между насадкой и заземляющей пластиной по меньшей мере на одной частоте переменного тока; измеряют напряжение и фазу между насадкой и заземляющей пластиной; определяют импеданс по измеренному напряжению и фазе и генерируют сигнал при изменениях импеданса, указывающих на границу между костной и мягкой тканью или между губчатой и компактной костной тканью.The method for detecting the proximity of the nozzle to compact bone tissue or soft tissue when drilling the bone with the nozzle includes the steps of providing an insulating coating extending from a place near the cutting end of the nozzle to the end of the nozzle facing the hand unit, providing contact of the nozzle with the tubular insert, feeding a voltage limited current between the nozzle and the ground plate at at least one AC frequency; measure the voltage and phase between the nozzle and the grounding plate; determine the impedance from the measured voltage and phase and generate a signal when the impedance changes, indicating the boundary between bone and soft tissue or between cancellous and compact bone tissue.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Фиг. 1 - блок-схема системы для сверления с определением спектроскопии электрического импеданса.FIG. 1 is a block diagram of a drilling system with electrical impedance spectroscopy.

Фиг. 2 - схематический рисунок сверлящей насадки представленной системы для сверления.FIG. 2 is a schematic drawing of a drill bit of the present drilling system.

Фиг. 3 - фотография, представляющая вариант осуществления бормашины, имеющей насадку с прикрепленным трубчатым вкладышем.FIG. 3 is a photograph showing an embodiment of a drill having a nozzle with an attached tubular liner.

Фиг. 4 - иллюстрация электрического сопротивления и реактивного сопротивления образцов губчатой и компактной костной ткани, измеренных на прототипе, интегрированном в Nobel Biocare Drill с 2мм твист-сверлом.FIG. 4 is an illustration of the electrical resistance and reactance of cancellous and compact bone samples measured on a prototype integrated into a Nobel Biocare Drill with a 2mm twist drill.

Фиг. 5 - фотография покрытой DLC сверлящей насадки, имеющей непокрытый режущий конец.FIG. 5 is a photograph of a DLC coated drill bit having an uncoated cutting end.

Фиг. 6 иллюстрирует различие нормированного среднего значения сопротивления и реактивного сопротивления губчатой и компактной костной ткани, измеренной на прототипе, интегрированном в стандартное Nobel Biocare Drill со сверлящей насадкой в ех vivo-кости.FIG. 6 illustrates the difference between the normalized mean resistance and reactance of cancellous and compact bone, measured on a prototype integrated into a standard Nobel Biocare Drill with an ex vivo drill bit.

Фиг. 7 иллюстрирует различие нормированного среднего значения сопротивления и реактивного сопротивления губчатой и компактной костной ткани, измеренной на прототипе, интегрированном в стандартное Nobel Biocare Drill со сверлящей насадкой в свежей in situ-кости.FIG. 7 illustrates the difference between the normalized mean resistance and reactance of cancellous and compact bone, measured on a prototype integrated into a standard Nobel Biocare Drill with a drill bit in fresh in situ bone.

Фиг. 8 - блок-схема способа определения приближения сверлящей насадки к компактной костной ткани во время хирургических вмешательств.FIG. 8 is a flowchart of a method for determining the approach of a drill bit to compact bone tissue during surgery.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments

Значительно различающиеся клеточные элементы компактной и губчатой костной ткани обеспечивают различную способность к переносу и хранению электрического заряда, что характеризуется соответственно электропроводимостью (σ) и электропроницаемостью (ε) (σ и ε обратно пропорциональны сопротивлению и реактивности). При регистрации таких электрических свойств в широком диапазоне частот (от сотен Гц до десятков МГц) при выполнении спектроскопии электрического импеданса (EIS) были зарегистрированы значительные различия компактной и губчатой костной ткани. Были изучены измерения электрического импеданса в транспедикулярной винтовой вставке в позвоночнике, и было обнаружено, что различие электрических характеристик губчатой и компактной костной ткани может использоваться для навигации хирургов по позвоночной кости.Significantly different cellular elements of compact and cancellous bone tissue provide different capacities for transfer and storage of electric charge, which is characterized, respectively, by electrical conductivity (σ) and electrical permeability (ε) (σ and ε are inversely proportional to resistance and reactivity). When registering such electrical properties in a wide frequency range (from hundreds of Hz to tens of MHz) when performing electrical impedance spectroscopy (EIS), significant differences were recorded between compact and cancellous bone tissue. Measurements of electrical impedance in a pedicle screw insert in the spine were studied, and it was found that the difference in electrical characteristics of cancellous and compact bone tissue could be used to guide surgeons through the vertebral bone.

В настоящем документе мы описываем устройство EIS, объединенное с дрелью, предназначенной для сверления отверстий в кости, которое может требоваться, например, для множества хирургических вмешательств в стоматологии и некоторых нестоматологических хирургических вмешательств. Дрель, в частности, выполнена с возможностью измерения спектров биоимпеданса in vivo во время исходной остеотомии при процедурах зубной имплантации. Дрель, в частности, выполнена с возможностью измерения спектров электрического импеданса костных структур in vivo при продвижении сверла внутрь структуры. Это EIS-сверло предоставляет клиницисту обратную связь в реальном времени, например, звуковой или визуальный сигнал, позволяющий клиницисту остановить сверление до возникновения перфорации компактного слоя (при необходимости обеспечения немедленного врачебного вмешательства). В частном варианте осуществления дрель представляет собой стоматологическую бормашину.In this document, we describe an EIS device combined with a drill for drilling holes in bone, which may be required, for example, for a variety of dental surgeries and some non-dental surgeries. The drill is particularly configured to measure in vivo bioimpedance spectra during an initial osteotomy in dental implantation procedures. The drill, in particular, is configured to measure the electrical impedance spectra of bone structures in vivo while advancing the drill into the structure. This EIS drill provides the clinician with real-time feedback, such as an audible or visual signal, to allow the clinician to stop drilling before the perforation of the bed occurs (if immediate intervention is required). In a particular embodiment, the drill is a dental drill.

- 2 037773- 2 037773

На фиг. 1 проиллюстрирована система 100 для сверления с определением EIS. Ручной блок 102 бормашины содержит высокоскоростной двигатель и приводной вал 104, ведущий к прямоугольному блоку 106 конических шестерен, при этом блок конических шестерен и кожух 110 приводного вала 104 изолированы посредством изолирующего покрытия 108. С блоком конических шестерен соединена сверлящая насадка 112, имеющая изолированный участок 114 и открытый режущий участок 116. В некоторых вариантах осуществления открытый режущий участок 116 представляет собой участок шаровидного бора, а в других вариантах осуществления - кончик твист-сверла; изолированный участок проходит от режущего участка к концу насадки, обращенному в сторону ручного блока, причем насадка механически вставлена в стоматологический сверлящий ручной блок. Внутри блока 106 конических шестерен располагается трубчатый вкладыш 118, электрически соединенный с насадкой 112. Ручной блок 102 имеет соединительный трубкообразный кожух 120, вмещающий в себя трубку 122 для текучей среды для ирригации, электрический приводной провод для двигателя ручного блока 102 и электрический провод, предназначенный для присоединения указанного трубчатого вкладыша 118 к блоку 130 измерения и вычисления спектроскопии импеданса (EIS), при этом блок 130 измерения и вычисления EIS также соединен посредством другого провода 132 со второй электродной пластиной 134. В блоке 130 измерения и вычисления EIS находятся блок 136 возбуждения EIS, способный работать на частоте 100, 1000, 10000 и 100000 Гц под управлением процессора 138, и блок 140 измерения импеданса EIS. В альтернативных вариантах осуществления блок 130 измерения и вычисления импеданса EIS выполнен с возможностью работы на двух или более частотах в диапазоне 100 Гц - 1 МГц. Процессор 138 имеет память 142 с программным обеспечением для измерения EIS и программным обеспечением-классификатором 144, при этом программное обеспечение-классификатор выполнено с возможностью использования измерений EIS для определения, сверлит ли насадка 112 губчатую костную ткань или компактную костную ткань, и для извещения о том, насадка 112 для какого типа костной ткани вставлена с использованием индикатора 146.FIG. 1 illustrates a drilling system 100 with an EIS definition. The hand unit 102 of the drill includes a high-speed motor and a drive shaft 104 leading to a rectangular bevel gear unit 106, the bevel gear unit and the drive shaft casing 110 being insulated by an insulating cover 108. The bevel gear unit is connected to a drill bit 112 having an insulated portion 114 and an open cutting portion 116. In some embodiments, the open cutting portion 116 is a ball burr portion, and in other embodiments, the tip of a twist drill; the insulated portion extends from the cutting portion to the end of the nozzle facing the handpiece, the nozzle being mechanically inserted into the dental drilling handpiece. Inside the bevel gear assembly 106 is a tubular liner 118 electrically connected to the attachment 112. The handpiece 102 has a tubular connecting casing 120 housing the irrigation fluid tube 122, an electrical drive wire for the handpiece motor 102, and an electrical wire for connecting said tubular liner 118 to the unit 130 for measuring and calculating impedance spectroscopy (EIS), while the unit 130 for measuring and calculating the EIS is also connected via another wire 132 to the second electrode plate 134. The unit 130 for measuring and calculating the EIS contains an EIS excitation unit 136, capable of operating at 100, 1000, 10000 and 100000 Hz under the control of processor 138, and an EIS impedance measurement unit 140. In alternative embodiments, the EIS impedance measurement and computation unit 130 is configured to operate at two or more frequencies in the 100 Hz to 1 MHz range. The processor 138 has a memory 142 with EIS measurement software and classifier software 144, the classifier software is configured to use the EIS measurements to determine whether the tip 112 is drilling cancellous bone or compact bone and to notify , the tip 112 for which type of bone is inserted using the indicator 146.

Вариант осуществления с твист-сверлом более подробно проиллюстрирован на фиг. 2. Насадка 160 с твист-сверлом имеет открытый, или неизолированный, конец 162, имеющий режущие края, которые могут контактировать с костной тканью и просверливать в ней отверстия. Насадка 160 также имеет электрически изолированный участок 164, несущий покрытие из алмазоподобного углерода (DLC), покрытие, которое является и очень твердым, так, что имеет небольшой износ при сверлении отверстий в кости, и электрически обладает высоким удельным сопротивлением, при этом покрытие из DLC проходит по оставшейся части наружной стороны насадки 160 до сверлящего конца насадки 160, включающего в себя участки, зацепляющие коническую шестерню сверлящей головки 170, и включающего в себя участки по желобкам 171. Насадка 160 также имеет неизолированное осевое отверстие 172, проходящее от сверлящего конца насадки внутрь насадки, но не насквозь.The twist drill embodiment is illustrated in more detail in FIG. 2. Twist drill bit 160 has an open, or non-insulated, end 162 having cutting edges that can contact and drill holes in bone. The bit 160 also has an electrically insulated portion 164 bearing a diamond-like carbon (DLC) coating, a coating that is both very hard so that it has little wear when drilling holes in bone and has an electrically high resistivity, with a DLC coating extends along the remainder of the outside of the bit 160 to the boring end of the bit 160, which includes portions engaging the bevel gear of the boring head 170 and includes portions along the grooves 171. The bit 160 also has an uninsulated axial hole 172 extending from the boring end of the bit inward nozzles, but not through.

Внутри осевого отверстия 172 расположен неизолированный концевой участок 174 трубчатого вкладыша 166, находящийся в электрическом контакте с неизолированной поверхностью насадки 160 в этом отверстии. Трубчатый вкладыш 166 проходит от конца насадки 160 через изоляцию 176 к электронному блоку 130 измерения и вычисления EIS (фиг. 1). Приводной вал 178 и коническая шестерня 180 вращаются для приведения в действие конической шестерни 168 сверлящей головки 170 для вращения насадки 160 для сверления отверстий в кости.Within the axial bore 172, an uninsulated end portion 174 of the tubular liner 166 is disposed in electrical contact with the uninsulated surface of the nozzle 160 in the bore. A tubular liner 166 extends from the end of the nozzle 160 through the insulation 176 to the electronic unit 130 for measuring and calculating the EIS (FIG. 1). The drive shaft 178 and the bevel gear 180 rotate to drive the bevel gear 168 of the drill head 170 to rotate the drill bit 160 for drilling holes in the bone.

Фиг. 1 и 2 представляют собой схемы, а фиг. 3 представляет собой фотографию, представляющую вариант осуществления экспериментального наконечника 202, имеющего насадку 204, снабженную трубчатым вкладышем 206 и прикрепленным изолированным проводом 208, а фиг. 4 представляет собой фотографию, представляющую пару неизолированных трубчатых вкладышей 210. В варианте осуществления трубчатые вкладыши 210, 206 выполнены из нержавеющей стали.FIG. 1 and 2 are diagrams and FIG. 3 is a photograph showing an embodiment of an experimental tip 202 having a nozzle 204 provided with a tubular liner 206 and an attached insulated wire 208, and FIG. 4 is a photograph showing a pair of uninsulated tubular bushings 210. In an embodiment, tubular bushings 210, 206 are made of stainless steel.

В различных вариантах осуществления неизолированный концевой участок 174 насадки 160 или неизолированный шаровидный участок насадки 116 имеет длину от одного до трех миллиметров.In various embodiments, the uninsulated end portion 174 of the nozzle 160 or the uninsulated ball portion of the nozzle 116 has a length of one to three millimeters.

Работа EIS-системы для сверления.EIS drilling system operation.

EIS-система для сверления образована блоком измерения и вычисления EIS, бормашиной и насадкой, имеющей трубчатый вкладыш. Расположение вкладыша 206 внутри трубки сверлящей насадки не уменьшает рабочего хирургического пространства и по-прежнему обеспечивает ирригацию через трубку или вокруг наружной поверхности сверлящей насадки. Трубчатый вкладыш соединяется с проводом, который сопрягается с анализатором импеданса. Аналогично возвратный электрод 134 (фиг. 1) соединяется с другим проводом, который сопрягается с анализатором импеданса. Ограниченный по напряжению переменный ток (АС) подается между двумя электродными элементами на нескольких частотах и записываются напряжение и фаза, наведенная между ними. По этим измерениям импеданс вычисляется как отношение напряжения к току.The EIS system for drilling consists of an EIS measurement and calculation unit, a drill and a nozzle with a tubular insert. The location of the liner 206 within the drill bit tube does not reduce the working surgical space and still allows irrigation through the tube or around the outer surface of the drill bit. The tubular liner connects to a wire that mates with the impedance analyzer. Similarly, return electrode 134 (FIG. 1) is connected to another wire that mates with the impedance analyzer. A voltage limited alternating current (AC) is applied between the two electrode elements at multiple frequencies and the voltage and phase induced between them are recorded. From these measurements, impedance is calculated as the ratio of voltage to current.

Импеданс (Z) вычисляется как отношение измеренного напряжения к поданному току; мы считаем импеданс комплексной величиной, состоящей из действительной резистивной компоненты (R) и мнимой реактивной компоненты (X), согласно уравнению Z=R+jX. Блок с электроникой вычисляет R и X по результатам измерений на каждой частоте, на которой проводится испытание. Из этого мы вычисляем импеданс, проводимость, удельное сопротивление и тому подобное.Impedance (Z) is calculated as the ratio of the measured voltage to the applied current; we consider impedance to be a complex quantity consisting of a real resistive component (R) and an imaginary reactive component (X), according to the equation Z = R + jX. The electronics unit calculates R and X from the measurements at each test frequency. From this we calculate impedance, conductivity, resistivity, and the like.

- 3 037773- 3 037773

Мы представили в предыдущих экспериментах в условиях ex vivo и in situ на бедренных костях свиней, что компактная костная ткань имеет более высокое удельное сопротивление и импеданс, чем губчатая кость. Отношение удельного сопротивления компактной костной ткани к губчатой костной ткани лежит в диапазоне 1,28-1,48 в кости ex vivo и 2,82-2,94 в свежей костной ткани in situ. В результате мы ожидаем, что поскольку сверлящая насадка движется через губчатую костную ткань в направлении границы с компактной костной тканью, мы увидим увеличение импеданса/удельного сопротивления при приближении к этой границе.We have shown in previous ex vivo and in situ experiments on pig femurs that compact bone has higher resistivity and impedance than cancellous bone. The resistivity ratio of compact bone to cancellous bone is in the range of 1.28-1.48 in ex vivo bone and 2.82-2.94 in fresh bone in situ. As a result, we would expect that as the drill bit moves through the cancellous bone towards the compact bone interface, we will see an increase in impedance / resistivity as we approach this border.

В варианте осуществления блок измерения и вычисления EIS выполнен с возможностью обеспечения визуального и/или звукового сигналов при приближении сверлящей насадки к компактной кости.In an embodiment, the EIS measurement and calculation unit is configured to provide visual and / or audible signals when the drill bit approaches the compact bone.

Клиническое использование этого устройства включает в себя использование сверла для создания исходной остеотомии (отверстия в кости), предназначенного для вставки импланта. Электрические характеристики, в частности, удельное сопротивление и реактивное сопротивление кости, регистрируются на одной или множестве частот по мере продвижения сверла внутрь кости. Эти измерения вводятся в блок классификации в реальном времени, используемый для определения приближения к границе тканей (то есть границе губчатой-компактной костной ткани). В качестве клинической обратной связи используется визуальный или звуковой сигнал, который увеличивается по частоте повторения импульсов в зависимости от изменения импеданса.The clinical use of this device includes the use of a drill to create an initial osteotomy (hole in the bone) for implant insertion. Electrical characteristics such as bone resistivity and reactance are recorded at one or multiple frequencies as the drill moves into the bone. These measurements are entered into a real-time grading unit used to determine the approximation of the tissue boundary (i.e. the cancellous-compact bone boundary). As clinical feedback, a visual or audible signal is used, which increases in pulse repetition rate depending on the change in impedance.

Мы собрали значительный объем данных об электрических характеристиках компактной и губчатой костной ткани ex vivo и in situ и показали значительную разницу в импедансе между двумя типами костной ткани.We collected a significant amount of data on the electrical characteristics of compact and cancellous bone ex vivo and in situ, and showed a significant difference in impedance between the two types of bone.

В эксперименте ex vivo мы располагали стандартные трубчатые сверлящие насадки на глубине 3 мм в 10 образцах каждой - компактной и губчатой - костной ткани, только что полученной от свиньи, и регистрировали импеданс в диапазоне 100 Гц - 1 МГц на 41 частоте. Мы показали, что существуют значительные различия R и X (р<0,05) между этими двумя типами костной ткани с различием по удельному сопротивлению, составляющим 41, 37, 29 и 32% соответственно при 0,1, 1, 10 и 100 кГц. Эти тенденции, зарегистрированные в нашем прототипе, аналогичны описанным ранее для губчатой и компактной костной ткани.In an ex vivo experiment, we placed standard tubular drill bits at a depth of 3 mm in 10 samples of each - compact and cancellous - bone tissue freshly obtained from a pig, and recorded the impedance in the range of 100 Hz - 1 MHz at 41 frequencies. We have shown that there are significant differences in R and X (p <0.05) between these two types of bone, with a difference in resistivity of 41, 37, 29 and 32%, respectively, at 0.1, 1, 10 and 100 kHz. ... These trends recorded in our prototype are similar to those described earlier for cancellous and compact bone tissue.

В эксперименте in situ мы использовали специально изготовленную покрытую DLC сверлящую насадку для регистрации импеданса от 40 образцов каждой - компактной и губчатой - костной ткани в бедренных костях свиней через 30 мин после умерщвления. Мы продемонстрировали, что существуют значительные различия R и X (р<0,001) между указанными типами тканей, при этом максимальное отличие по сопротивлению составляло ~300% при 100 кГц, а максимальное отличие по реактивному сопротивлению составляло ~250% при 1 кГц.In an in situ experiment, we used a specially made DLC coated drill bit to record the impedance from 40 samples of each compact and cancellous bone tissue in the femur of pigs 30 min after sacrifice. We have demonstrated that there are significant differences in R and X (p <0.001) between these tissue types, with the maximum difference in resistance being ~ 300% at 100 kHz, and the maximum difference in reactance being ~ 250% at 1 kHz.

Электрический импеданс изменяется не только в зависимости от типа ткани, в которой находится кончик, но и от типов ткани вблизи кончика. Система может, следовательно, отслеживать изменения импеданса, когда насадка протыкает кость, и генерирует сигнал, когда изменения импеданса указывают на то, что кончик приближается к границе губчатой-компактной костной ткани, или когда кончик приближается к границе костной ткани и мягкой ткани; при этом границы костной ткани и мягкой ткани включают в себя границы между костной тканью и кровеносными сосудами, нервами, выстилкой пазух, мышцами и другими неоссифицированными тканями.The electrical impedance varies not only with the type of tissue in which the tip is located, but also with the types of tissue near the tip. The system can therefore monitor changes in impedance as the tip pierces bone and generates a signal when changes in impedance indicate that the tip is approaching the cancellous-compact bone boundary, or when the tip is approaching the bone-soft tissue boundary; the boundaries of bone tissue and soft tissue include the boundaries between bone tissue and blood vessels, nerves, sinus lining, muscles, and other non-ossified tissues.

Отличительные особенности.Distinctive features.

Отличительные особенности этой стоматологической системы для сверления с определением спектроскопии электрического импеданса включают в себя:Features of this Dental Impedance Spectroscopy Drilling System include:

1) покрытую стоматологическую сверлящую насадку в качестве чувствительного или запускающего электрода,1) a coated dental drill bit as a sensing or triggering electrode,

2) покрытие из алмазоподобного углерода (DLC) для изоляции всей сверлящей насадки, за исключением нескольких миллиметров, расположенных в дистальном участке,2) a diamond-like carbon (DLC) coating to isolate the entire drill bit, with the exception of a few millimeters located in the distal region,

3) внутритрубчатый вкладыш для взаимодействия сверлящей насадки с модулем определения импеданса,3) an intratubular insert for interaction of the drilling nozzle with the impedance determination module,

4) сбор результатов измерений импеданса на множестве частот для этого конкретного применения хирургического сверления,4) collecting impedance measurements at multiple frequencies for that particular surgical drilling application,

5) расширение функции определения границы за пределы чисто порогового определения.5) extension of the function of determining the boundary beyond the purely threshold definition.

Кроме того, посредством взаимодействия нашей системы со стоматологическим наконечником для импланталогии посредством трубчатого пространства нам не требуется ни в каком случае ни видоизменять сверло, ни уменьшать рабочий объем, доступный хирургу. Ирригация по-прежнему возможна несмотря на наличие вкладыша, позволяющего хирургам продолжать использование трубчатых сверлящих насадок по своему прямому назначению.In addition, due to the interaction of our system with the dental handpiece for implantology through the tubular space, we do not need in any way to modify the drill, nor to reduce the working volume available to the surgeon. Irrigation is still possible despite a liner that allows surgeons to continue to use tubular drill bits for their intended purpose.

Покрытия из DLC имеют чрезвычайно высокую твердость (4000-9000 HV), высокое удельное сопротивление (до 106 ом-см) и являются биосовместимыми. Посредством нанесения этого изолирующего покрытия на большую часть сверлящей насадки и оставления только 1-3 дистальных мм открытыми для определения мы обеспечиваем более надежные и воспроизводимые измерения импеданса, которые не зависят от глубины погружения сверлящей насадки в материал. Хотя некоторые решения предшествую- 4 037773 щего уровня техники предусматривают изолирующий материал, наносимый на сверлящее устройство, они не определяют тип изолирующего материала, а также у них не оставлена непокрытая область на дистальном конце для определения.DLC coatings have extremely high hardness (4000-9000 HV), high resistivity (up to 106 ohm-cm) and are biocompatible. By applying this insulating coating to most of the drill bit and leaving only 1-3 mm distal open for detection, we provide more reliable and reproducible impedance measurements that are independent of the depth of the drill bit immersed in the material. While some prior art solutions provide an insulating material to be applied to the boring device, they do not define the type of insulating material, nor do they leave an uncovered area at the distal end to define.

Сбор измерений импеданса на множестве частот вместо одной частоты обеспечивает возможность лучшего различения губчатой и компактной костной ткани. Увеличенное число измерений позволит нам исследовать дополнительные характеристики, которые могут использоваться для разграничения указанных двух типов костной ткани. Большая часть предшествующего уровня техники основана на пороговом обнаружении на одной частоте для предупреждения врачей о приближении границы тканей. Мы используем множество признаков и алгоритмов для обнаружения оптимального сочетания для использования при обнаружении границы.Collecting impedance measurements at multiple frequencies instead of a single frequency allows better discrimination between cancellous and compact bone. The increased number of measurements will allow us to explore additional characteristics that can be used to distinguish between these two types of bone. Much of the prior art relies on single frequency threshold detection to alert clinicians when tissue boundaries are approaching. We use a variety of features and algorithms to find the optimal combination to use in boundary detection.

В варианте осуществления способ обнаружения приближения насадки к компактной костной ткани при сверлении кости с помощью насадки включает в себя этапы, на которых: обеспечивают 302 (фиг. 8) изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку, обеспечивают контакт насадки с трубчатым вкладышем; подают ограниченный по напряжению ток между насадкой и заземляющей пластиной по меньшей мере на одной частоте переменного тока; измеряют напряжение и фазу между насадкой и заземляющей пластиной; и определяют импеданс по измеренным напряжению и фазе и генерируют сигнал, когда изменения импеданса указывают на приближение к границе губчатой-компактной костной ткани или границы костной-мягкой ткани.In an embodiment, a method for detecting the approach of a tip to a compact bone tissue when drilling a bone with a tip includes the steps of: providing 302 (FIG. 8) an insulating cover extending from a location near the cutting end of the tip to the tip of the tip facing the handpiece , provide contact of the nozzle with the tubular liner; supplying a voltage limited current between the nozzle and the ground plate at at least one AC frequency; measure the voltage and phase between the nozzle and the grounding plate; and determining the impedance from the measured voltage and phase and generating a signal when changes in impedance indicate an approach to the cancellous-compact bone boundary or the bone-soft tissue boundary.

В альтернативном варианте осуществления контактный участок конца насадки, обращенного к ручному блоку, не покрыт DLC-изолирующим покрытием, и ручной блок модифицирован для обеспечения электрического контакта устройства измерения и вычисления EIS с этим непокрытым участком конца насадки, обращенным к ручному блоку, при изоляции всей остальной части сверлящего ручного блока от устройства измерения и вычисления EIS.In an alternative embodiment, the contact portion of the handpiece end of the handpiece is not covered with a DLC insulating coating and the handpiece is modified to provide electrical contact of the EIS measurement and computation device with this uncoated handpiece end of the handpiece while isolating the rest of the parts of the drilling hand unit from the EIS measurement and calculation device.

Сочетание отличительных характеристик.Combination of distinctive characteristics.

Стоматологическая система для сверления, обозначенная А, с определением электрического импеданса (EIS), выполненная с возможностью указания, приближается ли насадка системы для сверления к границе губчатой-компактной костной ткани или к границе костной-мягкой ткани, включает в себя бормашину, имеющую в своем ручной блоке трубчатую насадку, при этом трубчатая насадка имеет изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку, трубчатый вкладыш, электрически соединенный с неизолированной внутренней поверхностью трубки трубчатой насадки, блок измерения и вычисления EIS, выполненный с возможностью измерения импеданса между трубчатым вкладышем и заземляющей пластиной, и систему обработки данных, выполненную с возможностью определения приближения насадки системы для сверления к границе губчатой-компактной костной ткани или к границе костной-мягкой ткани.The dental drilling system, designated A, with electrical impedance determination (EIS), configured to indicate whether the drilling attachment approaches the cancellous-compact bone boundary or the bone-soft tissue boundary, includes a drill having in its the hand unit has a tubular nozzle, while the tubular nozzle has an insulating coating extending from a place near the cutting end of the nozzle to the end of the nozzle facing the hand unit, a tubular liner electrically connected to the uninsulated inner surface of the tube of the tubular nozzle, an EIS measurement and calculation unit made with the possibility of measuring the impedance between the tubular liner and the grounding plate, and a data processing system configured to determine the approach of the drilling system nozzle to the cancellous-compact bone tissue boundary or to the bone-soft tissue boundary.

Стоматологическая система для сверления, обозначенная АА, включает в себя стоматологическую систему для сверления, обозначенную А, в которой электрически изолированный участок сверлящей насадки изолирован покрытием из алмазоподобного углерода (DLC).A dental drilling system, designated AA, includes a dental drilling system, designated A, in which an electrically insulated portion of the drill bit is insulated with a diamond-like carbon (DLC) coating.

Стоматологическая система для сверления, обозначенная АВ, включает в себя стоматологическую систему для сверления, обозначенную А или АА, в которой блок измерения и вычисления EIS обеспечивает ограниченный по напряжению ток на каждой из множества частот и измеряет полученное напряжение и фазу.A dental drilling system, designated AB, includes a dental drilling system, designated A or AA, in which an EIS measuring and calculating unit provides a voltage-limited current at each of a plurality of frequencies and measures the resulting voltage and phase.

Стоматологическая система для сверления, обозначенная АС, включает в себя стоматологическую систему для сверления А, АА или АВ, в которой блок измерения и вычисления EIS выполнен с возможностью обеспечения визуального и /или звукового сигналов при приближении сверлящей насадки к компактной кости.The dental drilling system, designated AC, includes a dental drilling system A, AA, or AB, in which the EIS measurement and calculation unit is configured to provide visual and / or audible signals when the drill bit approaches the compact bone.

Стоматологическая система для сверления, обозначенная AD, включает в себя стоматологическую систему для сверления, обозначенную А, АА, АВ или АС, в которой блок измерения и вычисления EIS выполнен с возможностью измерения импеданса по меньшей мере на двух частотах в диапазоне 100100000 Гц.A dental drilling system, designated AD, includes a dental drilling system, designated A, AA, AB, or AC, in which an EIS measurement and calculation unit is configured to measure impedance at at least two frequencies in the range 100-100,000 Hz.

Способ, обозначенный В, определения приближения насадки к компактной костной ткани или приближения насадки к границе костной-мягкой ткани, при этом сверление костной ткани с помощью насадки включает в себя этапы, на которых обеспечивают изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку, обеспечивают контакт насадки с трубчатым вкладышем; подают ограниченный по напряжению ток между насадкой и заземляющей пластиной по меньшей мере на одной частоте переменного тока; измеряют напряжение и фазу между насадкой и заземляющей пластиной, определяют импеданс по измеренному напряжению и фазе и генерируют сигнал, когда изменения импеданса указывают на приближение к границе губчатойкомпактной кости или к границам костной-мягкой тканей.The method, indicated by B, of determining the approach of the tip to the compact bone tissue or the approach of the tip to the bone-soft tissue boundary, while drilling the bone tissue with the tip includes the steps of providing an insulating coating extending from a location near the cutting end of the tip to the end nozzles facing the hand unit ensure contact of the nozzle with the tubular liner; supplying a voltage limited current between the nozzle and the ground plate at at least one AC frequency; measure the voltage and phase between the nozzle and the ground plate, determine the impedance from the measured voltage and phase, and generate a signal when changes in impedance indicate an approach to the cancellous compact bone or to the bone-soft tissue boundaries.

Способ, обозначенный ВА, включающий в себя способ, обозначенный В, при этом ограниченный по напряжению ток подается на частоте 100-100000 Гц.The method indicated by BA, including the method indicated by B, wherein the voltage limited current is supplied at a frequency of 100-100000 Hz.

- 5 037773- 5 037773

Заключение.Conclusion.

В вышеописанных методах и системах могут быть сделаны изменения без выхода за границы их объема. Таким образом, следует заметить, что объект, содержащийся с вышеприведенном описании или представленный на сопроводительных чертежах, следует истолковывать в иллюстративном, а не в ограничительном смысле. Нижеприведенная формула предназначена для охвата всех описанных в нем общих и частных признаков, а также всех утверждений формулы представленного способа и системы, которые, с точки зрения языка, могут считаться находящимися в их рамках.Changes can be made to the methods and systems described above without going beyond their scope. Thus, it should be noted that the subject matter contained in the above description or represented in the accompanying drawings is to be construed in an illustrative and not a limiting sense. The formula below is intended to cover all the general and particular features described in it, as well as all the statements of the formula of the presented method and system, which, from the point of view of the language, can be considered to be within their framework.

Claims (7)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Стоматологическая система для сверления с определением электрического импеданса (EIS), выполненная с возможностью указания приближения насадки системы для сверления к границе губчатой и компактной костной ткани или к границе костной и мягкой тканей, содержащая бормашину, имеющую в своем ручном блоке трубчатую насадку, при этом трубчатая насадка имеет изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку, трубчатый вкладыш, электрически соединенный с неизолированной внутренней стороной трубки трубчатой насадки, блок измерения и вычисления EIS, выполненный с возможностью измерения импеданса между трубчатым вкладышем и заземляющей пластиной, и систему обработки данных, выполненную с возможностью определения приближения насадки системы для сверления к границе губчатой-компактной костной ткани или к границе костной и мягкой тканей.1. Dental system for drilling with determination of electrical impedance (EIS), made with the possibility of indicating the approach of the nozzle of the system for drilling to the border of spongy and compact bone tissue or to the border of bone and soft tissue, containing a drill having a tubular nozzle in its hand unit, when this, the tubular nozzle has an insulating coating extending from a location near the cutting end of the nozzle to the end of the nozzle facing the hand unit, a tubular liner electrically connected to the uninsulated inner side of the tube of the tubular nozzle, an EIS measuring and calculating unit adapted to measure the impedance between the tubular liner and a grounding plate, and a data processing system configured to determine the approach of the drilling system nozzle to the cancellous-compact bone tissue boundary or to the bone and soft tissue boundary. 2. Стоматологическая система для сверления по п.1, в которой электрически изолированный участок сверлящей насадки изолирован алмазоподобным углеродным (DLC) покрытием.2. The dental drilling system of claim 1, wherein the electrically insulated portion of the drill bit is insulated with a diamond-like carbon (DLC) coating. 3. Стоматологическая система для сверления по п.1, в которой блок измерения и вычисления EIS обеспечивает ограниченный по напряжению ток на каждой из множества частот и измеряет результирующие напряжение и фазу.3. The dental drilling system of claim 1, wherein the EIS measuring and calculating unit provides a voltage limited current at each of the plurality of frequencies and measures the resulting voltage and phase. 4. Стоматологическая система для сверления по п.1, в которой блок измерения и вычисления EIS выполнен с возможностью обеспечения визуального и/или звукового сигналов при приближении сверлящей насадки к компактной костной ткани.4. A dental drilling system according to claim 1, wherein the EIS measuring and calculating unit is configured to provide visual and / or audible signals when the drilling bit approaches the compact bone tissue. 5. Стоматологическая система для сверления по пп.1-3 или 4, в которой блок измерения и вычисления EIS выполнен с возможностью измерения импеданса по меньшей мере на двух частотах в диапазоне 100-100000 Гц.5. Dental drilling system according to claims 1 to 3 or 4, wherein the EIS measurement and calculation unit is configured to measure impedance at at least two frequencies in the range 100-100000 Hz. 6. Способ определения приближения насадки к компактной костной ткани или приближения насадки к границе костной и мягкой тканей при сверлении кости насадкой при использовании системы по п.1, причем способ содержит этапы, на которых формируют изолирующее покрытие, проходящее от места вблизи режущего конца насадки к концу насадки, обращенному к ручному блоку;6. A method for determining the approach of the nozzle to a compact bone tissue or the approach of the nozzle to the boundary of bone and soft tissues when drilling a bone with a nozzle using the system according to claim 1, the method comprising the steps of forming an insulating coating extending from a location near the cutting end of the nozzle the end of the nozzle facing the hand unit; приводят насадку в контакт с трубчатым вкладышем;bring the nozzle into contact with the tubular liner; подают ограниченный по напряжению ток между насадкой и заземляющей пластиной по меньшей мере на одной частоте переменного тока;supplying a voltage limited current between the nozzle and the ground plate at at least one AC frequency; измеряют напряжение и фазу между насадкой и заземляющей пластиной;measure the voltage and phase between the nozzle and the grounding plate; определяют импеданс по измеренному напряжению и фазе; и генерируют сигнал, когда изменения импеданса указывают на приближение границы губчатой и компактной костной ткани или границы костной и мягкой тканей.determine the impedance of the measured voltage and phase; and generate a signal when changes in impedance indicate an approach of the cancellous-compact bone boundary or the bone-soft tissue boundary. 7. Способ по п.6, в котором ограниченный по напряжению ток подается на многих частотах между 100 и 1000000 Гц.7. The method of claim 6, wherein the voltage limited current is applied at multiple frequencies between 100 and 1,000,000 Hz.
EA201992118A 2017-03-23 2018-03-08 Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries EA037773B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762475724P 2017-03-23 2017-03-23
PCT/US2018/021486 WO2018165390A1 (en) 2017-03-08 2018-03-08 Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201992118A1 EA201992118A1 (en) 2020-03-31
EA037773B1 true EA037773B1 (en) 2021-05-20

Family

ID=69942806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201992118A EA037773B1 (en) 2017-03-23 2018-03-08 Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA037773B1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5653812A (en) * 1995-09-26 1997-08-05 Monsanto Company Method and apparatus for deposition of diamond-like carbon coatings on drills
US20060241628A1 (en) * 2003-01-31 2006-10-26 Parak Wolfgang J Medical drilling device
US20140094808A1 (en) * 2003-03-25 2014-04-03 Path Scientific, Llc Drill Device and Method for Forming Microconduits
US20140141385A1 (en) * 2011-07-24 2014-05-22 Creative Team Instruments Ltd Integrative system for dental procedures
US20160296242A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Massachusetts Institute Of Technology Method for Automated Opening of Craniotomies for Mammalian Brain Access

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5653812A (en) * 1995-09-26 1997-08-05 Monsanto Company Method and apparatus for deposition of diamond-like carbon coatings on drills
US20060241628A1 (en) * 2003-01-31 2006-10-26 Parak Wolfgang J Medical drilling device
US20140094808A1 (en) * 2003-03-25 2014-04-03 Path Scientific, Llc Drill Device and Method for Forming Microconduits
US20140141385A1 (en) * 2011-07-24 2014-05-22 Creative Team Instruments Ltd Integrative system for dental procedures
US20160296242A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Massachusetts Institute Of Technology Method for Automated Opening of Craniotomies for Mammalian Brain Access

Also Published As

Publication number Publication date
EA201992118A1 (en) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7421236B2 (en) Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous/cortical bone and bone/soft tissue boundaries
JP4335013B2 (en) Drill device that enables inspection of penetration state of penetration means into living bone structure, penetration means used therefor, and electronic card
US9538935B2 (en) System for determining the quality of an individual&#39;s bone structure
KR20020005467A (en) System and method for detecting electrode-tissue contact
Dai et al. Drilling electrode for real-time measurement of electrical impedance in bone tissues
US20120271192A1 (en) Method and apparatus for analysing the structure of bone tissue
AU5243300A (en) Alveolar bone measurement system
Sun et al. Minimally invasive local-skull electrophysiological modification with piezoelectric drill
Veltri et al. Soft bone primary stability of 3 different miniscrews for orthodontic anchorage: a resonance frequency investigation
Maurer et al. Measurement of oxygen partial pressure in the mandibular bone using a polarographic fine needle probe
EA037773B1 (en) Electrical impedance sensing dental drill system configured to detect cancellous-cortical bone and bone-soft tissue boundaries
WO2017030900A1 (en) Quantitative tool using impedance spectroscopy to monitor fracture healing
BR112019018542B1 (en) DENTAL DRILLING SYSTEM WITH ELECTRICAL IMPEDANCE DETECTION AND METHOD OF DETECTION OF THE APPROACH OF A DRILL TO CORTICAL BONE, OR OF THE APPROACH OF A DRILL TO THE SOFT BONE-TISSUE INTERFACE
GB2356051A (en) Measuring the vascularity within bone tissue using electrical contact impedance measurements