Ультразвуковые инструменты: дизайн и особенности выбора

Все ультразвуковые наконечники совершают колебательные движения по эллиптической траектории, передавая кинетическую энергию на все поверхности инструмента, делая каждую из них активной и клинически полезной. Активная область инструмента — это свободный конец наконечника с максимальной амплитудой смещения, которая распространяется примерно на 4 мм от крайнего антиузла в терминальной части наконечника. Во время ультразвуковой обработки поверхность инструмента адаптируется к поверхности зуба.

Ультразвуковые инструменты имеют так называемую активную область, на рисунке показаны каждая поверхность и активная область насадки.

Из-за небольшой площади активного конца насадки энергия на его поверхности сильно концентрируется, что может повредить корень. Поэтому насадки никогда не должен контактировать с корнем напрямую.

Подача охлаждающей воды на насадку бывает внутренней (только в магнитострикционных аппаратах) или внешней (в пьезоэлектрических и магнитострикционных системах). Внешняя подача позволяет уменьшить диаметр насадки по сравнению с внутренней подачей воды. Преимущество внутренней подачи заключается в том, что вода подается ближе к активной области, обеспечивая более сфокусированное охлаждение и улучшенный контроль распыления, хотя это не снижает уровень аэрозольного загрязнения во время скейлинга.

Для эффективного использования ультразвуковых аппаратов в пародонтальной терапии требуется набор инструментов различной конфигурации и формы. Существует множество вариантов ультразвуковых инструментов, однако, в отличие от ручных, их классификация и обозначения между производителями не стандартизированы. Для классификации можно использовать несколько параметров.

На данный момент существует общепринятый подход к классификации параметров инструментов, который может быть использован.

Размер или диаметр инструмента описывается как его размер в ширину или толщину в активной области.
В настоящее время ультразвуковые инструменты делятся на три категории по диаметру: стандартные, тонкие и ультратонкие. Это разделение условное, поскольку точных значений, полученных путем измерения, не существует.

Хотя конкретные размеры насадок в каждой категории могут отличаться, у производителей существует определенные категорийные показатели для каждого вида.

Диаметр инструмента в первую очередь влияет на степень силы воздействия, а также на величину сумма кавитационных и потоковых сил, создаваемых осциллирующим наконечником.

Как уже говорилось ранее, сила, оказываемая объектом (в данном случае колеблющийся наконечник), — это произведение массы объекта (m) на его ускорение.

Масса объекта равна количеству вещества в объекте, измеренному в килограммах. Масса и сила прямо пропорциональна; следовательно, чем больше массы, тем больше сила. Учитывая влияние массы объекта на силу, масса (обозначенная диаметром) колеблющейся насадки влияет на степень повреждения поверхности корня и эффективность удаления отложений, поскольку эти две величины связаны напрямую.

При заданной мощности или боковой силе, значительное увеличение потери корневого вещества происходит при использовании насадки с широким диаметром по сравнению со случаями использования узких или  в виде зонда насадок по всем параметрам — ширина, глубина и объем.

Различие между глубиной и объемом поверхностного дефекта поверхности важно. Глубина дефекта, по-видимому, является мерой способности инструмента к повреждению корня, тогда как объем дефектов может быть показателем эффективности работы инструмента для удаления отложений. Эта означает, что если насадки колеблются напротив отложения вместо поверхности корня, более широкий диаметр обеспечивает более эффективное удаление, чем насадка с узким диаметром.

Размеры насадок могут быть более важными, чем амплитуда смещения в генерации эффекта кавитации. При заданной амплитуде колебания ненагруженная насадка с широким диаметром обычно дает больший кавитационные и потоковые силы , чем такие же тонкие насадки. Это дает более широким насадкам способность вытеснять большие объемы воды (так создавая большую кавитационную и микропотоковую силы), чем более узкие насадки.
Однако создание нагрузки (например, боковое давление) увеличивает кавитационную активность в клинически важной активной зоне. Это увеличение больше при использовании тонких инструментов, чем для инструментов с широким диаметром.

Тонкие ультразвуковые инструменты были специально разработаны с намерением улучшить проникновение к основанию пародонтального кармана за счет их более тонкого, зонд-подобного диаметра.

Глубина проникновения в карман была оценена в исследованиях по глубине проникновения относительно соединительнотканного прикрепления или по апикальной границе бляшки (APB). Можно утверждать, что оценка APB является более полезным параметром измерения глубины проникновения инструмента, так как проникновение далее APB к соединительнотканному прикреплению может и не понадобиться, и в целом не очень желательно.
Используя APB в качестве эталона, было показано, что стандартные и тонкие насадки сравнимы (то есть статистически равны) в их способности к адекватному проникновению в глубокие карманы.

Это примечательно, поскольку глубина кармана часто (но ошибочно), трактуется производителями и авторами как показание к использованию ручного инструмента. Однако тонкие ультразвуковые инструменты улучшают доступ к зонам фуркации и могут использоваться для профилактических процедур.

Ультразвуковая обработка с узкой насадкой более эффективна, чем стандартная кюрета Грейси в снижении воспаления и удалении бактерий в дефектах фуркаций II и III классов, вероятно, из-за лучшего доступа по причине более узкого диаметра. У пациентов со здоровым пародонтом, тонкие и ультратонкие насадки облегчают доступ к борозде, расширяя использование ультразвуковых аппаратов для профилактических процедур.

Форма инструмента означает форму активной области на разрезе в поперечном сечении. Обычно она либо прямоугольной, либо круглой формы. Насадки с прямоугольным поперечным сечением могут быть также названы «плоские и широкие» или «кюретоподобные», в то время как инструменты с круглым сечением чаще упоминаются как «цилиндрические» или «зондоподобные».

Необходимо помнить, что форма насадки не зависит от его диаметра: имеются насадки тонкие с прямоугольным поперечным сечением, также как есть инструменты стандартного диаметра с цилиндрическим поперечным сечением.

Подобно значению диаметра форма насадки связана со силовым воздействием, эффектом кавитации, создаваемым колеблющейся насадкой. Поверхности прямоугольного в сечении инструмента соединяются, формируя края. В этих так называемых ребрах имеется концентрированный выход энергии из-за уменьшенной площади поверхности. Это может быть очень полезно для удаления массивных зубных отложений, но неприемлемо для обработки поверхности корня.

Lea et al. обнаружил, что почти нет различий в глубине и объеме поверхностных дефектов корневой поверхности при работе инструментом с тонким диаметром прямоугольного и цилиндрического сечения, даже несмотря на то, что цилиндрический наконечник колебался при более высокой амплитуде, а большую силу воздействия показывал прямоугольный инструмент. Прямоугольная насадка также производит больше кавитации, чем цилиндрическая равного диаметра, так как его веслообразная форма более благоприятна для перемещения воды.

Форма насадки влияет на степень контакта между кончиком инструмента и обрабатываемой поверхностью. В качестве основного механизм обработки поверхности корня (зуба) хорошо известен механический способ, успех лечения в данном случае зависит от контакта активной области инструмента с обрабатываемой поверхностью: чем больше степень контакта между рабочей областью и поверхностью зуба, тем большая вероятность разрушения и удаления отложений. Большая степень контакта возникает, когда форма активной части насадки соответствует анатомии обрабатываемой поверхности. Например, как выпуклая задняя поверхность цилиндрического инструмента лучше соответствует вогнутой поверхности зуба, чем относительно прямая задней поверхности прямоугольной насадки.

Геометрия насадки определяется числом плоскостей, которое имеет ее стержень. Большинство инструментов располагаются только в одной плоскости, и поэтому геометрически они прямые. Насадки, которые изогнуты по плоскости, являются полуспиральными по конструкции с кривизной в сторону. Эта часть инструмента лежит во второй плоскости.

Геометрия наконечника влияет на способность его достичь места лечения и важна для обеспечения надлежащего контакта с обрабатываемой поверхностью.

Прямые ультразвуковые инструменты подходят, когда доступ к месту лечения является неосложненным, например, коронковые поверхности всех зубов и обычно плоские корневые поверхности передних зубов. Прямое положение инструмента также позволяет клиницисту легко оценить положение насадки внутри пародонтального кармана.

Когда доступ к месту лечения является сложным (при работе на корневых поверхностях жевательных зубов), обычно используется изогнутый инструмент. В этих случаях требуется насадка с выраженным углом (изгибом) для адаптации к контуру поверхности зуба и для соблюдения положения инструмента, требуемого для правильной техники работы.

После создания доступа к месту лечения, насадка должна войти в надлежащий контакт с поверхностью для того, чтобы произошло разрушение и удаление зубных отложений. Геометрия насадки влияет на степень контакта. Это выражается в том, что активная зона прямая на прямых насадках и изогнута на изогнутых.

Прямая активная область соответствует кривизне зуба в меньшей степени, чем изогнутая. Эта меньшая степень контакта не обязательно неадекватна и вредна, так как разрушение биопленки требует различной степени контакта в разных условиях. Во время удаления умеренного количества отложений меньшая степень контакта достаточна для адекватного удаления отложения; именно поэтому большинство насадок стандартного диаметра прямые. Напротив, бОльшая степень контакта требуется, чтобы насадка предсказуемо удаляла биопленку и камень; соответственно, тонкие насадки спроектированы как прямыми, так и изогнутыми.

Профиль насадки, как правило, описывается числом изгибов на инструменте. Наиболее распространенными являются прямые ультразвуковые инструменты с одним изгибом; насадки, разработанные с двойной или тройной изгибом также доступны для улучшения адаптации инструментов в межпроксимальных пространствах.

Некоторые производители обозначают магнитострикционные прямые насадки с одним изгибом как насадка #10, с двойным изгибом как #100 и тройным изгибом как #1000, но, как ранее говорилось, эти отметки не являются стандартизованными и универсальными. Большинство производителей используют понятие так называемых «универсальных» инструментов, что не всегда корректно для пародонтологического лечения. Так обычно под универсальной понимают прямую насадку с одним изгибом, а этот тип не является применимым ко всем клиническим ситуациям.
Известно, что по мере увеличения количества изгибов в инструменте длина концевой его части уменьшается. Длина насадки с одним изгибом или двойным изгибом обеспечивает достаточное проникновение к основанию глубокого пародонтального кармана; но длина наконечника с тройным изгибом уменьшается, и это ограничивает использование таких инструментов только мелкими карманами и наддесневой областью.

Если знать и понимать основные элементы насадок и их влияние на работу, выбор под конкретную клиническую ситуацию становится проще. В качестве основных параметров, которые следует учитывать при выборе насадки, выступают: тип отложения, подлежащего удалению, анатомия обрабатываемой поверхности, оценка зоны лечения и знание морфологии поверхности корня.

Тип отложения, располагающегося в данном конкретном участке определяет, сколько силы требуется со стороны инструмента для эффективного удаления. Как известно, сила воздействия, создаваемая насадкой увеличивается как от массы (диаметр насадки), так и от амплитуды смещения (настройки мощности аппарата).

Удаление зтвердых убных отложений требует более высокой степени силы воздействия, чем разрушение биопленки. Поэтому, если преобладают умеренные зубные отложения, то используется стандартный диаметр насадки (он работает при более высокой амплитуде смещения), так как он создает достаточную силу для эффективного удаления отложений. Когда преобладают биопленка и незначительные отложения, используются тонкие насадки (они колеблются при относительно небольшой амплитуде и оказывают меньшее силовое воздействие без переинструментации корня).

После определения правильного диаметра инструмента, оценивается контур или анатомия обрабатываемой поверхности. При этом важную роль играют два параметра: форма и геометрия насадки. Оба эти показателя обеспечивают предпочтительную степень контакта с поверхностью.
Когда анатомия участка лечения минимально искривлена или плоская, как обычно бывает в случае работы на корональных поверхностях зуба или в области корней передней группы зубов, используются прямоугольные или цилиндрические прямые инструменты, так как они обеспечивают эффективную степень контакта для удаления отложений. Важно помнить, что прямоугольная насадка более агрессивная, чем цилиндрическая того же диаметра, что делает ее более эффективной при удалении отложений, но и более повреждающей по отношению к корневым поверхностям.

Также для удаления биопленки с поверхностей корней передних зубов используются только цилиндрические насадки (прямые или изогнутые). Там, где анатомия зубов более сложная (жевательная группа зубов), цилиндрические или прямоугольные прямые инструменты могут разрушить/ уменьшить массу зубного камня. Однако только цилиндрический изогнутый инструмент с активной зоной, находящейся в зоне дуги, может предсказуемо воздействовать на биопленку. Это важное отличие, поскольку не все изогнутые насадки имеют активную зону на дуге.

Производители часто указывают в маркировках к насадкам глубину карманов, на которую можно использовать инструмент. Указание диапазона глубин кармана (≤4 мм или> 4 мм) в качестве индикатора для использования насадки не подтверждена исследованиями. Доказано, что достоверное проникновении в карман демонстрируют как стандартные, так и тонкие инструменты.

Самым важным критерием использования инструмента являются тип отложения и анатомия обрабатываемой поверхности. Поскольку только несколько вариантов дизайна насадок ограничены использованием в мелких карманах (тройной изгиб колена из-за короткой длины) или в наддесневой поверхности, использование глубины кармана в качестве критерия для выбора инструмента следует избегать.

Для правильной и полной обработки дистальных корневых поверхностей в жевательной группе зубов необходимо использование пары специфических изогнутых насадок.

Противоположные углы каждого из таких инструментов расположены в противоположных направлениях, со спиральными изгибом дуги одного инструмента вправо, а другого влево, следовательно, такие насадки называются «левая изогнутая насадка» и «правая изогнутая насадка».

Каждая насадка предназначена для оптимальной работы в конкретных областях зубного ряда (то есть каждый инструмент специфичен для отдельной области). Области использования обозначены, исходя из способности достичь вертикальной адаптации инструмента относительно продольной оси зуба. Этот подход полностью дает преимущество насадкам с кривизной, так как имеется соответствие контурам поверхности зуба и предотвращается повреждение корневой поверхности.

Соответственно, левые изогнутые ультразвуковые инструменты используются на верхней челюсти в правых щечных и левых небных секстантах, а на нижней челюсти в левых щечных и правых язычных секстантах.

Правые изогнутые ультразвуковые инструменты правильно адаптируются к верхнечелюстным правым небным и левым щечным секстантам, а также к нижнечелюстным левым язычным и правым щечным секстантам.

Хотя изогнутые ультразвуковые инструменты преимущественно используются для удаления отложений на задних поверхностях дистальной группы зубов, они могут эффективно адаптироваться и к передним зубам, заменяя использование прямого тонкого инструмента.

Адекватная обработка области фуркации всегда представляет собой сложности из-за дистального расположения многокорневых зубов и наличия сложной анатомии поверхности корней. Можно ожидать, что самые высокие уровни остаточных отложении обнаружены на поверхностях, которые являются наиболее труднодоступными: внутренние участки поверхностей фуркации как на верхней так и на нижней челюсти, наружные на медиальном входе в верхнечелюстных фуркациях и щечные входы нижнечелюстных фуркаций. Вследствие этого, эффективная обработка зон фуркации сильно зависит от формы и размера используемого инструмента.

Созданы модифицированные формы левого и правого изогнутых инструментов специально для фуркаций. На конце их спирального хвостовика имеется шарик диаметром 0,8 мм, предназначенный для улучшения контакта с преимущественно вогнутым контуром фуркации без риска травмы острым кончиком. Использование левого/ правого шарообразных инструментов приводит к более эффективному удалению отложений как в верхнечелюстных, так и нижнечелюстных фуркациях по сравнению с тонкими изогнутыми ультразвуковыми насадками и кюретами Грейси.

Эта большая эффективность, скорее всего, связана с превосходным доступом к поверхностям и улучшенному соответствию анатомии поверхности зуба к сферическому кончику.

Отличный доступ достигается за счет именно шарика на конце, так как он может быть адаптирован в зоне фуркации как зонд Nabers без риска повреждения корневой поверхности.

Подобно заостренным левым/ правым изогнутым насадкам левые/ правые шарообразные инструменты являются специфичными для конкретной области, но с применением в секстанте противоположного изогнутым насадкам из-за отличающего доступа (применение совпадает с применением зонда Набера).

В силу того, что титановые поверхности зубных имплантатов, которые «оголяются» при патологическом процессе и подвергаются воздействию всех факторов полости рта, могут быть повреждены обычными металлическими инструментами, разработано множество неметаллических ультразвуковых насадок. Эти инструменты из углеродного волокна или пластика, подходят для очистки гладких титановых поверхностей без каких-либо рисков повреждений, но могут вызвать значительное разрушение поверхностей, которые покрыты плазмой и гидроксиапатитом. Кроме того, размер этих насадок имеет тенденцию быть громоздким, что ставит под угрозу доступность места лечения и, следовательно, эффективность. Учитывая безопасное использование этих  насадок по отношению к титану, их использование вполне оправдано, хотя нет доказательств и большого количества публикаций, подтверждающих этот факт.

Ультразвуковые инструменты, покрытые мелкой или средней алмазной крошкой, используются только под прямым зрением при формировании открытого доступа (лоскут). Алмазное покрытие обеспечивает множественную «резку» обрабатываемой поверхности для облегчения и быстрого удаления отложений по сравнению с обычными ультразвуковыми наконечниками.

Эффективность удаления отложения и потеря корневого вещества напрямую связаны, поэтому алмазные насадки также приводят к значительному большему удалению корневой поверхности и созданию большей шероховатости поверхности, чем обычные ультразвуковые насадки аналогичной формы.

Из-за значительного риска разрушения корневой поверхности в короткий промежуток лечения ультразвуковые насадки с алмазным покрытием должны использоваться с осторожностью и только во время пародонтальной хирургии в областях, которые будут покрыты десной после заживления.

Для эффективной работы длина активной области насадки должна быть не менее 4 мм. При регулярном клиническом применении инструмент может изнашиваться и уменьшаться по длине. Это уменьшение длины происходит в активной области насадки, как следствие уменьшая амплитуду колебания и, в конечном счете, клиническую эффективность. Например, показана ситуация для тонкой насадки, колеблющейся на средней установленной мощности с боковым давлением 0,5Н, при этом амплитуда смещения уменьшается с 1 мм износа в среднем на 50%, от приблизительно 22 мкм при отсутствии износа до 11 мкм. Если использовать насадку с большим боковым давлением, то произойдет уменьшение амплитуды смещения еще больше. Увеличение настройки мощности изношенного наконечника в попытке компенсации снижения производительности в результате износа неэффективен и  не рекомендуется.

Поэтому износ должно регулярно контролироваться для обеспечения адекватной клинической эффективности. Шаблоны, предназначенные для легкой оценки длины насадки, являются специфичными для бренда. Однако производители обычно рекомендуют заменить наконечник на 2 мм или когда 50% активной области теряется, тогда как значительное уменьшение амплитуды смещения после 1 мм износа, наблюдаемое Lea et al., может потребовать более ранней замены тонких инструментов.

Для эффективной работы должны быть доступны как минимум четыре конструкции инструмента. Эти насадки могут использоваться для эффективной работы на всех этапах нехирургической пародонтальной терапии: начальном, поддерживающем и профилактике.

Переведено авторами проекта «Современная пародонтология», по материалам «ULTRASONIC PERIODONTAL DEBRIDEMENT Theory and Technique» Marie D. George, Timothy G. Donley, Philip M. Preshaw