Im ersten Teil der vorliegenden in vitro Studie wurde ein Beitrag zur optimierten Ankopplung von Ultraschall an Materialien mit hoher akustischer Impedanz, wie der Zahnhartsubstanz, geleistet. In der medizinischen Ultraschalldiagnostik kommt ein Ultraschallgel auf Wasserbasis zum Ausgleich der Unebenheiten der Haut zum Einsatz, welches eine ähnliche akustische Impedanz hat, wie das zu ...
Abstract (German)
Im ersten Teil der vorliegenden in vitro Studie wurde ein Beitrag zur optimierten Ankopplung von Ultraschall an Materialien mit hoher akustischer Impedanz, wie der Zahnhartsubstanz, geleistet. In der medizinischen Ultraschalldiagnostik kommt ein Ultraschallgel auf Wasserbasis zum Ausgleich der Unebenheiten der Haut zum Einsatz, welches eine ähnliche akustische Impedanz hat, wie das zu untersuchende Gewebe. Wie auch bei der Haut, kommt es bei der Ankopplung eines Ultraschallkopfes an den Zahn durch die raue Oberfläche zu Lufteinschlüssen. Da an der Grenzfläche zwischen Luft und Zahn ein sehr hoher Impedanzunterschied herrscht, kommt es zu starken Reflexionen, die mit Hilfe eines an den Zahn angepassten Ankopplungsmediums reduziert werden können. Dazu wurde ein geeigneter Versuchsaufbau mit einer Zahnscheibe entwickelt, um gebrauchsfertige und individuell hergestellte Testgele zu untersuchen. Diese wurden durch das Mischen von Pulvern mit hoher akustischer Impedanz mit einem flüssigen oder gelartigen Medium niedriger Impedanz hergestellt. Diese Testgele führten zu einer reduzierten Reflexion an der Grenzfläche, was auf eine erhöhte Impedanz im Testgel und eine bessere Ankopplung schließen lässt. Die erhöhte akustische Impedanz von unterschiedlichen Glycerin-Konzentrationen konnte bestätigt werden. Die besten Ergebnisse lieferte, die Mischung (G31) von 0,5 g Buehler Micropolish II 0,3 µm Aluminiumoxid Pulver (P8) mit 0,5 g Glycerin 99% (G9). Im Vergleich zu medizinischem Ultraschall-Gel (G1) entspricht dies einer reduzierten Reflexion des Ultraschalls und somit einer Verbesserung der Ankopplung um 105 %. Im zweiten Teil der Studie wurde ein Versuchsaufbau zur ultraschall-markierten Blutflussmessung entwickelt. Ein Problem der auf Licht basierenden Systeme (z. B. Photoplethysmographie, Laser-Doppler-Blutflussmessung) zur objektiven Vitalitätsbestimmung am Zahn, ist die Streuung. Ein Einfluss der umgebenden Gewebe kann häufig nicht ausreichend abgeschirmt werden, wodurch es zu fehlerhaften Messungen kommen kann. Um Sicherheit über den Ursprung des Signals zu haben, wurde die Markierung des Lichts mit Hilfe von Ultraschall und dem akustooptischen Effekt vorgeschlagen. Da Ultraschall im Zahn nur einer geringen Streuung unterliegt, kann durch gezieltes Markieren der Pulpa eine ortsaufgelöste Messung erreicht werden. In einem Versuchsaufbau wurde das grundlegende Prinzip einer ultraschall-markierten Blutflussmessung durch die Frequenzdetektion von verschiedenen gepulsten, stehenden und fließenden Erythrozytenkonzentraten unterschiedlicher Verdünnung (1:1 unverdünnt, 1:10, 1:100), bei laminarem und diffusem Fluss, überprüft. Unter allen Versuchsbedingungen, die einen gepulsten Fluss aufwiesen, konnten die entsprechenden Frequenzen detektiert werden. Bei stehenden oder kontinuierlich fließenden Versuchsbedingungen konnten keine der charakteristischen Frequenzen erkannt werden. Im Hinblick auf ein späteres in vivo Verfahren sind die Ergebnisse der Untersuchungen als sehr aussichtsreich zu bewerten.
Translation of the abstract (English)
In the first part of this in-vitro study an attempt was made to optimize the coupling of ultrasound in materials with high acoustic impedance like the tooth structure. In the medical ultrasound diagnostic a water-based coupling agent, which has a similar acoustic impedance as the tissue to be examined, is used to compensate the unevenness of the skin. As with the skin, air inclusions occur while ...
Translation of the abstract (English)
In the first part of this in-vitro study an attempt was made to optimize the coupling of ultrasound in materials with high acoustic impedance like the tooth structure. In the medical ultrasound diagnostic a water-based coupling agent, which has a similar acoustic impedance as the tissue to be examined, is used to compensate the unevenness of the skin. As with the skin, air inclusions occur while coupling an ultrasonic transducer to the tooth due to its rough surface. Because there is a very high impedance difference at the interface between air and the tooth, there are strong reflections which can be reduced with the aid of a tooth adapted coupling agent. For this purpose, an experimental setup with a tooth slice was developed to investigate ready-made and individually produced coupling agents in form of test gels. These were prepared by the mixing of powders of high acoustic impedance with a liquid or gelatinous medium of low impedance. This test gels resulted in a reduced reflection at the interface, it implies an increased impedance in the test gel and a better coupling. Thereby the increased acoustic impedance of different glycerol concentrations could be confirmed. The best results showed the mixture (G31) of 0.5 g Buehler MicroPolish II 0.3 µm alumina powder (P8) with 0.5 g glycerol 99% (G9). Compared to the medical ultrasound gel (G1) this complies with a reduced reflection of the ultrasound and an improvement in the coupling by 105%. In the second part of the study an experimental setup for ultrasound-tagged blood flowmetry was developed. Scattering is a problem of light-based systems (e.g. photoplethysmography, laser doppler flowmetry) for objective determination of tooth vitality. An influence of surrounding tissues may often not be adequately shielded, which may lead to defective measurements. In order to have certainty about the origin of the signal, the tagging of the light with the aid of ultrasound and the acousto-optical effect has been proposed. Since ultrasound in the tooth undergoes little scattering, a spatially resolved measurement can be achieved by selective tagging of the pulp. In an attempt to build the basic principle of an ultrasound-tagged blood flowmetry the frequency detection of various pulsed, standing and flowing red cell concentrates of different dilution (1:1 undiluted, 1:10, 1: 100), in laminar and diffuse flow, was examined. Under all test conditions, which had a pulsed flow, the corresponding frequencies were detected. Under standing or continuously flowing experimental conditions none of the characteristic frequencies could be detected. With regard to a subsequent in vivo method, the results of the study are to be assessed as very promising.
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