CC BY
111
ИСТОРИЯ СТОМАТОЛОГИИ
ИЛЛЮСТРИРОВАННАЯ ИСТОРИЯ
РАЗРАБОТКИ РОТАЦИОННЫХ СИСТЕМ В СТОМАТОЛОГИИ
ЧАСТЬ I (ОТ ЭПОХИ НЕОЛИТА ДО XX ВЕКА)
Полонейчик Н. М.
Белорусский государственный медицинский университет, Минск
Poloneychik N. M. Belarusian State Medical University, Minsk Illustrated history of the development of rotary systems in dentistry Part I (from the Neolithic era to the XX century)
Резюме. Сегодня современную стоматологию невозможно представить без бормашинки. В статье представлена детальная история разработки средств, с помощью которых осуществляется механическое воздействие на твердые ткани зуба, и долгий путь совершенствования ротационных систем в стоматологии.
Ключевые слова: ротационные системы в стоматологии, история разработки, эпоха неолита - ХХ век.
Современная стоматология. — 2015. — №2. — С. 38-45. Summary. Today one cant imagine modern dentistry without a drilling machine. The article presents a detailed history of the development of the devices carrying out mechanical action on the hard tissues of the tooth, and a long way of improving of the rotary systems in dentistry. Keywords: rotary systems in dentistry, history of development, the Neolithic era- the XX century.
Sovremennaya stomatologiya. — 2015. — N2. — P. 38-45.
Без использования современного оборудования невозможно оказание качественной стоматологической помощи. Развитие стоматологии многие годы непосредственно зависело от средств, осуществляющих функцию механического воздействия на твердые ткани зубов.
Несмотря на большое разнообразие современных методов препарирования зубов, особенно в технологиях обработки конструкционных материалов, ротационные (в переводе с англ. гоО.Иоп -вращение) машинные методы имеют наиболее широкое применение. Успехи, достигнутые в области препарирования с помощью ручных инструментов, технологии кинетического препарирования с использованием пескоструйной абразии, лазерных и химических технологий еще не в состоянии заменить функциональное назначение машинных ротационных инструментов. В настоящее время перечисленные технологии следует рассматривать как дополнение к традиционному процессу препарирования операционных тканей и обработки конструкционных материалов с использованием ротационного машинного препарирования.
Ротационное машинное препарирование и обработка предполагают использование так называемых ротационных систем. Ротационная система включает в себя специальные инструменты, непо-
средственно обеспечивающие механическое воздействие на обрабатываемые ткани или материалы, устройства, предназначенные для передачи или преобразования вращательного движения на инструмент (стоматологический наконечник) и оборудование, обеспечивающее его работу.
Говоря о достижениях современной стоматологии, нельзя не упомянуть о длительном пути развития.
В начале третьего тысячелетия группой итальянских и американских ученых в Белуджистане (западная провинция Пакистана) открыта стоянка людей, проживавших на этой территории 7500-9000 лет назад. Археологи нашли убедительные доказательства существования зубоврачевания в эпоху неолита. Среди найденных останков (обнаружено более 300 захоронений) особое внимание специалистов привлекли восемь челюстей, на зубах которых было обнаружено в общей сложности 11 специально высверленных отверстий (рис. 1А).
Современные методы исследования позволили установить формы образовавшихся полостей: коническую, цилиндрическую и трапециевидную. Во всех случаях стертость зубов доказывала, что сверление проводили задолго до смерти людей. В культурных слоях неолитического поселения в Белуджистане было обнаружено несколько кремневых
наконечников для сверл, а также сделанные с их помощью бусины из костей, продырявленные ракушки и прочие артефакты. С учетом наблюдений этнографов, палеоантропологи предполагают, что, возможно, для сверления зубов в эпоху неолита применялось лучковое сверло с кремниевым наконечником (рис. 1Б).
В IX веке до нашей эры народы Майя, проживавшие на территории Мексики и Эквадора, выполняли препарирование зубов с косметической целью для «украшения» вкраплениями нефрита, бирюзы и другими материалами (рис. 2А). Углубления в зубах осуществляли с помощью круглой трубки, изготовленной из нефрита или меди. При подготовке полости трубку вращали ладонями или при помощи лучкового сверла (рис. 2Б). В качестве абразивного материала использовался мелко истолченный в воде кварц, что позволяло вырезать на зубах круглые отверстия с гладкими и полированными поверхностями.
Новый этап в зубоврачевании начался в I веке нашей эры. Как предполагают К. Sudhoff (1921) и Н. Ь. Stromberg (1945), древнеримский хирург Архиген (Archigenes) одним из первых с лечебной целью просверлил полость зуба трепаном. Можно считать, что проведенное Архигеном оперативное вмешательство стало единственной в те времена попыткой лечения зубов с применением
л
Рис. 1. Препарирование полостей в зубах эпохи неолита (А) и реконструкция устройства с кремниевым наконечником для препарирования зубов (Б)
Рис. 2. Инкрустация фронтальных зубов верхней челюсти у народов Майя в IX веке до нашей Рис. 3. Ручные боры К. Золингена эры (А) и использование лучкового сверла для подготовки полостей (Б)
специального инструмента. Подобная методика лечения зубов на протяжении многих веков больше не упоминалась. Только в XV веке Джиовани д'Арколи (Giovanni d'Arcoli, 1412-1484), профессор университета Болоньи, сумел применить способ Архигена и описать его в своем
труде «Практическая хирургия». В частности, он после трепанации прижигал пульпу зуба и пломбировал полость золотом.
В 1684 году в книге «Приемы лечения ран», написанной хирургом Корнелиусом Золингеном (Cornelius Solingen, 16411687), приводится первое упоминание о
ручных борах для препарирования зубов. Ручные боры состояли из длинного стержня с граненой ручкой (6 или 8 граней) и рабочей части в форме шара, конуса, цилиндра, колеса и др. с лопастями (рис. 3). Вращение бора осуществлялось пальцами руки врача.
Рис. 5. Пьер Фошар
Рис. 4. Кольцо с втулкой А. Уэскотта для ручных боров К. Золингена
Рис. 7. Джон 1ринвуд
Рис. 10. Зубная дрель Ч. Мерри
Ручной бор Золингена применялся для лечения зубов вплоть до середины XIX века. Однако работа таким инструментом занимала много времени и была весьма трудоемкой и неудобной. Изобретение американского дантиста Амоса Уэскотта (Amos Westcott, 1815-1873) облегчило труд зубных врачей. В 1846 году А. Уэскотт предложил использовать кольцо с втулкой, которое надевали на указательный палец правой руки. Это приспособление позволило облегчить вращение ручного бора пальцами с одновременным дав-
Рис. 8. Ручные механические приспособления для препарирования зубов: сверло Архимеда (А) и зубоврачебная ручная дрель Льюиса (Б)
Рис. 11. Ручная дрель для препарирования зубов (около 1850)
лением инструмента на твердые ткани зуба (рис. 4).
Пьер Фошар (1678-1761), основатель научной ортопедии, личный дантист Людо-
Рис. 6. Бормашина П. Фошара, сконструированная по принципу работы лучкового сверла
Рис. 9. Джеймс Несмит
Рис. 12. Бормашина Дж. Харрингтона
вика XV (рис. 5), в научном труде «Трактат о зубах», опубликованном в 1728 году, привел пример бормашины, сконструированной по принципу лучкового свер-
ла. Сверло в бормашине П. Фошара приводилось во вращение смычковыми движениями рычага, к концам которого была прикреплена бечевка (рис. 6).
Спустя 6о лет, в 1790 году, личный дантист американского президента Дж. Вашингтона Джон 1ринвуд (John Greenwood, 1760—18i9) (рис. 7) использовал педальную бормашину, модифицировав прялку своей матери. К сожалению, даже описание модели не сохранилось.
В XVIII веке появились более сложные ручные механические приспособления -сверла, работающие по принципу Архимеда (рис. 8А). В 1838 году в США американский дантист Джон Льюис (John Lewis) запатентовал зубоврачебную ручную дрель (рис. 8Б).
Большую роль в разработке способов трансформации вращательных движений инструментов сыграло изобретение шотландского инженера Джеймса Несмита (James Nasmyth, 1808-1890) (рис. 9), автора парового молота и гидравлического пресса. В 1829 году он изобрел гибкий рукав, позволявший трансформировать на сверло вращение гибкого проволочного вала, покрытого снаружи гибкой проволочной спиралью.
Американский дантист Чарльз Mерри (Charles Merry) в 1858 году запатентовал зубную дрель, которая имела две ручки: одну - для удержания режущего инструмента, вторую - для сообщения режущему инструменту вращательного движения через гибкий рукав Несмита (рис. 10).
В середине XIX века был налажен промышленный выпуск устройств, обеспечивающих вращение бора посредством сжатия пружинящей рукоятки (рис. 11). Данное устройство, в отличие от зубных дрелей Дж. Льюиса и Ч. Mерри, позволяло врачу работать одной рукой.
Своеобразную конструкцию имела бормашина, изобретенная в 1864 году английским дантистом Джорджем Ф. Харрингтоном (George F Harrington, 18121895). Устройство под названием «Erado» имело два типа наконечников (прямой и угловой) и приводилось в движение с помощью пружины (рис. 12). Завод пружины обеспечивал 2 минуты работы устройства.
В 1874 году Джонатан В. Бэкстер представил инерционную бормашину, приводимую в движение надавливанием большого пальца на ее рычаг (рис. 13).
Американский дантист Джорж Ф. Грин (George IF Green, 1830-1892) (рис. 14) в 1868 году изобрел пневматическую
машину на ножном приводе (рис. 15А). Вращение маховика с помощью ножной педали обеспечивало нагнетание воздуха в каучуковую камеру. Воздушный поток из камеры поступал через шланг в наконечник (рис. 15Б), где под давлением воздуха приводились во вращение две лопасти (рис. 15В).
Пневматическая бормашина Дж. Ф. 1ри-на на тот период не получила должного понимания среди практических врачей. Вместе с тем данное изобретение принято считать предшественником современных пневматических микромоторов и турбинных стоматологических установок, которые начали использоваться со второй половины XX века.
Конструкция швейной машины Singer вдохновила Джеймса Б. Моррисона (James B. Morrison, 1829-1917) (рис. 16) на создание в 1871 году первой стоматологической установки с ножным приводом.
Для передачи вращения от маховика, приводимого в движение ножной педалью, на наконечник с инструментом Дж. Б. Моррисон использовал так называемый жесткий рукав (рис. 17). В конструкции жесткого рукава движение приводного шнура передавалось с использованием шкивов (фрикционных колес с канавками по окружности). Для изменения направления движения шнура использовались блоки, свободно вращавшиеся на оси. Большой диаметр ведущего колеса (маховика), приводимого в движение ножной педалью, позволял увеличить передаточное отношение на ведомый шкив, который имел значительно мень-
Рис. 13. Инерционная бормашина Дж. В. Бэкстера
Рис. 14. Американский дантист и изобретатель Дж. Ф. Грин
ший диаметр. Устройство обеспечивало вращение инструмента со скоростью от 600 до 800 оборотов в минуту.
Жесткий рукав Дж. Б. Моррисона в 1883 году был усовершенствован американским дантистом, автором законов артикуляции Уильямом Бонвиллем (рис. 18А). Через десять лет французский дантист Констант Дорио патентует несколько разновидностей жестких
Рис. 15. Пневматическая педальная бормашина Дж. Ф. Грина (А), пневматический наконечник (Б) и схема роторной группы, смонтированной в наконечнике (В)
Рис. 16. Американский изобретатель Дж. Б. Моррисон
Б
Рис. 17. Педальная бормашина Дж. Б Мор-рисона с жестким рукавом
Рис. 19. Гибкий рукав Эли Т. Стара
Рис. 18. Конструкции жестких рукавов У. Бонвилля (А) и К. Дорио (Б)
Рис. 20. Усовершенствованная модель бормашины Дж. Б. Моррисона с гибким рукавом Э. Т. Стара
рукавов, которые в течение долгого времени широко использовали многие производители стоматологического оборудования (рис. 18Б).
Жесткие рукава У. Бонвилля и К. До-рио имели дополнительные блоки, что обеспечивало возможность изменения направления шнура в процессе работы бормашины и придавали ему большую лабильность.
Сотрудник американской компании СС Уайт (SS White) доктор Эли Томпсон Стар в 1874 году запатентовал конструкцию гибкого рукава для бормашин. В основу своего изобретения Э. Т. Стар положил принцип передачи вращения с помощью
гибкого вала в виде «цепочки», модифицировав гибкий рукав Дж. Несмита (рис. 19).
В 1876 году американская компания SS White изготовила усовершенствованный вариант бормашины Дж. Б. Моррисона, в которой был использован принцип передачи вращения с помощью гибкого рукава Э. Т. Стара (рис. 20).
Через шесть месяцев после получения патента Дж. Б. Моррисоном, в августе 1871 года американский дантист К. Пур запатентовал педальную бормашину, изготовленную из дерева (рис. 21А). В Национальном музее Американской истории реконструирован кабинет доктора Г. В. Блека (около 1885 г.), где в качестве бормашины установлена педальная конструкция К. Пура (рис. 21Б).
Неутомимый изобретатель Дж. Ф. Грин в 1872 году на выставке, приуроченной к Съезду Американской стоматологической ассоциации, презентует ротационное устройство, работающее на новой движущей силе, генерируемой электрическим током. Уникальность первой электрической бормашины заключается в непосредственной передаче приводного вала электродвигателя на блок прямого и углового наконечников (рис. 22).
К сожалению, через три года после промышленного выпуска модель была снята с производства ввиду отсутствия к ней интереса со стороны дантистов. Причины носили двоякий характер. Во-первых, это связано с использование батареи, которой хватало лишь на 1-2 часа работы. Во-вторых, применение электрической бормашины затрудняли большие размеры электрического двигателя.
Вместе с тем сама пионерская идея Дж. Ф. Грина вдохновила других исследователей на совершенствование электрических бормашин. В 1887 году немецкий изобретатель Генри Нехмер (G. Nehmer) подал заявку на патент электрического механизма для препарирования зубов. Основанная на изобретении Дж. Ф. Грина конструкция весила 300 граммов. Патент Г. Нехмера приобрела компания Кокстера и сыновей, которая наладила промышленный выпуск электрических бормашин (рис. 23А). Бормашина Г. Нехмера обеспечивала скорость вращения инструмента до 1 000 оборотов в минуту. Во Франции инженер Труве (Trouvé) в 1888 году представил электрическую бормашину («стоматологический резак»), сконструированную на принципах
А
Б
Рис. 21. Педальная бормашина К. Пура (А) и кабинет доктора Г. В. Блека в Национальном музее Американской истории (Смитсоновский институт, Вашингтон) с педальной бормашиной К. Пура (Б)
вания электромагнитов. Неподвижная группа и-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным.
Русский зубной врач А. В. Фишер в своем учебнике «Курс дентиатрии по программе зубоврачебных школ» (1903), давая характеристику электрическим бормашинам конца XIX века, отмечал, что они «очень капризны, так как находятся в зависимости от постоянства действия электрической энергии, что у нас в России, не имея своей динамо-машины, трудно получить. Аккумуляторы при зарядке малоопытными машинистами очень часто и быстро портятся».
Несмотря на успех педальной бормашины Дж. Б. Моррисона и совершенствование электрических устройств, в XIX веке продолжается разработка идеи Дж. Ф. Грина по использованию ротационных устройств, работающих
Рис. 23. Промышленный выпуск электрической бормашины Г. Нехмера компанией Кокстера и сыновей (А) и «стоматологический резак» Труве (Б)
Дж. Ф. Грина. Вес устройства не превышал 150 граммов (рис. 23Б).
Вращательное движение якоря в двигателях электрических бормашин Грина, Нехмера и Труве происходило вследствие попеременного притяжения и отталки-
Рис. 22. Электрическая бормашина Дж. Ф. Грина
от приточного воздуха или под давлением воды. В 1874 году А. Страуб (Ambrose W. Straub) запатентовал наконечник, работающий от подачи воздуха на ротор турбины, отличавшийся от роторной группы Дж. Ф. Грина наличием 13 лопастей (рис. 24А). Схожую модель турбинного наконечника в 1879 году запатентовал Генри Лоренс (рис. 24Б). В 1877 году американский дантист, изобретатель уникального по тем временам гидравлического универсального стоматологического кресла, Б. Вилкер-сон (B. M. Wilkerson) патентует модель бормашины, которая может обеспечивать вращение бора посредством воды, пара или сжатого воздуха (рис. 24В). Потребуется еще около семидесяти лет, прежде чем изобретение Б. Вилкерсона станет стандартом турбинных установок.
В 189о году инженер Эндрю Риттер (Andrew Ritter) предложил классическую компоновку стационарной электрической бормашины (рис. 25). Бормашина состояла из электрического двигателя, установленного в основании штатива, на верху которого был смонтирован редуктор с возможностью подключения гибкого вала. Скорость двигателя изменяли нажатием на ножную педаль, соединенную с переключателем ограничительных сопротивлений. Редуктор соединялся с двигателем при помощи ременной передачи, в которой можно переключением колес изменять скорость без потери усилия на валу.
Рис. 24. Турбинные наконечники А. Страуба (А), Г. Лоренса (Б) и гидравлическая установка Рис. 25. Бормашина Э. Риттера с наконечником Б. Вилкерсона (В)
Рис. 26. Электрические бормашины компании SS White с гибким рукавом Э. Т. Стара (А), с настенным жестким рукавом К. Дорио (Б) и жестким рукавом К. Дорио на штативе (В)
Рис. 27. Стоматологические наконечники конца XIX века: производства компании SS White (A), патент У. Бонвилля (Б), патент Дж. 1илберта (В), патент К. Дорио (Г), угловые наконечники производства компании Weber&Hampel (Д), патент Дж. Линкольна (Е), патент Э. Т. Стара (Ж), патент О. Зау-Дженсена (З) и патент Р. Росса (И)
Характеризуя стоматологическое оборудование конца XIX века, нельзя не отметить первую мобильную стоматологическую бормашину компании SS White. Оборудование включало в себя электродвигатель, закрепленный
на металлической основе на колесах (рис. 26). Двигатель был защищен от пыли с помощью стеклянного колокола. Бормашина включала в себя ножной педальный реостат, обеспечивавший запуск двигателя и его остановку. Рео-
стат позволял регулировать скорость и направление вращения инструмента. Бормашина обеспечивала скорость вращения инструментов от 700 до 5 000 оборотов в минуту.
Наряду с совершенствованием бормашин с конца XIX века разрабатываются механические стоматологические наконечники - устройства, передающие вращение от вала электрического двигателя или рукава педальной бормашин на стоматологический инструмент (рис. 27).
Важную роль в работе ротационных систем играют инструменты, непосредственно обеспечивающие режущее действие при контакте с обрабатываемой поверхностью - боры. Именно в конце XIX столетия начался промышленный выпуск металлических лопастных инструментов. Пионером в промышленном производстве боров принято считать Сэмюэля Стоктон Уайта (1822-1879) (рис. 28), основавшего в 1868 году компанию SS White.
По заказу С. С. Уайта в мастерской Генри Коя, изобретателя легких токарных станков для стоматологических промышленных разработок, в 1867 году появились стальные инструменты такого высокого качества и совершенной отделки, о которых раньше нельзя было и мечтать. На первых стальных инструментах красовался фирменный знак «Изготовлено Генри Коем для Сэмюэля С. Уайта» (рис. 29).
В 1869 году в Мюнхене (Германия) компанией VDW, основанной владельцем мастерской по производству деталей и инструментов для часовой промышленности C. W. Zipperer, налажен выпуск внутриканальных инструментов.
В Дюссельдорфе (Германия) владелец часовой мастерской Артур Майзингер (Artur Meisinger) 15 июня 1888 года основал компанию DAZF - «Немецко-американское производство боров». Завод А. Майзингера стал одним из первых в мире по изготовлению боров механическим путем (рис. 30).
В 1891 году компания SS White выпустила новые боры под названием «Revelation», ставшие поворотной вехой в производстве боров (рис. 31). Это первый вид боров, при изготовлении которых был полностью исключен ручной труд. К новым революционным борам прилагалась брошюра «Открытие в области изготовления боров». И пока специалисты компании ломали голову над тем, какое
Рис. 28. Сэмюэль С. Уайт
Рис. 33. Дискодержатель В. Кука
официальное название дать новым борам, дантисты сразу же окрестили их «открытием». По замыслу экспертов фирмы официальное название должно было бы отразить разницу между борами, традиционно производимыми вручную, и новыми, полностью изготовляемыми машинами. Однако название «Revelation» («открытие») закрепилось прочно и, похоже, навсегда.
Рис. 29. Стоматологический каталог фрезерных стальных боров компании SS White (1867)
В конце XIX века наряду с производством боров начинается разработка абразивных инструментов. Американский химик и изобретатель Эдвард 1удрич Ачесон (Edward Goodrich Acheson, 1856-1931) (рис. 32) в 1891 году синтезировал карбид кремния (карборунд) и наладил промышленный выпуск абразивных инструментов, состоящих из зерен карборунда на органических и неорганических связках. В 1893 году Э. Г. Ачесон расширил производство абразивных инструментов, запустив линию по производству шлифовальных кругов и головок для стоматологии.
В 1893 году В. Кук патентует дискодержатель для абразивных шлифовальных кругов Э. Г. Ачесона (рис. 33). Использование абразивных инструментов расширило возможности препарирования
Рис. 30. Каталог стальных боров продукции завода А. Майзингера
Рис. 32. Американский химик Э. Г. Ачесон
эмали зуба по сравнению со стальными борами.
В 1897 году Уильям и Шредер в Берлинском университете (Германия) представили первый алмазный зубной бор, изготовленный методом склеивания частиц алмазного порошка на поверхности стального или медного корпусов.
Инструменты очень быстро выходили из строя из-за отсутствия надежного соединения абразива с корпусом. Потребовалось еще 35 лет, чтобы пионерская идея Уильяма и Шредера воплотилась в жизнь: на помощь пришли технологии гальванопластики для соединения алмазных зерен с металлическим корпусом.
Поступила 09.06.2015
Продолжение читайте в следующем номере
Рис. 31. Набор стальных боров серии Revelation производства компании SS White (1891)
