kosorok.qxp 13.12.2007 14:09 Page 137 Zobozdrav Vestn 2007; 62: 137--141 137 MERJENJE USTNE TEMPERATURE MED NOŠENJEM REGULATORJA FUNKCIJE PO FRÄNKLU Measurement of intraoral temperature in patients wearing a Fränkel appliance Ključne besede: temperatura v ustih, nošenje ortodontskega aparata, sodelovanje pacienta Key words: intraoral temperature, orthodontic appliance use, patient compliance Izvleček Izhodišče: Temperatura v ustni votlini bi lahko bila sprožilni dejavnik za senzor z merilnikom časa, vgrajen v snemni ortodontski aparat, ki bi zaznaval, kako dolgo je snemni ortodontski aparat v ustih. Namen: Z raziskavo želimo določiti gibanje temperature v ustni votlini med nošenjem regulatorja funkcije po Fränklu. Materiali in metode: V regulator funkcije po Fränklu smo vgradili senzor temperature (MAX 6576) in ga z žico povezali z zunanjim mikrokrmilnikom (Motorola MC68HC11), ki je beležil izmerjene vrednosti. V študiji je sodelovalo pet dečkov in pet deklic, starih od 8 do 10 let, ki so merilni sistem nosili ves dan en teden. Dobili smo zapis temperature v različnih okoliščinah nošenja aparata. Podatke smo vsakih dvanajst ur prenesli na računalnik, jih pretvorili v C in jih statistično obdelali. Rezultati: Pri različnih okoliščinah nošenja so se zapisale različne vrednosti temperature. Temperaturno območje pri otrocih z zaprtimi usti se je gibalo med 35,32 in 38,23 C, pri tistih z odprtimi usti pa med 30,25 in 36,18 C. Zaključek: Z merilnikom temperature, vgrajenim v regulator funkcije po Fränklu, bi lahko določali čas nošenja aparata. Senzor bi vključil kronometer pri 33 C in ga izključil pri 38 C. Abstract Background: In patients wearing a removable orthodontic appliance, intraoral temperature could be used as the trigger for a sensor module (timer) built into the appliance to measure the length of time the appliance is in place. Aim: The aim of our study was to assess intraoral temperature in patients wearing a Fränkel removable appliance. Subjects and methods: A temperature sensor (MAX 6576) was built into a Fränkel appliance and connected with a wire to a microprocessor (Motorola MC68HC11) that recorded the measured values. Five boys and five girls aged 8 to 10 years participated in the study. The children wore the modified appliance 24 hours a day for a week. Every 12 hours, the temperature data recorded by the microprocessor were transferred to a computer and converted into degrees Celsium for subsequent statistical analysis. Results: The recorded temperatures ranged between 35.32 C and 38.23 C in children with competent lip seal, and between 30.25 and 36.18 C in children with incompetent lip seal. Conclusion: The results of the study show that a temperature sensor built into a Fränkel appliance could be used to measure the time the appliance is worn by the subject. The timer would be turned on at 33 C and switched off at 38 C.
kosorok.qxp 13.12.2007 14:09 Page 138 138 Uvod Ortodontsko zdravljenje zajema zdravljenje s snemnimi in nesnemnimi ortodontskimi aparati. Zdravljenje odklonjenih orofacialnih funkcij prednostno načrtujemo v zgodnjem razvojnem obdobju zobovja; največkrat načrtujemo regulator funkcije po Fränklu (Farčnik in sod., 2001). Ortodontska obravnava s snemnimi aparati ima v primerjavi z nesnemnimi številne prednosti, a tudi pomanjkljivosti. Pomembna prednost je predvsem lažje vzdrževanje brezhibne ustne higiene, zaradi česar je manj možnosti za nastanek tkivnih poškodb, vendar pa zahteva boljšo motivacijo in sodelovanje pacienta. Po podatkih iz literature le 50 odstotkov pacientov vestno nosi ortodontski aparat in je motiviranih za ortodontsko zdravljenje (Agar in sod., 2005). Vendar se delež slabo motiviranih pacientov lahko zmanjša, če vedo, da je čas nošenja snemnega ortodontskega aparata pomemben dejavnik za uspešno zdravljenje in da ga je mogoče oceniti. Ortodont lahko izmeri in določi jakost ter smer sile z ustrezno pripravo, trajanje sile pa oceni le približno, metoda, s katero bi ta čas objektivno ocenili, pa ne obstaja (Bos in sod., 2005). Pri razvijanju tovrstnih merilnih sistemov sta se do sedaj izoblikovala dva pristopa. Prvi je fizikalnokemični, temelječ na fizikalnih pojavih, na podlagi katerih lahko sklepamo o času delovanja aparata v ustih. Drugi pristop je elektrotehniški in predvideva vgraditev mikromerilnika v ortodontski aparat (Witt in sod., 1991). Eden prvih merilnikov je bil razvit leta 1964 in je meril čas nošenja ortodontskega aparata na podlagi sklenjenega tokokroga. Nekoliko pozneje je Sander izdelal merilnik, ki je meril začetno in končno napetost živosrebrove oksidne baterije (Sander in sod., 1976). Z objektivnim vrednotenjem čeljustnoortopedskega zdravljenja s funkcionalnimi ortodontskimi aparati se je med prvimi ukvarjal tudi Farčnik (Farčnik in sod., 1983). V raziskavi smo razvili merilno napravo, ki je sledila gibanju temperature v ortodontskem aparatu. Tako smo natančno spremljali temperaturo v ustni votlini oz. v bukalnem akrilatnem ščitu funkcionalnega aparata po Fränklu. Cilj je bil objektivno določiti gibanje temperature v ortodontskem aparatu, ko je v ustni votlini in izven nje, podnevi ob normalnih razmerah in ob vseh dejavnostih ter v različnih okoliščinah nošenja, pa tudi ponoči med spanjem. Študija je temeljila na predpostavki, da bo na osnovi teh podatkov mogoče določiti dejanski čas aktivnosti ortodontskega aparata in tako objektivno ovrednotiti tudi sodelovanje pacienta. Postopek bo motiviral paciente, pričakujemo pa tudi, da bo merjenje časa nošenja snemnih ortodontskih aparatov pomagalo ovrednotiti slabo raziskano področje ocene uspešnosti ortodontskega zdravljenja glede na čas nošenja. Materiali in metode Izdelali smo prenosno merilno napravo na osnovi mikroračunalnika, ki zajema in shranjuje podatke z miniaturnega senzorja temperature, vgrajenega v ortodontski aparat. Opravili smo testiranje gibanja temperature v regulatorju funkcije po Fränklu. Za testiranje smo izbrali po velikosti in lastnostih primeren senzor za merjenje temperature, ki ga proizvaja Maxim, model MAX 6576. Senzor temperature MAX 6576 je integrirano vezje v miniaturni izvedbi dimenzije 4 x 2 x 1 mm. Senzor na izhodu generira signal pravokotne oblike (Slika 1), katerega perioda je proporcionalna merjeni temperaturi. Senzor smo priključili na mikrokrmilniški sistem HC11PSD, ki je zgrajen na osnovi mikrokrmilnika Motorola MC68HC11. S tem sistemom smo vsako minuto zajemali izmerjene temperature in jih shranjevali v pomnilnik mikrokrmilniškega sistema. Slika 1: Oblika izhodnega signala senzorja temperature, pri kateri je trajanje amplitude (t) sorazmerno temperaturi. Senzor smo vgradili v ortodontski aparat tako, da smo ga s hladnim polimerom zalili v za ta namen izvrtan utor. Žica, ki smo jo na ortodontski aparat namestili za povezavo z mikrokrmilnikom, ni smela motiti pacienta (Slika 2). Temperaturo smo merili pri petih deklicah in petih dečkih, starih od osem do deset let. Ortodontski aparat z vgrajenim senzorjem so nosili en teden v različnih okoliščinah, značilnih za normalno življenje. Starši otrok so si čas nošenja aparata zapisovali. Izmerili smo temperaturo, ko je bil
kosorok.qxp 13.12.2007 14:09 Page 139 Merjenje ustne temperature med nošenjem regulatorja funkcije po Fränklu 139 Podatke smo primerjali s podatki o času nošenja ortodontskega aparata, ki so jih sproti zapisovali starši otrok. Slika 2: Regulator funkcije po Fränklu v ustih preiskovanca z vgrajenim senzorjem temperature in žično povezavo z mikroračunalnikom ortodontski aparat v ustni votlini, pa tudi takrat, ko otroci ortodontskega aparata niso imeli v ustih. Temperaturo smo merili ponoči med spanjem in podnevi ob normalnem dnevnem ritmu otrok in v pogojih z vsemi njihovimi običajnimi dejavnostmi. Mikrokrmilniški sistem za zajemanje in shranjevanje podatkov je bil pritrjen na pas. Zbrane podatke smo vsakih 12 ur prenesli na osebni računalnik v obliki šestnajstiških števil, ki so predstavljale dolžine period. V programskem okolju Excel smo podatke pretvorili v desetiški številski sistem in numerične vrednosti pretvorili iz dolžine periode v C glede na spodnjo enačbo. T [ C] = dolina periode (s) 10 273, 15 K Rezultati Rezultate smo razdelili v tri skupine. Prva skupina je prikazovala temperature v regulatorju funkcije po Fränklu pri zaprtih ustih, druga skupina pa pri odprtih ustih. V tretji skupini so bile temperature, ko aparat ni bil v ustih. Grafični prikaz gibanja temperature v regulatorju funkcije je na Sliki 3. Ustna temperatura pri zaprtih ustih se je gibala med 35,32 in 38,23 C, povprečna temperatura je bila 36,68 C, SD = 0,62. Pri otrocih z odprtimi usti je bila temperatura v ustih med 30,25 in 36,18 C, povprečna vrednost je bila 34,50 C, SD = 0,67. Razlika je bila statistično značilna (P < 0,001). Iz rezultatov je razvidno, da se temperatura aparata v ustih giblje med 30,25 in 38,23 C. Na zapisu so vidni tudi ostro omejeni padci temperature v območju med 27 in 17 C, ki ustrezajo času, ko ortodontski aparat ni bil v ustih in je bil ogret na temperaturo zraka v prostoru. Razlika med temperaturami, ko je bil aparat v ustih in zunaj ust, je bila statistično značilna (P < 0,001). Na Sliki 4 razporeditev rezultatov prikazuje, koliko časa je bil ortodontski aparat v posameznem temperaturnem območju. Vidi se jasen vrh izmerjenih temperatur v območju okoli 37 C. Rezultati, razporejeni v območju med 19 in 26 C, ustrezajo času, ko ortodontski aparat ni bil v ustih. temperatura ( C) 39 37 35 33 31 29 27 25 23 21 19 17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 Łas (ure) èas (ure) Slika 3: Primer gibanja temperature v regulatorju funkcije po Fränklu. Temperature okoli 37 C so bile izmerjene pri zaprtih ustih. Na treh mestih, označenih z rdečimi krogi, so vidni daljši padci temperature do 31 C, ki predstavljajo čas, ko je preiskovanec dihal z odprtimi usti. Temperature pod 27 C so bile izmerjene, ko ortodontski aparat ni bil v ustih. Ostri prehodi v območju med 27 in 37 C označujejo čas, ko je bil ortodontski aparat vstavljen v usta ali odstranjen iz ust.
kosorok.qxp 13.12.2007 14:09 Page 140 140 èas (minute) Łas (minute) 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Slika 4: Najpogostejša razporeditev rezultatov v regulatorju funkcije po Fränklu je v temperaturnem območju okoli 37 C. Temperature v območju med 19 in 26 C predstavljajo čas, ko ortodontski aparat ni bil v ustih. Razprava 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 V naši nalogi smo s pomočjo miniaturnega senzorja, vgrajenega v snemni ortodontski aparat, in mikroračunalniškega sistema merili temperaturo, ko je bil ortodontski aparat v ustni votlini in izven nje. Želeli smo določiti temperaturno območje, v katerem se giblje temperatura v ortodontskem aparatu, ko je vstavljen v usta. Nalogo smo zasnovali kot pilotsko študijo. V raziskavo smo vključili samo deset preiskovancev, ki so en teden nosili regulator funkcije po Fränklu. Meritve temperature v ustni votlini so pokazale vrednosti temperature od 30,25 in 38,23 C. Večino časa se temperatura v ustih giblje v intervalu od 33 do 38 C. Rezultati kažejo, da se temperatura giblje tudi zunaj tega območja, na primer ko preiskovanec pije hladno ali vročo tekočino, a je iz meritev razvidno, da se po največ petih minutah temperatura ponovno ustali v zgoraj omenjenem temperaturnem območju. Zanimalo nas je tudi, ali obstaja statistično značilna razlika v izmerjenih temperaturah pri odprtih in zaprtih ustih, ker regulator funkcije po Fränklu optimalno deluje le ob prisotnem ustničnem stiku. Izračunali smo, da se pri zaprtih ustih izmerjena ustna temperatura giblje v območju med 35,5 in 38 C in da je povprečna temperatura več kot dve C višja kot pri preiskovancih, ki dihajo z odprtimi usti. Razlika je bila statistično značilna, kar nakazuje, da bi lahko izmerili čas, ko je preiskovanec imel vstavljen aparat pri zaprtih ustih, takrat pa regulator funkcije po Fränklu deluje najbolje. temperatura ( C) Farčnik in sodelavci so v svoji raziskavi (1983) temperaturno tipalo vgradili v aktivno snemno ploščo. Izmerjena temperatura v ustih med nošenjem regulatorja funkcije po Fränklu v naši raziskavi je glede na njegove meritve višja za več kot C. Razliko si razlagamo z drugačno lego senzorja. Senzor je namreč pri regulatorju funkcije po Fränklu vgrajen v bukalnem ščitu. Senzor temperature, ki smo ga uporabili, je dovolj majhen in hitro odziven, da je primeren tudi za nadaljnje raziskave. Na podlagi rezultatov je mogoče določiti temperaturna območja delovanja merilnega sistema. Merjenje časa nošenja ortodontskega aparata se aktivira ob vstopu v določeno temperaturno območje in se ustavi ob padcu temperature izven določenega območja. Na ta način lahko izmerimo čas, ko ortodontski aparat resnično deluje. Cilj nadaljnjega raziskovanja je izdelati merilno napravo, ki bi na podlagi izmerjenih temperaturnih razlik v snemnem ortodontskem aparatu v ustih in izven njih omogočila objektivno vrednotenje časa nošenja aparata prek kronometra. Rezultati kažejo, da je mogoče izmeriti čas uporabe ortodontskega aparata s preprosto progovno funkcijo, ki sproži merjenje časa, ko temperatura vstopi v območje med 33 in 38 C, in izklopi merjenje, ko se temperatura giblje izven tega območja. Na osnovi izvedene študije predlagamo razvoj miniaturnega merilnega sistema, ki ga bo mogoče v celoti vgraditi v ortodontski aparat, tako v aktivno snemno ploščo kot tudi v
kosorok.qxp 13.12.2007 14:09 Page 141 Merjenje ustne temperature med nošenjem regulatorja funkcije po Fränklu 141 regulator funkcije po Fränklu. Deloval naj bi po sistemu kronometra, ki se vklopi le v temperaturnem območju, določenem s to nalogo. S tem bomo lahko objektivno merili čas nošenja ortodontskega aparata in z njim ovrednotili hitrost zdravljenja v odnosu do časa nošenja ortodontskega aparata. Sistem bo poleg senzorja temperature vključeval še napajalni del, merilno elektroniko ter komunikacijski vmesnik ali prikazovalnik. Reference Agar U, Doruk C, Altug Bicakci A, Bukusoglu N. The role of psycho-social factors in headgear compliance. Eur J Orthod 2005; 27: 263--7. Bos A, Hoogstraten J, Prahl Andresen B, Towards a comprehensive model for the study of compliance in orthodontics. Eur J Orthod 2005; 27: 296--301. Farčnik F, Rudel D. Neposredno merjenje sodelovanja pacientov med čeljustnoortopedskim zdravljenjem. Zobozdrav Vestn 1982; 3-4: 89--93. Farčnik F, Ovsenik M, Drevenšek M. Prioritete za ortodontsko obravnavo. Strokovno srečanje Slovenskega ortodontskega društva, Ljubljana: Slovensko ortodontsko društvo, 2001; 1--5. Sander G, Schumacher HA. Problematik der Anwendungszeitmessung kieferorthopaedischer Apparate. Fortschr Kieferorthop 1976; 37: 428--34. Witt E, Bartsch A, Zahm G, Tragezeitmesser in der Kieferorthopaedie -- cui bono? Ueberlegungen zum State-of-the-art bei tragezeitmessung und Complanceforschung in der Kieferorthopaedie. Fortschr Kieferorthop 1991; 52: 117--25. Zahvala prof. dr. Francu Farčniku, ki je bil somentor pri raziskavi za Prešernovo nalogo, in doc. dr. Romanu Kamniku s Fakultete za elektrotehniko, ki je sodeloval pri razvoju merilnega sistema. Tomaž Košorok, dr. dent. med., Zdravstveni dom Ljubljana; doc. dr. Maja Ovsenik, dr. dent. med., Katedra za zobno in čeljustno ortopedijo, MF, Ljubljana