Одной из актуальных задач современного материаловедения, в том числе стоматологического, является создание принципиально новых материалов, способных проявлять программируемые, а значит, существенно нелинейные деформационные свойства вплоть до получения адаптивной приспособительной реакции на внешнее воздействие. Решение такого типа вопросов должно лежать через теоретическое изучение структурных уровней реализации деформационного поведения – макро-, мезо-, микроскопических [6] и, конечно, экспериментальные исследования с последующим подробным численным анализом.
Цель исследования. К разряду нерешенных проблем относятся вопросы деформационного поведения материалов, подверженных явлениям синерезиса (дегидрации – самопроизвольного уменьшения объёма студней или гелей, сопровождающегося отделением жидкости, классический пример – «отстаивание» простокваши) и имбибиции (набухания вследствие пропитывания средой другой субстанцией) [5]. Стоматологические оттискные материалы также испытывают эти явления. Поэтому разработка критериев их деформации и анализ эволюции формы и размеров данных материалов при различных условиях хранения, а также после дезинфекционных мероприятий представляют собой актуальную задачу.
Результаты исследования и их обсуждение
Относительные изменения линейных размеров и площади осевого сечения образцов из оттискных материалов до и после усадки являются важными параметром процессов синерезиса и имбибиции, протекающих в этих образцах, очевидно, более информативными, чем критерии, вычисленные на основании измерений массы образцов. Хотя как раз такие измерения традиционно доминировали в ранней мировой литературе, посвященной данным вопросам. Именно деформации усадки и набухания снижают размерную стабильность оттисков и качество ортопедического лечения.
Также представляет определенный интерес показатель, характеризующий количественные различия в усадке/набухании образцов в зависимости от направления по отношению к осям симметрии образцов, если таковые имеются. Например, в случае образцов П-образной формы усадка в радиальном направлении (по радиусу), выраженная в процентах, может быть меньше или больше, чем усадка в осевом направлении (по высоте) [7].
Этот параметр может рассматриваться как некий коэффициент анизотропии процесса усадки/набухания, поскольку он отражает различия в тенденциях к изменению размеров образца в виде прямого кругового цилиндра из оттискной массы по двум взаимно перпендикулярным направлениям, проведенным через геометрический центр цилиндра, одно из которых совпадает с осью цилиндра. В случае образца П-образной формы из альгинатного материала коэффициент анизотропии меньше единицы. Это свидетельствует о том, что усадочные процессы в радиальном направлении образца протекают менее интенсивно, чем по оси. Этот факт требует определенного осмысления и проведения дополнительных опытов и, на наш взгляд, может стать объектом дальнейших исследований. Возможно, он является неким артефактом, связанным с тем, что деформации образца в осевом направлении обусловлены также наличием силы тяжести, действующей на образец, как известно, всегда вертикально вниз. Тем не менее предложенный параметр, несомненно, может быть полезен при анализе процессов синерезиса и имбибиции в образцах стоматологических оттискных материалов, например, в зависимости от условий и сроков хранения или от режимов химической обработки в целях дезинфекции оттисков. Как известно, дезинфекция является актуальной и нерешенной проблемой стоматологии, а инфекционному контролю постоянно уделяется большое внимание [1–4, 10]. На стоматологическом приеме всегда имеется достаточно высокий риск передачи инфекции через инструменты, оттиски зубных рядов, зубные протезы, контактирующие с полостью рта, особенно на этапах их изготовления или при передаче в зуботехническую лабораторию [9].
Отметим также, что введенный нами коэффициент анизотропии материалов при усадке/набухании 
в некотором смысле подобен другому материальному параметру деформируемых тел – коэффициенту поперечной деформации, известному также как коэффициент Пуассона 
[11]. Видно, что в отличие от коэффициента Пуассона расчетная формула для коэффициента анизотропии не содержит знака минус. Тем не менее коэффициент A также выше нуля, как и коэффициент Пуассона, поскольку, например, в опыте с образцом из альгинатного материала усадка имеет место в обоих выбранных направлениях образца и относительная деформация отрицательна также в обоих направлениях (то есть одного знака). В плане отличий предложенного для анализа деформаций оттисков коэффициента анизотропии от коэффициента Пуассона отметим, что коэффициент поперечной деформации для «обычных» материалов не может быть выше 0,5, а у большинства конструкционных материалов значения μ колеблются в пределах 0,2–0,4 [6]. Что касается границ изменения коэффициента анизотропии, этот вопрос требует дополнительных детальных исследований для всей гаммы существующих оттискных материалов и образцов различной формы.
Программный алгоритм измерения параметров усадки и набухания образцов стоматологических оттискных материалов был разработан в системе компьютерной алгебры Mathcad 15 («Math» – Mathematics, математика, «cad» – computer aided design, система автоматического проектирования, САПР) [8]. Математический процессор Mathcad в своем арсенале имеет инструменты для чтения и отображения файлов изображений, а именно команду READBMP («File»). Она может считывать изображения в оттенках серого цвета из файла. Это позволяет после импорта изображений из 3D сканера получить для дальнейшей обработки массивы целых чисел от 0 до 255, а также рассчитать размеры и параметры деформации оттисков (рисунок).
Заключительный фрагмент листинга программы, позволяющей в автоматическом режиме определять базовые размеры образцов стоматологических оттисков и вычислять основные параметры их усадки/набухания
Проценты усадки оттиска из альгинатного материала по всем рассчитанным параметрам полностью соответствовали значениям, полученным при вычислениях с помощью другой примененной нами универсальной программы – графического редактора Adobe Photoshop. Вычисления здесь производились вручную и были достаточно рутинными. Исключение составили расчеты в программе анализа медико-биологических изображений ImageJ. Однако они касались только площади осевого сечения оттисков.
Выводы
Предложен ряд основных критериев анализа деформации при усадке/набухании образцов, среди которых следует выделить коэффициент анизотропии сопутствующих процессов синерезиса/имбибиции в стоматологических оттискных материалах.
Разработан программный алгоритм, позволяющий определять в автоматическом режиме все параметры изменения геометрии – размеров и формы стоматологических оттисков с высокой точностью.
Следующим этапом работы должно стать обоснование численных значений критериев размерной стабильности оттискных материалов, превышение которых нежелательно и недопустимо, поскольку ухудшит качество ортопедических конструкций и лечения больных.
Рецензенты:Мальгинов Н.Н., д.м.н., профессор, проректор, ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава РФ, г. Москва;
Цаликова Н.А., д.м.н., профессор кафедры гнатологии и функциональной диагностики, ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава РФ, г. Москва.
Работа поступила в редакцию 18.03.2015.