Assessment of Tooth Structure using an Alternative Electrical Bioimpedance Spectroscopy Method

Abstract

In the past few years bioimpedance has been used in many applications in dentistry, such as estimating the length of root canals and the physical properties of enamel. Despite the significant number of studies using bioimpedance to investigate the dental structure, many of them use only the real component of bioimpedance, i.e., the resistance, disregarding the information provided by the imaginary one, i.e., the reactance. Moreover, in different studies that investigate both parts of bioimpedance, the data are obtained by using single frequency or multifrequency methods based on sinusoidal sweep. The aim of this study was to investigate the use of an alternative bioimpedance spectroscopy (BIS) method based on step response in the assessment of tooth structure. To test the feasibility of the studied method we performed in vitro experiments that considered the successive removal of enamel layers of 22 healthy teeth, the accomplishment of the BIS method, and the estimate of bioimpedance parameter that were associated with the changes in the tooth structure. To deal with the variability of bioimpedance parameters a dental health index (DHI) is proposed. The findings include the behavior of bioimpedance parameters of intact teeth, as well as those associated with the successive removal of the enamel layer, and indicate that DHI is sensitive enough to detect changes of the enamel layer. The results point to the feasibility of the studied BIS method in evaluating tooth structure and that it might be used to assess dental health.

Translated abstract

Nos últimos anos a bioimpedância tem sido usada em aplicações odontológicas tais como estimativas de profundidade do canal radicular e na investigação de propriedades do esmalte. Apesar do número significativo de estudos usando a técnica de bioimpedância para avaliar a estrutura dental, muitos trabalhos usam somente a componente real da bioimpedância, isto é, a resistência; desprezando a informação fornecida pela parte imaginária, isto é, a reatância. Além disso, em diversos trabalhos que investigam ambas as partes da bioimpedância, os dados são, geralmente, obtidos por métodos monofrequenciais ou multifrequenciais baseados na varredura senoidal. O objetivo deste estudo foi investigar o uso de um método alternativo de espectroscopia de bioimpedância (BIS) baseado na resposta de corrente a um degrau de tensão na avaliação da estrutura do dente. Para testar a viabilidade do método alternativo realizamos experimentos in vitro que consideraram a remoção da camada de esmalte de 22 dentes hígidos, a aplicação do método BIS e a estimativa de parâmetros de bioimpedância que foram associados às mudanças na estrutura do dente. Para enfrentar o problema da variabilidade dos parâmetros de bioimpedância um índice de saúde dental (DHI) é proposto. Os resultados incluem o comportamento dos parâmetros de bioimpedância de dentes hígidos, assim como aqueles associados às sucessivas remoções da camada de esmalte; indicando que o DHI é sensível para detectar mudanças na camada de esmalte. Os achados apontam para a viabilidade do método de BIS estudado na avaliação da estrutura do dente e que ele poderia ser usado para quantificação da saúde dental.