Курсы WEB EXPO Книги Статьи Видео

видео на ресурсеНовая концепция 4D виртуального планирования в стоматологии

Автор: Александр Ряховский

В последние годы во все сферы человеческой жизни активно проникают цифровые технологии, обеспечивая высокий уровень удобства действий и эффективности. Не является исключением и стоматология. При этом такой раздел как 3D технологии получает опережающее развитие. Компьютерная и магниторезонансная томография обеспечивают высочайший уровень диагностики. CAD/CAM технологии производства зубных протезов предоставляют стабильно высокий уровень качества, расширяют спектр применяемых конструкционных материалов, уменьшают издержки. 3D моделирование для планирования клинических результатов лечения и его достижения на основе 3D технологий в широкой стоматологической практике пока применяются достаточно редко и фрагментарно. Существуют разнообразные программные продукты, направленные на планирование и реализацию отдельных видов лечения, например, для выравнивания зубов, навигации при имплантации, дизайна улыбки. Преимуществом их применения является высокая вероятность достижения запланированного результата, недостатком — невозможность комплексного применения. Применение 3D технологий в этом случае является залогом достижения запланированного результата, однако само по себе планирование мало чем отличается от традиционного подхода. Традиционное планирование основано на концепции последовательного поэтапного планирования (рис. 1).

Рис. 1. Схема традиционного последовательного поэтапного планирования.

Основной недостаток такого планирования в том, что невозможно сразу смоделировать конечный результат многоэтапного лечения и показать его пациенту. Планирование выполняется последовательно перед каждым новым этапом лечения, а исходными данными для него являются достигнутые результаты предыдущего этапа (рис. 1). При этом каждый новый этап планирует не один, а разные специалисты, и их представление о конечном результате может отличаться. Такое планирование основано на том предположении, что эти специалисты имеют общее представление о необходимом результате и способах его достижения. При таком подходе очень важна слаженная командная работа. Дефицит профессионализма и грамотного планирования на любом этапе может критически отразиться на общем результате, высока вероятность постепенного отклонения на этапах от идеального результата. Теоретически и при таком подходе возможно было бы планирование конечного результата при условии открытого формата данных и переноса данных из одной программы в другую. Но в реальной практике это нереализуемо из-за закрытого формата данных у разных программ, банального неудобства и дополнительных потерь времени. Немаловажное значение имеет и то, что пользователю необходимо сначала досконально освоить принципы работы разных программ. На текущий момент существуют единичные программные продукты, которые объединяют необходимый функционал на единой платформе и в удобной форме позволяют реализовать концепцию последовательного конечного планирования (рис. 2).

Рис. 2. Схема последовательного конечного планирования.

Данная концепция основана на последовательном планировании этапов лечения до конечного результата. Это стало возможным благодаря высокой вероятности достижения запланированного результата с помощью 3D технологий: запланированная в 3D форма искусственных зубов с высокой точностью повторяется в реальных изделиях с помощью CAD\CAM технологий, запланированная позиция имплантатов с высокой точностью задается направляющими шаблонами, запланированное выравнивание зубов также с высокой вероятностью достигается применением 3D технологий. Преимуществом данной концепции является то, что не результат лечения на предыдущем этапе может быть основой для планирования следующего этапа, а сам результат планирования предыдущего этапа может выступать основой для дальнейшего планирования. Таким образом, данная концепция содержит элементы 4D моделирования — виртуальное моделирование задает не только пространственное положение и форму объектов полости рта (3D), но и организует эти изменения во времени (4D). Основной недостаток такого подхода состоит в том,
что если допущена ошибка на предыдущем этапе или требуется небольшая его коррекция, то необходимо переделывать и результат данного, и всех последующих этапов (рис. 3).

 

Рис. 3. Коррекция одного из промежуточных этапов «ломает» весь проект моделирования и требует его полной переделки.

Например, виртуально задана позиция центрального соотношения челюстей, а затем создается сценарий выравнивания зубов. При этом оказывается, что окклюзионные взаимоотношения могли бы стать более оптимальными, если чуть скорректировать позицию нижней челюсти. Или, например, создан сценарий выравнивания зубов, затем спроектирована новая форма зубов путем импорта искусственных зубов из банка данных, и вдруг оказывается, что необходима коррекция перемещения зубов, поскольку позиция искусственного зуба и конечная позиция опорного зуба не вполне совпадают, из-за чего потребуется избыточное сошлифовывание зубов. А если ожидаемый пациентом результат отличается от созданного нами? Подобные ситуации встречаются очень часто при планировании результата комплексного стоматологического лечения. Поскольку виртуальное 3D планирование требует заметных затрат времени, подобный недостаток становится весьма значительным и в реальной практике непреодолимым.

В связи с этим весь потенциал подобных программ, имеющих полный функционал на единой платформе, не используется в полной мере, и пользователи выполняют традиционное последовательное поэтапное планирование. Отличие лишь в том, что для этого используется не несколько разных, а только одна программа, у которой более «богатые» возможности, что, как отмечалось выше, является более удобным, оптимальным для пользователя.

Нами предлагается новая концепция 4D моделирования. Она основана не на поэтапном, а на одноэтапном (одновременном) конечном планировании. Ее особенность состоит в том, что весь функционал клинического 3D моделирования (позиционирование нижней челюсти/коррекция положения фрагментов челюстных костей, выравнивание зубов, расстановка искусственных зубов/ моделирование их новой формы, планирование положения имплантатов) должен быть объединен в едином блоке и работать таким образом, что планирование разных этапов лечения взаимообусловлено, выполняется до начала самого лечения единовременно и в объеме всех необходимых этапов, с возможностью изменения отдельных этапов, которое автоматически приводит к соответствующей коррекции всех остальных (рис. 4).

Рис. 4. Схема одноэтапного конечного планирования (4D моделирования).

Необходимо предусматривать возможность создания нескольких альтернативных планов лечения; причем для каждой заданной позиции центрального соотношения должно быть возможно создание нескольких сценариев выравнивания зубов, а для каждого сценария выравнивания — создание нескольких проектов дизайна улыбки (искусственных зубных рядов).

 Для реализации такого подхода необходимо предусмотреть совершенно уникальные способы взаимодействия функциональных модулей программы между собой.

 В компьютерной программе среди сохраняемых объектов (данные КТ, сканы зубных рядов, элементы ВНЧС, нижнечелюстные каналы, кость ВЧ и НЧ, корни и коронковые части зубов , фотографии улыбки пациента (или сканы его лица), кроссекции КТ в зоне интереса создан уникальный раздел: сценарий плана лечения. Этот сценарий хранит в себе заданную позицию НЧ (привычная окклюзия или центральное соотношение), сценарий перемещения фрагментов челюстных костей при ортогнатической операции, сценарий выравнивания зубов при ортодонтическом лечении и указание на номер зубной формулы (плана лечения), в которой хранятся расставленные искусственные зубы и имплантаты.

 Комплексное протетическое лечение может выполняться либо в привычной окклюзии, либо в реконструктивном прикусе (положение центрального соотношения). Позиция НЧ является своего рода фундаментом всей предстоящей постройки, выбирается и задается на основе анализа соотношения элементов ВНЧС (головки НЧ и суставной ямки) и высоты прикуса. Поэтому в сценарии плана лечения упоминание выбранной позиции НЧ присутствует на первом месте. Предусматривается возможность заданности пользователем нескольких альтернативных вариантов положения центрального соотношения. В этом случае они индексируются порядковым номером или могут быть записаны по автору применяемой врачом методики определения центрального соотношения.

В случае диспропорционального развития челюстей и необходимости выполнения ортогнатических хирургических операций и перемещения зубоальвеолярных фрагментов челюстей в план лечения вносится сценарий их перемещения при ортогнатической операции. Если необходимость в хирургической коррекции отсутствует, то сценарий плана лечения сохраняется.

 Если создается сценарий выравнивания зубов, то в названии плана лечения сохраняется название этапа «выравнивания» зубов. Если создается несколько альтернативных вариантов выравнивания, то каждый вариант индексируется своим номером, либо вводится его специфическое название.

При необходимости задать новую форму зубам или спроектировать их позицию в области дефекта при расстановке зубов автоматически создается зубная формула — План, в которой запоминаются искусственные зубы, импортированные из банка данных, установленные по месту в зубном ряду и модифицированные по форме. Если план комплексного лечения не предусматривает выравнивания зубов, то в названии плана лечения сохраняется запись «нет выравнивания». Если план комплексного лечения предусматривает выравнивание зубов, то искусственные зубы расставляются в конечной позиции выравнивания естественных, привязываясь к их шейкам. В этом случае в «сценарии плана лечения» записывается указание на созданный проект искусственного зубного ряда. Поскольку предусматривается возможность создания нескольких альтернативных вариантов искусственных зубных рядов, может быть создано несколько зубных формул «План» с соответствующим порядковым номером.

Приведем конкретные примеры таких оригинальных решений.

ПРИМЕР 1. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЧАСТИ ВОЛЮМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ (ДАННЫХ КТ)

 При компьютерном 3D моделировании иногда возникают ситуации, когда необходимо изменить положение нижней челюсти вместе с частью волюметрических данных (например, при ее перемещении из положения привычной окклюзии центральное соотношение или виртуальном закрывании рта).

При традиционном подходе пациенту делают повторное КТ в требуемом положении нижней челюсти.

Предлагаемый нами подход предусматривает следующий алгоритм последовательных шагов 3D моделирования: a) — триангуляция облака точек волюметрических данных КТ и получение сетки в соответствии с выбранной оптической плотностью; b) — разделение полученной сетки на 2 части — сетку КТ ВЧ (верхней челюсти) и сетку КТ НЧ (нижней челюсти); с) — совмещение сканов ВЧ и НЧ, сомкнутых в положении привычной окклюзии, с сеткой КТ ВЧ; d) — совмещение сетки КТ НЧ со сканом нижней челюсти. При последнем шаге облако точек волюметрических данных, которые находятся вблизи и внутри периметра сетки КТ НЧ, перемещается в виртуальном пространстве вместе с сеткой КТ НЧ (рис. 5).

Рис. 5. а — КТ с разобщенными зубными рядами; б — получены сетки верхней и нижней челюсти;в— последовательное совмещение сканов зубных рядов и сеток КТ по точкам; г — результат совмещения сеток; д — волюметрические данные КТ в области проекции НЧ перенесены в новое положение.

Подобный подход исключает необходимость делать повторные рентгеновские снимки, когда, например, необходимо оценить положение суставных головок нижней челюсти при изменении ее положения, провести планирование имплантации одновременно с заданием реконструктивного прикуса.

Возможен также другой вариант, когда сами волюметрические данные не меняют своего положения в виртуальном пространстве, а симулируется только перемещение сеток. Такой подход может быть также использован при виртуальном симулировании максимального открывания рта на этапе планирования положения имплантатов дистальных участках зубных рядов (рис. 6). При такой симуляции сами волюметрические данные остаются на месте (правое окно программы, рис. 6), а сетки объектов (десна, искусственные и естественные зубы) занимают положение, как при открытом рте. При этом аналогичным образом перемещается и срез волюметрических данных, показанный в левом окне программы (рис.6), относительно которого и планируется положение имплантатов.

Рис. 6. Симуляция открывания рта при планировании имплантации в боковых отделах.

ПРИМЕР 2. ВИРТУАЛЬНОЕ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ В ПОЛОЖЕНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ

При комплексной протетической реабилитации важнейшее значение имеет точное определение центрального соотношения челюстей. Одним из критериев правильности позиции нижней челюсти является соотношение элементов ВНЧС (размеры заднего, верхнего и переднего отделов суставной щели). Для этого положения определены значения нормы ширины суставной щели.

При традиционном подходе положение центрального соотношения определяется клинически и фиксируется окклюзионными регистратами. Корректность заданного положения нижней челюсти контролируется выполнением повторных  рентгеновских снимков ВНЧС и требует дополнительного облучения пациента. Нами предлагается виртуально корректировать или сразу напрямую виртуально задавать положение нижней челюсти.  Для этого выполняется несколько следующих этапов 3D моделирования: a) — используя данные КТ пациента в положении привычной окклюзии (максимального множественного окклюзионного контакта зубов), виртуально выделяются сетки КТ ВЧ и НЧ, суставная ямка ВНЧС и головка НЧ; b) — выполняется совмещение сканов зубных рядов верхней и нижней челюстей с сетками КТ ВЧ и НЧ; c) — проводится виртуальное позиционирование НЧ в заданную позицию с помощью отсканированных регистратов прикуса или прямой регистрации искомого положения НЧ методом интраорального сканирования, либо непосредственное виртуальное позиционирование НЧ с учетом положения суставных головок в суставных ямках и соотношения резцов по высоте прикуса (рис. 7). Подобным образом можно виртуально задавать/корректировать не только положение центрального соотношения, но и терминальные позиции НЧ: протрузию, правую и левую латеротрузии.

 

Рис. 7. а — дистальное положение НЧ, задняя суставная щель сужена; б — автоматически задана позиция центрального соотношения, нормализующая ширину суставной щели.

ПРИМЕР 3. ПЛАНИРОВАНИЕ ВЫРАВНИВАНИЯ ЗУБОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ

В клинической практике часто возникают задачи, когда необходимо спланировать выравнивание (set up) при условии изменения положения НЧ, поскольку патология ВНЧС нередко связана с зубочелюстными аномалиями. При традиционном подходе в лучшем случае корректируется высота прикуса с помощью окклюзионных накладок. При выполнении же самого лечения положение челюсти в горизонтальной плоскости практически невозможно контролировать.

При применении современных компьютерных технологий вначале положение НЧ задается клинически, эта позиция переносится в 3D сцену, и планируется выравнивание зубов с последующим применением элайнеров или брекет-систем. Но если вдруг выясняется, что позиция НЧ задана неверно или в момент планирования выравнивания возникает необходимость небольшой коррекции позиции НЧ, то всю работу необходимо переделывать заново, что крайне неудобно и затратно по времени.

ПРИМЕР 4. ПЛАНИРОВАНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ФОРМЫ ИСКУССТВЕННЫХ ЗУБОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ

Не менее часто в клинической практике возникают задачи, когда необходимо реконструировать прикус несъемными конструкциями при условии изменения положения НЧ (из привычной приобретенной окклюзии в положение центрального соотношения НЧ). В традиционной клинической практике определяется положение центрального соотношения, фиксируется с помощью регистратов прикуса и в этом соотношении зубных рядов выполняется моделирование формы искусственных зубов. Нами предлагается взаимообусловленное виртуальное планирование, когда после виртуального позиционирования Нч планируется выравнивание зубов с возможностью переходов к предыдущему этапу и обратно для взаимных коррекций (рис. 8).

Рис. 8. а — исходная дистальная позиция НЧ в привычной окклюзии; б — в положении центрального соотношения НЧ немного выдвигается вперед, нарушая прикус; в — дистализация зубов нижней челюсти в положении центрального соотношения нормализует прикус.

 

При коррекции положения НЧ предусматривается возможность как соответствующего изменения конечного виртуального положения зубов, так и его сохранения. При применении современных компьютерных технологий вначале положение НЧ задается клинически, эта позиция переносится в 3D сцену, и затем планируется окклюзия будущих протезных конструкций. Если выясняется, что позиция НЧ задана неверно или во время моделирования возникает необходимость небольшой коррекции позиции НЧ, то всю работу необходимо корректировать. Нами предлагается взаимообусловленное виртуальное планирование, когда после виртуального позиционирования НЧ моделируется форма искусственных зубов с возможностью переходов к предыдущему этапу и обратно для взаимных коррекций (рис. 9). 

Рис. 9. а — снижение высоты прикуса приводит к дистализации НЧ; б — восстановление высоты прикуса в положении центрального соотношения НЧ и проектирование новой формы зубов.

При этом импорт искусственных зубов из банка данных в 3D сцену осуществляется с автоматической «привязкой» к шейкам одноименных естественных зубов. Это обеспечивает уникальную возможность при виртуальной коррекции положения НЧ сохранять сформированные окклюзионные контакты путем автоматической корректировки упомянутой «привязки» искусственных зубов к шейкам естественных зубов, которые меняют свое пространственное положение в связи с коррекцией положения НЧ.

ПРИМЕР 5. ПЛАНИРОВАНИЕ ФОРМЫ ИСКУССТВЕННЫХ ЗУБОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ ОПОРНЫХ ЗУБОВ

Наиболее часто перед врачом ортопедом стоит задача исправления формы или цвета передних зубов, занимающих некорректную позицию (вестибулярный наклон, скученное положение, ротация зубов, наличие трем/диастем). В таких случаях врач либо проводит избыточное сошлифовывание зубов, либо выполняет предварительную коррекцию их положения перед протезированием. В последнем случае реализуется более прогрессивная концепция малоинвазивного протезирования. При традиционном подходе выполняется коррекция положения зубов, получают слепки зубных рядов и выполняют восковое моделирование формы зубов с последующей ее проверкой в полости рта.

При использовании компьютерного проектирования выполняются виртуальный set up зубов (рис. 10-11) и расстановка искусственных зубов в планируемом конечном положении естественных (рис. 12).

Рис. 10-11. Положение зубов до/ после выравнивания.

Рис. 12. а — искусственные зубы установлены в привязке к шейкам естественных зубов и в сценарии выравнивания двигаются совместно;

Рис. 12. б и в — искусственные зубы в прозрачном режиме.

При таком подходе зачастую оказывается необходимым выполнить коррекцию сценария выравнивания зубов с последующей коррекцией положения, пропорций и формы искусственных зубов. Предлагаемый нами подход заключается в автоматической расстановке искусственных зубов в привязке к шейкам естественных. При этом зубы автоматически масштабируются, исходя из общей ширины замещаемых естественных, с сохранением имеющихся пропорций. Кроме того, каждый искусственный зуб совмещается с естественным аналогом по принципу наибольшего соответствия, то есть суммарное расстояние между их поверхностями становится минимальным, что является залогом минимально возможного последующего препарирования. В случаях, если возникает потребность в коррекции сценария перемещения зубов, естественный и искусственные зубы двигаются одновременно с анализом окклюзионных и апроксимальных контактов уже только на искусственных зубах. Естественные зубы при этом становятся «ведомыми», и их положение подчинено конечному эстетическому или функциональному результату, которое мы стремимся создать с помощью искусственных протезных конструкций.

ПРИМЕР 6. ПЛАНИРОВАНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ОПОР (ИМПЛАНТАТОВ) С УЧЕТОМ ПОЛОЖЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ЗУБОВ

Проблема 1. Для корректного совмещения данных томографии и сканов зубных рядов, особенно при наличии на зубах искусственных реставраций, вызывающих артефакты, рекомендуется делать КТ при разомкнутых зубных рядах. Но как тогда совмещать КТ при разобщенных зубных рядах и сканы при сомкнутых зубных рядах, по отношению к верхней или нижней челюсти (рис. 13)?

 

Рис. 13. а — сканы зубных рядов в привычной окклюзии совмещены с нижней челюстью КТ; б — сканы зубных рядов в привычной окклюзии совмещены с верхней челюстью КТ.

Как в таком клиническом случае планировать имплантацию на верхней и нижней челюстях? Моделировать две разные сцены?

Проблема 2. При потере зубов и задержке в восстановлении целостности зубных рядов неизбежно наступают их деформации в виде феномена Попова-Годона (рис. 14).

 Рис. 14. 47 и 48 зубы наклонились в сторону дефекта зубного ряда.

Смещение естественных зубов вызывает дефицит места для искусственного зуба, меняя его пропорции, а иногда делая невозможным установку имплантата (рис. 15).

Рис. 15. Если не дистализировать 47 зуб, то искусственный зуб в проекции 46 получается диспропорциональным.

В таких случаях целесообразным является выравнивание естественных зубов перед проведением имплантации. Рассмотрим предлагаемое нами решение на примере клинического случая. Совмещение сканов и КТ проводится по особенному алгоритму так, что программа запоминает матрицу переноса (геометрические параметры перемещения) НЧ из положения при разомкнутых зубах в положение привычной окклюзии. Далее в программе создается сценарий выравнивания зубов (рис. 16) и делается постановка искусственных зубов (рис. 17).

Рис. 16-17. Планирование выравнивания зубов. Спроектировано положение 46 и восстановление 47 зубов

При виртуальной постановке имплантатов кроссекция данных КТ совершает обратный перенос данных КТ согласно упомянутой выше матрице перемещения, так что создается картинка коррек- тно совмещенных данных КТ и сканов (рис. 18).

Рис. 18. Кроссекция переносит данные КТ в соответствии с матрицей перемещения объектов при совмещении (а- поперечное положение кроссекции, б- продольное положение кроссекции).

При таком моделировании можно начать оба вида лечения одновременно: установить имплантат и начать дистализацию 47 зуба и мезиализацию 45. При этом 47 зуб уже на данном этапе может быть восстановлен пластмассовой временной накладкой с учетом выполненного моделирования.

ПРИМЕР 7. ПЛАНИРОВАНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ФОРМЫ ЗУБОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПОЛОЖЕНИЯ ФРАГМЕНТОВ ЧЕЛЮСТНЫХ КОСТЕЙ

При выраженной макро- или микрогнатии приходится прибегать к ортогнатическим операциям. При этом расчетными методами (анализ ТРГ) определяют величину необходимой коррекции, выполняют оперативное вмешательство, а затем переходят к этапу ортодонтического и, возможно, последующего ортопедического лечения. По итогу успех такого лечения крайне зависим от точности выполнения первого этапа– оперативного вмешательства.

Нами предлагается проводить планирование перемещения фрагментов челюстей при одновременном планировании выравнивания зубов с учетом их конечного положения, положения и формы искусственных зубов (при необходимости). При таком планировании врач хирург определенно точно представляет себе, в какое положение необходимо установить перемещаемый фрагмент для последующего достижения «идеального» прикуса. В соответствии с этим положением может быть спроектирована прикусная шина, облегчающая позиционирование фрагмента челюсти во время операции. В отличие от существующего ныне подхода, наше предложение отличается тем, что планируемая позиция определяется не только исходя из расчетов и нашего предположения, что расчет окажется верным, а в первую очередь на основе вполне конкретного виртуального планирования, которое визуализирует конечный результат с учетом еще и возможных последующих изменений положения и формы зубов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемое компьютерное планирование может по праву быть квалифицировано как 4D планирование, поскольку оно выполняется не только в 3D виртуальном пространстве, но в виртуальном времени. При таком подходе можно прогнозировать не только конечный, но также все промежуточные результаты, которые будут ожидаемо достигнуты через известные промежутки времени. Такой способ планирования позволяет изменить традиционную схему поэтапного лечения. С учетом высокой прогнозируемости достижения результата на основе применения 3D технологий, используя 4D планирование, можно стартовать разные виды лечения одновременно, тем самым в разы сокращая общую его продолжительность. Можно одновременно задавать реконструктивную позицию нижней челюсти и выравнивать зубы; выравнивать зубы и проводить имплантацию и т.д. Сочетанных примеров может быть множество. Повышение экономической эффективности стоматологического лечения за счет сокращения его общей продолжительности и визитов пациентов к стоматологу увеличивает производительность труда врачей и повышает качество жизни самих пациентов. Они могут больше времени уделять своей работе или отдыху. Экономическая целесообразность внедрения разработанных принципов компьютерного 4D планирования представляется нам своевременной и целесообразной.

Источник: Журнал "Цифровая стоматология"