Способ компьютерного моделирования восстановления биомеханических показателей зуба для равномерного распределения жевательной нагрузки на опорные ткани зуба и костную ткань - RU2693993C1

Описание

Изобретение относится к медицине, в частности к стоматологии и может использоваться для планирования и коррекции ортопедического стоматологического лечения.

Из уровня техники известен способ виртуального прототипироваиия улыбки который включает отображение лица субъекта в режиме реального времени в статическом или динамическом состоянии на дисплее тактильного компьютерного устройства. Причем лицо субъекта при отображении размещается с учетом перемещаемых меток, представляющих собой пересекающиеся в центре кадра горизонтальную и вертикальную линии, линии зрачков и линии улыбки. Компьютерное устройство содержит программное обеспечение, сконфигурированное для: подбора положения, формы, размера и цвета зубов с помощью виртуальных библиотек зубов. Для сопоставления выбранных зубов с изображением лица субъекта с возможностью изменения, по меньшей мере, одного из формы, размера и цвета выбранных зубов. Для получения прототипа улыбки и согласования выбора с субъектом, записи видеоизображения субъекта с прототипом улыбки и передачи прототипа улыбки в зуботехническое отделение для последующего изготовления зубных протезов. Система виртуального прототипироваиия улыбки на базе тактильного компьютерного устройства включает в себя: базу виртуальных библиотек зубов, платформу подбора положения, формы, размера и цвета зубов в виртуальных библиотеках зубов, аналитическую платформу для сопоставления выбранных зубов с изображением лица субъекта, платформу формирования и сохранения в базе данных субъекта прототипа улыбки, модуль передачи визуальной информации на внешний носитель. Группа изобретений позволяет просто, быстро и точно создать виртуальный прототип улыбки пациента, в том числе динамически изменяющийся, интегрированный в изображение пациента, а также позволяет пациенту в режиме реального времени ее оценить с функциональной и эстетической сторон за счет использования тактильного компьютерного устройства, позиционирования с помощью перемещаемых меток, а также совмещения в одном устройстве фото- и видеокамеры и программы для моделирования улыбки (Патент РФ №2610911).

Также известен метод позиционирования имплантатов в челюстных костях с учетом данных компьютерной томографии. Проводят компьютерную томографию (КТ) челюстей или челюсти, на которой будет осуществляться имплантация. На основании полученных данных создают трехмерную виртуальную модель челюстей или челюсти. Проводят оптическое сканирование зубного ряда или зубных рядов, либо их гипсовых моделей, получая виртуальные модели зубных рядов и десен. Полученные по результатам томографии и оптического сканирования модели совмещают в виртуальном пространстве. Полученную модель дополняют проекцией расположения будущих искусственных зубов протеза с использованием банка данных искусственных зубов. На основании полученной модели выполняют проектирование положения в кости имплантата. С учетом спроектированного положения имплантата и данных сканирования зубных рядов и десен осуществляют проектирование направляющего шаблона, состоящего из направляющих шахт, соединяющей их балки и опорных элементов. После чего изготавливают шаблон. Способ позволяет повысить прочность при уменьшении объема конструкции, снизить травматичность процедуры имплантации (Патент РФ №2400178).

Наиболее близким аналогом является способ трехмерного изображения движения зубов и челюстей, раскрытый в патентном документе US 2016/0128624, 12.05.2016. Суть метода заключается в получении цифровых изображений реальных зубных рядов пациента и совмещения их с рентгенологическими данными и данными движения зубов и челюстей в режиме реального времени с помощью закрепленных на пациенте датчиков. Данный цифровой комплекс позволяет оценить все движения нижней челюсти и в височно-нижнечелюстном суставе (ВНЧС), учитывает силу жевательных мышц и степень разрушения зубов в процессе жизнедеятельности, а также, позволяет корректировать форму зубов для дальнейшего изготовления зубных протезов методами компьютерной печати или фрезерования.

В указанном источнике речь идет о стираемости зубов, вызванными векторными силами, измеренными с помощью датчика слежения в соответствии с заявленным предметом, т.е. регистрируется направление движения нижней челюсти и что при этих движениях происходит с зубами, и соответственно, что может с ними произойти при изменении этого вектора. Однако известная технология не позволяет объективно оценить эпюры напряжения, возникающие в самих зубах и окружающих их тканях, как на этапе диагностики, так и на этапе проводимого лечения, что может в итоге обернутся снижением долгосрочности функционирования естественных (зубы) и искусственных (дентальные имплантаты) опор зубных протезов. Так же известная технология, не позволяет оценить и скорректировать срок службы ранее установленных дентальных имплантатов посредством изменения рельефа жевательной поверхности естественных или искусственных зубов антагонистов.

Техническим результатом является повышение срока службы зубного протеза за счет цифровой объективной диагностики функционального состояния зубочелюстной системы и корректировки жевательных поверхностей с обеспечением равномерного распределения напряжения на зубочелюстной сегмент.

Технический результат достигается за счет реализации следующей совокупности существенных признаков: получение виртуального изображения зубных рядов пациента, методом прямого или непрямого сканирования, сопоставленных в виртуальном артикуляторе, совмещают виртуальное изображение зубных рядов пациента с виртуальным изображением челюстей, полученным посредством конусно-лучевой компьютерной томографии, файл с совмещенным изображением преобразуют в файл формата IGES, открывают полученный файл в компьютерной программе для математического моделирования методом конечных элементов путем конвертации, определяют максимальную нагрузку на зубочелюстной сегмент по значению силы жевательных мышц, выявленной посредством миографии, в виртуальном артикуляторе фиксируют вектор перемещения нижней челюсти по отношению к верхней до появления бугорковых контактов на зубах антагонистах, в программе математического моделирования к планируемому или существующему несъемному зубному протезу прикладывают распределенную нагрузку по вектору перемещения нижней челюсти до конечного бугоркового контакта антагонистов, оценивают эпюры напряжения, для чего регистрируют силу нагружения и перемещение нагрузки (мм), возникающие в полученной модели, в самом протезе и в опорных и окружающих тканях при функциональных нагрузках, изменяют параметры окклюзионной поверхности виртуального планируемого или существующего зубного протеза и зубов антагонистов, а именно: угол скатов функциональных бугорков, высоту и ширину бугорков, затем выполняют повторное приложение аналогичной нагрузки и оценивают изменения эпюр напряжения до их равномерного распределения по оси естественных зубов или искусственных опор и костной ткани с допустимыми значениями нагрузки, не приводящих к разрушению биологических тканей, осуществляют обратную конвертацию изображения зубного протеза в формат CAD/CAM системы STL, фрезеруют несъемный зубной протез или окклюзионный шаблон с учетом полученных данных таким образом, чтобы оклюзионная поверхность которых обеспечивала равномерное перераспределение жевательной нагрузки на опорный зуб или имплантат и окружающие его костную ткань и десну.

Предлагаемый способ позволяет как спланировать долгосрочную конструкцию зубного протеза с прогнозируемым симметричным относительно оси зуба распределением нагрузки на опорные ткани (зуб - пародонт - челюстная кость), так и скорректировать уже фиксированные зубные протезы. Также предлагаемый способ можно использовать для нивелирования неправильного позиционирования дентальных имплантатов путем перераспределения жевательной нагрузки на зубные протезы и зубы антагонисты. Это позволяет продлить срок службы дентальных имплантатов без дополнительной операции по новой их установке.

При этом сущность заявляемого изобретения обеспечивается за счет получения компьютерной модели зубочелюстного сегмента с оптимальным положением окклюзионных (или жевательных) поверхностей, обеспечивающим равномерное распределение жевательной нагрузки на опорные ткани зуба и костную ткань. Полученная заявляемым способом компьютерная модель может быть использована на этапе планирования ортопедического лечения - протезирования, включая планирование коррекции, имеющейся у пациентов окклюзии, позволяющей, в т.ч. исправить уже допущенные врачом ошибки.

Способ цифрового планирования и коррекции стоматологического лечения осуществляется следующим образом:

1. Получают цифровые модели зубных рядов пациента методом прямого сканирования полости рта или сканирования гипсовых моделей, полученных при отливании гипсом физических оттисков (непрямое сканирование).

2. Позиционируют и фиксируют полученные цифровые модели в виртуальном артикуляторе CAD/САМ системы, например, ZirkonZahn (Италия).

3. Проводят пациенту конусно-лучевую компьютерную томографию челюстей.

4. Сопоставляют полученные при сканировании зубных рядов файлы с форматом STL и полученные при компьютерной томографии файлы с форматом DICOM в единое изображение, например, в программном обеспечении сканера 3Shape Trios.

5. Конвертируют полученное изображение в формат IGES, например, в компьютерной программе Initial Graphics Exchange Specification.

6. Открывают полученный файл в компьютерной программе для математического моделирования методом конечных элементов, например, ANSIS.

7. Проводят пациенту миографию для получения цифровых значений силы жевательных мышц для определения максимальных нагрузок на зубочелюстной сегмент.

8. В виртуальном артикуляторе фиксируют вектор перемещения нижней челюсти по отношению к верхней до появления бугорковых контактов на зубах антагонистах.

9. В программе математического моделирования к планируемому или существующему несъемному зубному протезу прикладывают распределенную нагрузку по вектору перемещения нижней челюсти до конечного бугоркового контакта антагонистов, определенному движением нижней челюсти в виртуальном артикуляторе.

10. Проводят анализ эпюр напряжения, а именно регистрируют силу нагружения и перемещение нагрузки (мм), возникающих в полученной модели, как в самом протезе, так и в опорных и окружающих тканях при функциональных нагрузках.

И. В программе компьютерного моделирования, изменяют параметры окклюзионной поверхности виртуального планируемого или существующего зубного протеза и зубов антагонистов, а именно: угол скатов функциональных бугорков, высоту и ширину бугорков с последующим повторным приложением аналогичной нагрузки и оценивают изменения эпюр напряжения до их равномерного распределения по оси естественных (зуб) или искусственных опор (дентальные имплантаты) и костной ткани с допустимыми значениями нагрузки, не приводящих к разрушению биологических тканей.

12. По достижению цели, осуществляют обратную конвертацию изображения зубного протеза в формат CAD/САМ системы STL.

13. Фрезеруют несъемный зубной протез или окклюзионный шаблон для внутриротовой коррекции существующего протеза или зубов антагонистов, оклюзионная поверхность которых обеспечивает равномерное перераспределение жевательной нагрузки на опорный зуб или имплантат и окружающие его костную ткань, и десну.

. Клинический пример.

В стоматологическую клинику обратилась пациентка К, с жалобами на периодичные боли в челюсти, появившиеся после установки искусственной коронки с опорой на дентальный имплантат.

Со слов пациентки, дентальный имплантат был установлен год назад, какие-либо жалобы отсутствовали, через 6 месяцев после имплантации, была изготовлена и фиксирована коронка, после чего, через 3 месяца появились кратковременные, самопроизвольные боли челюсти в проекции дентального имплантата.

При объективном исследовании: в полости рта в проекции зуба 46, установлена керамическая искусственная коронка с опорой на дентальный имплантат, нарушения целостности коронки, как и признаки воспаления тканей, окружающих имплантат, отсутствуют. Перкуссия отрицательная.

При рентгенологическом 3D исследовании, коронка прилегает к абатменту без признаков нарушения краевого прилегания, апикальная часть имплантата смещена медиально и вестибулярно относительно центральной вертикальной оси, по медиальной поверхности имплантата в апикальной трети отмечается незначительная резорбция кости толщиной 0,2 мм.

Лечение: Получены силиконовые оттиски зубных рядов пациента, определено центральное соотношение челюстей, изготовлены гипсовые модели. Гипсовые модели фиксированы в индивидуально настраиваемый артикулятор с применением лицевой дуги, и сканированы в оптическом модуле CADVCAM системы ZirkonZahn (Италия). Полученные при сканировании STL файлы с изображениями зубных рядов сопоставлялись с файлами, имеющими разрешение DICOM, полученными при проведенном на этапе диагностики рентгенологическом исследовании (конусно-лучевая компьютерная томография) в программном обеспечении сканера 3Shape Trios. Полученное соединенное изображение конвертировали в формат IGES в программе Initial Graphics Exchange Specification и открывали в программе для математического моделирования методом конечных элементов ANSIS. Пациенту проводили миографию и фиксировали максимально развиваемую силу жевательных мышц, которая составила 2,6 МПа. В виртуальном артикуляторе фиксировали вектор перемещения нижней челюсти по отношению к верхней до появления бугорковых контактов на зубах антагонистах и закладывали данные показатели в программу ANSIS для аналогичного перемещения совмещенных моделей челюсти с установленным имплантатом и зубных рядов пациента. По определенному вектору в программе ANSIS перемещали нижнюю челюсть с прилагаемой нагрузкой в 2,6 МПа. В результате были получены данные что при перемещении нижней челюсти в право, возникают' зоны критических напряжений в дистальном язычном бугре зуба 46 и составляют 205,16 Н, при этом максимальное перемещение составляет 0,0056 мм. А также, зоны критических напряжений в 169,45 Н с перемещением в 0,0048 мм отмечалось в апикальной трети вестибулярной поверхности имплантата. В компьютерной программе, проводилось изменение формы дистального язычного бугорка зуба 46, а именно был расширен угол внутреннего ската и снижена высота на 0,3 мм. После чего проводился повторный анализ эпюр напряжения. В результате изменения формы бугра, зоны критических напряжений исчезли, а напряжения вокруг имплантата стали равномерными и составили 68,3 Н, а перемещение 0,0003 мм. Далее осуществляли обратную конвертацию скорректированное изображения коронки зуба 46 фиксированного на имплантате в формат STL CAD/САМ системы ZirkonZahn (Италия) моделировали по изображению индивидуального абатмента и фрезеровали из диоксида циркония с последующей фиксации в полости рта.

На следующий день после фиксации коронки, пациент не предъявлял жалоб на боли в области установленного имплантата.

По данным объемного рентгенологического исследования, проведенного через 6 месяцев после фиксации коронки с корректированной по предлагаемому способу окклюзионной поверхностью - коронка прилегает к абатменту без признаков нарушения краевого прилегания, апикальная часть имплантата смещена медиально и вестибулярно относительно центральной вертикальной оси, резорбция костной ткани вокруг имплантата отсутствует.

Реферат

Изобретение относится к медицине, в частности к стоматологии и может использоваться для планирования и коррекции ортопедического стоматологического лечения. Предложен способ компьютерного моделирования восстановления биомеханических показателей зуба для равномерного распределения жевательной нагрузки на опорные ткани зуба и костную ткань, включающий получение виртуального изображения зубных рядов пациента, методом прямого или непрямого сканирования, сопоставленных в виртуальном артикуляторе, совмещают виртуальное изображение зубных рядов пациента с виртуальным изображением челюстей, полученным посредством конусно-лучевой компьютерной томографии, файл с совмещенным изображением преобразуют в файл формата 1GES, открывают полученный файл в компьютерной программе для математического моделирования методом конечных элементов путем конвертации, определяют максимальную нагрузку на зубочелюстной сегмент по значению силы жевательных мышц, выявленной посредством миографии, в виртуальном артикуляторе фиксируют вектор перемещения нижней челюсти по отношению к верхней до появления бугорковых контактов на зубах антагонистах, в программе математического моделирования к планируемому или существующему несъемному зубному протезу прикладывают распределенную нагрузку по вектору перемещения нижней челюсти до конечного бугоркового контакта антагонистов, оценивают эпюры напряжения, для чего регистрируют силу нагружения и перемещение нагрузки (мм), возникающие в полученной модели, в самом протезе и в опорных и окружающих тканях при функциональных нагрузках, изменяют параметры окклюзионной поверхности виртуального планируемого или существующего зубного протеза и зубов антагонистов, а именно: угол скатов функциональных бугорков, высоту и пшрину бугорков, затем выполняют повторное приложение аналогичной нагрузки и оценивают изменения эпюр напряжения до их равномерного распределения по оси естественных зубов или искусственных опор и костной ткани с допустимыми значениями нагрузки, не приводящих к разрушению биологических тканей, осуществляют обратную конвертацию изображения зубного протеза в формат CAD/CAM системы STL, фрезеруют несъемный зубной протез или окклюзионный шаблон с учетом полученных данных таким образом, чтобы оклюзионная поверхность которых обеспечивала равномерное перераспределение жевательной нагрузки на опорный зуб или имплантат и окружающие его костную ткань и десну. Изобретение обеспечивает повышение срока службы зубного протеза за счет цифровой объективной диагностики функционального состояния зубочелюстной системы и корректировки жевательных поверхностей с обеспечением равномерного распределения напряжения на зубочелюстной сегмент. 1 пр.

Формула