Компьютерные трёхмерные изображения: положительный опыт применения в стоматологической практике

Ключевые слова: компьютерные трёхмерные модели (3D модели), CAD/CAM, окклюзия, окклюзионная поверхность, одонтопрепарирование

Предпосылки для получения трёхмерных изображений в стоматологии возникли на рубеже 60-70-х годов прошлого столетия с появлением компьютерной томографии. Уже 15 лет спустя Франсуа Дюре были получены первые ортопедические конструкции с применением систем автоматического проектирования. Сегодня трёхмерные компьютерные изображения нашли применение в ортопедической стоматологии, ортодонтии,  имплантологии, лучевой диагностике [2] и экспериментальной исследовательской стоматологии [4,6]. 

Компьютерные технологии позволяют осуществлять высокоточное воспроизведение формы и размера зубов, зубных рядов, суставов и костной ткани, а также смоделированных ортопедических конструкций в виде трёхмерных изображений. Методы получения трёхмерных изображений прошли долгий путь от фотографирования по технике Moirй [7] до современных сканеров. В ортопедической стоматологии наблюдаются две основные тенденции при получении компьютерных трёхмерных моделей (KTM). Первая заключается в использовании KTM вместо традиционно применяющихся гипсовых моделей. Данная задача выполняется  внутриротовым сканированием, когда трёхмерное изображение получается непосредственно с объектов, расположенных в полости рта (CEREC Bluecam, Sirona; D4D Intraoral Digitizer, D4D Technologies LLC). Второй подход подразумевает совместное использование KTM и гипсовых моделей (справедливости ради, следует отметить, что гипсовые модели также являются трёхмерными). Трёхмерное изображение получается с гипсовых моделей в соответствующих сканирующих устройствах (Procera, Nobel Biocare; Cercon, DeguDent).

Спектр использования KTM в ортопедической стоматологии значительно расширился вместе в внедрением в практику CAD/CAM технологий, позволяющих получать ортопедические конструкции из готовых жёстких или лёгких в обработке, но требующих спекания, фарфоровых блоков; неметаллические (диоксид циркония), металлические и пластмассовые (для дальнейшей отливки из металла) каркасы для последующего покрытия их облицовочным материалом; временные ортопедические конструкции [3]. Моделирование (или автоматическое проектирование) происходит при помощи соответствующего программного обеспечения. Программы позволяют учитывать границу препарирования, толщину цементной плёнки, толщину каркаса, расположение и форму промежуточной части каркаса, анатомическую форму зубов, смыкание зубов и пр. Вытачивание смоделированной ортопедической конструкции производится на фрезерном оборудовании (CEREC inLab, Sirona; Everest, KaVo; LAVA, 3M). Фрезерование происходит немедленно в клинике либо после отправки данных в фрезеровочный центр, который может находиться на любом удалении от клиники (в другом городе или даже государстве).

Разумеется, все новые технологии имеют, помимо преимуществ, некоторые недостатки. CAD/CAM технологии требуют весьма значительных материальных затрат на приобретение и обслуживание оборудования. Низкие эстетические свойства ортопедических конструкций непосредственно после машинной обработки так или иначе возможно улучшить, но только применяя ручной труд. Трудоёмкость обработки и значительные затраты на режущие инструменты высококачественных жёстких материалов  позволяют добиться высокой точности в работе, однако зачастую отдаётся предпочтение использованию лёгких в обработке материалов, которые подвергаются обжигу, давая равномерную yсадку (синтеризация). Несмотря на перечисленные выше недостатки, технологии, использующие компьютерные трёхмерные изображения, всё глубже проникают в практику ортопедической стоматологии. Отчасти это явление связано со  стремлением людей беспрекословно следовать веяниям современности. Об этом не стоит сожалеть, так же как и об отсутствии желающих иметь искусственные зубы из слоновой кости или протез из каучука. Однако не лишне понимать недостатки и преимущества новых технологий, применяя их в наилучшем соответствии показаниям.

Применение технологий, основанных на работе с компьютерными трёхмерными изображениями, имеет безусловные преимущества. Действительно, сильно сокращается потребность в ручном труде, экономится время и материалы, требующиеся для выполнения рутинных трудоёмких манипуляций, необходимых в традиционных технологиях. Деятельность профессионально подготовленного человека получает интеллектуальную направленность, повышается производительность труда. Благодаря применению компьютера, специалист в состоянии тщательно контролировать технологический процесс изготовления ортопедических конструкций, повышая качество работы.

Традиционные технологии изготовления ортопедических конструкций требуют большого разнообразия материалов – необходимы материальные затраты. Для их хранения необходимы значительные площади.  Риск повредить, сломать или потерять гипсовую модель или ортопедическую конструкцию на каком-либо этапе изготовления делает её уязвимой. КТМ полностью лишены указанных выше недостатков. В компактном носителе информации можно разместить внушительное количество КТМ, которые можно сохранять, копировать и оперативно отправлять на любые расстояния. Компьютерные изображения можно изменять, деформировать, прозводить на них моделировку и т.д. Все эти действия не приведут к необратимым изменениям и повреждениям исходных изображений. 

Широкие возможности для практического использования КТМ открывает соответствующее программное обеспечение. В компьютере помещается целая лаборатория.  Возможно перемещать модель, приближать её и удалять, использовать карандаш, нож, кисть, шпатель, лобзик и линейку. Лак и моделировочные воски также внутри. Моделировка каркаса или ортопедической конструкции, а также контроль за качеством моделировки происходят в автоматическом режиме. Программное обеспечение позволяет производить моделировку конструкций с опорой на имплантаты (абатмены, коронки, мосты),  а также конструкций, применяемых в сочетании со съёмными протезами (телескопические конструкции, замковые крепления, интерлоки). Гибкость и многофункциональность программного обеспечения, применяемого для работы с КТМ в стоматологии, позволяют избегать затрат на приобретение и хранение большого количества разнообразных дорогостоящих материалов. 

Фрезерование ортопедических конструкций и их заготовок производится на высокоточных 3-5-осевых станках. Они отличаются способностью обрабатывать разные материалы, использовать заготовки различных размеров и режущие инструменты, а также скоростью обработки [5]. На фрезерование одной единицы в среднем потребуется около получаса, что несомненно быстрее, чем в случае с традиционно применяемыми технологиями.

Материалом исследования окклюзионной поверхности зубов мы использовали КТМ восьми зубных рядов, двенадцати препарированных зубов и двенадцати ортопедических конструкций (одиночных коронок) (рис. 1,2). Получение КТМ производилось при помощи фотограмметрического метода [8]. Применённый метод позволил воспроизвести положение центральной окклюзии при помощи КТМ и ориентировать КТМ в трёхмерной системе координат (рис. 3). Компьютерные трёхмерные модели зубных рядов, препарированных зубов и коронок совмещены. 

Рис. 1, 2. КТМ зубного ряда с препарированным зубом и коронкой проти-воположного зубного ряда 

Рис. 3. КТМ, ориентированные в системе координат, в положении центральной окклюзии

Изучение окклюзионной поверхности производилось с использованием разработанного программного обеспечения, позволяющего производить сечения на трёхмерных компьютерных изображениях и производить на сечениях измерения (рис. 4), а результаты данных измерений сохранять в автоматическом режиме. На каждом из исследованных зубов проводилось 20 параллельных друг другу сечений, проходящих через анатомическую окклюзионную поверхность в вестибулооральном направлении между мезиальным и дистальным краевыми гребнями. Разработаны одонтометрические и окклюзиометрические методы измерений контуров КТМ на полученных двумерных сечениях. Совмещённые КТМ зубных рядов, препарированных зубов и коронок изучались одонтоскопическим методом.

Рис. 4. Двумерный вид контуров на сечении с построениями для измерений

В ходе исследования получены, совмещены и ориентированы КТМ зубных рядов, препарированных зубов и коронок. Результаты исследований получены при проведении одонтометрических и окклюзиометрических исследований 62 жевательных зубов. Проведены измерения на 1380 сечениях, результаты измерений проанализированы для определения свойств окклюзионной поверхности и особенностей смыкания противоположных оккюзионных поверхностей. На КТМ зубных рядов, двенадцати препарированных зубов и двенадцати коронок проведены одонтоскопические исследования на 240 сечениях. Одонтоскопические исследования позволили изучить соответствие препарирования зуба и моделировки коронки строению зуба до препарирования (рис. 5).

Рис. 5. Совмещённые КТМ зубных рядов, препарированных зубов и коронок

Применение компьютерных трёхмерных моделей позволило провести исследование окклюзионной поверхности зубов. Использование предложенных нами методов получения сечений и проведения измерений на них осуществимо только с применением компьютерных технологий. Проведённые исследования не вызвали повреждений изученных моделей, позволили изучить особенности строения и смыкания зубов путём проведения измерений и сравнить интактные и препарированные зубы и смоделированные коронки.

Поступила 01.02.10

Литература

1. Бальцер А.,  Кауфманн-Шиноян В. Сравнение традиционного ручного и автоматизированного методов изготовления мостовидных конструкций. Современная ортопедическая стоматология, 2007, 8,  с. 22-25.
2. Кураскуа А.А.,  Дударев А.Л.,  Чибисов М.А.,  Попов И.В. Диагностическая многофункциональная компьютерная система с цифровой видео- и рентгено(томо)графией медицинской ассоциации «МИДИ». Институт стоматологии, сентябрь, 1999, 3(4), с. 62-64.
3. Лебеденко И.Ю., Лебеденко М.В., Лобач А.О. Современные безметалловые реставрации по технологии «СEREC». Современная ортопедическая стоматология,  2007, 8, с. 18-20.
4. Ряховский А.Н., Желтов С.Ю., Князь В.А., Юмашев А.В. Аппаратно-программный комплекс получения 3D моделей зубов. Стоматология, 2000, т. 79, 3.
5. Ряховский А.Н. Цифровая стоматология. М., 2010.
6. Юмашев А.В. Использование анализа рельефа зубных рядов и их фрагментов при планировании и проведении ортопедического лечения несъёмными конструкциями зубных протезов. Дис. ... канд. мед. наук. М., 1998, 150 с.
7. Kanazawa E, Sekikawa M, Ozaki T. Three-dimentional measurements of the occlusal surface of upper first molars in a modern Japanese population. Acta Anatomica, 1983, Vol. 116: 90-6.
8. Knyaz V., Zheltov S., Gabuchyan A., Bolshakov G. Photogrammetric system for automated teeth arches 3D models generation and teeth occlusion analysis, Zurich, 2007, Vol. I, p. 299-304.

Вопросы, ответы, комментарии