УДК 616.31

ПРЕЦИЗИОННЫЕ ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЙ В ОРТОПЕДИЧЕСКОЙ СТОМАТОЛОГИИ. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ

Разуменко Геннадий Павлович
Новосибирский государственный медицинский университет
кандидат медицинских наук, доцент.

Аннотация
Статья рассматривает основные этапы становления цифровых технологий в ортопедической стоматологии. В работе описаны тематические исследования специалистов по созданию первой отечественной системы автоматизированного проектирования, позволяющей с цифровой точностью получать модели объектов полости рта и эффективно решать задачи их реконструкции.

Ключевые слова: интраоральный зонд, компьютерное проектирование, оптический оттиск, протезирование, рвотный рефлекс, реставрация, стоматология., фотограмметрия.


PRECISION DIGITAL TECHNOLOGY IN PROSTHETIC DENTISTRY. THE STAGES OF DEVELOPMENT

Razumenko Gennady Pavlovich
Novosibirsk State Medical University
Candidate of Medical Sciences, Assistant Professor

Abstract
The article considers the main stages of digital technologies in the prosthetic dentistry. The paper describes case studies specialists in the creation of the first domestic computer-aided design, allowing with digital precision to the object model of the mouth and effectively solve the problem of reconstruction.

Keywords: computer-aided design, dentistry., intraoral sensor, photogrammetry, prosthetics, restoration, the gag reflex., the optical impression


Рубрика: 14.00.00 МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Разуменко Г.П. Прецизионные цифровые технологий в ортопедической стоматологии. Этапы развития // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/08/70557 (дата обращения: 29.09.2017).

Развитие медицинской науки в целом, а в частности – стоматологии, на сегодняшний день характеризуются процессом взаимоинтеграции с техническими инновациями с целью повышения точности, эффективности лечебно-диагностического процесса, а также оптимизации работы системы здравоохранения [4]. Одним из достижений современной науки в области программного обеспечения являются автоматизированные компьютерные системы, которые довольно успешно внедряются в аэрокосмической отрасли и многих других видах сверхточного производства. Система автоматизированного проектирования (САПР) на сегодняшний день активно применяется в различных сферах экономической деятельности. Впервые открывшиеся благодаря данной тенденции возможности, по сути, заложили основу для появления нового направления ортопедической стоматологии, результатом чего в отечественной практике стало увеличение продуктивности и качества работы врачей и зубных техников [2].

Начальные поиски в этом направлении относятся к проекту компании Hensson Internetional 1971 года, который был посвящен созданию автоматизированного комплекса моделирования и изготовления искусственных коронок с применением методики голографического сканирования полости рта с целью получения визуальной информации для дальнейшей разработки протеза. Главным специалистом-разработчиком в данном исследовании стал доктор Франсуа Дюре [15]. Всесторонний анализ результатов практического внедрения данной технологии заложил основу для новых тематических исследований и усовершенствований, указывая на пути повышения оптимизации и производительности процесса. Это заняло немало времени. Так, лишь к 1983 году был создан первый промышленный образец работоспособной системы, а первый опыт установки изготовленной с ее использованием коронки реальному пациенту состоялся уже в 1985 году. Это послужило стимулом для последующего промышленного применения системы CAD/CAM в практической стоматологии во Франции. Спустя два года опыт был заимствован для внедрения на специализированном рынке в США и Канаде.

Оборудование CAD/CAM предоставляет специалистам широкий выбор материалов для изготовления ортопедических конструкций [5]. Применение данной системы предусматривает работу с титаном, диоксидом циркония и кобальтохромовыми сплавами, а также фрезерование каркасов метало-керамических коронок из пластмассы [10]. Укомплектованность стоматологической клиники описанным оборудованием, безусловно, открывает новые практические возможности для зубных техников и специалистов-ортопедов. К основным технологическим преимуществам работы с CAD/CAM можно отнести повышение точности изготовляемых реставраций (отклонение в пределах 15-20 мкм в сравнении с погрешностью при литье в 50-70 мкм), чистоту и эргономичность рабочего процесса, малые габариты оборудования, а также несомненно более высокую производительность.

Еще одной немаловажной особенностью доступных на современном рынке моделей систем CAD/CAM является их универсальность в отношении выбора конструкционных материалов [6]. Технологические возможности аппаратуры предусматривают не только моделирование проекта изделия, но и непосредственное выполнение образца, что обеспечивает, в частности, спортивную травматологию необходимым ресурсом при создании защитных шин для спортсменов с учетом персональных анатомо-физиологических особенностей строения лицевого черепа [7, 9].

Оборудование CAD/CAM способствует максимальной индивидуализации процесса ортопедического лечения пациента, адаптации к наличествующим клиническим условиям. Данные технические инновации в современной стоматологии эффективно используются при:

  • конструировании и создании вкладок, коронок, мостовидных протезов и виниров;
  • моделировании реставраций на основе широкой базы моделей зубов;
  • проектировании и изготовлении протяженных конструкций (до 16 зубов);
  • создании базы данных, содержащей информацию о состоянии пациента, для последующего гибкого реагирования на возникшие изменения в клинической картине.

Технологии CAD/CAM помогают в восстановлении необходимых контактных пунктов, воссоздании анатомической формы жевательных поверхностей коронок с учетом строения зубов-антагонистов, идентификации оптимальной толщины будущей реставрации.

Основополагающим принципом подготовительного этапа качественной дентальной имплантации является сбор максимально точной и детализированной информации о параметрах рельефных структур полости рта. В современной практике он реализуется в большинстве случаев с привлечением цифровых технологий. Так, виртуальное моделирование реставрации на супраструктурах осуществляется посредством анализа и обработки системой сведений, полученных при выполнении интраоральных снимков абатмента с захватом окружающих тканей. Высоко результативным применение данной методики оказывается, например, для бескаркасной реставрации керамическими материалами [6, 14].

Первые результаты по созданию высокоточных цифровых моделей зубов в отечественной стоматологической практике при поддержке технологий CAD/СAM были получены в 1994 году, в рамках проекта Центрального НИИ стоматологии. Возглавили процесс разработки комплекса Ряховский А.Н. и Юмашев А. В. Основной целью, которой было посвящено исследование, стала оценка функциональных возможностей систем CAD/CAM относительно воссоздания максимально корректной формы зуба при моделировании искусственной коронки и общую состоятельность применения указанного оборудования на этапах планирования и проведения ортопедического лечения. В результате совместных трудов с ОАО «ЭНИМС» и в соавторстве с Кагановским И.П. отечественная стоматология получила рабочую модель оптического зонда (интраоральной камеры) для получения оптического оттиска.

В дальнейшем рабочая продуктивность графических станций в технологическом контакте с электронными видеокамерами подтверждалась многочисленными исследованиями и практическими испытаниями. Согласно плану создателей, на основании полученных графических данных станки с ЧПУ должны были выполнить механическую работу по изготовлению реставраций [3].

Результатом сотрудничества с СПб ГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, в соавторстве с Дегтяревым В.М., стала разработка автоматизированной системы протезирования зубов «DENTAL». Первоначально для снимков был выбран формат BMP, предусматривающий получение черно-белых инвертированных негативов изображения в двух проекциях: по горизонтали и вертикали. Вскоре практика показала, что при относительно большом объеме занимаемой памяти и малом разрешении (640х442 пикселей) различные манипуляции, приближение камеры к объекту, приводили к существенной потере качества изображения и значительному возрастанию случаев искажений по его периферии [3].

На основании анализа данной ситуации, с целью устранения технологических недостатков и повышения качества снимков было предложено соблюдать расстояние 28 мм между объективом камеры и поверхностью исследуемого зуба. В результате качество полученного изображения размером 50х50 мм при том же разрешении (640х442 пикселей) существенно улучшилось. Размер выходных снимков после обработки в системе составляет 125х114 пикселей при погрешности не более 0,08 мм. Реальная погрешность, установленная на практике, несколько превысила данное значение ввиду влияния сторонних факторов (отражающая способность поверхности зубов, неравномерность освещения, положение объектива камеры).

Результаты применения автоматизированной системы проектирования «DENTAL», полученные в 1995, году позволили выделить ряд актуальных теоретико-практических вопросов для профессиональных дискуссий. Основные проблемы в разработке, вынесенные на обсуждение среди специалистов, сводились к следующим положениям:

  1. имеющиеся искажения исключают возможность получения реальной картины состояния зуба и окружающих тканей;
  2. для получения более высокой точности необходимо применять 20-ти кратное увеличение;
  3. оборудование камеры источником света мешает получению объективного изображения, поскольку световое искажение крайне негативно отражается на качестве последующего моделирования зуба.

Одновременно с работой над получением снимков объекта осуществлялся выбор пространственной модели. Имеющиеся изображения позволили сформулировать четкие требования, предъявляемые к создаваемой модели, и создать образец, соответствующий естественному зубу. Функциональная ограниченность автоматизированной системы «DENTAL» проявилась на этапе трансформации данной модели в практическую основу при переходе от привычных описаний к 3-х мерным геометрическим данным и далее, к обработке математических данных для объекта, в соответствии с параметрами программного обеспечения. Точечная 3-х мерная геометрическая модель формируется системой координат множества точек, лежащих на поверхности исследуемого объекта, с присвоенными им определенными векторами, которые введены для упрощения расчетов по освещению и визуализации исследуемой области. Согласно содержанию программного обеспечения, каждая точка характеризовалась шестью параметрами: положением по осям Х, Y и Z, значением единичного вектора по осям Х, Y и Z. Данное контекстное содержание значительно облегчает визуализацию готовой модели [11].

Отечественные усовершенствования системы программного обеспечения были направлены на создание информационной поддержки для последующего проектирования лечебных манипуляций и реконструктивного моделирования. На стадии обработки данных по созданию пространственной модели нашими специалистами были сделаны практические попытки получить визуализацию модели на экране монитора для создания траектории движения рабочего инструмента. Точечное описание участков зуба имеет приоритет в сравнении с математическими данными, которыми описывается поверхность объекта. Разработанная программа позволила задавать требуемое положение камеры, а в конечном итоге – создавать пространственную модель при помощи серии цифровых разноплановых изображений исследуемого объекта, насчитывающей не менее 4-х снимков.

Помимо выявления технических недостатков, первичные результаты применения отечественной системы CAD/СAM «Dental» способствовали проведению дальнейшего совершенствования всех ее составных элементов с учетом наиболее современных цифровых и компьютерных достижений. Глобальная модернизация системы была осуществлена уже в 1998 году тем же составом сотрудников ЦНИИС, с привлечением ведущих специалистов ГОСНИИ Авиационных систем Желтова С.Ю. и Князя В.А. Особое внимание при обновлении уделялось механизму получения и обработки визуальной информации о трехмерном изображении рабочей области, которые осуществлялись с применением технологии искусственного интеллекта. Новое программное обеспечение в сочетании с усовершенствованным оборудованием расширило функциональную состоятельность модернизированного комплекса, соответствующего по своим практическим возможностям системам машинного видения (СМВ) [3].

Этап практической апробации реализовывался с использованием комплекса короткобазисной фотограмметрии, эндоскопа и разработанного программного обеспечения. Практическая работа по восстановлению объемной формы исследуемого объекта осуществляется тремя методами: эпиполярным, корреляционным и профильным [12]. Путем анализа достоинств и недостатков каждого подхода для создания цифровой модели зуба был выбран профильный метод. Проведенные исследования и прецизионные измерения показали, что благодаря новой технологии специалист получает точные цифровые данные о геометрии исследуемых объектов [11].

Отдельная группа исследований была посвящена оценке преимуществ использования 3D-сканирования у пациентов с выраженными стоматофобическими реакциями в ответ на врачебные манипуляции. Одной из наиболее распространенных форм стоматофобии является патологически усиленный рвотный рефлекс, возникающий при стоматологическом лечении. Известно, что доступные методы профилактики (например, орошение рефлексогенных зон ротовой полости топическими анестетиками) и медикаментозное купирование данных явлений при помощи седативных препаратов, не оказывают достаточного эффекта [1]. Клинические испытания среди пациентов с повышенным рвотным рефлексом, нуждающихся в ортопедическом лечении, проводились сотрудниками кафедры ортопедической стоматологии Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, под руководством Утюжа А.С. и Юмашева А.В. При сравнении переносимости получения оттисков традиционным способом и при помощи методики интраорального сканирования рельефа слизистой оболочки с последующим созданием оптического оттиска были получены результаты, свидетельствующие о бесспорно более высокой комфортности второго способа для пациентов, имеющих повышенную чувствительность к лечебно-диагностическим манипуляциям стоматологического профиля. У большинства участников исследования во время 3D-сканирования проявлений рвотного рефлекса зафиксировано не было [13].

Системы CAD/CAM способствовали продвижению современной ортопедической стоматологии в реализации профессиональных практических решений на новый уровень. Достижения отечественных разработок в этой области позволяют создавать высокоточные цифровые модели зубов, возможность получения высокоточной объективной информации с ее последующим анализом значительно повышает эффективность ортопедического лечения. Зарубежные аппаратно-программные комплексы, наряду с отечественными промышленными моделями аналогов, делают возможным электронное моделирование зубов с высокой точностью, открывая путь к решению целого ряда разноплановых клинических задач [8].


Библиографический список
  1. Дорошина И.Р., Юмашев А.В., Михайлова М.В., Кудерова И.Г., Кристаль Е.А. Ортопедическое лечение пациентов с повышенным рвотным рефлексом // Стоматология для всех. – 2014. – № 4. – С. 18-20.
  2. Ряховский А.Н., Дегтярев В.М., Юмашев А.В., Ahlering А. Автоматизированная система протезирования зубов “DENTAL” // «Информатизация регионов России»: Тез. докл.-СПб., 1995. – С.133-137.
  3. Ряховский А.Н., Желтов С.Ю., Князь В.А., Юмашев А.В. Аппаратно-программный комплекс получения 3D-моделей зубов // Стоматология. – 2000. – Т. 79. – № 3. – С. 41-45.
  4. Ряховский А.Н., Кагановский И.П., Лавров В А., Юмашев А.В. Вопросы компьютерного проектирования и изготовления зубных протезов. // Материалы конференции стоматологов «Пути развития стоматологии: итоги и перспективы». – Екатеринбург. – 1995. – С. 223-226.
  5. Ряховский А.Н., Рассадин М.А., Левицкий В.В., Юмашев А.В., Карапетян А.А., Мурадов М.А. Объективная методика оценки изменений топографии объектов полости рта // Панорама ортопедической стоматологии. – 2006. – № 1. – С. 8-10.
  6. Ряховский А.Н., Юмашев А.В. Варианты использования CAD/CAM систем в ортопедической стоматологии // Стоматология. – 1999. – № 4. – С. 56.
  7. Ряховский А.Н., Юмашев А.В., Левицкий В.В. Значение пропорций в формировании эстетического восприятия // Панорама ортопедической стоматологии. – 2007. – № 3. – С. 18-21.
  8. Ряховский А.Н., Юмашев А.В., Левицкий В.В. Способ построения трехмерного изображения лица и зубных рядов, сопоставленных в корректном друг относительно друга положении // Патент на изобретение RUS 2306113 28.09.2006.
  9. Севбитов А.В., Борисов В.В., Канукоева Е.Ю., Юмашев А.В., Сафиуллина Е.П. Исследование ретенционной способности индивидуальных защитных зубных шин относительно границ их базиса // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». – 2015. – Т. 2. – С. 363-364.
  10. Утюж А.С., Юмашев А.В., Михайлова М.В. Лечение пациентов с отягощенным аллергологическим анамнезом ортопедическими конструкциями на основе титановых сплавов по технологии CAD/CAM // Новая наука: Стратегии и векторы развития. – 2016. – № 2-2 (64). – С. 44-48.
  11. Юмашев А.В. Использование анализа рельефа зубных рядов и их фрагментов при планировании и проведении ортопедического лечения несъемными конструкциями зубных протезов: автореф. канд. дисс. Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. – Москва. – 1999. – 18 с.
  12. Юмашев А.В. Система получения и компьютерного анализа информации о рельефе объектов в полости рта. // Сборник тезисов XX Итоговой межвузовской научной конференции молодых ученых. – Москва. -1998. – С.19/
  13. Юмашев А.В., Михайлова М.В., Кудерова И.Г., Кристаль Е.А. Варианты использования 3D сканирования в ортопедической стоматологии // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. – 2015. – № 1. – С. 2-6.
  14. Duret F., Preston J.D. CAD/CAM imaging in dentistry // Curr. Opin. Dent. – 1991. – Vol. l. – P.150-154.
  15. Hembree J.H.Jr. Comparisons of fit of CAD/CAM restorations using three imaging sufaces // Quint Int. – 1995. – Vol. 26 (2). – P. 145 – 147.


Все статьи автора «Разуменко Геннадий Павлович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: