Evaluation of functional potential of CAD-programs in integrated digital planning of dental treatment

Full Text

Введение

Использование CAD-программ (от англ. Computer Aided Design — система автоматизированного проектирования) для трехмерного планирования стоматологического лечения позволяет создавать точные индивидуальные ортопедические конструкции. Использование цифровых технологий на этапах стоматологического лечения дает возможность не только добиться качественных функциональных показателей, но и улучшить эстетические результаты зубных протезов [1]. Создание виртуальной сцены стоматологического планирования способствует максимально точному приближению результата лечения к ожиданиям пациента. Зачастую используется концепция цифрового планирования улыбки в двухмерном режиме, когда как для непосредственного комплексного планирования стоматологического лечения необходимы 3D-объекты клинических и функциональных данных пациентов [2]. Принцип 2D-планирования улыбки основывается на работе с цифровыми фотографиями лица и зубных рядов пациента в ручном режиме [3].

Сегодня на стоматологическом рынке присутствует немало специализированных CAD-программ, позволяющих работать с трехмерными объектами [4]. Функционал подобных цифровых платформ отличается и используется специалистами по мере требуемых решения задач.

Цель нашего исследования — анализ функционального потенциала стоматологических CAD-программ в комплексном цифровом планировании стоматологического лечения.

Материал и методы

Этапы моделирования и выстраивания окклюзионных взаимоотношений

Для решения поставленной задачи нами были выбраны две CAD-программы цифрового планирования стоматологического лечения, позволяющие создать образ виртуального стоматологического пациента,— 3Shape и Avantis 3D. Анализ функционала упомянутых цифровых платформ проводили на примере создания прототипов зубных протезов.

Для создания виртуального пациента в программу 3Shape необходимо импортировать 2D-фотографии или 3D-скан лица, компьютерную томографию и цифровой слепок зубов верхней и нижней челюстей (рис. 1).

 

Рис. 1. Создание дизайна улыбки в 3Shape.

 

Оптические слепки зубных рядов верхней и нижней челюстей сопоставляются с 2Dили 3D-изображением лица пациента. В программу встроены виртуальные библиотеки зубов, которые подбираются индивидуально, исходя из функциональных особенностей и эстетических предпочтений (рис. 2).

 

Рис. 2. Выбор виртуальной библиотеки зубов.

 

Выбор и оптимизация прототипа будущих эстетических реставраций осуществляется с учетом индивидуальных настроек виртуального артикулятора. После проведения всех предварительных этапов моделирования и выстраивания окклюзионных взаимоотношений программа выдает окончательный вид прототипа зубных реставраций, который мы изготавливаем методом аддитивных технологий на 3D-принтере и используем в дальнейшем для создания макета (MockUP) (рис. 3).

 

Рис. 3. Создание прототипа зубных рядов.

 

Программа Avantis 3D является российской разработкой проф. А.Н. Ряховского. Программное обеспечение состоит из нескольких модулей, позволяющих создать комплексную сцену виртуального планирования стоматологического пациента.

Avantis 3D имеет те же функции планирования, что и программа 3Shape, но отличается рядом особенностей. В отличие от аналогичных программ, Avantis 3D дает возможность визуализации не только коронковых частей зубов, но и корневых. Данный фактор имеет принципиальное значение для планирования ортопедического и ортодонтического лечения в целом и выстраивания гармоничных окклюзионных нагрузок в частности (рис. 4).

 

Рис. 4. Визуализаций корней зубов.

 

К дополнительным преимуществам программы Avantis 3D можно отнести:

• анализ положения головок нижней челюсти при клиническом определении положения центрального соотношения;
• анализ височно-нижнечелюстного сустава (выявление пациентов с дисфункцией);
• виртуальное определение положения центрального соотношения для дальнейшего ортопедического или ортодонтического лечения (рис. 5);
• виртуальное планирование перемещения фрагментов челюстей при их диспропорциональном развитии (ортогнатические операции);
• оценку динамической окклюзии, обусловленной индивидуальными артикуляционными движениями пациента;
• автоматический анализ состояния резервных сил пародонта опорных зубов;
• использование данных электронной аксиографии.

 

Рис. 5. Виртуально заданное положение центрального соотношения.

 

Создание виртуальной сцены стоматологического пациента начинается с импорта фотографий лица и зубов, компьютерной томографии и цифровых слепков зубов верхней и нижней челюстей (рис. 6).

 

Рис. 6. Создание виртуальной сцены в Avantis 3D.

 

Логическим завершением цифрового планирования является создание виртуального прототипа будущих зубных протезов (рис. 7).

 

Рис. 7. Виртуальный прототип зубных протезов.

 

Результаты комплексного цифрового планирования стоматологического лечения

Анализ функциональных возможностей программ 3Shape и Avantis 3D выявил превосходство последней в определенных клинических ситуациях.

Так, Avantis 3D не только включает статический анализ окклюзионных контактов зубных рядов, но и воспроизводит индивидуальные артикуляционные движения пациента в динамике. Функция использования электронной аксиографии при моделировании зубных протезов позволяет применять Avantis 3D в лечении пациентов с нейромышечными и суставными патологиями.

Другим неоспоримым преимуществом программы Avantis 3D является возможность конвертации элементов зубочелюстной системы пациентов в самостоятельные объемные изображения для дальнейшего использования в диагностике и лечении. Объемные изображения элементов зубочелюстной системы в трехмерном формате (файл STL) возможно использовать в точных математических расчетах методом конечных элементов для дальнейшего анализа клинической ситуации в CAE-программах (программы для математического и инженерного анализа). Совместное использование стоматологической CADи CAE-программ в комплексном -цифровом планировании описано в полученном нами патенте на изобретение РФ № 2693993 «Способ компьютерного моделирования восстановления биомеханических показателей зуба для равномерного распределения жевательной нагрузки на опорные ткани зуба и костную ткань» [5].

Результатом комплексного цифрового планирования стоматологического лечения в Avantis 3D является изготовление MockUP, который мы используем для согласования с пациентом формы и размера зубов будущих зубных протезов (рис. 8).

 

Рис. 8. Пациентка до лечения (слева) и на этапе MockUP (справа).

 

Заключение

Исследуемые программы являются оптимальными при комплексном цифровом планировании стоматологического лечения, обеспечивают высокие функциональные и эстетические результаты. Тем не менее при наличии у пациента окклюзионных и артикуляционных дисгармоний целесообразно использовать программу Avantis 3D, обладающую расширенными функциональными возможностями регистрации биомеханики зубочелюстного аппарата. Программа Avantis 3D также лучше адаптирована к сочетанному использованию CADи CAE-технологий математического моделирования биологических объектов.

About the authors

Samvel V. Apresyan

Peoples' Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: dr.apresyan@gmail.com

Сandidate of Medical Sciences, Professor of the Department of orthopaedic dentistry of the Peoples' Friendship University of Russia Medical Institute, dentist

Russian Federation, Moscow

V. K. Suonio

Peoples' Friendship University of Russia

Email: dr.apresyan@gmail.com
Russian Federation, Moscow

A. G. Stepanov

A.I. Evdokimov Moscow State Medical and Dental University

Email: dr.apresyan@gmail.com
Russian Federation, Moscow

T. V. Kovalskaya

Peoples' Friendship University of Russia

Email: dr.apresyan@gmail.com
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files