Оптимизация процесса стоматологического протезирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия

ООО "Ваш доктор", Саратов, Россия

Оптимизация процесса стоматологического протезирования

А.В. Доль, Д.В. Иванов, Д.А. Смирнов

Аннотация

Современная стоматология не может существовать без операций по дентальной имплантации. При этом срок функционирования установленных имплантатов зависит как от состояния костной ткани, так и от самого процесса планирования и выполнения хирургического лечения. Данная работа посвящена исследованию системы «кость-имплантат» и оптимизации процесса установки стоматологических протезов.

По статистике в России люди старше 40 лет в 90% случаев имеют как минимум 1 утраченный зуб (рисунок 1). В связи с этим современная стоматология не может существовать без дентального протезирования. При этом на срок функционирования имплантатов влияет как общее состояние тканей полости рта пациента, так и качество подготовки и проведения хирургической операции.

Рис. 1 Статистические данные по жителям РФ, имеющим потребность в протезировании

В 10% случаев из-за ошибок при протезировании возникает необходимость повторного хирургического вмешательства. Кроме того, по существующим на сегодняшний день методикам, дополнительные операции проводятся иногда и на подготовительном этапе протезирования.

Таким образом, существует необходимость комплексной оптимизации процесса имплантации. Избежать большинства неудачных операций позволяют современные методы биомеханики, математического и трехмерного моделирования, а также конечно-элементных расчетов.

Основные этапы методики оптимизации. В данной работе рассмотрены основные этапы методики оптимизации процесса имплантации, затрагивающей весь процесс лечения от первого обращения пациента до завершающей операции.

В первую очередь на основе компьютерной томограммы челюсти необходимо провести первичное определение мест установки имплантатов и углов их наклона (рисунок 2а). Также по данным КТ строится точная трехмерная модель челюсти (рисунок 2б) [1]. Следует отметить, что при построении модели необходимо очень точно выбрать диапазон оттенков серого на томограмме. Ошибка в выборе диапазона может привести к «потере» отдельных участков кости или же, напротив, к появлению лишних элементов, в дальнейшем оказывающих негативное влияние на качество расчетов.

Рис. 2. Обработка компьютерной томограммы челюсти и построение ее трехмерной модели: а - КТ челюсти пациента, б - построенная трехмерная модель челюсти

Построенная трехмерная модель челюсти позволяет хирургу с высокой степенью точности провести позиционирование моделей имплантатов в местах их предполагаемой установки (рисунок 3а). После проведения виртуальной имплантации на рассматриваемом участке кости строится модель стоматологического шаблона (рисунок 3а, 3б). Данный шаблон в дальнейшем выращивается на 3D-принтере и используется стоматологом в процессе операции для установки имплантатов именно в запланированные точки и под определенными углами.

Рис. 3. Ориентация имплантатов в кости и создание шаблона: а - имплантаты и шаблон на участке челюсти, б - готовый хирургический шаблон

Предлагаемый шаблон имеет ряд преимуществ перед современными аналогами. На сегодняшний день наиболее распространенными стоматологическими шаблонами являются гипсовые и пластиковые со стальными втулками. Гипсовые шаблоны, изготовленные путем создания слепка при препарировании десны, не учитывают внутреннюю структуру кости. При этом для их создания необходимо дополнительное хирургическое вмешательство, что существенно повышает травматичность метода и увеличивает время выздоровления.

Пластиковые шаблоны со стальными втулками изготавливают, как и в рамках предлагаемой методики, на основе компьютерной томограммы, однако их создание занимает до 3 недель, причем себестоимость таких конструкций на порядок выше из-за наличия металлических вставок.

Хирургические шаблоны, предлагаемые в данной работе, не требуют дополнительных операций на этапе их изготовления и могут быть выращены на 3D-принтере в течение 1 рабочего дня с момента обращения пациента. При этом на практике доказано, что установка металлических втулок для увеличения прочности таких шаблонов не имеет смысла.

Хирургическую операцию по установке имплантата необходимо планировать не только с медицинской, но и с механической точки зрения, то есть установленные конструкции должны располагаться таким образом, чтобы при всех типах жевательных нагрузок в них не возникали зоны скопления высоких напряжений (что при длительной эксплуатации приводит к усталости металла и выходу имплантата из строя), или же не достигались критические значения напряжений. Решить этот вопрос позволяют расчеты методом конечных элементов.

Для оптимального с точки зрения механики позиционирования имплантатов в кости в рамках предлагаемой методики предлагается проводить серию конечно-элементных расчетов, позволяющих разместить конструкцию так, чтобы ни в ней, ни в костной ткани не возникало критических напряжений (рисунок 4) [2].

Рис. 4. Основные этапы конечно-элементного расчета: а - создание геометрии, б - создание конечно-элементной сетки, в - анализ результатов

Авторами на сегодняшний день уже проведен ряд численных расчетов, позволяющих оптимизировать форму абатмента (стержня, вставляемого в имплантат для непосредственной установки коронки), а также подобрать длину самого имплантата.

Расчеты показали, что лучшие с точки зрения механики результаты показывают абатменты овальной формы (рисунок 5б). В таких конструкциях, в отличие от шестигранников (рисунок 5а) или же шестигранников со скругленными углами, не наблюдается зон скопления высоких напряжений, которые могут привести к усталости металла в процессе эксплуатации. При этом овальный абатмент, в отличие от круглого, благодаря своей форме не подвержен прокручиванию при действии скручивающей нагрузки.

Рис. 5. Распределение напряжений в различных типах абатментов: а - абатмент в виде шестигранника, б - овальный абатмент

Применение длинных или коротких имплантатов обусловлено во многом состоянием костной ткани пациента. Определение механических характеристик челюсти конкретного пациента проводится с помощью анализа томограммы и вычислений по шкале Хаунсфилда. При этом численные расчеты позволяют заранее определить, целесообразно ли в данном конкретном случае использовать короткий имплантат (менее травматичный и часто более дешевый), или же необходима установка длинного.

Заключение

Комплексный подход к планированию операции по установке имплантатов позволяет значительно снизить риск возникновения осложнений как в первые дни после завершения лечения, так и на протяжении всего периода эксплуатации протеза. Численные расчеты еще на этапе подготовки к операции дают возможность прогнозировать поведение системы «кость-имплантат» при действии различных типов жевательной нагрузки. При этом хирург может заранее корректировать положение имплантата, добиваясь его оптимального положения. Кроме того, в рамках рассматриваемой методики оптимизации процесса лечения создается шаблон, который позволяет устанавливать имплантат именно так, как было запланировано на подготовительном этапе, а это, в свою очередь, значительно упрощает работу хирурга.

имплантат костный стоматологический протез

Литература

1. Иванов Д. В., Лепилин А. В., Смирнов Д. А., Доль А. В. Возможности различных CAD-комплексов при построении математической модели костной ткани // Саратовский научно-медицинский журнал, 2013, Т. 9, № 3, С. 403-405.

2. Смирнов Д.А., Ломакин М.В., Лепилин А.В., Иванов Д.В., Доль А.В. Биомеханическое изучение напряженно-деформированного состояния в области коротких дентальных имплантатов в системе костная ткань-имплантат-протез // Российская стоматология, 2013, Т.1, С. 21-24.

Размещено на Allbest.ru