Введение

Лечение пациентов с дисфункцией височно-нижнечелюстных суставов (ВНЧС) — актуальная проблема современной стоматологии. Анатомические изменения формы и соотношения элементов ВНЧС часто связаны со смещением нижней челюсти (НЧ) и вызваны изменением высоты прикуса, положения зубов, их окклюзионных взаимоотношений.

Традиционный способ оценки соотношения элементов ВНЧС заключается в зонографии суставов в положении привычной окклюзии и максимальном открывании рта. При этом в положении привычной окклюзии оцениваются ширина суставной щели в переднем, верхнем и заднем отделах, размеры и форма суставной головки НЧ, размеры и форма суставной ямки височной кости. В положении максимального открывания рта оценивается положение суставных головок по отношению к суставным бугоркам.

Основным ограничением данного способа служит, по существу, возможность анализа только в одном срезе, тогда как суставная головка и суставная ямки не имеют правильной геометрической формы и суставная щель варьирует по толщине на разных участках [1].

Компьютерная томография (КТ) позволяет изучить форму элементов ВНЧС и оценить ширину суставной щели на разных произвольных срезах. Для полного анализа особенностей соотношения элементов ВНЧС, как правило, КТ выполняется в положении привычной окклюзии и максимального открывания рта. На срезах производят различные измерения.

При необходимости оценить правильность положения центрального соотношения (ЦС), заданного временными или постоянными ортопедическими конструкциями или в результате ортодонтического лечения, как правило, выполняются повторная КТ и соответствующий анализ [2].

Цель исследования — разработка способа автоматизированного анализа элементов ВНЧС на основе данных КТ и способа анализа особенностей соотношения элементов ВНЧС при изменении позиции нижней челюсти без повторного проведения КТ.

Материал и методы

Для автоматизированного анализа элементов ВНЧС необходимы компьютерные томограммы ВНЧС в привычной окклюзии, записанные на спиральных или конусно-лучевых томографах, и 3D-сканы зубных рядов, полученные с помощью внутриротовых или лабораторных сканеров; компьютерная программа — 3D-графический редактор, позволяющий обрабатывать волюметрические данные КТ и сетки 3D-объектов.

Результаты и обсуждение

1. Анализ элементов ВНЧС.

Предлагаемый алгоритм способа анализа элементов ВНЧС заключается в следующем. После загрузки данных КТ в 3D-графический редактор строится кроссекция, которая перемещается в область ВНЧС таким образом, чтобы на срезе появились суставные головки нижней челюсти на уровне максимально периметра своего сечения (рис. 1) [3].

Затем программа в автоматическом режиме определяет контуры этих головок, а также контуры суставных ямок, непосредственно окружающих суставные головки. В основе автоматического определения поверхностей лежит принцип разделения волюметрических данных по оптической плотности — поверхность суставных ямок и головок представлена оптически более плотной, а значит более рентгеноконтрастной костью, по сравнению с тканями, заполняющими суставную щель. Для тех случаев, когда рентгеноконтрастность поверхности элементов сустава оказывается недостаточной для точного определения поверхности, в программе должны быть предусмотрены элементы ручной коррекции поверхности на основе визуальной оценки искомых контуров самим оператором (рис. 2).

После выделения искомых поверхностей могут быть выполнены автоматические измерения суставной щели. При этом поверхности суставных ямок разбиваются на 9 секторов (по 3 сектора в переднем, верхнем и заднем отделах). Измерения визуализируются в разных проекциях, а также в виде цветной графической карты, на которой красным цветом отображаются участки суставной щели, которые по толщине меньше нормы, а зеленым и синим цветом — участки, которые равны или больше нормы.

Отчет, который может быть распечатан, должен представлять средние значения ширины суставной щели в разных отделах (передний, верхний и задний), наклон суставных бугорков, его высоту, размеры суставных головок.

1. Визуализация особенностей соотношения элементов ВНЧС при изменении позиции нижней челюсти.

Средствами 3D-моделирования можно достаточно точно спрогнозировать и визуализировать изменения в положении головок НЧ при ее различных смещениях. Для этого необходимо выполнить несколько клинических этапов и этапов моделирования [4].

Клинические этапы

1) КТ в привычном прикусе, захватывающее область зубного ряда и ВНЧС;

2) получение прямым или непрямым способом слепков зубных рядов (внутриротовое сканирование зубных рядов или лабораторное сканирование гипсовых моделей или оттисков);

3) получение прямым или непрямым способом регистратов прикуса в привычной окклюзии и искомой измененной позиции НЧ (ЦС, протрузия, латеротрузия).

Этапы компьютерного моделирования

1) совмещение сканов зубных рядов в положении привычной окклюзии в виртуальном пространстве

Чаще всего сканы верхнего и нижнего зубных рядов после лабораторного сканирования находятся в положении привычной окклюзии. В это положение их устанавливает программа сканирования следующим образом. Вначале на столик сканирования поочередно монтируется и сканируется верхняя, а затем нижняя модели (оттиск) зубного ряда. После этого сканируется вестибулярная поверхность (вестибулярный регистрат) зубных рядов в положении привычной окклюзии. Затем попарно расставляются корреспондирующие точки на скане зубного ряда верхней челюсти и вестибулярном регистрате (они совмещаются между собой), а затем соответствующие точки на регистрате и на скане нижнего зубного ряда, которые также совмещаются между собой. Итак, нижний скан устанавливается по отношению к верхнему в положении привычной окклюзии [5].

Таким образом, для сопоставления сканов в привычной (центральной) окклюзии необходимо выполнить 3 сканирования (верхний, нижний зубные ряды, вестибулярный регистрат) и провести их последовательное совмещение [5].

Описанный принцип является единым как для лабораторного, так и для внутриротового сканирования. Разница состоит в том, что при лабораторном сканировании зубные техники используют традиционный принцип совмещения моделей вручную или складывая между собой через окклюзионные регистраты. И в том, и в другом случае очень высока вероятность ошибки.

Ошибка исключена при внутриротовом сканировании либо, если сканы моделей совмещать с помощью отсканированных регистратов прикуса. Именно этот принцип обеспечивает более высокую точность [6].

Для совмещения сканов с помощью отсканированных регистратов зубных рядов выполняется ряд последовательных совмещений: совмещение скана регистрата со сканом верхнего зубного ряда, а затем совмещение скана нижнего зубного ряда со сканом регистрата. Для большей точности совмещения рекомендуется использование не одного, а двух регистратов, полученных с правой и левой сторон зубного ряда.

2) совмещение сканов зубных рядов и КТ в виртуальном пространстве

Для совмещения сканов зубных рядов и КТ вначале из данных КТ с помощью регулятора оптической плотности получают сетку (mesh). Затем осуществляют собственно совмещение автоматически или по точкам. Автоматическое совмещение рекомендуется выполнять в случае, если на КТ отсутствуют артефакты, вызванные наличием металлических включений. Соответственно, совмещение по точкам проводится в случае, если форма зубных рядов на сетке КТ искажена артефактами. При этом на объектах (КТ и сканы зубных рядов) попарно ставятся корреспондирующие точки (рис. 3). Чем больше пар точек, тем точнее сопоставление. При этом нелишней является опция ручной коррекции сопоставления по плоскостям сечения. В итоге получается 3D-картина, в которой имеются совмещенные сетки зубных рядов и сетки челюстных костей в положении привычной окклюзии и ранее выделенные сетки суставных ямок и головок ВНЧС.

3) виртуальная установка скана НЧ в соответствии с полученным ранее сканом регистрата прикуса

С использованием упомянутой функции совмещения сеток последовательно совмещают сначала регистраты прикуса к зубному ряду ВЧ, затем скана НЧ к соответствующим отпечаткам зубов на регистратах прикуса. Таким образом, нижний зубной ряд устанавливается именно в то положение, которое было зафиксировано клинически.

4) виртуальное симулирование перемещения головок в соответствии с перемещением скана НЧ, заданным в п. 2.

Поскольку нижний зубной ряд и головки НЧ анатомически нераздельно связаны, компьютерная программа выполняет перемещение головок НЧ в точном соответствии с матрицей перемещения НЧ и визуализирует новое положение головок (рис. 4). Тем самым можно без выполнения повторной КТ оценить соотношение суставных элементов в новом положении НЧ.

При этом возможны ситуации, при которых обнаружится, что определяемое клинически ЦС зубных рядов задаст неидеальное соотношение суставных элементов. Врач может ошибиться, пациент и врач могут недостаточно контролировать положение НЧ при закрывании. И тогда необходимо было бы переопределять положение ЦС и анализировать соотношение элементов ВНЧС заново. Для таких случаев считаем полезной функцию произвольного задания позиции НЧ [7].

1. Произвольное виртуальное задание позиции НЧ. Определение ЦС челюстей.

Смысл этой функции заключается в виртуальном перемещении головок НЧ по отношению к суставным ямкам. Ведь если задачей определения ЦС является поиск такого положения нижней челюсти, при котором ее головки «центрируются» по отношению к суставной ямки, то почему не делать это напрямую? Задание позиции НЧ осуществляется линейным перемещением самих головок НЧ в трех проекциях: трансверзально, сагиттально и вертикально. При этом сагиттальное и вертикальное перемещение может выполняться как одновременно для обеих головок, так и раздельно для левой или правой, когда другая будет вращаться вокруг своей оси. Кроме того, должно быть предусмотрено вращательное движение открывания рта вокруг трансверзальной шарнирной оси, проходящей через центры головок НЧ. При таком виртуальном «открывании» программой автоматически определяется величина межрезцового разобщения и визуализируются поперечные срезы выбранных пар зубов для оценки задаваемого окклюзионного разобщения, или высоты прикуса (рис. 5).

При перемещении головок НЧ по отношению к суставным ямкам программа автоматически контролирует ширину суставной щели на всех участках и сигнализирует пользователю о соответствии текущей ширины норме. Результат перемещения фиксируется в отчете, в котором отмечаются величина перемещения головок в трех направлениях и угол ее поворота вокруг шарнирной оси. Сагиттальное направление определяется сагиттальной плоскостью, которая задается пользователем. Ею может быть окклюзионная, HIP-плоскость, камперовская или франкфуртская горизонтали по выбору пользователя, что также отмечается в отчете (рис. 6).

Достигнутое положение головок НЧ по отношению к суставным ямкам и окклюзионное разобщение зубных рядов (высота прикуса) запоминается программой как положение ЦС. В этом положении НЧ может быть спроектирован ортотик (временные накладки, коронки, шина) для клинической проверки корректности заданного положения.

Этой же функцией можно воспользоваться для коррекции терминальных позиций (протрузии, правой и левой латеротрузий) для создания резцового и клыкового ведения на проектируемых искусственных конструкциях в системе виртуального артикулятора.

1. Виртуальный артикулятор.

Известные виртуальные артикуляторы являются, по сути, электронной копией своих механических аналогов и потому «наследуют» все их недостатки. Например, расстояния между шарнирами артикулятора зачастую не соответствуют расстоянию между головками ВНЧС реального пациента, что обусловливает неточность воспроизводимых траекторий.

Предлагаемая нами идея заключается в том, что прямым способом (внутриротовым сканированием) либо непрямым способом (получение регистратов прикуса и их последующее сканирование) регистрируются терминальные позиции НЧ (протрузия, правая и левая латеротрузии). Как описано в п. 2, в компьютерной программе эти позиции запоминаются. Затем происходит симуляция движения НЧ из положения привычной окклюзии или ЦС в одну из терминальных позиций. При этом визуализируются движение суставных головок по отношению к суставным ямкам в разных проекциях, соотношение зубов-антагонистов на поперечных срезах, окклюзионные контакты между ними в разных фазах движения (рис. 7).

Компьютерная программа может рассчитать суставной, резцовый угол, угол клыкового ведения, длину суставного пути, боковой сдвиг, угол Бенета, треугольник Бонвиля, что выводится и сохраняется в отчете. Преимуществами такого способа являются его простота, полное соответствие индивидуальным характеристикам зубочелюстного аппарата конкретного пациента. К недостаткам относятся невозможность анализировать динамику движений в суставе при девиации и дефлексии НЧ. В этих случаях должна быть рекомендована запись движений аксиографом. Точность предлагаемого метода определяется точностью получаемых оттисков (регистратов) и их сканирования.

Заключение

Компьютерные технологии 3D-моделирования в стоматологии активно развиваются, создавая новые возможности для диагностики и лечения [8]. Анализ суставной щели ВНЧС по всему объему, а не по единичному срезу представляет более полную и достоверную информацию о состоянии сустава. Представленный способ прогнозирования положения головок ВНЧС на основе получения регистратов прикуса исключает вероятные ошибки врача и необходимость повторных КТ, что снижает лучевую нагрузку на пациента.

Виртуальная симуляция движений НЧ из положения привычной окклюзии в положение ЦС, протрузию, правую и левую латеротрузии с визуализацией движений суставных головок помогает лучше понять биомеханику ВНЧС, провести диагностику и получить ценные данные об индивидуальных характеристиках жевательного аппарата пациента. Разработанный виртуальный артикулятор (патент № 2567604) [8] является очередным полезным шагом в развитии цифровых технологий в стоматологии.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.