СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОРТОГНАТИЧЕСКОГО И ОРТОДОНТИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК A61C7/00 A61B17/56 A61B34/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины, а именно к стоматологии, и может быть использовано для 3D планирования комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения и его последующей реализации с применением цифровых 3D технологий.

Уровень техники

Применение цифрового планирования и 3D технологий повышает эффективность и качество лечения, снижает вероятность ошибок.

Известен способ коррекции окклюзии при ортогнатическом лечении (WO 2022/266559 А2), согласно которому на 3D-модели осуществляют фрагментацию челюстных костей с позиционированием фрагментов челюстных костей в конечное положение, при этом итерационно изменяют положение челюстных фрагментов для выбора оптимального положения фрагментов, например, положение центрального фрагмента нижней челюсти, центрального, левого и правого фрагментов верхней челюсти посредством перемещения по осям XYZ. Однако данный способ не позволяет оценить и оптимизировать объем последующего ортодонтического лечения.

Известен способ коррекции зубных рядов, в котором на исходной 3D-модели осуществляют выравнивание зубных рядов, определяя объем движений зубов (RU 2725280 С1). В известном способе создают возможные траекторий зубов для каждой фазы движения в форме списка возможных путей - «дерево движений зубов» и определяют оптимальный «кратчайший путь». Данный способ при определении кратчайших траекторий движения зубов учитывает лишь сдвиг зубов и не учитывает наклоны, служит для определения оптимальных траекторий движения зубов при разной последовательности движения зубов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения путем коррекции лицевого скелета и зубных рядов (RU 2679557 С1). Известный способ включает сканирование по меньшей мере челюстно-лицевой области и зубных рядов с последующим формированием исходной компьютерной 3D-модели и ее обработкой. На одном из этапов обработки осуществляют фрагментацию челюстных костей с перемещением фрагментов челюстных костей в конечное положение на основе предварительно проведенной цефалометрической диагностики. На другом этапе - выравнивание зубных рядов. По результатам обработки получают итоговую 3D-модель со скорректированной формой лицевого скелета, зубных рядов, которую используют для ортогнатического и ортодонтического лечения в соответствии с итоговой 3D-моделью. Однако данный способ при планировании ортогнатического перемещения фрагментов челюстных костей не позволяет оценить и оптимизировать объем последующего ортодонтического лечения, а при планировании ортодонтического лечения не позволяет обратно скорректировать ортогнатическое перемещение фрагментов для более оптимального исходного положения.

Решаемая техническая проблема состоит в разработке способа комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения путем коррекции лицевого скелета и зубных рядов, обеспечивающей минимальную величину совокупного движения зубов внутри каждого из челюстных фрагментов для достижения ранее запланированного положения зубов.

Раскрытие сущности изобретения

Достигаемый технический результат заключается в сокращении сроков ортодонтического лечения за счет оптимизации совокупного движения зубов внутри каждого из челюстных фрагментов до достижения запланированного положения зубов.

Технический результат достигается комплексным ортогнатическим и ортодонтическим лечением путем коррекции формы лицевого скелета и зубных рядов, включающим сканирование по меньшей мере челюстно-лицевой области и зубных рядов с последующим формированием исходной компьютерной 3D-модели, включая сегментацию полученных изображений с выделением из множества точек анатомических объектов и сопоставление челюстных костей, лица, зубов, десен, и обработку исходной 3D-модели в два этапа, на одном из которых осуществляют фрагментацию челюстных костей с перемещением (позиционированием) фрагментов челюстных костей в конечное положение на основе предварительно проведенной цефалометрической диагностики, на другом этапе - выравнивание зубных рядов. По результатам обработки получают итоговую 3D-модель со скорректированной формой лицевого скелета, зубных рядов, которую используют для планирования и последующего проведения ортогнатического и ортодонтического лечения - хирургической остеотомии челюстей путем фрагментации челюстных костей и их перемещения в конечное положение относительно друг друга (ортогнатическое лечение) и коррекции положения зубов (ортодонтическое лечение) в соответствии с итоговой 3D-моделью.

Отличием заявленного изобретения от наиболее близкого аналога является изменение последовательности действий и использование новых приемов, а именно: на исходной 3D- модели сначала планируют этап выравнивания зубных рядов относительно костей черепа с нормализацией цефалометрических и эстетических признаков, определением совокупного объема движений зубов, включающего сумму угловых и линейных перемещений каждого зуба из исходного в конечное (скорректированное) положение, а затем этап фрагментации челюстных костей с перемещением полученных фрагментов в конечное положение при обеспечении минимальной величины совокупного объема движений зубов внутри каждого из челюстных фрагментов с достижением скорректированного положения зубов. При этом для определения совокупного объема движений зубов при выравнивании зубных рядов определяют координаты центров вращения (центров резистенции) и оси вращения каждого зуба в заданной системе координат в исходном и конечном - скорректированном, положениях, определяют сумму величин наклонов относительно исходных осей вращения и сумму расстояний между центрами вращения при перемещении каждого зуба из начального положения в конечное, а при фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента (при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение - определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе), при этом выбирают такое конечное положение челюстных фрагментов, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.

3D-модель зубочелюстной системы пациента как правило формируют посредством объединения 3D-изображений черепа, зубных рядов, лица.

При фрагментации челюстных костей возможно итерационное разбиение зубного ряда на фрагменты костей, содержащие разное количество зубов, с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение - определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе. При этом выбирают такое конечное разделение челюстных костей на фрагменты, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.

Положение фрагментов верхней и нижней челюстей может быть изменено посредством перемещения по трансверсальной оси, сагиттальной оси, вертикальной оси, поворота вокруг трансверсальной оси, сагиттальной оси, вертикальной оси.

При определении совокупного объема движений зубов, который представляет собой сумму объемов движения каждого зуба, могут быть использованы нормализованные значения угловых и линейных перемещений каждого зуба, при этом для нормализации определяют предельно допустимые величины перемещений для каждого зуба, которые приравнивают к условной единице. Таким образом, совокупный объем движения зубов может быть измерен в условных единицах (у.е.). Предельно допустимая величина перемещения для каждого зуба может быть определена с учетом площади его периодонта, длины и диаметра корня, плотности окружающей кости.

Заявленный технический результат достигается также при использовании системы для обработки 3D-модели лицевого скелета и зубных рядов пациента для комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения, включающей устройство ввода данных пациента и вывода результатов планирования; блок памяти, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, реализующие обработку исходной 3D-модели в два этапа, на одном из которых осуществляют фрагментацию челюстных костей с перемещением фрагментов челюстных костей в конечное положение на основе предварительно проведенной цефалометрической диагностики, на другом этапе - выравнивание зубных рядов; по результатам обработки получают итоговую 3D-модель со скорректированной формой лицевого скелета, зубных рядов, которую используют для ортогнатического и ортодонтического лечения. При этом блок памяти содержит машиночитаемые инструкции, в соответствии с которыми на исходной 3D-модели сначала осуществляют этап выравнивания зубных рядов относительно костей черепа с нормализацией цефалометрических и эстетических признаков, определением совокупного объема движений зубов, включающего сумму угловых и линейных перемещений каждого зуба из исходного в конечное - скорректированное, положение, а затем этап фрагментации челюстных костей с перемещением полученных фрагментов в конечное положение при обеспечении минимальной величины совокупного объема движений зубов внутри каждого из челюстных фрагментов с достижением скорректированного положения зубов.

Для определения совокупного объема движений зубов при выравнивании зубных рядов определяют координаты центров вращения каждого зуба в заданной системе координат в исходном и конечном (скорректированном), положениях, определяют сумму величин наклонов и сумму расстояний между центрами вращения при перемещении каждого зуба из начального положения в конечное, а при фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение - определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе, при этом выбирают такое конечное положение челюстных фрагментов, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.

Отличием настоящего изобретения от известных аналогов является планирование на первом этапе конечного положения зубов (зубных рядов, прикуса) относительно костей черепа с учетом цефалометрических и эстетических признаков, а затем фрагментация челюстных костей и перемещение полученных фрагментов в виртуальном пространстве с обеспечением минимальной величины совокупного движения зубов внутри каждого из челюстных фрагментов для достижения ранее запланированного конечного положения зубов.

Достижение указанных аспектов технического результата обусловлено созданием по меньшей мере одного сценария выравнивания зубов и соответствующего ему оптимального положения фрагментов челюстных костей, обеспечивающего минимально возможный объем движения зубов внутри каждого из фрагментов; итерационным подбором вариантов фрагментации челюстных костей, обеспечивающий такой вариант деления на фрагменты, при смещении которых обеспечивается минимально возможный объем движения зубов внутри каждого из фрагментов.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами.

На фигуре 1 представлена схема оптимизации ортодонтического смещения зубов, на которой показано на сколько уменьшается величина перемещения зубов за счет предварительного перемещения зубо-альвеолярного фрагмента челюсти, включающей данные зубы.

На фигуре 2 показана модель челюстно-лицевой области пациента до начала комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения.

На фигуре 3 показано планирование конечного положения зубов без ортогнатической хирургии.

На фигуре 4 показана запланированная фрагментация челюстных костей и перемещение выделенных фрагментов (на верхней челюсти дополнительная фрагментация проводилась между клыками и первыми премолярами справа и слева).

На фигуре 5 показано, что для данного виртуального перемещения выделенных костных фрагментов сохранялось запланированное на первом этапе конечное положение зубов.

На фигуре 6 показано как под заданное конечное положение зубов итерационно подобрано такое положение фрагментов челюстных костей, которое обеспечивало минимально возможный объем перемещения зубов.

На фигуре 7 показан уже другой вариант фрагментация челюстных костей и перемещения выделенных фрагментов (на верхней челюсти дополнительная фрагментация проводилась между боковыми резцами и клыками справа и слева).

На фигуре 8 показана модель челюстно-лицевой области пациентки до начала комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения второго клинического примера.

На фигуре 9 показана фрагментация челюстных костей и перемещение выделенных фрагментов (на верхней челюсти дополнительная фрагментация проводилась между клыками и первыми премолярами справа и слева). При виртуальном перемещении выделенных костных фрагментов сохранялось запланированное на первом этапе конечное положение зубов.

Фигура 10 показывает, как планирование визуализирует взаимное пересечение зубов по границе фрагментации при сближении фрагментов в исходном положении зубов.

Фигура 11 - взаимное пересечение 14 и 13 зубов на предварительном плане при сближении зубо-альвеолярных фрагментов без предварительной ортодонтической подготовки (слева), и отсутствие такого пересечения при предварительной ортодонтической подготовке (справа).

Осуществление изобретения

Далее представлено более подробное описание заявляемого изобретения.

В настоящем описании использованы следующие термины и определения.

Эталонные данные - анатомические или физиологические параметры, соответствующие гендерной, возрастной норме и/или антропометрическим особенностям пациента;

Сценарий лечения - план лечения, включающий полный перечень видов (этапов) лечения, связанных с изменением положения или формы элементов зубочелюстной системы, их частей и/или их искусственных прототипов.

Моделирование ортогнатического лечения - планирование сепарации фрагментов челюстей и их перемещение с целью задания реконструктивного прикуса и изменения контура мягких тканей лица.

Моделирование ортодонтического лечения - планирование сценария выравнивания зубов (задание нового конечного положения зубов, последовательности и скорости их перемещения).

Для понимания сущности разработанного способа ниже представлена схема планирования ортодонтического перемещения зубов и связанного с ним планирования ортогнатического перемещения фрагмента челюсти (фиг. 1).

На схеме условно представлена величина перемещения 4-х зубов из исходного положения в конечное запланированное положение на первом этапе планирования (зубы перемещаются на 2, 4, 4 и 2 у.е., соответственно). Фрагмент челюсти, включающий эти зубы, перемещается в пространстве на втором этапе планирования, меняя их исходное положение и уменьшая тем самым необходимую величину перемещения зубов до их конечного запланированного положения. Зная конечное запланированное положение зубов можно итерационно подобрать такое положение фрагмента челюсти, включающего перемещаемые зубы, чтобы необходимая величина требуемых перемещений была минимальна (на -1, 1, 1 и -1 у.е., соответственно). Если планирование перемещения фрагментов челюстных костей производить первым этапом, а затем уже из этого положения планировать выравнивание зубов (их конечное положение), то вероятность того, что запланированное исходное положение зубов и включающих их костных фрагментов будет оптимальным, близится к нулевому значению.

Заявленный способ комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения путем коррекции лицевого скелета и зубных рядов включает в себя следующие этапы:

сканирование по меньшей мере челюстно-лицевой области и зубных рядов с последующим формированием исходной компьютерной 3D-модели и ее обработкой и выделением по меньшей мере челюстных костей и зубов;

выравнивание зубных рядов на полученной компьютерной 3D-модели посредством соотнесения полученных результатов положения и формы зубных рядов с данными, принятыми за эталонные (см., например, Персин. Л.С. Ортодонтия. Диагностика и лечение зубочелюстных аномалий. Руководство для врачей. - М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2004 .- 360 с.: ил. - ISBN 5-225-04819-6), которые обусловлены возрастом, полом и/или антропометрическими особенностями, и симуляция их совпадения путем перемещения зубов (первый этап планирования),

фрагментация челюстных костей на 3D-модели и итерационный подбор такого нового положения фрагментов челюстных костей, которое бы обеспечивало минимально возможный объем перемещения зубов, итерационный подбор такого варианта фрагментации челюстных костей и подбор такого их положения, которое бы обеспечивало минимально возможный объем перемещения зубов (второй этап планирования),

формирование по меньшей мере одного плана комплексного лечения пациента на основе полученного трехмерного моделирования ортодонтического и ортогнатического лечения, и формирование, на основе компьютерного трехмерного моделирования, трехмерного изображения лица и/или улыбки пациента.

Этапы планирования содержат моделирование ортодонтического лечения, которое включает в себя моделирование реконструктивного прикуса и создания по меньшей мере одного сценария выравнивания зубов; моделирование ортогнатического лечения, которое включает в себя выделение и задание по меньшей мере одного нового варианта положения фрагментов челюстных костей.

Планирование лечения на этапе выравнивания зубных рядов и на этапе фрагментации челюстных костей предполагает определение совокупного объема движений зубов при их итерационном перемещении, которое включает определение суммы угловых и линейных перемещений каждого зуба из исходного в конечное (скорректированное) положение, в т.ч. внутри каждого из перемещаемых челюстных фрагментов.

В частности, для определения совокупного объема движений зубов при выравнивании зубных рядов определяют координаты центров вращения каждого зуба в заданной системе координат в исходном и конечном (скорректированном), положениях, определяют сумму величин наклонов и сумму расстояний между центрами вращения при перемещении каждого зуба из начального положения в конечное. При фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента (при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение - определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе), при этом выбирают такое конечное положение челюстных фрагментов, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение и/или наиболее близкое к величине, определенной на этапе выравнивания зубных рядов.

Совокупный объем движений зубов может быть определен различными известными из уровня техники способами, например, простым измерением расстояний между двумя точками (центрами вращения при перемещении каждого зуба из исходного положения в конечное) в трехмерном пространстве и измерением изменения улов наклонов продольных осей при перемещении зубов. При определении совокупного объема движений зубов могут быть использованы нормализованные значения угловых и линейных перемещений каждого зуба. Нормализация может быть проведена с использованием предельно допустимых величин перемещений для каждого зуба, которые приравнивают к условной единице.

Предельно допустимая величина перемещения (V) для каждого зуба может быть определена любым известным из уровня техники способом. Предельно допустимая величина перемещения (V) может быть определена с учетом площади его периодонта, длины и диаметра корня, плотности окружающей кости (см. например, Ортопедическая стоматология: национальное руководство: в 2 т. / под ред. И.Ю. Лебеденко, С.Д. Арутюнова, А.Н. Ряховского, - 2-е изд. перераб. и доп, - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2022, - Т.2. - 416 с.: ил,- (Серия «Национальное руководство»). - DOI: 10.33029/9704-6367-3-OD2-2022-1-416. ISBN 978-5-9704-6367-3(т. 2)). В частности, предельно допустимая величина перемещения для каждого зуба может быть определена на основании предельно допустимой величины нагрузки на зуб при разных типах движения зуба, которая связана с разной площадью периодонта, длины и диаметра корня, плотности окружающей кости для каждого конкретного зуба. Например, для изменения наклона зуба при неподвижном апексе корня величина нагрузки составляет 35-60 грамм, для изменения наклона зуба при неподвижной коронковой части зуба - 50-100 гр., для корпусного движения - 70-120 гр., для ротации - 35-60 гр., экструзии - 35-60 гр., интрузии - 10-20 гр. (Современная ортодонтия. 5-е издание. / Проффит У.Р.//МЕДпресс-информ. - 2019 г. - ISBN 978-5-00030-640-6.-712 с., пер.с англ.). Под действием прилагаемых усилий зуб смещается, достигаемая при этом предельно допустимая величина его перемещения (V) может быть выражена в мм для корпусного смещения зуба и в градусах для его наклона, которые обратно пропорциональны величине предельно допустимой нагрузки. Например, предельно допустимая величина мезио-дистального сдвига составляет 3 мм, а вестибуло-оральный наклона зуба - 20 градусов.

В одном из вариантов реализации заявленного изобретения для каждого конкретного зуба могут быть определены предельно допустимые значения для разных типов движений (V_пред), для чего необходимо максимально возможную предельно допустимую величину перемещения зуба (V) разделить на поправочный коэффициент (К) выносливости периодонта:

В качестве поправочных коэффициентов (К) выносливости периодонта зуба могут быть использованы коэффициенты одонтопародонтограммы Курляндского В.Ю. (Курляндский В.Ю. Учебник ортопедической стоматологии. Москва. - 1962 - Медгиз. - 592 с. ), которые основаны на расчете соотношения площади периодонта к максимальной величине жевательного усилия.

Кроме того, при определении V_пред может быть учтена возможная атрофия пародонта (резорбция альвеолярной кости, приводящая к уменьшению той части корня, которая погружена в кость и удерживается периодонтом). Для этого коэффициент К может быть дополнительно разделен на длину коневой части зуба (L) и умножен на длину той ее части, что погружена в кость (1):

Кроме того, возможно учитывать еще и плотность кости, окружающей зуб. Плотность кости может быть получена по данным компьютерной томографии. В случае применения конусно-лучевой компьютерной томографии могут быть измерены и использованы в дальнейшем расчете значения оптической плотности. Оптическая плотность (q) вокруг искомого зуба соотносится со средним значением оптической плотности для всех зубов в зубном ряду (q_cp):

В соответствии с полученными планом и моделью далее проводят ортогнатическое и ортодонтическое лечение пациента, проектируют на основе составленного комплексного плана стоматологического лечения конструкции, используемые на этапах лечения. С помощью предварительной оценки объема перемещения зубов с применением фрагментации челюстных костей и их перемещения и без таковой, может быть количественно оценена целесообразность проведения ортогнатической хирургии, то есть показания к ортогнатическому лечению.

Предлагаемый способ может применяться и в варианте, когда предварительное ортогнатическое планирование выполняется до планирования выравнивания зубов. На первом этапе планирования челюстные кости разделяются на фрагменты и перемещаются исходя из цефалометрических признаков в желаемую позицию. На втором этапе планируется выравнивание зубов, исходя из нового заданного положения челюстных фрагментов. Затем анализируется полученный объем перемещения зубов, итерационно подбирается новое положение челюстных фрагментов, обеспечивающий меньший объем перемещения зубов от полученного ранее.

Предлагаемый способ может применяться в варианте, когда на основе выполненного планирования вначале выполняется предварительное ортодонтическое лечение (выравнивание зубов), затем ортогнатическое лечение (фрагментация челюстных костей и перемещение фрагментов в запланированную позицию), а затем завершение ортодонтического лечения.

Изобретение также может найти воплощение в виде компьютерно-реализуемой системы, которая содержит интерфейс, включающий устройство ввода данных пациента (цифровые 3D модели зубных рядов, данные компьютерной томографии челюстно-лицевой области, скан лица) и вывода результатов планирования; блока памяти, содержащего программные модули, необходимые для работы с введенными данными, и программные модули, с помощью которого реализуется программный код, необходимый для обмена данных между интерфейсом и блоком памяти. Для создания графического интерфейса могут быть использованы: библиотека Qt for Application Development версии 5.11.1, графическая библиотека OpenGL (Open Graphics Library) версии 4.5.0; среда разработки Visual Studio 2017.

Еще одним объектом изобретения является машиночитаемый носитель данных, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, которые при их исполнении реализуют выполнение способа планирования стоматологического лечения, описанный выше.

Пример 1.

Пациент Н., жалобы на скученное положение зубов, неправильный профиль лица за счет относительно маленькой нижней челюсти. Обнаружена выраженная скученность зубов верхней челюсти, ретинированный 1.3 зуб, смещение средней линии, глубокое резцовое перекрытие, нижняя ретрогнатия (фиг. 2).

Согласно заявленному способу на первом этапе был создан план выравнивания зубов (Фиг. 3).

Для наглядности представим подробный расчет величины движения зубов для такого его компонента, как мезио-дистальный сдвиг.

За предельно возможную величину мезио-дистального сдвига берется 3мм.

Согласно формуле (1) для верхнего центрального резца эта величина составляет 2.4 мм. Согласно формуле (2) для левого центрального резца данного пациента без учета плотности окружающей костной ткани эта величина составила 2.42 мм, поскольку анатомическая длина корня данного зуба равнялась 14.2 мм, а величина его погружения в альвеолярную кость челюсти была равной 14.1 мм.

С учетом плотности окружающей кости согласно формуле (3) предельно допустимая величина мезио-дистального сдвига для левого центрального резца составила 2.0 мм, поскольку оптическая плотность кости вокруг корня этого зуба по данным компьютерной томограммы составила 720.4 ед. Хаунсфилда, а средняя плотность вокруг всех зубов верхней челюсти составила 595,4 ед. Хаунсфилда.

Согласно же запланированному сценарию перемещения левый центральный резец смещался в мезио-дистальном направлении на 2.08 мм, что составило 1.04 у.е. от предельно допустимой величины его смещения. В Таблице представлены расчетные объемы движения зубов, где D/М - мезио-дистальное, EXTR - экструзия, INCL - инклинация, ROT - ротация, O/V -вестибуло-оральное движение.

Аналогичным образом был произведен расчет величины мезио-дистального компонента движения и для всех остальных зубов, а также и для других видов движений.

Таким образом, согласно представленному плану расчетный объем движения зубов составил для верхней челюсти - 51,73 у.е. (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 5.41у.е; мезио-дистальный сдвиг - 17.28 у.е.; экструзия - 6.65 у.е; интрузия - 5.76 у.е; ангуляция - 4.71 у.е.; инклинация - 7.84 у.е.; ротация - 4.07 у.е.); для нижней челюсти - 73,81 у.е., (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 10,48 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 32.24 у.е.; экструзия - 5.71 у.е; интрузия - 2.48 у.е; ангуляция - 3.83 у.е.; инклинация - 9.93 у.е.; ротация - 9.13 у.е.).

На втором этапе планирования была выполнена виртуальная фрагментация верхней и нижней челюстей. Верхнюю челюсть дополнительно фрагментировали на три части - между 13 и 14 зубами справа и между 23 и 24 зубами слева. Провели перемещение челюстных фрагментов (фиг. 4). При этом было обеспечено идентичное конечное положение зубов, запланированное на первом этапе (фиг. 5).

Согласно этому плану предстоящий объем движения зубов составил для верхней челюсти - 48.49 у.е. (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 9.32 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 9.14 у.е.; экструзия - 4.38 у.е; интрузия - 7.75 у.е; ангуляция - 6.02 у.е.; инклинация - 6.85 у.е.; ротация - 5.02 у.е.); для нижней челюсти - 52.05 у.е., (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 10,39 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 11.16 у.е.; экструзия - 3.69 у.е; интрузия - 4.37 у.е; ангуляция - 3.18 у.е.; инклинация - 10.13 у.е.; ротация - 9.13 у.е.).

Снижение общего объема движения зубов, особенно для нижней челюсти свидетельствует о целесообразности проведения ортогнатической хирургии.

Согласно предлагаемому способу итерационно подбиралось такое положение челюстных фрагментов, которое обеспечивало минимальное значение общего объема движения зубов (фиг. 6).

Согласно этому плану предстоящий объем движения зубов составил для верхней челюсти - 35.38 у.е. (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 5.14 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 3.81 у.е.; экструзия - 6.68 у.е; интрузия - 0.76 у.е; ангуляция - 7.03 у.е.; инклинация - 8.01 у.е.; ротация - 3.96 у.е.); для нижней челюсти - 48.99 у.е., (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 10,08 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 8.25 у.е.; экструзия - 4.31 у.е; интрузия - 3.74 у.е; ангуляция - 3.44 у.е.; инклинация - 10.04 у.е.; ротация - 9.12 у.е.).

Сопоставительный анализ известных способов планирования и лечения с заявленным продемонстрировал наилучший эффект, достигаемый заявленным способом, который проявлялся в еще большем снижении общего объема движения зубов.

Для данного пациента был выполнен еще один вариант планирования согласно предлагаемому способу. Дополнительная фрагментация верхней челюсти в данном случае проводилась иначе - между 12 и 13 зубами справа и между 22 и 23 зубами слева. Под то же самое запланированное ранее на первом этапе конечное положение зубов был выполнен подбор такого положения полученных челюстных фрагментов, который обеспечивал минимальное значение общего объема движения зубов (фиг. 7).

Согласно этому плану предстоящий объем движения зубов составил для верхней челюсти - 30.89 у.е. (в составе компонентов вестибуло-оральный сдвиг зубов - 3.22 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 4.7 у.е.; экструзия - 5.48 у.е; интрузия - 3.89 у.е; ангуляция - 2.67 у.е.; инклинация - 7.67 у.е.; ротация - 3.27 у.е.); для нижней челюсти - были получены значения идентичные предыдущему случаю, поскольку фрагментация нижней челюсти была выполнена стандартным и одинаковым способом.

Данный вариант фрагментации верхней челюсти обеспечил минимальный общий объем движения зубов в сравнении со всеми рассматриваемыми вариантами и был взят за основу лечения данной пациентки.

Согласно данному плану лечения пациенту была выполнена ортогнатическая операция с предварительным изготовлением ортогнатических сплинтов для позиционирования и фиксации челюстных фрагментов в новом положении. После срастания костных фрагментов пациенту было выполнено ортодонтическое лечение с применением брекет системы, которое заняло 8 месяцев.

Пример 2.

Пациентка В., жалобы на промежутки между зубами, сильно выдающуюся вперед нижнюю челюсть (фиг. 8).

Был составлен план перемещения зубов в конечное положение. Для такого конечного положения зубов расчетный объем движения зубов составил для верхней челюсти - 47.42 у.е. (в составе компонентов вестибуло-оральный сдвиг зубов - 4.05 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 21.1 у.е.; экструзия - 14.43 у.е; интрузия - 1.47 у.е; ангуляция - 0.76у.е.; инклинация - 2.38 у.е.; ротация - 3.23 у.е.); для нижней челюсти - 67.61 у.е., (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 18.03 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 7.18 у.е.; экструзия - 24.91 у.е; интрузия - 0.41 у.е; ангуляция - 3.56 у.е.; инклинация - 7.58 у.е.; ротация - 5.95 у.е.).

Далее была запланирована фрагментация челюстных костей и позиционирование фрагментов с учетом запланированного на первом этапе конечного положения зубов (фиг. 8). При этом для того, чтобы при перемещении зубов закрыть имеющиеся промежутки между ними, необходимо было уменьшить размер периметра зубного ряда, за счет сближения фрагментов верхней челюсти (фиг. 9).

При планировании становится очевидно, что в исходном положении зубов внутри разделенных челюстных фрагментов при сближении последних возникает взаимное пересечение зубов по границе фрагментации (Фиг. 10), что указывает на необходимость предварительной ортодонтической подготовки пациента перед ортогнатической операцией.

Согласно этому плану предстоящий объем движения зубов составил для верхней челюсти - 28.01 у.е. (в составе компонентов вестибуло-оральный сдвиг зубов - 5.88 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 5.91 у.е.; экструзия - 8.41 у.е; интрузия - 1.47 у.е; ангуляция - 0.73у.е.; инклинация - 2.37 у.е.; ротация - 3.23 у.е.); для нижней челюсти - 62.82 у.е., (в составе компонентов вестибуло-оральный сдвиг зубов - 6.94 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 17.29 у.е.; экструзия - 0.42 у.е; интрузия - 16.8 у.е; ангуляция - 5.75 у.е.; инклинация - 9.79 у.е.; ротация - 5.84 у.е.).

Таким образом, совершенно очевидно, что ортогнатическое хирургическое лечение уменьшает требуемый объем перемещения зубов, а значит ортогнатическое лечение показано в данном клиническом случае.

Далее под запланированное конечное положение зубов был выполнен итерационный подбор такого положения полученных челюстных фрагментов, который обеспечивал минимальное значение общего объема движения зубов.

Согласно такому новому плану предстоящий объем движения зубов еще более уменьшился и составил для верхней челюсти - 22.56 у.е. (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 3.96 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 4.59 у.е.; экструзия - 4.9 у.е; интрузия - 1.9 у.е; ангуляция - 1.54 у.е.; инклинация - 1.92 у.е.; ротация - 3.74 у.е.); для нижней челюсти - 57.81 у.е., (в составе компонентов - вестибуло-оральный сдвиг зубов - 7.32 у.е; мезио-дистальный сдвиг - 17.31 у.е.; экструзия - 14.03 у.е; интрузия - 0.9 у.е; ангуляция - 4.1 у.е.; инклинация - 8.24 у.е.; ротация - 5.91 у.е.).

Созданный план лечения обеспечивал минимально возможный объем перемещения зубов и сокращение сроков лечения до 7 месяцев.

Представленный план указывает на необходимость выполнить предварительное ортодонтическое лечение, целью которого было бы создание дополнительного пространства между 14 и 13 зубами, обеспечивающее возможность иссечения костной ткани по границе фрагментов для их дополнительного сближения (фиг. 11).

Представленные варианты показывают, что достижение заявленного технического результата возможно при осуществлении комплексного планирования, согласно которому ортогнатическое планирование и лечение выполняют с учетом первично выполненного ортодонтического планирования.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использована для 3D планирования и реализации комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения. Способ включает сканирование челюстно-лицевой области и зубных рядов, формирование исходной 3D-модели и ее обработку в два этапа. Сначала осуществляют выравнивание зубных рядов и определение совокупного объема движений зубов, включающего сумму угловых и линейных перемещений каждого зуба, а затем фрагментацию челюстных костей с перемещением полученных фрагментов в конечное положение при обеспечении минимальной величины совокупного объема движений зубов внутри каждого из челюстных фрагментов. Определяют координаты центров вращения каждого зуба, сумму величин наклонов и расстояний между центрами вращения. При фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд. При этом выбирают конечное положение челюстных фрагментов, при котором величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение. Система для обработки 3D-модели лицевого скелета и зубных рядов пациента включает устройство ввода данных пациента и вывода результатов планирования и блок памяти, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, которые при их исполнении реализуют обработку исходной 3D-модели в два указанных этапа. Достигается сокращение сроков ортодонтического лечения за счет оптимизации совокупного движения зубов внутри каждого из челюстных фрагментов до достижения запланированного положения зубов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл., 2 пр.

1. Способ комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения путем коррекции лицевого скелета и зубных рядов, включающий

сканирование по меньшей мере челюстно-лицевой области и зубных рядов с последующим формированием исходной компьютерной 3D-модели, включая сегментацию полученных изображений с выделением анатомических объектов и сопоставление в единой системе координат челюстных костей, лица, зубов, десен,

обработку исходной 3D-модели в два этапа,

на одном из которых осуществляют фрагментацию челюстных костей с перемещением фрагментов челюстных костей в конечное положение на основе предварительно проведенной цефалометрической диагностики,

на другом этапе - выравнивание зубных рядов,

по результатам обработки получают итоговую 3D-модель со скорректированной формой лицевого скелета, зубных рядов, которую используют для ортогнатического и ортодонтического лечения - хирургической остеотомии челюстей путем фрагментации челюстных костей и их перемещения в конечное положение относительно друг друга и коррекции положения зубов в соответствии с итоговой 3D-моделью,

отличающийся тем, что

на исходной 3D- модели сначала осуществляют этап выравнивания зубных рядов относительно костей черепа с нормализацией цефалометрических и эстетических признаков, определением совокупного объема движений зубов, включающего сумму угловых и линейных перемещений каждого зуба из исходного в конечное - скорректированное - положение,

а затем этап фрагментации челюстных костей с перемещением полученных фрагментов в конечное положение при обеспечении минимальной величины совокупного объема движений зубов внутри каждого из челюстных фрагментов с достижением скорректированного положения зубов;

при этом для определения совокупного объема движений зубов при выравнивании зубных рядов определяют координаты центров вращения каждого зуба в заданной системе координат в исходном и конечном положениях, определяют сумму величин наклонов и сумму расстояний между центрами вращения при перемещении каждого зуба из начального положения в конечное,

а при фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение, определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе, при этом выбирают такое конечное положение челюстных фрагментов, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при фрагментации челюстных костей дополнительно итерационно разбивают зубной ряд на фрагменты, содержащие разное количество зубов, с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение, определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе, при этом выбирают такое конечное разделение челюстных костей на фрагменты, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что 3D-модель зубочелюстной системы пациента формируют посредством объединения 3D-изображений черепа, зубных рядов, лица.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют положение фрагментов верхней и нижней челюстей посредством перемещения по трансверсальной оси, сагиттальной оси, вертикальной оси, поворота вокруг трансверсальной оси, сагиттальной оси, вертикальной оси.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении совокупного объема движений зубов используют нормализованные значения угловых и линейных перемещений каждого зуба, при этом для нормализации определяют предельно допустимые величины перемещений для каждого зуба, которые приравнивают к условной единице.

6. Система для обработки 3D-модели лицевого скелета и зубных рядов пациента для комплексного ортогнатического и ортодонтического лечения, включающая устройство ввода данных пациента и вывода результатов планирования; блок памяти, содержащий исполняемые одним или более процессором машиночитаемые инструкции, которые при их исполнении реализуют обработку исходной 3D-модели в два этапа, на одном из которых осуществляют фрагментацию челюстных костей с перемещением фрагментов челюстных костей в конечное положение на основе предварительно проведенной цефалометрической диагностики, на другом этапе - выравнивание зубных рядов, по результатам обработки получают итоговую 3D-модель со скорректированной формой лицевого скелета, зубных рядов, которую используют для ортогнатического и ортодонтического лечения,

отличающаяся тем, что

блок памяти содержит машиночитаемые инструкции, в соответствии с которыми на исходной 3D-модели сначала осуществляют этап выравнивания зубных рядов относительно костей черепа с нормализацией цефалометрических и эстетических признаков, определением совокупного объема движений зубов, включающего сумму угловых и линейных перемещений каждого зуба из исходного в конечное – скорректированное - положение, а затем этап фрагментации челюстных костей с перемещением полученных фрагментов в конечное положение при обеспечении минимальной величины совокупного объема движений зубов внутри каждого из челюстных фрагментов с достижением скорректированного положения зубов;

при этом для определения совокупного объема движений зубов при выравнивании зубных рядов определяют координаты центров вращения каждого зуба в заданной системе координат в исходном и конечном – скорректированном - положениях, определяют сумму величин наклонов и сумму расстояний между центрами вращения при перемещении каждого зуба из начального положения в конечное,

а при фрагментации челюстных костей итерационно изменяют положение челюстных фрагментов под выровненный зубной ряд с определением величины совокупного объема движений зубов при каждом новом положении челюстного фрагмента при перемещении каждого зуба из нового исходного положения в конечное положение, определенное при выравнивании зубных рядов на первом этапе, при этом выбирают такое конечное положение челюстных фрагментов, при котором упомянутая величина совокупного объема движений зубов будет иметь минимально возможное значение.