Способ использования динамического виртуального артикулятора для имитационного моделирования окклюзии при выполнении проектирования стоматологических протезов для пациента и носитель информации
METHOD OF USING A DYNAMIC VIRTUAL ARTICULATOR FOR SIMULATION MODELING OF OCCLUSION WHEN DESIGNING A DENTAL PROSTHESIS FOR A PATIENT AND A CARRIER OF INFORMATION

Область техники, к которой относится изобретение
Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам для динамической виртуальной артикуляции.
Уровень техники
Артикулятор как механическое устройство представляет собой упрощенную модель жевательного аппарата, к рамам которого прикрепляются модели зубных рядов, и движение которых задается направляющими в области суставных шарниров и наклонными площадками резцового столика. Наклон направляющих и площадок задается на основе среднеанатомических или индивидуальных значений, которые регистрируются с помощью аксиографии. Имитируя боковые и передне-задние движения из положения центральной (привычной) окклюзии зубной техник изучает наличие и последовательность возникновения контактов на зубах, а также искусственных зубах будущей протезной конструкции.
Из уровня техники известен способ использования динамического виртуального артикулятора для имитационного моделирования окклюзии при выполнении автоматизированного проектирования зубных протезов и при выполнении планирования ортодонтической обработки зубов пациента для пациента, реализуемый при помощи компьютера (RU 2567604, 10.11.2015 - прототип), включающий: обеспечение виртуального артикулятора, содержащего виртуальную трехмерную модель верхней челюсти и виртуальную трехмерную модель нижней челюсти, повторяющие верхнюю челюсть и нижнюю челюсть пациента соответственно; обеспечение движения виртуальной верхней челюсти и виртуальной нижней челюсти относительно друг друга для имитационного моделирования динамической окклюзии при возникновении контактов между зубами виртуальной верхней и виртуальной нижней челюстей, причем способ включает предотвращение пересечения между собой виртуальной поверхности зубов виртуальной верхней челюсти и виртуальной поверхности зубов виртуальной нижней челюсти при указанных контактах. Таким образом, виртуальные зубы ведут себя как физические непроницаемые объекты.
Недостатками известного способа являются:
- представленный виртуальный артикулятор является по сути цифровой копией механического артикулятора, движение рам которого в известной мере отличается от реальных движений нижней челюсти. Причинами таких расхождений является то, что имитация движений основана на движении шарнирной оси и вращении объектов вокруг этой оси. При этом в артикуляторе шарнирная ось располагается в области сочленения рам артикулятора, а для зубочелюстной системы нет четко зафиксированной позиции шарнирной оси, ось вращения нижней челюсти меняет свое положение в пространстве и может находиться вне височно-нижнечелюстного сустава. В известных артикуляторах расстояние между суставными шарнирами четко зафиксировано и соответствует среднеанатомическим значениям, в то время как характер реальных движений нижней челюсти во многом определен расстоянием между головками нижней челюсти, которое индивидуально для каждого пациента;
- в известных вариантах виртуального артикулятора не учитываются движения суставных головок нижней челюсти и их соотношения с другими элементами височно-нижнечелюстного суставов, не реализована возможность задания контролируемого зазора между нижнечелюстными головками и суставной ямкой, что имеет место при реальных движениях нижней челюсти;
- в известных вариантах виртуального артикулятора обеспечивается имитация относительных движений верхней и нижней челюстей при условии взаимного контакта зубов и не реализована возможность задания контролируемого зазора между антагонирующими зубами. Это означает необходимость итерационых коррекций при моделировании формы или положения зубов в случаях, когда, например, необходимо повысить прикус;
- в известных вариантах виртуального артикулятора не реализована возможность взаимно обусловленного планирования разных видов стоматологического лечения. Планирование разных видов лечения проводится последовательно: планирование каждого нового этапа лечения базируется на достигнутых условиях предыдущего этапа. Такой традиционный подход приводит к затянутым общим срокам комплексного стоматологического лечения.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является получение максимального приближения виртуального артикулятора, имитирующего реальные процессы, происходящие во рту пациента, что достигается за счет:
- виртуальный артикулятор позволяет выполнять движения, повторяющие и имитирующие реальные процессы, происходящие во рту пациента, поскольку задается индивидуальное расстояние между головками нижней челюсти, а не строго заданное между суставными шарнирами виртуального артикулятора как копии механической системы в известных аналогах;
- виртуальный артикулятор позволяет выполнять движения, повторяющие и имитирующие реальные процессы, происходящие во рту пациента, поскольку имитация движений строится не на предварительном определении шарнирной оси и последующим ее перемещением с вращением вокруг нее виртуальных объектов нижней челюсти, как это делается в известных аналогах, а движения виртуальной нижней челюсти определяются, с одной стороны, по меньшей мере, одним из контактов между виртуальными зубными рядами, а с другой - заданным положением виртуальных головок нижней челюсти пациента и контролируемым разобщением с виртуальными суставными и виртуальными поверхностями его височных костей (суставными бугорками и нижнечелюстными ямками). Таким образом, относительное движение челюстей является более физиологически реалистичным;
- виртуальный артикулятор позволяет выполнять движения, повторяющие и имитирующие реальные процессы, происходящие во рту пациента, поскольку движения виртуальной нижней челюсти определяются, с одной стороны, по меньшей мере одним из контактов между виртуальными зубными рядами с проникновением виртуальных моделей друг в друга или без такового, как это делается в известных аналогах, но могут быть определены виртуально заданными оператором терминальными позициями функциональной окклюзии (протрузия, латеротрузия и др.), при которых предварительно задается разобщение между зубными рядами (отсутствие контактов). Таким образом, виртуальная коррекция формы или положения зубов проводится не итерационно с множеством повторений, как это делается в известных аналогах, а сразу с учетом заданных движений виртуальной нижней челюсти;
- виртуальный артикулятор является виртуальной моделью не физической механической системы, а реального жевательного аппарата пациента.
Кроме того, разработанный способ позволяет снизить временные затраты на регистрацию и виртуальное воспроизводство артикуляции нижней челюсти, ввиду отсутствия необходимости использования специальных устройств для регистрации движений нижней челюсти, а также снижения неудобств при регистрации движений и дополнительных погрешностей, связанных с необходимостью фиксации на зубах дополнительных приспособлений, как это реализовано в аналогичных способах.
Сущность разработанной нами группы изобретений заключается в следующем.
Способ использования динамического виртуального артикулятора для моделирования окклюзии при изменении исходного положения нижней челюсти, ее фрагментов, положения зубов относительно друг друга, положения и формы искусственных зубов, реализуемый при помощи компьютера, включает следующие стадии: обеспечение виртуального артикулятора, содержащего виртуальную трехмерную модель верхней челюсти и зубного ряда и виртуальную трехмерную модель нижней челюсти и зубного ряда, повторяющие верхнюю челюсть и верхние зубы, и нижнюю челюсть и нижние зубы пациента соответственно, и обеспечение имитационных движений виртуальной верхней челюсти и виртуальной нижней челюсти относительно друг друга для имитационного моделирования динамической окклюзии, при которых могут возникать проницаемые или непроницаемые контакты между зубами виртуальной верхней и виртуальной нижней челюстей. При этом обеспечение виртуального артикулятора включает виртуальные трехмерные модели височно-нижнечелюстных суставов, повторяющие головки нижней челюсти, нижнечелюстные ямки и суставные бугорки височных костей черепа, а выполнение имитационных движений челюстей относительно друг друга предваряется клиническим или виртуальным заданием исходной и терминальных позиций. Кроме того, виртуальные поверхности головок нижней челюсти и виртуальные поверхности суставных бугорков и нижнечелюстных ямок височных костей черепа пациента разобщены.
В частных случаях осуществления способа:
- виртуальный артикулятор дополнительно включает виртуальные модели 3D и 2D изображений лица и 2D изображений боковых и фронтальных телерентгенограмм;
- виртуальные модели зубов, кости нижней челюсти, корней зубов, мягких тканей, окрашены в цвет реальных объектов;
- виртуальные модели зубов, нижней челюсти, элементов височно-нижнечелюстного сустава, получены на основе прямого или непрямого сканирования;
- сканирование включает, по меньшей мере, одно из оптического сканирования, ультразвукового сканирования, рентгеновской томографии или магнитно-резонансной томографии;
- непрямое сканирование включает в себя использование отпечатка зубного ряда;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе регистрации разных терминальных положений зубных рядов при помощи внутриротового сканирования; и/или получения регистратов прикуса при указанных разных терминальных положениях, их последующего сканирования и последовательного сопоставления виртуальных объектов нижнего зубного ряда, нижней челюсти, головок нижней челюсти;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе регистрации ее движений;
- регистрация движений нижней челюсти, нижнего зубного ряда или его фрагмента, одного или нескольких реперных объектов, закрепленных на нижней челюсти или нижних зубах, осуществляется при помощи электромагнитных волн или ультразвуковых волн;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе среднеанатомических параметров суставного и резцового пути, бокового сдвига;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центрального соотношения;
- виртуальное положение центрального соотношения задается клинически, с помощью прямой или непрямой регистрации;
- прямая регистрация включает внутриротовое сканирование, а непрямая регистрация включает получение регистратов прикуса, их сканирование и последующее сопоставление виртуальных регистратов к зубам верхней челюсти, а затем виртуальных объектов нижней челюсти, связанных с нижним зубным рядом, к отпечаткам нижних зубов на виртуальных регистратах;
- виртуальное положение центрального соотношения задается оператором вручную или автоматически, на основе среднеанатомической ширины суставных щелей, виртуальной корректировкой положения виртуальных моделей головок нижней челюсти и связанных с ними виртуальных объектов нижней челюсти, и виртуальной корректировкой межрезцовой высоты или вертикальных соотношений любых других выбранных виртуальных зубов-антагонистов;
- виртуальное положение центрального соотношения задается оператором вручную или автоматически, на основе коррекции расстояния между точками прикрепления жевательных мышц, путем виртуальной коррекции положения нижней челюсти;
- виртуальное положение центрального соотношения задается клинически, на основе прямой или непрямой регистрации положения нижней челюсти, при котором развивается максимальное жевательное усилие;
- прямая регистрация включает внутриротовое сканирование, а непрямая регистрация включает получение регистратов прикуса, их сканирование и последующее сопоставление виртуальных регистратов с зубами верхней челюсти, а затем виртуальных объектов нижней челюсти, связанных с нижним зубным рядом, с отпечатками нижних зубов на виртуальных регистратах;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения, в предварительно заданные оператором виртуальные терминальные позиции, при этом изменение поверхности зубов пациента при виртуальном планировании их прямой реставрации, при виртуальном планировании их смещения при ортодонтическом лечении, при виртуальном планировании их непрямой реставрации при зубном протезировании с использованием виртуальных моделей искусственных зубов выполняется сразу с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти без необходимости дополнительных итераций;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения, когда точки окклюзионных контактов задаются изменением поверхности зубов пациента при виртуальном планировании их прямой реставрации, при виртуальном планировании их смещения при ортодонтическом лечении, при виртуальном планировании их непрямой реставрации при зубном протезировании с использованием виртуальных моделей искусственных зубов;
- обеспечение непроницаемости виртуальных зубов пациента или виртуальных искусственных зубов;
- обеспечение проницаемости виртуальных зубов пациента или виртуальных искусственных зубов;
- виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов или протетической коррекции формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти;
- виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов или протетической коррекции формы зубов из виртуально заданного центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти;
- способ может включать взаимно обусловленное виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов и протетической коррекции размеров и формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии, из виртуально заданного центрального соотношения с учетом конечного положения зубов при ортодонтической коррекции и с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти;
- включающий взаимно обусловленное виртуальное планирование имплантации с учетом виртуальных объектов челюстей и положения виртуальных зубов пациента в конечной позиции виртуально запланированной ортодонтической коррекции и/или конечной позиции виртуальных искусственных зубов;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов с учетом визуализации и контроля перемещения корней зубов, анализа их биомеханики с учетом размеров всего зуба, площади и размеров корня, закрепленного в челюстной кости, его близости к кортикальной пластине челюстной кости;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов с учетом визуализации, контроля положения, размеров и формы любых дополнительных элементов, закрепляемых на поверхности зубов для передачи ортодонтических усилий на зубы с учетом оптимальной биомеханики;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортогнатических хирургических операций для коррекции размеров челюстных костей, замещения дефектов костей, элементов височно-челюстных суставов;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации, в положениии центральной или привычной окклюзии, или в виртуально запланированном положении центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти, и предусматривает проектирование и последующее изготовление зубных протезов, ортодонтических аппаратов и приспособлений, приспособлений для удержания костных фрагментов, направляющих шаблонов, индивидуальных имплантатов для замещения дефектов кости, индивидуальных имплантатов для замещения утраченных зубов, репозиционных и лечебных шин, управляющих положением нижней челюсти;
- виртуальный артикулятор дополнительно включает виртуальные 3D кривые клинических шеек зубов, которые определяются как пересечение зубов пациента с десной и ограничивают видимую часть зуба, и виртуальные 3D кривые анатомических шеек зубов, которые определяются как пересечение зубов пациента с челюстной костью и ограничивают часть корня, укрепленного в челюстной кости;
- дополнительно включающий взаимно обусловленное виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов и виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии, из виртуально заданного центрального соотношения с учетом конечного положения зубов при ортодонтической коррекции и с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти, и предусматривает коррекцию положения десневого края зубов с учетом возникающих изменений анатомических шеек зубов, связанного с изменением положений корней зубов по отношению к поверхности челюстной кости при ортодонтической коррекции;
- включает обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов и виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов с учетом анализа размеров зубных рядов, зубов и их положения и расчета эстетограммы на основе лицевых признаков, полученных из имеющихся виртуальных моделей 3D и 2D изображений лица, с использованием вычисленных закономерностей зрительного восприятия эстетических нарушений зубных рядов;
- включает обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из второй заданной позиции в терминальную позицию на основе вычислений, исходя из известных данных о перемещении нижней челюсти из первой заданной позиции во вторую заданную позицию и перемещении из первой заданной позиции в терминальную позицию;
- дополнительно включающий взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации и запись результатов планирования в зубную формулу, отождествляющую план лечения;
- дополнительно включающий взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации, в положениии центральной или привычной окклюзии, или в виртуально запланированном положении центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти, и предусматривает запись спроектированных объектов, а также 3D модели подготовленных к протезированию объектов полости рта в отдельную зуботехническую формулу, отождествляющую исходные данные для проектирования зубных протезов, ортодонтических аппаратов и приспособлений, приспособлений для удержания костных фрагментов, направляющих шаблонов, индивидуальных имплантатов для замещения дефектов кости, индивидуальных имплантатов для замещения утраченных зубов, репозиционных и лечебных шин, управляющих положением нижней челюсти;
- при задании исходной и терминальных позиций виртуальной нижней челюсти контролируются и при необходимости корректируются зазоры между виртуальными поверхности головок нижней челюсти и виртуальными поверхностями суставных бугорков и нижнечелюстных ямок височных костей черепа пациента;
- ортодонтическая коррекция положения виртуальных зубов в исходном положении нижней челюсти проводится с учетом обеспечения суммарного окклюзионного контакта максимальной площади;
- дополнительно осуществляют взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов с учетом возникающих изменений виртуальной 3D модели лица, обусловленных толщиной и упругостью мягких тканей лица;
- дополнительно обеспечивают имитационные движения виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения в положение, соответствующее положению объектов нижней челюсти на основе регистрации разных положений зубных рядов или их фрагментов с помощью 2D изображений;
- дополнительно обеспечивают имитационные движения виртуальной нижней челюсти на основе регистрации разных положений зубных рядов, их фрагментов или реперных объектов, закрепленных на зубах с помощью 3D сканирования в режиме реального времени.
Еще одним изобретением является энергонезависимый машиночитаемый носитель с записанным кодом, содержащим инструкции, при исполнении которых выполняется описанный выше способ.
Настоящее изобретение проиллюстрировано на ряде изображений:
Фиг. 1a. Выделение головки и мыщелка нижней челюсти и нижнечелюстной ямки и суставного бугорка височной кости.
Фиг. 1б. Виртуальные объекты, включенные в состав 3D сцены, которые могут использоваться виртуальным артикулятором.
Фиг. 2. Совмещение регистрата прикуса с зубами верхней челюсти.
Фиг. 3. Совмещение нижней челюсти с регистратами прикуса.
Фиг. 4. Исходное положение (привычная окклюзия) нижней челюсти. Стрелка 1 указывает в начало линии времени, соответствующее стартовой позиции. Стрелка 2 показывает на срезы головок нижней челюсти и суставных ямок.
Фиг. 5. Нижняя челюсть в позиции левой латеротрузии. Стрелка 1 указывает на конец линии времени, стрелка 2 указывает на положение головок нижней челюсти, стрелка 3 указывает на контакт зубов в данной терминальной позиции.
Фиг. 6. Исходное положение головок нижней челюсти и зубов перед заданием терминальной позиции.
Фиг. 7. Настройками позиций головок нижней челюсти (стрелка 1) и межрезцовой высоты (стрелка 2) регулируется терминальная позиция с контактом зубов или с заданным разобщением.
Фиг. 8. Расставлены точки прикрепления жевательных и височных мышц.
Фиг.9. Проведено смещение нижней челюсти.
Фиг. 10. Смещение нижней челюсти приводит к изменению расстояния между точками прикрепления мышц.
Фиг. 11. Смещение нижней челюсти приводит к изменению расстояния между точками прикрепления мышц.
Фиг. 12. Терминальная позиция с искусственно заданным разобщением.
Фиг. 13. Искусственные зубы взаимным контактом восполняют заданный зазор.
Фиг. 14. При расстановке искусственный зуб из банка данных масштабируется по размеру соответствующего зуба пациента, совмещается с ним и привязывается к клинической шейке этого зуба.
Фиг. 15. 2D или 3D изображения лица обеспечивают важные ориентиры для выравнивания зубов или расстановки искусственных зубов.
Фиг. 16. Отсутствует зуб 23. Соседние зубы со временем сдвинулись друг к другу, закрыв дефект.
Фиг. 17. Исправлено положение зубов с созданием места под искусственный 23 зуб.
Фиг. 18. Виртуально установлен искусственный 23 зуб и имплантат в область корня 23 зуба.
Фиг. 19. Использование изобретения позволяет использовать схему лечения с сокращением сроков лечения, за счет взаимно обусловленного проектирования: проектирование выполняется не последовательно, а одновременно, что позволяет одновременно начинать разные виды стоматологического лечения.
Фиг. 20. Цветная карта контактов указывает на наличие контактов при условии предупреждения взаимного проникновения зубов и на глубину проникновения при условии разрешения взаимного проникновения между зубами.
Осуществление изобретения
Разработанный способ использования динамического виртуального артикулятора для моделирования окклюзии при изменении исходного положения нижней челюсти, ее фрагментов, положения зубов относительно друг друга, положения и формы искусственных зубов (задание реконструктивного прикуса, и/или ортодонтической коррекции положения зубов пациента, и/или проектирования формы искусственных зубов, и/или позиционирование имплантатов для последующего проектирования одной или более стоматологических конструкций (например, стоматологические протезы, навигационные шаблоны, сплинты, ортодонтические аппараты) для пациента), реализуемый при помощи компьютера, включающий следующие стадии:
обеспечение виртуального артикулятора, содержащего виртуальную трехмерную модель верхней челюсти и зубного ряда и виртуальную трехмерную модель нижней челюсти и зубного ряда, повторяющие верхнюю челюсть и верхние зубы, и нижнюю челюсть и нижние зубы пациента соответственно;
обеспечение имитационных движений виртуальной верхней челюсти и виртуальной нижней челюсти относительно друг друга для имитационного моделирования динамической окклюзии, при которых могут возникать проницаемые или непроницаемые контакты между зубами виртуальной верхней и виртуальной нижней челюстей.
При этом обеспечение виртуального артикулятора включает виртуальные трехмерные модели височно-нижнечелюстных суставов, повторяющие головки нижней челюсти, нижнечелюстные ямки и суставные бугорки височных костей черепа, а выполнение имитационных движений челюстей относительно друг друга предваряется клиническим или виртуальным заданием исходной и терминальных позиций. Кроме того, виртуальные поверхности головок нижней челюсти и виртуальные поверхности суставных бугорков и нижнечелюстных ямок височных костей черепа пациента разобщены.
Разработанный способ включает также задание зазора между виртуальными поверхностями зубов, но при условии разобщения между виртуальными поверхностями головок нижней челюсти и виртуальными поверхностями суставных бугорков и нижнечелюстных ямок височных костей черепа пациента.
Благодаря тому, что при имитационных движениях задаются, контролируются и учитываются зазоры между виртуальными элементами височно-нижнечелюстных суставов, контакты и зазоры между виртуальными зубами пациента, это делает представление более реалистичным.
Причем составление 3D плана лечения может осуществляться как последовательными этапами, так и одновременно.
Кроме того, в частных случаях разработанный артикулятор может быть реализован следующим образом:
- включение в состав используемых виртуальных моделей 3D и 2D изображений лица, 2D изображений боковых и фронтальных телерентгенограмм (ТРГ). Цефалометрический анализ ТРГ представляет дополнительную важную информацию для определения исходной позиции центрального соотношения виртуальной верхней челюсти и виртуальной нижней челюсти. Лицевые признаки представляют дополнительную информацию о средней линии, высоте и наклоне окклюзионной плоскости;
- обеспечение виртуального артикулятора включением в состав 2D изображений лица (улыбки) при разных произвольных положениях нижней челюсти на изображениях. При этом 2D изображения лица (улыбки) постоянно привязаны в виртуальном пространстве к виртуальным верхним зубам, а виртуальные модели нижних зубов, виртуальные модели нижней челюсти временно привязаны к соответствующим нижним зубам или их фрагментам на соответствующих изображениях. На фоне лица (улыбки) пациента становится виден результат моделирования нижних зубов в тех случаях, когда, например, верхние зубы перекрывают и загораживают видимость нижних зубов;
- обеспечение виртуального артикулятора виртуальными моделями зубов, кости нижней челюсти, корней зубов, мягких тканей окрашенными в цвет реальных объектов, в том числе и на основе используемых 2D изображений. При демонстрации результата моделирования пациенту, для него привычнее и более естественно воспринимать виртуальные объекты, когда они окрашены в естественные цвета реальных объектов;
- обеспечение виртуального артикулятора виртуальными моделями зубов, нижней челюсти, элементов височно-нижнечелюстного сустава, полученными на основе прямого или непрямого (через полученные отпечатки) оптического, ультразвукового сканирования, рентгеновской или магниторезонансной томографии (Фиг. 1а, б);
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе регистрации разных терминальных положений функциональной окклюзии зубных рядов (протрузии, латеротрузий, медиатрузий и др.) с помощью внутриротового сканирования; получения регистратов прикуса при этих терминальных положениях, их последующего сканирования и последовательного сопоставления виртуальных объектов нижнего зубного ряда, нижней челюсти, головок нижней челюсти (Фиг. 2, 3);
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе регистрации ее движений разными известными способами, например регистрации движений нижней челюсти, нижнего зубного ряда или его фрагмента, одного или нескольких реперных объектов, закрепленных на нижней челюсти или нижних зубах с помощью видимых или невидимых электромагнитных волн, ультразвуковых волн;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти на основе среднеанатомических или индивидуальных параметров суставного и резцового пути, бокового сдвига. Это позволяет во всех перечисленных случаях оператору оценивать и контролировать положение головок нижней челюсти по отношению к суставным бугоркам;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти не из положения центральной или привычной окклюзии, а из положения центрального соотношения. Задав терминальную позицию и положение центрального соотношения, могут быть воспроизведены не только движения из исходной позиции (привычная окклюзия, центральная окклюзия) в терминальную позицию и из исходной позиции в центральное соотношение, но также математически рассчитано и воспроизведено движение из центрального соотношения в терминальную позицию;
- клиническое определение виртуального положения центрального соотношения для обеспечения виртуального артикулятора, с помощью прямой (внутриротовое сканирование) или непрямой регистрации (получение регистратов прикуса, их сканирования и последующего сопоставления виртуальных регистратов к виртуальным зубам верхней челюсти, а затем виртуальных объектов нижней челюсти, связанных с нижним зубным рядом, к отпечаткам нижних зубов на виртуальных регистратах) (Фиг. 4, 5);
- виртуальное положение центрального соотношения для обеспечения виртуального артикулятора задается оператором вручную или автоматически на основе среднеанатомической ширины суставных щелей виртуальной корректировкой положения виртуальных моделей головок нижней челюсти и связанных с ними виртуальных объектов нижней челюсти и виртуальной корректировкой межрезцовой высоты или вертикальных соотношений любых других выбранных виртуальных зубов антагонистов (Фиг. 6, 7). Виртуальное исправление положения зубов пациента или виртуальное моделирование формы искусственных зубов проводится не итерационно, как это делается в известных способах, а сразу с учетом заданной исходной и терминальной позиции нижней челюсти;
- виртуальное положение центрального соотношения для обеспечения виртуального артикулятора задается оператором вручную или автоматически на основе коррекции расстояния между точками прикрепления жевательных мышц путем виртуальной коррекции положения нижней челюсти (Фиг. 8-11). Изменяя положение нижней челюсти, контролируется изменение мышечного баланса, поскольку в медицине известно, что мышечный тонус зависит от длины мышцы;
- виртуальное положение центрального соотношения для обеспечения виртуального артикулятора задается клинически на основе прямой или непрямой регистрации положения нижней челюсти, при котором развивается максимальное жевательное усилие;
- прямая регистрация включает внутриротовое сканирование, а непрямая регистрация включает получение регистратов прикуса, их сканирование и последующее сопоставление виртуальных регистратов с зубами верхней челюсти, а затем виртуальных объектов нижней челюсти, связанных с нижним зубным рядом, с отпечатками нижних зубов на виртуальных регистратах;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения, в предварительно заданные оператором виртуальные терминальные позиции и таким образом, изменение поверхности зубов пациента при виртуальном планировании их прямой реставрации, при виртуальном планировании их смещения при ортодонтическом лечении, при виртуальном планировании их непрямой реставрации при зубном протезировании с использованием виртуальных моделей искусственных зубов выполняется сразу с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти без необходимости повторных итераций (Фиг.12, 13);
Под понятием виртуальная челюсть следует понимать не только собственно кость челюсти, но и все объекты, анатомически с нею связанные: коронковые части и корни зубов, а также искусственные зубы и имплантаты, расположенные в челюсти, периодонт, десна, верхнечелюстные пазухи и резцовый канал для верхней челюсти, головки и нижнечелюстной канал для нижней челюсти.
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения, когда точки окклюзионных контактов задаются изменением поверхности зубов пациента при виртуальном планировании их прямой реставрации, при виртуальном планировании их смещения при ортодонтическом лечении, при виртуальном планировании их непрямой реставрации при зубном протезировании с использованием виртуальных моделей искусственных зубов;
- обеспечение непроницаемости виртуальных зубов пациента или виртуальных искусственных зубов;
- обеспечение проницаемости виртуальных зубов пациента или виртуальных искусственных зубов;
- виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов или протетической коррекции формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти;
- виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов или протетической коррекции формы зубов из виртуально заданного центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов и виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии, из виртуально заданного центрального соотношения с учетом конечного положения зубов при ортодонтической коррекции и с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти. Взаимная обусловленность виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов и протетической коррекции формы зубов возникает из того, что искусственные зубы из банка данных для протетической коррекции масштабируются с учетом размеров и формы имеющихся виртуальных зубов пациента, симметричного зуба и/или пропорционально имеющимся зубам при отсутствии одного или нескольких зубов, совмещаются с виртуальными зубами пациента с учетом максимального возможного совпадения поверхностей, продольных осей искусственного зуба и зуба пациента и привязки искусственного зуба к клинической или анатомической шейкам виртуального зуба пациента или к их проекции при отсутствии зуба. Совмещение виртуальных искусственных зубов с виртуальными зубами пациента осуществляется или в начальном, или в конечном положении зубов пациента при виртуальном планировании их выравнивания. Таким образом, виртуальное планирование самого выравнивания зубов производится с учетом размера и формы искусственных зубов, а коррекция размеров и формы искусственных зубов с учетом выравнивания виртуальных зубов пациента и все это с учетом исходно заданной позиции виртуальной нижней челюсти, с учетом ее виртуальных имитационных движений и с учетом лицевых признаков, полученных из 3D или 2D изображений, включенных в состав виртуальных объектов (Фиг. 14, 15). Это позволяет сократить временные затраты на виртуальное моделирование за счет инструмента, реализующего способ взаимообусловленного и одновременного виртуального моделирования формы и положения искусственных зубов и положения зубов пациента с учетом виртуально заданных исходной и терминальных позиций нижней челюсти;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование имплантации с учетом виртуальных объектов челюстей и положения виртуальных зубов пациента в конечной позиции виртуально запланированной ортодонтической коррекции и/или конечной позиции виртуальных искусственных зубов (Фиг. 16-18). Взаимно обусловленное виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации, в положении центральной или привычной окклюзии, или в виртуально запланированном положении центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти в виртуально запланированные терминальные позиции (протрузия, латеротрузии и др.), обеспечивает возможность начинать одновременное выполнение всех видов запланированного лечения или их отдельных сочетаний: задание реконструктивной позиции нижней челюсти, выравнивание зубов, протетическая коррекция формы зубов, имплантация, что существенно сокращает возможное время общего лечения (Фиг. 19);
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов с учетом визуализации и контроля перемещения корней зубов, анализа их биомеханики с учетом размеров всего зуба, площади и размеров корня, закрепленного в челюстной кости, его близости к кортикальной пластине (поверхности) челюстной кости (Фиг. 16, 17). Это позволяет повысить вероятность достижения виртуально запланированного результата и снижения вероятности осложнений при выполнении лечения;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов с учетом визуализации, контроля положения, размеров и формы любых дополнительных элементов (аттачментов, брекетов и др.), закрепляемых на поверхности зубов для передачи ортодонтических усилий на зубы с учетом оптимальной биомеханики (Фиг. 20);
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортогнатических хирургических операций для коррекции размеров челюстных костей, замещения дефектов костей, элементов височно-челюстных суставов;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации, в положении центральной или привычной окклюзии, или в виртуально запланированном положении центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти и предусматривает проектирование и последующее изготовление зубных протезов, ортодонтических аппаратов и приспособлений, приспособлений для удержания костных фрагментов, направляющих шаблонов, индивидуальных имплантатов для замещения дефектов кости, индивидуальных имплантатов для замещения утраченных зубов, репозиционных и лечебных шин, управляющих положением нижней челюсти;
- обеспечение виртуального артикулятора включением в состав виртуальных 3D кривых клинических шеек зубов, которые определяются как пересечение зубов пациента с десной и ограничивают видимую часть зуба и виртуальных 3D кривых анатомических шеек зубов, которые определяются как пересечение зубов пациента с челюстной костью и ограничивают часть корня, укрепленного в челюстной кости;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование ортодонтической коррекции положения зубов и виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов из положения центральной или привычной окклюзии, из виртуально заданного центрального соотношения с учетом конечного положения зубов при ортодонтической коррекции и с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти и предусматривает искусственную коррекцию оператором положения десневого края (клинической шейки) зубов, связанного с изменением положений корней зубов по отношению к поверхности челюстной кости при ортодонтической коррекции. Это позволяет повысить объективность отражения реальных процессов при их виртуальном моделировании;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения для виртуального планирования ортодонтической коррекции положения зубов и виртуального планирования протетической коррекции размеров и формы зубов с учетом анализа размеров зубных рядов, зубов и их положения и расчета эстетограммы на основе лицевых признаков (средняя линия лица, межзрачковая линия, размеры ротовой щели при улыбки), полученных из имеющихся в составе виртуальных моделей 3D и 2D изображений лица, с использованием вычисленных закономерностей зрительного восприятия эстетических нарушений зубных рядов. Таким образом, элементы искусственного интеллекта включаются в процесс виртуального моделирования формы и положения искусственных зубов с точки зрения их возможного визуального восприятия;
- обеспечение имитационных движений виртуальной нижней челюсти из второй исходной позиции (например, центрального соотношения) в терминальную позицию на основании вычислений исходя из известных данных о перемещении нижней челюсти из первой исходной позиции (например, центральной или привычной окклюзии) во вторую исходную позицию (например, центральное соотношение) и перемещении из первой исходной позиции в терминальную позицию;
- взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации и запись результатов планирования в зубную формулу, отождествляющую план лечения;
- дополнительно включающий взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов, виртуальное планирование имплантации, в положениии центральной или привычной окклюзии, или в виртуально запланированном положении центрального соотношения с учетом имитационных движений виртуальной нижней челюсти, и предусматривает запись спроектированных объектов, а также 3D модели подготовленных к протезированию объектов полости рта в отдельную зуботехническую формулу, отождествляющую исходные данные для проектирования зубных протезов, ортодонтических аппаратов и приспособлений, приспособлений для удержания костных фрагментов, направляющих шаблонов, индивидуальных имплантатов для замещения дефектов кости, индивидуальных имплантатов для замещения утраченных зубов, репозиционных и лечебных шин, управляющих положением нижней челюсти;
- при задании исходной и терминальных позиций виртуальной нижней челюсти контролируется и при необходимости корректируются зазоры между виртуальными поверхности головок нижней челюсти и виртуальными поверхностями суставных бугорков и нижнечелюстных ямок височных костей черепа пациента;
- ортодонтическая коррекция положения виртуальных зубов в исходном положении нижней челюсти проводится с учетом обеспечения суммарного окклюзионного контакта максимальной площади;
- осуществляют взаимно обусловленное виртуальное планирование ортогнатической хирургической коррекции размеров, формы и положения челюстных костей, элементов височно-нижнечелюстных суставов, ортодонтической коррекции положения зубов, виртуальное планирование протетической коррекции размеров и формы зубов с учетом возникающих изменений виртуальной 3D модели лица, обусловленных толщиной и упругостью мягких тканей лица;
- обеспечивают имитационные движения виртуальной нижней челюсти из положения центральной или привычной окклюзии, центрального соотношения в положение, соответствующее положению объектов нижней челюсти на основе регистрации разных положений зубных рядов или их фрагментов с помощью 2D изображений;
- обеспечивают имитационные движения виртуальной нижней челюсти на основе регистрации разных положений зубных рядов, их фрагментов или реперных объектов, закрепленных на зубах с помощью 3D сканирования в режиме реального времени.
Кроме того, одним из разработанных нами изобретений является энергонезависимый машиночитаемый носитель с записанным кодом, содержащим инструкции, при исполнении которых выполняется способ, описанный выше.
Пример
Пациент Д., перекрестный прикус, смещение средней линии верхнего и нижнего зубных рядов, повышенное истирание зубов, полное разрушение коронковой части 45 зуба, частичные дефекты коронок 46, 47 зубов, мостовидный протез с опорой на 35-37 зубы (фиг. 21. 3D сцена включает фото улыбающегося пациента).
Исходная 3D сцена (фиг. 22) состоит из данных КТ, сканов зубных рядов и десны верхней и нижней челюстей, суставных головок нижней челюсти и нижнечелюстных ямок височных костей.
Перекрестный прикус возник из-за того, что нижняя челюсть в положении привычной окклюзии вынуждено смещена влево из-за особенностей прикуса. В этом положении привычной окклюзии головки нижней челюсти смещены дистально и асимметричны (фиг. 23. Суставные головки нижней челюсти асимметрично расположены в нижнечелюстных ямках из-за смещения нижней челюсти и смещены дистально из-за снижения высоты прикуса, вызванной истираемостью зубов).
Виртуально задано и сохраняется в программе положение центрального соотношения. Это положение обеспечивается смещением нижней челюсти при контроле соотношения элементов височно-нижнечелюстных суставов и прикуса зубов (фиг. 24. Задается контролируемый зазор между головками нижней челюсти и нижнечелюстными ямками. При смещении нижней челюсти выравниваются средние линии).
Создается предварительный сценарий выравнивания зубов, заключающийся в расширении зубного ряда верхней челюсти за счет вестибулярного выдвижения зубов 22-27, уменьшении вестибулярного наклона верхних передних зубов 12-21 с закрытием имеющихся трем, орального сдвига нижних передних зубов 43-34 с устранением перекрестного прикуса и выравнивания средних линий (фиг. 25 а (положение виртуальных зубов до выравнивания), б (положение зубов после выравнивания. Сценарий выравнивания создается в виртуально заданном положении центрального соотношения нижней челюсти)).
В конечном положении выровненных виртуальных зубов пациента расставляются и подгоняются по клиническим шейкам зубов искусственные зубы из банка данных. Корректируя их положение и форму, выполняется дизайн улыбки (фиг. 26. Искусственные зубы устанавливаются в проекцию конечного положения виртуальных естественных зубов пациента, соответствуя клиническим шейкам этих зубов).
При этом оценивается форма зубов при улыбке на фоне лицевых признаков (фиг. 27 а, б, в - фотографии улыбающегося пациента, интегрированные в 3D сцену, позволяют оценить дизайн улыбки).
Соотношение зубов проверяется в виртуальном артикуляторе на основе имитации движения нижней челюсти из виртуально заданной позиции центрального соотношения в виртуально заданную позицию левой латеротрузии, при контролируемых зазорах между головками нижней челюсти и нижнечелюстными ямками и контролируемом зазоре между левыми клыками (фиг. 28 - виртуальная позиция левой латеротрузии задается смещением правой головки нижней челюсти вперед, боковым сдвигом обеих головок и вращением нижней челюсти вокруг оси между головками нижней челюсти, контролируя необходимый зазор между левыми клыками (клыковое ведение). Этот зазор затем заполняется за счет высоты искусственного зуба, фиг. 29 - при имитационных движениях нижней челюсти контролируются контакты искусственных зубов и проводится соответствующая коррекция их формы).
В завершение виртуально устанавливали имплантат в область корня 45 зуба, который планировался к удалению, с учетом положения будущего искусственного зуба 45, объема кости в этой области, расположения корней рядом стоящих зубов и нижнечелюстного канала (фиг. 30 а, б - виртуальный имплантат установлен в плоскости кроссекции в соответствии с осью будущего искусственного зуба и положения его коронковой части).
На основании заданного положения имплантата проектируется направляющий шаблон и в челюсть пациента устанавливается имплантат. На основании заданного сценария перемещения зубов с помощью 3D прототипирования изготавливаются элайнеры и проводится выравнивание зубов. Все виды лечения начинаются одновременно. Пока будет приживаться (остеоинтегрироваться) имплантат, зубы пациента будут выравниваться.
После окончания выравнивания зубы пациента препарируются, сканируются и на основании ранее выполненного дизайна улыбки изготавливаются временные и постоянные коронки, которые фиксируют нижнюю челюсть пациента в первоначально виртуально заданное положение центрального соотношения.