Способ ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D-моделирования и индивидуальные элементы брекет-системы для его реализации
METHOD OF ORTHODONTIC TREATMENT BY DIRECT ARC METHOD USING 3D MODELING AND INDIVIDUAL ELEMENTS OF BRACKET SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области стоматологии, а именно к ортодонтии, предлагает способ ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D моделирования и индивидуальные элементы брекет-системы для его реализации, и позволяет достичь заранее спланированного с помощью 3D-моделирования и реализованного с помощью изготовленной индивидуальной брекет-системы перемещения зубов.
Для придания зубному ряду пациента правильной формы применяют ортодонтические аппараты, состоящие из проволочной дуги со способностью восстановления формы, которая, например, может быть изготовлена для индивидуального пациента, и набор индивидуальных элементов брекет-системы, каждый из которых включает тело с площадкой для крепления к зубу и паз или отверстие для установки дуги.
При этом используемая проволочная дуга со способностью восстановления формы может быть как планарной, т.е. расположенной в одной плоскости, так и изогнутой в результате расчета индивидуально под пациента.
Например, патент США (U.S. Patent № 6648640) «Интерактивная система ортодонтического лечения на основе внутриротового сканирования зубов», описывает подход с использованием готовых брекетов и индивидуально изготовленной проволочной дуги. Такая проволочная дуга может иметь сложные скруты и изгибы для компенсации положения пазов или отверстий стандартных ортодонтических несъемных конструкций и, таким образом, не обязательно является плоской планарной проволокой. Учитывая сложность формы ортодонтической дуги, процесс придания ей соответствующей формы должен быть полностью автоматизирован с использованием материалов, имеющих определенные характеристики, чтобы они могли принимать и сохранять эту форму. Но, возникновение в начале или в ходе лечения необходимости в изменении формы дуги, влечет за собой полную замену всей сложной дуги. Наконец, кривизна дуги, как правило, направлена по трем измерениям в пространстве, что значительно сужает возможности ее перемещения со скольжением внутри пазов или отверстий элементов брекет-системы, хотя такое скольжение способствовало бы успешному лечению, так как сопровождало бы перемещение зубов в их скорректированное положение.
В настоящее время наиболее распространённым способом лечения с целью нормализации положения зубов является способ, называемый «техникой прямой дуги».
В указанном способе используются ортодонтические дуги, имеющие в разрезе как круглую, так и прямоугольную форму с заранее заданной кривизной в плоскости. Ортодонтические дуги обладают также эффектом формовосстановления. Указанные дуги устанавливают в отверстия либо пазы, которыми снабжены элементы брекет-системы. При этом каждый элемент брекет-системы приклеивают установочной площадкой к соответствующему зубу. После установки дуги стремятся к возвращению в свою первоначальную форму, и таким образом перемещают зубы в желательное положение.
Известен способ изготовления индивидуального ортодонтического аппарата для лечения пациента, описанный в патенте РФ №2495642 (конв. приор. 31.10.2007 FR 0707686, опубл. 20.10.2013), выбранный в качестве прототипа.
В патенте на изобретение описан способ изготовления индивидуального ортодонтического аппарата для лечения пациента, содержащего по меньшей мере одну лечебную ортодонтическую дужку и множество элементов, каждый из которых содержит скобку с по меньшей мере одним пазом, выполненным с возможностью приема указанной ортодонтической дужки. При этом каждая скобка выполнена с возможностью установки на промежуточной детали, которая, в свою очередь, выполнена с возможностью установки на основании, предназначенном для установки на передней или задней стороне зуба. Указанный способ включает индивидуальное компьютерное моделирование указанных скобок, промежуточных деталей и оснований после формирования изображения в скорректированном положении зубной дуги и сторон зубов, на которых необходимо закрепить указанные основания. Согласно изобретению на указанном изображении проектную дужку позиционируют относительно указанных сторон зубов, при этом геометрия указанной проектной дужки подобна геометрии ортодонтической дужки. Производят компьютерное моделирование указанных элементов для придания им огибающей, соответствующей геометрии зазора, который по завершении ортодонтического лечения будет разделять зуб и лечебную дужку, когда зуб займет свое скорректированное положение и дужка восстановит свою первоначальную форму.
Основным недостатком решения, предложенного в прототипе, является то, что последняя ортодонтическая дуга в конце лечения реального пациента не принимает свою номинальную форму в свободном состоянии из-за ограничений со стороны зубов и других индивидуальных особенностей пациента. Соответственно, сформированное изображение в скорректированном положении зубной дуги и поверхности зубов, на которых необходимо закрепить указанные основания элементов брекет-системы, можно использовать только в первом приближении, так как в реальности дуга не сможет окончательно восстановить свою первоначальную форму, а зуб не займет свое скорректированное положение.
Задача изобретения состоит в разработке способа ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D моделирования, позволяющего осуществить заранее спланированное перемещение зубов пациента и реализовать перемещение с помощью изготовленной индивидуальной брекет-системы.
Техническим результатом является сокращение времени достижения результата ортодонтического лечения пациента.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в предложенном в изобретении способе ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D-моделирования используют стандартные дуги и индивидуальные элементы брекет-системы, изготовляемые для каждого конкретного клинического случая. Для чего получают 3D-модель челюсти пациента и выбирают исходную форму стандартной ортодонтической дуги. Затем, используя 3D-моделирование, определяют искомую кривую, задающую форму и расположение еще напряженной стандартной ортодонтической дуги в конце лечения. При этом исходят из того, что искомая кривая расположена симметрично относительно сагиттальной плоскости. Причем форма искомой кривой соответствует усредненной с точностью до 1 мм. кривой между исходной формой выбранной стандартной ортодонтической дуги, установленной в начале лечения, и формой ненапряженной стандартной дуги, используемой в конце лечения. Исходя из формы искомой кривой, полученной в результате 3D моделирования, определяют формы элементов брекет-системы для каждого зуба.
В частном случае способ ортодонтического лечения применяют для верхней челюсти.
В частном случае способ ортодонтического лечения применяют для нижней челюсти.
Предложенный согласно изобретению способ ортодонтического лечения возможно производить со стороны лингвальной поверхности зубов.
В частном случае предложенный согласно изобретению способ ортодонтического лечения возможно производить со стороны вестибулярной поверхности зубов.
Также задача решается, а технический результат достигается тем, что индивидуальные элементы брекет-системы для ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D моделирования выполнены такими, что стандартная ортодонтическая дуга, имеющая форму искомой кривой, полностью входит в пазы и отверстия индивидуальных элементов брекет-системы. Площадки индивидуальных элементов брекет-системы повторяют форму соответствующих зубов. При этом между площадкой и поверхностью зуба задается зазор для равномерного распределения клея для дальнейшей фиксации индивидуальных элементов брекет-системы на зубе. Причем искомая кривая в конце лечения расположена симметрично относительно сагиттальной плоскости, и ее форма соответствует усредненной с точностью до 1 мм. кривой между исходной формой выбранной стандартной еще напряженной ортодонтической дуги, установленной в начале лечения, и формой ненапряженной стандартной дуги, используемой в конце лечения.
Часть элементов брекет-системы могут выполнены в виде брекетов. Также часть элементов брекет-системы могут выполнены в виде щечных или лингвальных трубок или замков. Возможно также выполнение части элементов брекет-системы в виде кнопок или накусочных площадок.
Предлагаемый способ лечения пациента позволяет избежать отрицательного эффекта от того, что последняя ортодонтическая дуга в конце лечения реального пациента не принимает свою номинальную форму в свободном состоянии из-за ограничений со стороны зубов и других индивидуальных особенностей пациента.
Моделирование формы и положения последней ортодонтической дуги в конце лечения таким образом, что искомая кривая, задающая форму и расположение еще напряженной стандартной ортодонтической дуги в конце лечения, расположена симметрично относительно сагиттальной плоскости, а ее форма соответствует усредненной с точностью до 1 мм. кривой между исходной формой выбранной еще напряженной стандартной ортодонтической дуги, установленной в начале лечения, и формой ненапряженной стандартной дуги, используемой в конце лечения, позволяет корректно спланировать и осуществить заранее спланированное перемещение зубов пациента. Это позволяет использовать в конце лечения стандартную ортодонтическую дугу в еще напряженном состоянии, при этом зубы пациента уже занимают свое проектное положение, рассчитанное предварительно с применением 3D моделирования.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется подробным описанием примера его осуществления и иллюстрируется прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - 3D-модель челюстей пациента в окклюзионном соотношении;
Фиг.2 - плоскость ортодонтической дуги для верхней челюсти в конце лечения;
Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8, Фиг.9, Фиг.10 - фигуры, поясняющие процесс 3D-моделирования искомой кривой деформированной стандартной ортодонтической дуги конце лечения;
Фиг.11, Фиг.12 - 3D-модель верхней челюсти с показанной искомой кривой;
Фиг.13 - 3D-модель челюстей пациента в окклюзионном соотношении с искомыми кривыми в окклюзионном соотношении;
Фиг.14 - 3D-модель челюстей пациента в окклюзионном соотношении со стандартной ортодонтической дугой и размещенными на ней элементами индивидуальной брекет-системы в конце лечения;
Фиг.15 - пример 3D-модели верхней челюстей пациента с размещенными элементами индивидуальной брекет-системы в начале лечения.
Фиг. 16 - пример расположения искомой кривой для случая лечения лингвальными элементами индивидуальной брекет-системы
Фиг. 17 - пример 3D-модели челюсти пациента с размещенными лингвальными элементами индивидуальной брекет-системы.
Предложенный способ ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D-моделирования может быть осуществлен как для окклюзионного соотношения зубов пациента, так и в отдельности для верхней и нижней челюстей.
Ниже приводится подробное описание способа ортодонтического лечения для верхней челюсти. При этом следует уточнить, что пример приведен для вестибулярного расположения ортодонтических элементов брекет-системы. Пример способа ортодонтического лечения для лингвального расположения проиллюстрирован фиг. 16 и фиг. 17. Также приводится описание способа ортодонтического лечения для нижней челюсти в зависимости от окклюзионного соотношения зубов пациента.
В способе, согласно изобретению, используют стандартную ортодонтическую дугу 1, которая находится в еще напряженном состоянии в конце лечения (Фиг. 14). Для определения ее положения и формы помощью 3D-моделирования необходимо иметь 3D-модели челюстей пациента в окклюзионном соотношении. Эти модели челюстей могут быть получены в результате, например, внутриротового сканирования пациента, сканирования гипсовых моделей, отлитых по слепкам челюстей пациента или сканирования слепков зубов пациента.
Исходя из того, что лечение происходит с использованием техники прямой дуги, то предполагается, что в конце лечения дуга лежит в одной плоскости, не имея изгибов. В предложенном изобретении используют стандартные ортодонтические дуги, поэтому форма последней дуги в конце лечения приближена к ее стандартной форме в свободном состоянии.
Лечение производят с помощью элементов индивидуальной брекет-системы 2, представляющих собой ортодонтические несъемные конструкции (брекеты, щечные трубки, щечные замки, ортодонтические кнопки и др.), моделируемые и изготавливаемые индивидуально для каждого конкретного клинического случая.
Для задания положения ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения сначала задают плоскость 3, в которой лежит ортодонтическая дуга 1 для верхней челюсти в конце лечения (Фиг.1). Положение плоскости 3 выбирают на основании текущего положения зубов верхней челюсти и их формы, а также их желаемого положения в конце лечения. При необходимости, в ряде случаев, до этого проводят предварительное перемещение зубов на 3D-модели по интрузии/экструзии для корректного положения центров клинической коронки зубов относительно задаваемой плоскости. Центры клинической коронки всех зубов верхней челюсти должны располагаться примерно на одной линии.
Создают сечение 4 3D-модели верхней челюсти плоскостью 3 (Фиг. 2).
Производят выбор типоразмера стандартных ортодонтических дуг. На основании формы зубного ряда в сечении 4 3D-модели выбирают наиболее подходящий типоразмер стандартных ортодонтических дуг для верхней и, при необходимости, для нижней челюсти, который будут использовать для лечения пациента.
Моделирование формы стандартной ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения происходит в сечении 4 3D-модели в несколько этапов.
На первом этапе (Фиг.2) определяют расположение кривой 5, имеющей форму стандартной ортодонтической дуги в ненапряженном, то есть свободном состоянии относительно зубного ряда, для чего в сечении 4 3D-модели задают сагиттальную плоскость 6, разделяющую челюсть симметрично на левую и правую части. Кривая 5 стандартной ортодонтической дуги располагается относительно нее симметрично.
Следует понимать, что стандартная ортодонтическая дуга, форма которой соответствует кривой 5 и которою задают сначала, не может принимать свою номинальную форму в свободном состоянии в конце лечения из-за ограничений со стороны зубов пациента и других индивидуальных особенностей пациента.
На следующем этапе создают кривую 7, в первом приближении повторяющую форму первой ортодонтической дуги, установленной в элементы брекет-системы в самом начале лечения. Для чего у каждого зуба в сечении 4 3D-модели определяют точку 8, лежащую в центре коронки зуба на оси 9, описывающей вестибулооральное положение зуба (Фиг. 3). Ось 9 проходит через точку 8 центра контура коронки, в конкретном приведенном примере, с вестибулярной стороны, т.е. там, где в дальнейшем будет располагаться центр площадки элемента брекет-системы 2. Ось 9 направлена по нормали к контуру коронки в точке, где она его пересекает.
Затем для зуба вдоль его оси 9 от точки ее пересечения с контуром зуба, в конкретном примере, в вестибулярном направлении откладывают расстояние, соответствующее стандартному отступу дна паза, например, брекета брекет-системы 2 от центра его площадки для данного зуба, и ставят точку 10 (Фиг.4). В конкретном приведенном примере, для вестибулярного расположения брекет-системы 2, для щечных замков и трубок, являющихся элементами брекет-системы 2, это расстояние от внутренней грани отверстия. Эти действия производят для зубов, в области которых ортодонтическая дуга 1 будет свободно деформироваться в процессе лечения. С учетом указанных точек 10 задают кривую 7 (Фиг.5).
Создание кривой 11, форма которой является промежуточной между формой стандартной ортодонтическая дуги, определенной расположением кривой 5, и кривой 7 (Фиг.6).
Чтобы получить контрольные точки 12 кривой 11 сначала строят точки 13 пересечения осей 9 зубов с кривой 5 стандартной ортодонтическая дуги (Фиг.6). Затем строят отрезки, соединяющие полученные точки 13 с соответствующими контрольными точками 10 кривой 7, расположенных на оси одного зуба. В пределах каждого такого отрезка ставится точка 12, являющаяся контрольной для кривой 11. Диапазон расположения точки 12 возможен до 1 мм в обе стороны от середины отрезка, но в его пределах. Затем по полученным контрольным точкам 12 строится сама кривая 11 (Фиг.7).
Кривая 11, по-сути, задает напряжение стандартной ортодонтическая дуги в конце лечения, так как эта дуга будет стремиться занять положение кривой 5 стандартной ортодонтической дуги, то есть будет находиться под нагрузкой в конце лечения, что гарантирует воздействие элементами брекет-системы 2 на исправляемые зубы до окончания лечения.
Создание кривой 14 (Фиг.8-10), являющейся аппроксимированной кривой стандартной дуги в конце лечения, то есть искомой кривой, необходимо для моделирования симметричной относительно сагиттальной плоскости 6 формы стандартной ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения. Для чего через каждую точку 12, по которым задавалась кривая 11, проводят отрезок до линии симметрии, обозначающей сагиттальную плоскость 6. Отрезок проводят перпендикулярно сагиттальной плоскости 6 (Фиг. 8).
Затем для каждой пары симметричных одноименных зубов на линии симметрии, обозначающей сагиттальную плоскость 6, ставят точка 15, равноудаленная от концов построенных для них отрезков (Фиг. 9).
От этой точки 15 симметрично в обе стороны откладывают точки 16 на расстоянии 17, которое находят как среднее арифметическое длин построенных отрезков для данной пары зубов (Фиг. 10). По данным точкам 16 строится аппроксимированная искомая кривая 14.
Искомая кривая 14 и является искомой формой ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения, она задает ее контактную боковую грань (Фиг. 11 и 12).
По смоделированному положению и форме ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения создают ее 3D-модель в соответствующем соотношении с моделями челюстей. В дальнейшем ее используют для задания положения зубов и моделирования элементов брекет-системы.
Аналогичным способом возможно произвести 3D-моделирование для использования стандартной дуги и индивидуальных элементов брекет-системы, имеющих лингвальное расположение. Иллюстрирующие чертежи представлены на фиг. 16 и 17. При этом на фиг. 16 представлены кривая 18 стандартной лингвальной ортодонтической дуги и полученная искомая кривая 19 для случая лечения лингвальными элементами 19 брекет-системы. 3D-моделирование элементов 19 лингвальных брекет-систем производят аналогичным способом, что и вестибулярных элементов.
Полученные по результатам 3D-моделирования искомой кривой 14 на фиг. 11 и 12 (19 на фиг. 16 для лингвального лечения), задающей положение и форму, например, ортодонтической дуги 1 для верхней челюсти в конце лечения, позволяет использовать в конце лечения стандартную ортодонтическую дугу еще напряженную, при этом зубы пациента уже занимают свое проектное положение. Это позволяет с успехом использовать предложенный в изобретении способ ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D-моделирования и использованием стандартных дуг.
При этом необязательно строгое соответствие отступов зубов от дуги, их ангуляции, ротации и инклинации стандартным значениям, так как они скомпенсированы за счет индивидуальной прописи брекет-системы 2 в положении, определяемым искомой кривой 14 (Фиг.14).
Выравнивание зубов нижней челюсти производят с учетом выровненного положения зубов верхней челюсти. При необходимости положение зубов на обеих челюстях корректируют для получения правильного окклюзионного соотношения и желаемой эстетики (Фиг. 13 и 14).
В процессе выравнивания зубов можно использовать виртуальный артикулятор, симулирующий движение нижней челюстей пациента.
Моделирование положения и формы дуги для нижней челюсти в конце лечения производят после моделирования положения зубов, так как в любом случае лечение будут производить стандартным набором дуг, и положение зубов нижней челюсти для них будет соответствовать перемещениям зубов верхней челюсти, выполненным по смоделированному положению и форме на основе стандартной дуги для верхней челюсти. Погрешности будут компенсированы индивидуальной прописью брекет-системы и ограничениями со стороны зубов верхней челюсти.
Для определения положения ортодонтической дуги для нижней челюсти при 3D-моделировании используют методику, аналогичную методике определения искомой кривой 14 для верхней челюсти. При этом задают плоскость, в которой лежит искомая кривая 17 стандартной ортодонтической дуги для нижней челюсти в конце лечения. Ее положение выбирают на основании выровненного положения зубов нижней челюсти. Также учитывают положение зубов верхней челюсти, чтобы установленные на нижнюю челюсть элементы брекет-системы не мешали зубам верхней челюсти. Для этого создают сечение модели нижней челюсти плоскостью, в которой лежит искомая кривая 17 стандартной ортодонтической дуги для нижней челюсти. В этом сечении производят 3D-моделирование формы стандартной ортодонтической дуги для нижней челюсти.
У каждого зуба в сечении задают ось, описывающую вестибулооральное положение зуба. Затем для каждого зуба вдоль его оси от точки ее пересечения с контуром зуба в вестибулярном или лингвальном для лингвальных брекетов направлении откладывают расстояние, соответствующее стандартному отступу дна паза брекета от центра его площадки для данного зуба, и ставят точку. Для щечных трубок и замков это расстояние от внутренней грани отверстия. Затем, по данным точкам задают аппроксимированная кривую. Данная кривая и является искомой кривой, задающей форму стандартной ортодонтической дуги для нижней челюсти в конце лечения. Искомая кривая задает внутреннюю контактную поверхность, стандартной ортодонтической дуги. Таким образом, 3D-моделирование формы стандартной ортодонтической дуги для нижней челюсти, по-сути, аналогично 3D-моделированию формы стандартной ортодонтической дуги для верхней челюсти.
Также при наличии компьютерной томограммы челюстей пациента ее совмещают с 3D-моделями челюстей, что позволяет учитывать положение и размеры корней зубов при выравнивании зубов.
Для 3D-моделирования элементов индивидуальной брекет-системы 2 необходимы данные 3D-модели челюстей пациента в конце лечения в окклюзионном соотношении и 3D-модели ортодонтических дуг в конце лечения. Эти данные получают в соответствии с предложенным в изобретении способом 3D-моделирования.
3D-модели тел элементов брекет-системы 2 создают с учетом положения смоделированных ортодонтических стандартных дуг в конце лечения относительно выровненных зубов (Фиг. 14), при этом контактные боковые грани ортодонтических стандартных дуг находятся на искомых кривых, задающих форму и расположение деформированной стандартной ортодонтической дуги в конце лечения. Таким образом, смоделированные дуги полностью входят в пазы и отверстия элементов брекет-системы 2, а площадки элементов брекет-системы 2 повторяют форму соответствующих зубов. При этом между площадкой и поверхностью зуба задают зазор для равномерного распределения клея для дальнейшей фиксации элементов брекет-системы 2 на зубах пациента.
На полученных 3D-моделях элементов брекет-системы 2 выполняют требуемую маркировку и наносят рельеф на внутреннюю поверхность площадок.
После этого 3D-модели элементов брекет-системы 2 готовы для изготовления.
Так как смоделированные элементы брекет-системы 2 являются индивидуальными, для их изготовления следует использовать аддитивные технологии, такие как 3D-печать металлом, или, например, литье по восковым выжигаемым моделям, также полученным с помощью аддитивных технологий.
Для установки элементов брекет-системы 2, полученных предложенным в изобретении способом, следует использовать метод непрямой фиксации. Он позволяет точно воспроизвести желаемое смоделированное положение элементов брекет-системы 2 относительно соответствующих зубов во рту у пациента, как это показано на фиг. 15 (на фиг. 16 для лингвального лечения). Могут использоваться различные типы и технологии позиционеров для непрямой фиксации: термоформированные трансферные капы, капы с индикационными и направляющими элементами для установки, индивидуальные позиционеры для каждого зуба.
Таким образом задача, решаемая настоящим изобретением, а именно разработка способа ортодонтического лечения методом прямой дуги с применением 3D моделирования, позволяет гарантировать заранее рассчитанное положение зубов пациента по окончании лечения. При этом отсутствие необходимости корректировки расположения элементов брекет-системы в процессе лечения позволяет значительно сократить время достижения гарантированного результата ортодонтического лечения пациента.