Появление оптических сканирующих устройств, принцип действия которых основан на моно- и стереофотограмметрии, открыло новые возможности в различных областях медицины. Наибольшее распространение эти устройства получили в сфере антропометрических исследований. Модели, получаемые со сканеров, могут быть интегрированы в любой трехмерный графический редактор, предназначенный для этих целей. Результатом сканирования является виртуальная трехмерная реалистичная модель сканируемого объекта, на которой проводятся угловые и линейные измерения с помощью специальных программных инструментов. Однако не только удобство и оперативность выполнения этих манипуляций делают трехмерные фотографии более выгодными, чем двухмерные. Возможность более полно проанализировать геометрию объекта с учетом его несимметричности, неинвазивность метода, обусловленная отсутствием рентгеновского облучения или лазерного воздействия, отсутствие сдавливания или смещения мягких тканей при использовании ручных измерительных приспособлений, а также быстрота процесса сканирования (1—2 с) являются неоспоримыми преимуществами. Еще одна важная особенность этого метода заключается в трехмерной визуализации изменений, происходящих с одним и тем же объектом исследования в разные моменты; достигается она благодаря операции совмещения, реализуемой на базе программ для трехмерного редактирования моделей, получаемых со сканеров.

Морфометрический анализ лица на виртуальных трехмерных моделях успешно применяется в пластической хирургии для сопоставления результатов операции с исходными данными [9], в ортогнатической хирургии и ортодонтии для планирования изменений контура мягких тканей после перемещения зубов и оперативного вмешательства [8], а также для определения корреляции между фенотипом и генотипом людей, страдающих генетически обусловленными психическими заболеваниями [3, 6, 7], для антропометрического анализа лица у представителей отдельных этнических групп [5].

В рамках разработки компьютерного моделирования зубных рядов полных съемных протезов мы использовали систему трехмерной визуализации лица и зубных рядов, в которой ключевыми объектами явились виртуальная модель лица пациента (полученная с помощью лицевого оптического сканера) и виртуальные модели беззубых челюстей, полученные путем сканирования прикусных шаблонов на жестком базисе с оттисками протезного ложа, зафиксированных в центральном соотношении. Позиционирование моделей лица и беззубых челюстей производилось через реперный объект, укрепленный на прикусном шаблоне верхней челюсти, благодаря чему модель лица и модели беззубых челюстей располагались корректно относительно друг друга. Вестибулярная поверхность прикусного шаблона верхней челюсти была основным ориентиром для виртуальной постановки зубов фронтальной группы [1].

При традиционном методе изготовления полного съемного протеза на этапе определения центрального соотношения врач моделирует вестибулярную поверхность прикусного шаблона на верхнюю челюсть так, чтобы шаблон поддерживал мягкие ткани верхней губы, как если бы зубы были уже установлены по контуру в соответствии с эстетическими пожеланиями пациента. Для дублирования контуров вестибулярной поверхности шаблона от клыка до клыка может быть использован силиконовый индекс, направляющий постановку передних зубов [4]. В повседневной клинической практике при наличии зубов-антагонистов на нижней челюсти зубной техник часто ориентируется на отпечатки их режущих краев. Однако такой способ позволяет расположить в соответствии с прикусным шаблоном только режущие края, а вестибулярная поверхность может быть в большей или меньшей степени отклонена орально и, следовательно, поддерживать мягкие ткани иначе, чем прикусной шаблон.

Целями настоящей работы были: 1) применить новый метод трехмерного анализа контура мягких тканей нижней трети лица у пациентов с полной потерей зубов; 2) установить степень перемещения мягких тканей нижней трети лица на этапах ортопедического лечения; 3) выявить наличие или отсутствие различий контура мягких тканей нижней трети лица на этапах ортопедического лечения; 4) определить пригодность вестибулярной поверхности прикусного шаблона в качестве основного ориентира при компьютерном моделировании зубных рядов.

В исследование были включены 10 пациентов в возрасте от 52 до 62 лет с полной потерей зубов на верхней челюсти. Все пациенты были ознакомлены с целью и методикой проведения исследования, техническими характеристиками используемого оборудования. У всех пациентов получено информированное согласие на участие в исследовании.

Для получения трехмерных снимков использовали оптический сканер Face Scan III («Breuckmann», Германия). Работа сканера основана на стереофотограмметрии со структурированной подсветкой, источник света — галогеновая лампа мощностью 100 Вт, точность сканирования — 200 мкм (как заявлено фирмой-производителем), время сканирования — 1—2 с.

Для работы с виртуальными моделями лица использовали трехмерный графический редактор Rapid Form 2006 («INUS Technology», Южная Корея), имеющий инструменты для обработки изображений, получаемых со сканера. Файлы *wrl, содержащие информацию о трехмерной конфигурации отсканированного объекта в виде облака точек, экспортировались в программу, где трансформировались в полигональные модели с помощью метода триангуляции.

Во время сеанса сканирования пациент располагался неподвижно на расстоянии 1 м от камеры сканера. Пациента просили держать голову в положении естественного физиологического покоя с сомкнутыми, расслабленными губами.

Было получено по 3 трехмерных снимка лица для каждого участника: 1) в состоянии физиологического покоя (модель М1); 2) в положении челюстей в центральном соотношении с прикусным восковым шаблоном на верхнюю челюсть (модель М2); 3) в положении зубных рядов в центральной окклюзии с готовым протезом (модель М3).

Для определения высоты прикуса и центрального соотношения использовали восковые прикусные шаблоны, вестибулярный контур которых был скорректирован врачом на этапе определения центрального соотношения для создания необходимой поддержки мягких тканей верхней губы. Полученный контур был оценен врачом и пациентом как удовлетворительный. При постановке фронтальных зубов верхней челюсти во всех исследуемых случаях зубной техник ориентировался на отпечатки зубов-антагонистов на окклюзионной поверхности прикусного шаблона и смоделированный врачом контур вестибулярной поверхности, силиконовый ключ не использовался. Постановку зубов во всех случаях осуществляли в окклюдаторе по М.Е. Васильеву.

Все изображения получали, следуя одному протоколу, но расположение объектов относительно камеры сканера не было абсолютно одинаковым, поэтому модели лица в системе координат располагались по-разному. Для каждого объекта выбирали любую из 3 моделей лица и выравнивали ее пространственное положение относительно 3 плоскостей — ОХ (горизонтальная), ОY (вертикальная), OZ (сагиттальная). Плоскости были перпендикулярны друг другу и пересекались в точке пространства с координатами 0.0.0. Модель лица располагали так, чтобы плоскость ОХ проходила через зрачки глаз, сагиттальная плоскость — через срединную линию лица, вертикальная плоскость — через спинку носа (рис. 1).

Степень и направление перемещения мягких тканей из положения физиологического покоя в положение центральной окклюзии при наложении протеза или прикусного шаблона оценивали с помощью координат антропометрических точек, расположенных в зонах наибольших изменений мягких тканей нижней трети лица и наиболее четко маркируемых на трехмерных моделях:

— sn (subnasale) — самая глубоколежащая и срединная точка носогубного контура, расположенная между верхней губой и носовой перегородкой (columella);

— Is (labiale superius) — срединная точка на границе красной каймы и кожи верхней губы, наиболее выступающая вперед точка контура красной каймы верхней губы;

— sto (stomion) — срединная точка на линии смыкания губ;

— li (labiale inferius) — срединная точка на границе красной каймы и кожи нижней губы, наиболее выступающая вперед точка контура красной каймы нижней губы;

— sl (sublabiale) — самая глубоколежащая срединная точка на границе между нижней губой и подбородком;

— pg (pogonion) — самая передняя срединная точка мягких тканей подбородка — рис. 2 [10].

При маркировке точек придерживались следующего алгоритма:

1. На каждой модели отмечали выбранные антропометрические точки (рис. 3).

2. Точность маркировки проверяли на профильном изображении лица: точка должна одинаково визуализироваться справа и слева при выравнивании сагиттальной плоскости параллельно экрану, а фронтальной плоскости — перпендикулярно сагиттальной.

3. Координаты (х, у, z) для каждой точки на каждой модели заносили в таблицу данных.

4. Находили абсолютную разность координат для каждой точки путем вычитания координат точек на модели в положении физиологического покоя (Ml) из координат точек моделей с протезом (М2) и с валиком (M3): Diff. Х_М2—M1=X_m2—X_m1, Diff Y_M2—M1=Y_m2—Y_m1, Diff Z_M2—M1=Z_m2—Z_m1; Diff. X_M3—M2=X_m3—X_m1; Diff Y_M3—M1=Y_m3—Y_m1, Diff Z_M3—M1=Z_m3—Z_m1. Вычисляли среднее и среднеквадратичное отклонения для абсолютной разности X, Y, Z_M2–M1, X, Y, Z_М3—M1.

Для статистического анализа использовали элементы описательной статистики — среднее и среднеквадратичное отклонения (при условии нормального распределения использован тест Колмогорова—Смирнова), для оценки различий 2 групп применяли критерий достоверности Стьюдента; различия считали достоверными при р<0,05.

Результаты сравнительного анализа пространственного расположения каждой антропометрической точки при перемещении мягких тканей нижней трети лица из положения физиологического покоя в положение центрального соотношения при наложении прикусного шаблона и протеза представлены в таблице.

Средние значения перемещения мягких тканей из положения покоя при наложении протеза отличаются от средних значений при наложении прикусного шаблона, однако различие не является статистически значимым (р>0,05) для каждой антропометрической точки.

Перемещение мягких тканей по вертикали (координата Y) больше выражено, чем перемещение в сагиттальном и горизонтальном направлениях, во всех антропометрических точках при наложении как прикусного шаблона, так и готового протеза. В точках sn, sto, Is разность координат (перемещение мягких тканей) больше по оси OZ, чем по оси ОХ, а в точках li, sl, pg разность координат по оси ОХ и оси OZ практически одинакова. Наибольшее перемещение мягких тканей в вертикальном направлении отмечено в точках pg(y), li(y), sl(y), в сагиттальном направлении — в точке ls(z) верхней губы и sto (z) — рис. 4.

Следовательно, во всех антропометрических точках происходит выраженное перемещение мягких тканей по вертикали вверх. В сагиттальной плоскости перемещение мягких тканей вперед больше выражено в точках зоны верхней губы (sn, si, sto), чем нижней (li), подбородочной складки (sl), подбородка (pg). Очевидно, что причиной перемещения мягких тканей верхней губы в сагиттальной плоскости является создание поддержки мягких тканей прикусным шаблоном или протезом, в то время как изменения контура мягких тканей нижней губы и подбородка в вертикальной плоскости могут быть обусловлены изменением межальвеолярной высоты.

Отсутствие статистически значимой разницы изменений контура мягких тканей при наложении протеза и прикусного шаблона свидетельствует о воспроизводимости смоделированного с помощью прикусного валика положения мягких тканей. Таким образом, вестибулярная поверхность прикусного шаблона может служить ориентиром при компьютерном моделировании зубных рядов. В то же время даже незначительное отклонение положения фронтальных зубов от смоделированного врачом контура вестибулярной поверхности прикусного шаблона приводит к возникновению разницы контура мягких тканей на этапах ортопедического лечения. Это обстоятельство диктует необходимость использования специальных приспособлений (например, силиконового ключа для более точного воспроизведения контура мягких тканей при традиционном способе изготовления протезов. В случае компьютерного моделирования необходимость в них отпадает, так как искусственные зубы могут быть установлены так, что положение их вестибулярной поверхности будет строго соответствовать контуру прикусного шаблона (рис. 5).

Врачу следует тщательно моделировать положение мягких тканей с помощью прикусного шаблона, а оператору (врачу, зубному технику) — точно проводить постановку зубов для будущего протеза.

Метод антропометрического анализа на трехмерных моделях, полученных с помощью стереофотограмметрии, позволил объективно оценить перемещение мягких тканей. Однако данное исследование было ограничено анализом только в наиболее четко маркируемых антропометрических точках. В то же время контуры таких анатомических образований, как углы рта, носогубные складки, щеки, подвержены изменениям на этапах ортопедического лечения, но антропометрические точки в этих областях не всегда однозначно различимы на трехмерных моделях.

Процесс маркировки исследуемой точки на трехмерной модели может быть разделен на 2 этапа: выделение зоны интереса и определение локализации искомой точки в этой зоне. F. Calignano, Е. Vezzetti (2010) предложили метод, основанный на вычислении индекса кривизны для каждого типа поверхности выделенного фрагмента модели. По мнению авторов, их метод может служить отправной точкой для создания автоматизированных способов маркировки, что будет способствовать более широкому применению антропометрического анализа в научной и практической медицине. Отсутствие в настоящее время стандартизированной процедуры маркировки — одна из причин ограниченного применения виртуальных трехмерных моделей для анализа их морфологии [2].

В проведенном исследовании был успешно применен метод стереофотограмметрии и антропометрического анализа трансформации контура мягких тканей нижней трети лица на разных этапах ортопедического лечения при полной потере зубов на верхней челюсти. Получены объективные численные значения степени и направления перемещения мягких тканей из положения физиологического покоя в положение центрального соотношения при наложении прикусного шаблона и протеза. Сравнение средних значений для каждой антропометрической точки не выявило статистически значимой разницы, что свидетельствует о пригодности вестибулярной поверхности прикусного шаблона в качестве ориентира для компьютерного моделирования искусственных зубных рядов. Дальнейшие исследования должны быть направлены на внедрение в ортопедическую стоматологию трехмерного анализа как важного диагностического инструмента, так как функциональной целостности орофациального комплекса при полной утрате зубов необходим не только правильный выбор окклюзионной концепции, но и гармоничное восстановление лицевых признаков. С этой целью следует привлекать специалистов в сфере компьютерных технологий для создания специализированных программных продуктов с понятными интерфейсами, удобными для любого практикующего врача.