Введение

Вопросы диагностики, планирования и лечения пациентов со скелетными формами зубочелюстных аномалий (СФЗЧА) имеют важное медицинское и социальное значение по причине высокой распространенности таких форм зубочелюстных аномалий среди населения, значительных морфофункциональных нарушений в зубочелюстной системе со стороны пародонта, жевательных мышц, височно-нижнечелюстного сустава, снижающих качество жизни, а также все возрастающего распространения комплексного ортодонто-хирургического лечения (далее — комплексное лечение) таких групп пациентов [1, 2].

Комплексное лечение пациентов с СФЗЧА состоит из нескольких этапов: ортодонтическая подготовка, проведение ортогнатической операции, ортодонтическое завершающее лечение, ретенционный период. Непременным условием возможности достижения оптимального результата лечения пациента с любой аномалией и деформацией является исчерпывающее планирование последовательности и объема отдельных звеньев комплекса намеченных вмешательств до начала их осуществления. Внедрение цифровых технологий в стоматологическую практику и челюстно-лицевую хирургию позволяют обеспечить врачей современными инструментами для выполнения планирования всех этапов комплексной реабилитации пациентов со скелетными формами зубочелюстных аномалий.

Анализ специальной литературы показывает, что выбор плана лечения пациентов с зубочелюстными деформациями является определяющим этапом медицинской реабилитации и должен базироваться на принципах междисциплинарного подхода [3—5]. Планирование лечения пациентов с зубочелюстными аномалиями требует комплексного подхода с составлением плана лечения на каждом этапе. При использовании методов ортогнатической хирургии необходимо предварительное ортодонтическое лечение. При этом нормализация положения отдельных зубов с учетом послеоперационного положения челюстей делает возможным достижение множественных фиссурно-бугорковых контактов между зубными рядами. Роль окклюзионных нарушений в возникновении осложнений после ортодонто-хирургического лечения определена однозначно.

Использование таких современных методов диагностики, как конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ), внутриротовое сканирование зубных рядов, программы для трехмерного компьютерного моделирования позволяют получать достоверную и точную информацию о строении черепа и мягких тканях лица. Полученные сведения дают возможность челюстно-лицевому хирургу провести предоперационное планирование.

Комбинация тщательного клинического обследования пациента и трехмерного анализа черепа имеет беспрецедентный потенциал в планировании и прогнозировании результатов лечения. Указанные обстоятельства делают актуальной проблему комплексной диагностики, планирования, ортодонтической подготовки к проведению ортогнатической операции, и оценки результатов комбинированного лечения пациентов со СФЗЧА [6].

Предоперационное ортодонтическое лечение играет важную роль в профилактике рецидива зубочелюстной аномалии. Использование компьютерных программ является «золотым стандартом» при планировании результатов комплексного лечения пациентов с зубочелюстными аномалиями. Совершенствование хирургических и ортодонтических методов лечения на основе виртуального трехмерного планирования позволит улучшить результаты комбинированного лечения пациентов со СФЗЧА. Вопросы ортодонтической подготовки к проведению ортогнатических операций: моделирование результата ортодонтической подготовки до начала лечения, разработка методов контроля ортодонтической подготовки, оценка эффективности ортодонтической подготовки — остаются нерешенными.

Цель исследования: разработка и демонстрация на клиническом примере нового метода планирования ортодонто-хирургического лечения пациента с применением цифровых 3D-технологий.

Материал и методы

Представлен клинический пример планирования ортодонто-хирургического лечения пациента со скелетной формой дистальной окклюзии с использованием разработанного метода.

Разработанный нами метод включает клинический стоматологический осмотр пациента, выяснение жалоб, сбор анамнеза. На основании данных осмотра осуществляют постановку предварительного диагноза, после чего проводят дополнительные методы обследования, необходимые для постановки основного диагноза:

1) антропометрию зубов, зубных рядов, апикальных базисов челюстей на цифровых моделях зубных рядов на гипсовых или цифровых моделях челюстей;

2) КЛКТ черепа размером 17×23 на оборудовании KaVo OP 3D Vision с изготовлением мультипланарных 2D-реформаций (ортопантомограмма — ОПТГ, телерентгенограмма — ТРГ) с последующим цефалометрическим анализом ТРГ головы в программе InVivo Anatomage для изучения строения лицевого скелета, размеров, взаиморасположения челюстей относительного друг друга и относительного переднего отдела основания черепа, определения характера роста лицевого отдела черепа, расположения зубов в челюстях и их взаимоотношения с ними и друг с другом.

На основе полученных данных ставят основной диагноз и согласно разработанному алгоритму объединяют полученные цифровые данные для построения цифровой имитационной 3D-модели зубочелюстной системы пациента, которая будет служить основой для выполнения виртуальной симуляции комплексного лечения.

Клинический случай. Пациент И., 30 лет, обратился в отделение ортодонтии ФГБУ НМИЦ «ЦНИИС и ЧЛХ» МЗ РФ с жалобами на нарушение эстетики улыбки, заднее положение подбородка, неправильное положение зубов (рис. 1). Из анамнеза определено, что ортодонтическое лечение ранее не проводилось.

Рис. 1. Фотографии пациента.

а — анфас; б — улыбка; в — в профиль.

При внешнем осмотре: конфигурация лица не изменена, открывание рта свободное, в полном объеме (до 45 мм). Ретрогения. При клинической оценке зубов, зубных рядов, окклюзионных взаимоотношений установлено: дистальная окклюзия. Сагиттальная резцовая дизокклюзия (величина сагиттальной щели 9 мм). Глубокая резцовая дизокклюзия. Левосторонняя лингвоокклюзия. Инфраположение зубов 2.3, 2.4, 2.5. Язычный наклон зуба 4.5. Выраженная окклюзионная кривая Шпее (рис. 2). Пациенту выполнили клиническое фотографирование, внутриротовое сканирование зубных рядов с получением файлов в формате stl и последующей антропометрией зубных рядов, рентгенологическое исследование в объеме КЛКТ черепа.

Рис. 2. Внутриротовые фотографии пациента.

а — окклюзия зубных рядов в боковом отделе справа; б — окклюзия зубных рядов во фронтальном отделе; в — окклюзия зубных рядов в боковом отделе слева.

Затем из КТ получены 2D-мультипланарные реформации — ОПТГ, ТРГ в боковой проекции с проведением дву- и трехмерного цефалометрического анализа. Цефалометрический анализ ТРГ головы в боковой проекции показал верхнюю прогнатию, нижнюю ретрогнатию (∠SNA=85°, ∠SNB=76°), протрузию нижних резцов, ретрузию верхних резцов (угол L1/ML1=105°, <U1/NL=97°), нейтральный характер роста лицевого черепа (sum.Bjork=396°) (рис. 3, а) [7, 8]. На основании проведенных основных и дополнительных исследований пациенту поставлен основной диагноз: сочетанная деформация челюстей. Скелетная форма дистальной окклюзии, обусловленная верхней прогнатией, нижней ретрогнатией. Сагиттальная резцовая дизокклюзия. Глубокая резцовая дизокклюзия. Левосторонняя лингвоокклюзия. Ретрузия резцов верхней челюсти, протрузия резцов нижней челюсти.

Рис. 3. Трассированная телерентгенограмма (ТРГ) головы в боковой проекции.

а — до лечения; б — 2D-планирование хирургического вмешательства на ТРГ головы в боковой проекции выполнена двухчелюстная ортогнатическая операция в объеме: ЛеФор I, BSSO, гениопластика.

На основании жалоб пациента, данных клинического осмотра и результатов дополнительного обследования пациенту было предложено комплексное ортодонто-хирургическое лечение, включавшее ортодонтическое лечение и ортогнатическую операцию [9]. Для реализации плана комплексного лечения челюстно-лицевой хирург на начальном этапе в программном обеспечении (ПО) выполнил виртуальную ортогнатическую операцию в 2D-формате с учетом эстетики профиля лица, нормальных значений межапикального угла (<ANB) и инклинации резцов (рис. 3, б; см. таблицу). Для выполнения виртуального хирургического вмешательства в 3D-формате челюстно-лицевой хирург в ПО Dolphin imaging software («Dolphin Imaging and Management Solutions», США) выполнил сшивку файлов зубных рядов в формате stl с файлами КТ, создал модель контуров мягких тканей и выполнил ориентацию полученного исследования согласно фотографиям и данным клинического осмотра [10—12]. Таким образом, из компьютерной томограмы была создана комплексная цифровая модель зубочелюстного комплекса со склеенными моделями зубных рядов и контурами мягких тканей (рис. 4, а).

Протокол выполненных перемещений челюстей и зубов в вертикальном и сагиттальном направлениях

Рис. 4. Цифровая имитационная 3D-модель зубочелюстного комплекса, включающая конусно-лучевую компьютерную томографию челюстей, контуры мягких тканей, сканы зубов.

а — до планирования; б — после проведения виртуальной ортогнатической операции.

По результатам 3D-цефалометрического анализа проведена симуляция хирургического лечения на комплексной цифровой 3D-модели зубочелюстного комплекса — перемещение базисов челюстей в гармоничное положение (определенное на предыдущем этапе при двумерном планировании). Затем выполнены ориентация и перемещение базисов челюстей в трансверсальном направлении — совмещение центров челюстей с центром лица и выравнивание окклюзионной плоскости. На последнем этапе проведено выравнивание в аксиальной проекции контура нижней челюсти и положения верхней челюсти. Результатом перечисленных манипуляций явилось создание цифровой имитационной 3D-модели зубочелюстного комплекса, состоящей из перемещенных в правильное положение челюстей, зубов, костей лицевого скелета, контуров мягких тканей лица (рис. 4, б). Полученная цифровая имитационная модель была экспортирована в формате stl врачу-ортодонту для выполнения виртуального ортодонтического лечения (рис. 5) [13—15]. Для подготовки к виртуальному ортодонтическому лечению выполняли сегментацию (выделение) костной ткани и корней зубов из исходной КЛКТ черепа в формате dicom в ПО (рис. 6), получили 4 файла в формате stl: костная ткань верхней челюсти, костная ткань нижней челюсти, зубы верхней челюсти, зубы нижней челюсти и загружали программу-моделировщик (рис. 7). В программе-моделировщике на сканах зубов выделяли коронковые части для нумерации и обозначения границ каждого перемещаемого зуба. Для каждого зуба была расставлена индивидуальная виртуальная ось, которая должна начинаться от середины режущего края (у резцов) и от середины фиссуры (у премоляров и моляров) и проходить через верхушку корня (у однокорневых зубов) и фуркацию (у многокорневых) (рис. 8). На этом этапе выполняли совмещение данных из КЛКТ и моделей зубов по точкам (рис. 9). После выполненной подготовки врач-ортодонт на основе цефалометрических параметров (нормальных углов наклонов резцов) при перемещенных базисах челюстей выполнял перемещение зубов для достижения оптимальных межокклюзионных взаимоотношений с учетом объема костной ткани и положения корней зубов (рис. 10). После виртуального ортодонтического лечения оценивали положение зубов до и после выполненных перемещений (рис. 11). По итогу выполненных перемещений программа создавала отчет об объеме движений зубов по шести степенями свободы (рис. 12). Полученная цифровая имитационная модель после виртуального ортодонтического лечения — set up являлась основой и ориентиром для проведения ортодонтического лечения пациента перед ортогнатической операцией, с применением брекет-системы на оба зубных ряда (рис. 13).

Рис. 5. Цифровые модели челюстей в ортогнатическом соотношении после виртуальной ортогнатической операции.

а — окклюзия в боковом отделе справа; б — окклюзия в боковом отделе слева.

Рис. 6. Интерфейс программы для моделирования ортодонтического лечения (виртуальный set up): сегментация костной ткани челюстей и корней зубов (начальный этап).

Рис. 7. Комплексная цифровая модель, подготовленная для загрузки в программу для виртуальной симуляции ортодонтического лечения, содержащая костную ткань верхней челюсти, костную ткань нижней челюсти, зубы верхней челюсти, зубы нижней челюсти.

Рис. 8. Скриншот с экрана программы для моделирования ортодонтического лечения: для каждого зуба расставляют индивидуальную виртуальную ось, которая строится из середины режущего края (у резцов) и из середины фиссуры (у премоляров и моляров) и проходит через верхушку корня (у однокорневых зубов) и фуркацию (у многокорневых).

Рис. 9. Сопоставление данных конусно-лучевой компьютерной томографии и моделей зубов по референтным точкам.

Рис. 10. Этап планирования перемещений зубов: Set up проводится с учетом анатомических особенностей костной ткани и положения корней.

Рис. 11. Совмещение цифровых моделей до и после виртуального ортодонтического лечения для оценки объема выполненных перемещений.

Рис. 12. Отчет о выполненных перемещениях зубов в результате виртуального ортодонтического лечения в трехмерном пространстве по шести степеням свободы.

Рис. 13. Цифровая модель, демонстрирующая результат виртуального ортодонтического лечения при ортогнатическом взаимоотношении челюстей.

а — окклюзия зубных рядов в боковом отделе справа; б — окклюзия зубных рядов во фронтальном отделе; в — окклюзия зубных рядов в боковом отделе слева.

Заключение

Разработан и предложен новый метод планирования комплексного стоматологического и хирургического лечения пациентов, основанный на создании цифровой имитационной модели зубочелюстного комплекса и предполагающий визуализацию результата лечения до его начала.

Совмещение цифровых данных пациента и работа с ними в компьютерных программах позволяют определить необходимый объем и биомеханические нюансы перемещения зубов, осуществлять контроль за динамикой ортодонтического лечения.

Цифровая имитационная модель является подвижной системой и может наполняться любым количеством дополнительных элементов и использовать принципы математического моделирования для разработки систем, позволяющих оценить нагрузки, возникающие во время функции в зубочелюстной системе, интеграцию модулей по биомеханическому анализу, обработке компьютерных томограмм и вводу внешних нагрузок в единые программные комплексы по индивидуальному биомеханическому анализу зубочелюстной системы для обоснования выбора того или иного варианта лечения.

Таким образом, результатом, достигаемым при реализации предлагаемого метода, являются создание и применение цифровой имитационной 3D-модели зубочелюстного комплекса при комплексной реабилитации пациентов со скелетными формами зубочелюстных аномалий, что будет способствовать повышению эффективности диагностики, прогнозируемости результатов лечения и междисциплинарного взаимодействия стоматологов и челюстно-лицевых хирургов.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.