Введение к работе
Актуальность темы. Современная ориентация медицинских технологий на количественные методы исследований и объективизацию диагностических критериев привела к разработке целого класса клинических информационно - диагностических систем, основанных на достижениях медицинской визуализации.
Особая роль отводится им в стоматологических исследованиях.
Известно, что определение и регистрация положения нижней челюсти в центральной окклюзии является важным моментом ортопедического лечения патологии твердых тканей зубов и их частичного отсутствия. От результатов этого этапа зависит в наибольшей степени качество будущего протеза и функционирование зубочелюстной системы (ЗЧС).
В настоящее время методы регистрации движений нижней челюсти развиваются и совершенствуются. Особый интерес для клиники ортопедической стоматологии представляет регистрация и оценка комплексных трехмерных движений нижней челюсти при различных функциональных пробах.
Одним го наиболее значимых достижений в автоматизации стоматологических научных исследований явилось применение регистрирующих компьютерных систем, которые позволили существенно сократить время исследования и повысить точность измерений. Однако, большинство из них, как и при использовании традиционных методов, требуют установления в полости рта различных приспособлений, что нарушает физиологичность исследования, и не позволяют измерять параметры движений нижней челюсти в пространстве и во времени одновременно.
Очевидно, что рациональная методика диагностики динамігческих характеристик ЗЧС должна строиться при вьтолнении самых ответственных этапов исследования на естественном жевательном аппарате без какого-либо воздействия извне.
Учитывая недостатки известных методов регастрации движений нижней челюсти, был создан принципиально новый метод диагностики функциональных состояний ЗЧС, основанный на бесконтактной регистрации движений нижней челюсти, с возможностью визуализации результатов исследований, работающий в комплексе с автоматизированной системой обработки изображений.
Таким образом, тематика диссертации, связанная с разработкой моделей и алгоритмов визуализации ф}тощионально-динамических характерисппс нижней челюсти методом бесконтактной компьютерной диагностики, позволяющих объективизировать информацию о функциональных состояниях ЗЧС является актуальной.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии в высшей школе", в соответствии с одним из основных научных направлений программно-целевого исследования Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н.Бурденко «Современные методы и технологии в диагностике, лечении и профилактике заболеваний челюстно-лицевой области» и в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Биокибернетика, компьютеризация в медицине".
Цели и задачи исследования. Целью работы является разработка моделей и алгоритмов визуализации функционально-динамических характеристик нижней челюсти на основе использования бесконтактной компьютерной диагностики.
Для достижения этой цели в работе необходимо поставить и решить следующие задачи:
на основе критического анализа используемых в стоматологических исследованиях методах функциональной диагностики зубочелюстной системы выявить основные направления повышения их эффективности;
построить модель информационно-диагностической системы для исследования функционально-динамических характеристик нижней челюсти бесконтактным методом;
алгоритмизировать процесс регистрации и обработки изображений для восстановления траекторий движения нижней челюсти;
разработать структуру информационной карты пациента, позволяющую хранить результаты различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений);
сформировать структуру автоматизированной обучающей системы, обеспечивающей выбор метода лечения больных при частичной вторичной адснтии, на основе гипермедиа технологий и разработать ее информационное и программное обеспечение;
провести исследование и верификацию предложенных моделей и алгоритмов по результатам клинического эксперимента.
Методы исследования. В работе применялись методы теории управления, математической статистики и математического моделирования, оценки окклюзионных и артикуляционных соотношений зубных радов, компьютерной графики, цифровой обработки изображений и анализа сигналов.
Научная новизна результатов исследования.
Технология бесконтактной диагностики ф>>нкционально-динамических характеристик зубочелюстной системы, обеспечивающая возможность в режиме реального времени восстановления и комплексной визуализации траек-тооий движения нижней челюсти.
Методика определения индекса жевательной эффективности ЗЧС, позволяющая характеризовать динамику процесса жевания и учитывать латеральную асимметрию жевательных движений.
Структура информационной карты пациента, отличающаяся возможностью хранения результатов различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений).
Технология создания автоматизированных информационных лечебно-диагностических и обучающих систем, обеспечивающая возможность формирования логических моделей принятия решений на основе интерпретации таблиц решений и принципов гипермедиа навигации.
Практическая значимость и результаты внедрения.
Внедрение разработанных моделей и алгоритмов позволило: существенно повысить качество и воспроизводимость экспертных выводов; объективизировать процесс сбора диагностических данных; значительно сократить время обработки с последующим их накоплением и анализом.
Медицинская эффективность работы заключается в возможности осуществления рациональной тактики обследования ЗЧС на основе повышения качества диагностического процесса с учетом щшивидуального подхода к пациенту и возможности хронологически отслеживать динамику изменения состояний его ЗЧС, осуществлять верификацию эффективности ортопедического лечения объективным методом.
Применение программного инструментария, основанного на интерпретации таблиц решений, позволяет автоматизировать процедуры создания информационных лечебно-диагностических и обучающих систем, расширить круг разработчиков засчет непрограммирующих пользователей. Автоматизированная система по курсу «Теоретические и клинические основы выбора метода лечения больных при частичной втосичной адентии» позволяет ч? основе использования большого иллюстративного материала и элементов контроля знаний проводить обучение студентов и врачей-интернов.
Автоматизированная система обработки изображений внедрена в Воронежском областном клиническом лечебно-диагностическом центре, на кафедре ортопедической стоматологии Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко. Материалы диссертации используются в учебном процессе межвузовской кафедры "Системного анализа и управления в медицинских и педагогических системах" при обучении студентов специальности 190500 - "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" в курсе "Автоматизация обработки биомедицинской информации", дипломном и курсовом проектировании. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 15 тыс. тблей (в иенах 1999 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: III международной конференции "Новые информационные технологии в медицине и экологии" (Гурзуф, 1997); Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (Рязань, 1997); I международном симпозиуме «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия» (С-Петербург, 1998); III международной научно-техішческой конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии» (Владимир, 1998); III международной научно-технической конференции "Пожилой больной. Качество жизни» (Москва, 1998); IV международной электронной научной конференции "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1999); семинарах межвузовских кафедр «Системного анализа и управления в медицинских и педагогических системах», «Управление в социальной сфере и медицине», а также ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета.
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 186 с, приложений на 6 с, списка литературы из 175 наименований, содержит 61 рисунок, 12 таблиц.