Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Биомеханика в стоматологии (обзор литературы) 11
1.1. Классическая биомеханика в медицине 11
1.2. Биомеханика мостовидных протезов 12
1.3. Современные возможности биомеханического анализа и его роль в стоматологии 16
1.4. Современные возможности компьютерного моделирования в стоматологии 18
1.5. Теоретическое обоснование выбора конструкции зубного протеза 22
Глава 2. Материал и методы исследования 25
2.1. Предварительный анализ биомеханики опорного (одиночного) зуба 25
2.2. Материал клинического исследования 32
2.3. Основные принципы и методы обследования пациентов 34
2.4. Компьютерный анализ методом конечных элементов 36
Глава 3. Результаты теоретических исследований 38
3.1. Теоретическое обоснование параметров конструкции мостовидного протеза с двухсторонней опорой в боком отделе зубного ряда 38
3.2. Экспериментальное исследование геометрических параметров мостовидного протеза 42
3.3. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента в норме с использованием плоской модели 48
3.4. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента с использованием плоской модели при изменениях в тканях пародонта 57
3.5. Особенности биомеханики мостовидных протезов 61
3.5.1. Анализ напряженно - деформированного состояния зубочелюстной системы в зоне включенного дефекта до и после установки мостовидного протеза 66
3.5.2. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента в зоне опорных зубов при наличии дефекта из двух зубов 75
3.5.3. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента после установки мостовидного протеза на двух опорных зубах в зависимости от степени резорбции костной ткани альвеолы 79
3.5.4. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента после установки мостовидного протеза на четырех опорных зубах в зависимости от степени резорбции костной ткани альвеолы 82
Глава 4. Обоснование конструкции мостовидного протеза с двусторонней опорой в боковом отделе зубного ряда методом конечных элементов 85
4.1. Прием протезирования больных с частичной потерей зубов мостовидными протезами с двусторонней опорой 85
4.2. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента после установки мостовидного протеза на двух опорных зубах 93
4.3. Ближайшие результаты протезирования больных мостовидными протезами с двусторонней опорой в боковом отделе зубного ряда 96
4.4. Отдаленные результаты протезирования больных мостовидными протезами с двусторонней опорой в боковом отделе зубного ряда 98
4.5. Анализ ошибок при протезировании больных мостовидными протезами с промежуточной опорой в боковом отделе зубного ряда 103
4.6. Анализ напряженно-деформированного состояния зубного ряда в норме методом конечно-элементного анализа 104
4.7. Анализ напряженно-деформированного состояния при включённом дефекте зубного ряда, ограниченном одним зубом методом конечно-элементного анализа 110
4.8. Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента при включённом дефекте зубного ряда, ограниченном одним зубом, после установки мостовидного протеза методом конечно-элементного анализа 113
Глава 5. Заключение 119
Выводы 125
Практические рекомендации 127
Список литературы 128
- Современные возможности компьютерного моделирования в стоматологии
- Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента в норме с использованием плоской модели
- Прием протезирования больных с частичной потерей зубов мостовидными протезами с двусторонней опорой
- Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента при включённом дефекте зубного ряда, ограниченном одним зубом, после установки мостовидного протеза методом конечно-элементного анализа
Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из актуальных проблем в современной стоматологии является восстановление функциональной и эстетической целостности зубочелюстной системы (Копейкин В.Н., 1993; Трезубов В.Н.,2002; Брагин Е.А., 2003). Для этой цели в настоящее время широко применяется замещение дефекта зубного ряда при помощи мостовидного протеза. Этот вид протезирования, является функционально надёжным и отвечающий целям косметической стоматологии (Аболмасов Н.Г. и соавт., 1995; Жу^-лев Е.Н., 1998; Заболоцкий Я.В., 2003).
Основные принципы конструирования несъемных ортопедических конструкций сформулированы в ряде положений касающихся решения данной проблемы (Щербаков А.С. и соавт., 1997; Строганов Г.Н. и соавт., 2003), хотя в каждой клинической ситуации существует определённая доля эмпирического принципа проектирования зубного протеза. Медико-биологические подходы к выбору опор мостовидного протеза порой находятся в некотором противоречии друг к другу. С одной стороны, необходимо исключить травму пульпы и маргинального пародонта, с другой стороны, сошлифовывать значительный объем твердых тканей зуба для обеспечения ретенции, формы, эстетических качеств и надёжности готовой конструкции. Большое значение при протезировании приобретает оптимальное взаимодействие между краем коронки и десной, необходимая ретенционная высота, способность пародонта опорных зубов нести дополнительную функциональную нагрузку.
С появлением новых высокоточных методов исследования, таких как компьютерная томография и магнитно-резонансная томография (Рабухина Н.А., Чупрынин Н.М., 1991), была существенно улучшена степень визуализации структур объектов медицинского исследования, и в частности корней опорных зубов, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в основном зарубежных авторов. В литературе имеются публикации, посвященные проектированию конструкции культевой штифтовой вкладки с учетом индивидуальных параметров восстанавливаемых зубов (Рубникович СП., и соавт., 2003), однако мы не встретили сведений об индивидуализации выбора конструкции мостовидного протеза с учетом пространственной ориентации корней опорных зубов. Один из способов рационализации выбора конструкции несъемного зубного протеза является математическое моделирование методом конечных элементов (Чуйко А.Н. и соавт., 2005; Limbert G., 2007), с применением компьютерной томографии для получения индивидуальных параметров корней опорных зубов и их пространственного расположения. Работы авторов последних лет указывают на необходимость комплексного подхода к исследованиям индивидуализации выбора конструкции мостовидного протеза (Ряховский А.Н. и соавт., 2000), используя в арсенале средств, как обычные рентгенологические исследования, так и высокоточные технологии с использованием ЭВМ.
Цель исследования. Разработать комплекс мероприятий, направлен-
ных на оптимальный выбор конструкции мостовидного протеза с учётом пространственного расположения корней по данным компьютерной томографии, используя метод конечных элементов для конкретного пациента. Задачи исследования:
Провести анализ напряженно-деформированного состояния зубоче-люстного сегмента в норме с использованием плоской модели.
Провести анализ напряженно-деформированного состояния зубоче-люстного сегмента с использованием плоской модели при изменениях в тканях пародонта (наличии вертикальной и горизонтальной резорбции альвеолярного отростка).
Дать клинико-математическое обоснование применению несъемных мостовидных протезов и их конструкционных особенностей в зависимости от конкретных клинических условий на основе метода конечных элементов.
Обосновать возможность применения несъемных мостовидных протезов при интактном пародонте и пародонтите легкой и средней степени тяжести, с учетом пространственного расположения корней опорных зубов и применения метода конечных элементов.
Установить основные закономерности распределения жевательной нагрузки в системе «протез - опорный элемент» в зависимости от характера опоры, по данным компьютерной томографии с применением метода конечных элементов.
Изучить ближайшие и отдаленные результаты пользования несъемными мостовидными протезами изготовленных с применением метода конечных элементов.
Научная новизна работы. Впервые проведён анализ существующих методик выбора конструкций зубных протезов, учитывая пространственное расположение корней опорных зубов с учетом данных компьютерной томографии МКЭ. Разработана и внедрена в стоматологическую практику методика альтернативного метода выбора конструкций зубных протезов на основании современных технологий при помощи компьютерного фантома.
Проведен сравнительный анализ различных конструкций мостовидных протезов с учетом МКЭ, в зависимости от площади корней опорных зубов; спрогнозирован срок службы мостовидных протезов. Выявлены особенности формирования промежуточной части мостовидных протезов в зависимости от степени атрофии костной ткани.
Практическая значимость работы. Применение метода математического моделирования биомеханической системы «протез - опорный элемент» позволяет определить предельно допустимые параметры несъемных мостовидных протезов, учитывая пространственное расположение корней опорных зубов и данных компьютерной томографии методом конечных элементов. Предложенные расчетные схемы дают возможность произвести предварительное планирование конструкции протеза, что положительно отражается на окончательном этапе лечения.
Разработанная методика теоретического расчета позволила обосновать возможность применения метода математического моделирования для прогнозирования поведения опорных зубов с учетом параметров пространственной ориентации корней, полученных с помощью компьютерной томограммы методом конечных элементов. Этим обеспечивается дифференцированность подхода при выборе методики лечения. Определены показания использования несъемных мостовидных протезов в зависимости от состояния пародонта опорных зубов, пространственного расположения корней опорных зубов, топографии дефекта зубного ряда.
Личный вклад автора в исследование. Самостоятельно провел подробный анализ современной литературы, курировал больных в течение всего времени наблюдения, участвовал в проведении математического анализа. Результаты исследований зафиксированы в индивидуальных картах больных. Статистическую обработку и анализ полученных данных выполнил самостоятельно.
Внедрение результатов исследования. Теоретические положения и практические рекомендации диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедры ортопедической стоматологии, кафедры пропедевтики стоматологических заболеваний, а также в работе врачей ортопедического отделения стоматологической поликлиники Ставропольской государственной медицинской академии и врачей ортопедов ООО Северо-Кавказского медицинского учебно-методического центра, ООО «КВИН-ТЕСС»_- краевой клинической стоматологической поликлиники, городских стоматологических поликлиник № 1 и № 2.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
Применение метода математического моделирования позволяет определить предельно допустимые нагрузки для зубов, используемых в качестве опоры мостовидных протезов с двусторонней опорой. Предложенные расчетные схемы дают возможность произвести предварительное планирование конструкции искусственного зубного протеза и обосновать его геометрические параметры.
Разработанная методика теоретического расчета методом конечных элементов позволила обосновать оптимальные параметры тела и опорных элементов мостовидного протеза и тем самым определить показания к использованию мостовидных протезов с двусторонней опорой в зависимости от состояния пародонта опорных зубов.
Ближайшие и отдаленные результаты протезирования мостовидны-ми протезами с двусторонней опорой показали их высокую эффективность, и возможность объединения в единую конструкцию естественных зубов при помощи мостовидных протезов с учётом их индивидуальных геометрических и клинических параметров.
Публикации и апробация работы. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 1 работа в журнале, рекомендованном ВАК
Министерства образования и науки РФ.
Материалы доложены на: XXXVIII, XL, XL1, научно-практических конференциях стоматологов Ставропольского края (2005, 2008, 2009). Апробация работы проведена на совместном заседании кафедр ортопедической стоматологии, челюстно-лицевой хирургии и хирургической стоматологии, пропедевтики стоматологических заболеваний Ставропольской государственной медицинской академии.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 69 рисунками и 17 таблицами. Библиография включает 234 источников, из них 152 -отечественных и 82 - зарубежных авторов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре ортопедической стоматологии Ставропольской государственной медицинской академии в соответствии с планом научных исследований в рамках отраслевой научно-исследовательской программы № 22 «Стоматология». Номер государственной регистрации 012005022454.
Современные возможности компьютерного моделирования в стоматологии
Современные возможности биомеханики, в том числе применительно к стоматологии, с использованием компьютерных технологий значительно расширяются [98, 117, 121, 127, 157, 158, 166, 174, 179, 190, 205, 207, 226]. Особая роль принадлежит прочностному анализу, который позволяет исследовать напряженно-деформированное состояние любой структуры в норме, а затем - при различных патологиях, методах лечения, разных типах реконструкции и т. п. Бурный технический прогресс, начавшийся с конца XIX в., привел к возникновению и развитию целого ряда новых научных дисциплин и направлений: строительной механики стержневых систем, матричного исчисления, материа 20 ловедение, теорию упругости и др.
Упомянутые матричные методы расчета развивались и широко использовались, особенно в расчетах различных конструкций на прочность, на протяжении всей первой половины XX в. Но второе дыхание они обрели после наступления эры компьютеризации, электронно-вычислительные машины (ЭВМ) проникли во все сферы жизни, значительно облегчив труд человека и способствуя научному прогрессу во всех областях знаний, в том числе и в медицине [
Особо отметим такой современный метод математического моделирования процессов, как МКЭ. Возникнув в середине 70-х годов прошлого столетия и будучи специально приспособленным, для реализации на ЭВМ, он очень быстро завоевал лидирующие позиции в области аэрокосмических исследований, механики, строительства, атомной техники, медицины и т. п.
Наиболее широкое распространение получили программные комплексы, реализующие метод конечных элементов (МКЭ), которые, наряду с основной сферой применения - анализом на прочность и расчетом деформаций используются для решения задач с заданной точностью, вводить материалы с геометрической и физической нелинейностью, в том числе и с гиперупругостью, исследовать контактные напряжения, конструкции с трещинами. Относительно успехов этого метода в медицине, особенно в травматологии и ортопедии, им-планталогии, можно сказать: наконец то, что послужило развитию технических дисциплин, находит применение при разработке методик лечения конкретного человека [105, 165, 189, 201, 202, 218, 219, 220]. В журналах J. Biomechanics, Spine и др., начиная с 80-х годов, публикуется большое количество статей, анализирующих проблемы травматологии и ортопедии (при переломах верхних и нижних конечностей, позвоночника, таза, зубочелюстной системы и др.) с использованием метода конечных элементов [172, 179, 228].
Использование компьютерных технологий во многих случаях может быть единственной возможностью для получения необходимых по объему и глубине результатов в большинстве случаев предпочтительнее моделирования в металле, и, тем более - экспериментирования на пациенте [138]. В настоящее время широкое распространение получили как программы автоматического проектирования (программы типа AutoCAD, SolidWorks, Рго/ENGINEER и др.), так и интегрированные с ними программные комплексы, реализующие МКЭ (программы типа ANSYS, ABAQUS, COSMOS, NASTRAN и др.) К этим же программам все чаще обращаются и при проведении биомеханических исследований в стоматологии [7, 12, 41, 47, 48, 51, 60, 77, 84, 96, 103, 106, 131, 134, 141].
На 13-й конференции Европейского общества биомеханики вопросам дентальной биомеханики было посвящено только несколько докладов, среди которых выделим Р. М. Cattanio [171], А. Н. Чуйко [172] и посвященное вопросам ортодонтии сообщение А. N. Natali «Finite element analysis of orthodontic load transfer» [180].
Первостепенное значение при обращении к компьютерной технологии является - создание необходимой биомеханической модели - компьютерного фантома [7, 34, 56, 99, 141]. Единую сверхточную модель, пригодную во всех случаях жизни, построить не удастся, т.к. она должна быть ориентирована на решение конкретной задачи. Качественную картину можно получить с помощью более простой плоской модели, а затем целесообразно построить объемную модель для получения конкретных количественных данных.
Обычная плоская иллюстрация строения зубочелюстного сегмента (ЗЧС), приведенная в работе В. Н. Копейкина [70], использовалась для построения конечно-элементной модели [141, 149]. Достаточно подробно анализ напряженно деформированных состояний (НДС) пародонта с использованием этой модели проведен в работах И. С. Мащенко, А. Н. Чуйко и др. [91, 92, 93, 94, 95].
Имеется принципиальное различие между даже высокого качества рентгеновским снимком,, фотографией, плакатом и трехмерной моделью этого же объекта (зуба, челюсти); Именно возможности объемного моделирования используются в современных компьютерных технологиях типа GEREC, Kavo Dental [10,25,80,136,159,163,196].
При объемном моделировании челюстей вполне удовлетворительной может быть система1 координат, в которой использованы три плоскости: ере 22 динная, сагиттальная, окклюзионная.[136] Модель будет тем точнее, чем успешнее синтезированы данные всех доступных инструментальных средств: рентгенографии, томографии, телерентгенографии, компьютерной радиографии [104, 167, 178, 184].
Предлагаемая система координат зубов человека вызвана не только обычным в научных исследованиях стремлением к систематизации, а практической необходимостью, возникшей при разработке как объемной модели зуба, так и плоской модели зубного ряда. Наличие предложенной системы координат, которая не является самоцелью, служит более успешному построению объемных моделей зубов (например, по Ash [156] или по Harry [188]).
Стоматологам всех специальностей еще предстоит осмыслить и оценить, сколько новых возможностей открывается при наличии у них корректно построенной (с заданной точностью) модели зуба, зубного ряда, зубочелюстного сегмента. Особую перспективу имеет применение МКЭ при анализе биомеханики имплантатов, мостовидных, съемных и др. типов протезов [97, 210, 213, 214, 217]. Помимо того, что сам протез может быть проанализирован не по простейшей схеме балки постоянного сечения на двух опорах [37, 147], но и практически точно может быть воспроизведена реальная конструкция самого протеза. Не представит особой сложности смоделировать необходимое число зубов-опор, расположенных в пародонте, со свойствами, максимально приближенными к состоянию пародонта конкретного пациента. Анализ НДС при любых возможных вариантах конструктивных решений позволит стоматологу выбрать наиболее оптимальные. Отметим, что, как правило, все программы, реализующие МКЭ, содержат блоки оптимизации принятых решений по основным параметрам: весу, толщине и т. д.
Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента в норме с использованием плоской модели
Для предварительного анализа подвижности зуба обратимся к модели зуба в виде консольной закрепленной балки. При действии осевой силы перемещения изменяются по линейному закону, достигая максимума на свободном конце балки, которые можно определить по формуле
Эти соотношения (8), (9) далее будем учитывать и при проведении более сложного анализа.
Проведенный краткий анализ прочностных и жескостных свойств зубочелю-стного сегмента на примере балки постоянного сечения не учитывает ни слоистую структуру, ни сложность геометрии, ни различие прочностных и жескостных характеристик разных структурных составляющих системы.
Для анализа напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента ЗЧС разработана плоская конечно-элементная модель нижней челюсти в области клыка. Профиль зуба выполнен по [Harty], а контуры сегмента взяты по [В.Н.Копейкину]. Модель содержит основные структурные составляющие ЗЧС: зуб, включающий коронку (эмаль), шейку зуба и корень (дентин), периодонтальную щель, внутреннюю и наружную кортикальную пластинку зубной альвеолы и губчатое вещество. Все перечисленные структурные составляющие хорошо видны на рис. 4 и на рис. 5, где они изображены разными цветами в увеличенном масштабе.
Пределы прочности приведены в таблице для обеспечения возможности сравнения получаемых действующих напряжений с разрушающими.
Приведенные механические характеристики тканей пародонта отражают только упругие (линейные) свойства костных и мягких тканей. Костные и мягкие ткани обладают существенной пластичностью, т.е. нелинейностью. В то же время при анализе линейной модели, которая по определению является более жесткой системой, чем реальная биосистема, следует учитывать, что получаемые с ее помощью перемещения будут меньше, а напряжения больше именно на столько, на сколько введенные механические характеристики отличаются от реальных.
Особое внимание при построении модели уделялось размерам периодон-тальной щели и механическим свойствам периодонта. Ширина щели выполнена переменной: в пришеечном сечении - 0,25 мм, в первой трети длины корня 0,15 мм, в апикальной части - максимальная ширина 0,28 мм. Таким образом, обеспечено расширение щели в пришеечной и около верхушечной частях по сравнению со средней частью. Естественно, ширина периодонтальной щели может быть изменена, как в зависимости от данных разных авторов, от размеров щели конкретного зуба, так, например, и в зависимости от атрофических процессов в костной ткани альвеолы.
При отработке свойств этой важнейшей составляющей ЗЧС была использована простая модель периодонта с упругими свойствами по [U.Mandel] с со 51 авт. [203], хотя, как указывалось выше, для периодонта нелинейность механических характеристик свойственна в наибольшей степени.
В геометрические размеры и механические характеристики всех структурных составляющих модели можно оперативно вносить изменения, в зависимости как от поступления новых данных в типичных случаях, так и, что не менее важно, обеспечить строго индивидуальный подход с внесением в модель всех изменений, возникающих в каждом конкретном случае. Описанная базовая модель модернизировалась, т.е. ее геометрия перестраивалась в зависимости от вида и степени, как вертикальной, так и горизонтальной атрофии альвеолярной кости.
Нагрузка принята по Rus равной 150 Н, т.е. верхнему пределу силы возникающей во время пережевывания твердой пищи в области клыка.
Программа, с помощью которой построена и анализируется модель, записывает в протокол решения задачи перемещения каждого узла по трем координатным осям, напряжения нормальные и касательные по осям, главные напряжения и напряжения по Мизесу (эквивалентные напряжения по четвертой теории прочности по терминологии, принятой в русскоязычной литературе) в каждой узловой точке и в середине каждого элемента. Напряжения по Мизесу рассчитываются по следующей формуле
Далее приведен анализ разработанной плоской модели, поэтому эта формула упростится, так как все компоненты напряженного состояния, содержащие индекс z, будут равны нулю.
В первой строке таб. 6, помещены максимальные значения величин, которые будут использованы при анализе: суммарные перемещения DR, податливость зуба 8, и нормальные напряжения су в различных структурных составляющих системы.
Суммарные перемещения равные 0,478 мм (горизонтальные - 0,477 мм, вертикальные - 0,013 мм) показывают, что подвижность зуба несколько ниже первой степени по Д. Свракову и Е. Атанасову [70]. Если этот результат при 53 нять за контрольный, то можно считать, что построенная модель и все ее параметры соответствуют здоровому зубу человека.
На рис. 6 представлено поле суммарных перемещений; на рис. 7 поле эквивалентных напряжений по Мизесу, а на рис. 8 и рис. 9 его основные компоненты - нормальные вертикальные напряжения оу и касательные напряжения тху. Хорошо видно, что основной составляющей напряжений по Мизесу являются нормальные вертикальные напряжения. Эти напряжения, в основном определяемые изгибом зубочелюстного сегмента, выводятся с учетом знака, т.е. отражают сжатие или растяжение соответствующих структур, что особенно важно при анализе влияния напряжений на кровообращение в тканях пародон-та. Поэтому в дальнейшем при исследовании различных типов и степени атрофии мы будем, в основном, анализировать только эти напряжения - оу .
Поле этих напряжений представленное на рис. 8, очень хорошо согласуется со всеми выводами, полученными при анализе балки-зуба постоянного сечения. Так как поле нормальных напряжений оу в коронке, шейке зуба и альвеолярной пластинке несимметрично (разного знака и разной величины справа и слева), то это говорит о совместном действии изгиба и сжатия. Исходя из элементарных геометрических соотношений, по данным первой строки табл. 6 можно определить, что напряжения «чистого» сжатия в коронке равны оу,с = -8,22 МПа, в шейке зуба - ау,с = -4,57 МПа и в наружной стенке альвеолы - сгу,с = -5,78 МПа. Максимальные напряжения от изгиба возникают в корне зуба у шейки. Особо следует подчеркнуть, как следует из (рис.8), эти зоны максимальных растягивающих и сжимающих напряжений лежат на глубине 0,6...0,7 мм. Напряжения от функциональной нагрузки в стенках альвеолярного отростка локализуется в определенных зонах крайних волокон. Их место расположения по высоте зубочелюстного сегмента определяется как величиной плеча действия силы, так и моментом сопротивления кости. Все выводы этого абзаца соответствуют конкретным параметрам, как зубочелюстного сегмента, так и ориентации действующей силы.
Во второй строке табл. 6 приводятся результаты расчетов для нагрузки F = 360 Н, соответствующей максимальной выносливости для клыка по Gaber [54]. Эта нагрузка в 2,4 раза превышает функциональную нагрузку при жевании, при которой для обеспечения сравнимости результатов и производится анализ всех рассматриваемых вариантов изменения модели. Легко установить, что все показатели НДС - перемещения и напряжения также увеличились в 2,4 раза. Поле суммарных перемещений и поле нормальных напряжений для этого случая приводится на рис. 10 и на рис. 13 соответственно.
Практически остался постоянным показатель податливости зуба д, который является относительным показателем и позволяет вычислять значение перемещений (подвижность) при любой нагрузке. Этим еще раз подчеркивается удобство этого показателя в практических приложениях при оценке подвижности зуба. Напряженно-деформированное состояние модели в норме, представленное на рис.6 - рис.9 отражает взаимосвязь всех структурных составляющих. Для сравнительного анализа перемещений всего зубочелюстного сегмента и перемещений только зуба, целесообразно, представить зуб «в виде плоской модели с «заделкой» наружного контура периодонта». Общий вид такого фрагмента модели приведен на рис.12, а соответствующее поле нормальных напряжений оу на рис.13.
Прием протезирования больных с частичной потерей зубов мостовидными протезами с двусторонней опорой
Приведем выписку из истории болезни № 1167, больной П, 43-х лет повторно протезированной в нашей клинике.
В клинику ортопедической стоматологии Ставропольской государственной медицинской академии обратилась пациентка П.43 года.
Больная обратилась в клинику 15 декабря 2008г. с целью повторного протезирования, ранее 7 лет назад ей проводили ортопедическое лечение в другой клинике. Результатами предыдущего протезирования в целом довольна. Жалуется на эстетический дефект 1.1, 1.2 зуба, кровоточивость, неприятный запах изо рта (рис. 29).
Объяктивно: коронка 1.7 имеет пломбу по 1 классу Блека из композиционного материала, коронки 1.6, 1.4, 1.3, 1.2 ранее были использованы под опору металлокерамического мостовидного протеза с двусторонней опорой, 1.1, 2.1 зубы покрыты металлокерамическими коронками соединенными между собой, которые не соответствуют предъявляемым клиническим требованиям. Коронки 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 объединены в металлокерамический мостовидный протез не соответствующий предъявляемым клиническим требованиям. 3.6, 3.5 покрыты коронками из желтого металла. Коронковая часть 4.6 разрушена (ИРОПЗ =0,50) Зубы устойчивые. Слизистая оболочка краевого пародонта без видимых патологических изменений. Смыкание зубов в центральной окклюзии по ортогнати-ческому признаку.
На ортопантомограмме: определяется наличие штифтовых конструкций в 1.1, 2.1, 2.2 (рис. 30). Видны выраженные периапикальные изменения в области корней 1.1, 1.2. (рис.31).
Нами было принято решение снять все имеющиеся конструкции в полости рта пациентки П. Провести компьютерную томограмму с целью определения расстояния между опорами.
Диагноз: Частичная потеря включенный дефект во фронтальном участке верхней челюсти односторонний включенный дефект в боковом отделе зубного ряда верхней челюсти (III класс по Кеннеди). Дефект твердых тканей коронки 4.6.
План подготовки полости рта к протезированию: хирургическое удаление 1.1, 1.2; снятие металлокерамического мостовидного протеза с опорой на 1.7, 1.4; снятие коронок с 1.3, 1.2; 1.1, 2.1; 2.2, 2.3; 3.5, 3.6; пломбирование корневых каналов 1.7, 1.4, 1.3; повторное пломбирование каналов 2.3, 2.4, 2.5; восстановление разрушенной коронки 4.6 композитным материалом, снятие зубного камня и налета (рис.32).
План протезирования: протезировать включенный дефект зубного ряда верхней челюсти слева металлокерамическим мостовидным протезом с опорой на 1.6 и 1.4. Изготовить культевую штифтовую вкладку на 1.2. Протезировать включенный дефект зубного ряда верхней челюсти во фронтальном участке металлокерамическим мостовидным протезом с опорой на 1.2, 2.2, 2.3. Протезировать объединенными металлокерамическими коронками 2.4, 2.5. Протезировать соединенными вместе металлокерамическими коронками 3.5, 3.6. Ввиду неопределенности клинической картины после удаления 1.1, 1.2, изготовить временные коронки с двусторонней опорой на 1.6, 1.4, 1.3; 1.2, 2.2, 3.2; 3.5, 3.6. Протезирование включенных дефектов фронтального и бокового отдела верхней челюсти отложить на 1-2 месяца (рис.33).
Проведенный нами анализ геометрических параметров опорных зубов больной П, 43 года, истории болезни № 1167 в зависимости от их функциональной принадлежности и положения в зубной дуге и показателей линейных размеров между осями боковых зубов на окклюзионном, альвеолярном и верхушечном уровнях, полученных при помощи компьютерной томограммы зубного ряда верхней челюсти больной П. показал :
Высота (Н) корня 1.6=14,23±0,21 мм; Н корня 1.4 = 14,25±0,18 мм; Н корня 1.3 = 17,34±0,35 мм
Высота (Н) коронки 1.6= 8,18±0,09 мм; Н коронки 1.4 = 8,40± 0,20мм; Н коронки 1.3 = 10,23±0,14мм
Высота (Н) зуба 1.6 = 22,48±0,20 мм; Н 1.4 = 22,54±0,17мм; 1.3 = 28,00±0,29 мм Линейный размер (L) между осями 1.6 и 1.4 на альвеолярном уровне = 13,50 Линейный размер (L) между осями 1.6 и 1.4 на окклюзионном уровне = 14,05 Линейный размер (L) между осями 1.6 и 1.4 на базальном уровне = 18,55 Среднее значение (L) между осями 1.6 и 1.4 = 28,58±0,89
Высота (Н) корня 1.2=15,09±0,31 мм; Н корня 2.2 = 14,90±0,21 мм; Н корня 2.3 = 17,75±0,25мм
Высота (Н) коронки 1.2 = 9,19±0,15 мм; Н коронки 2.2 = 8,92± 0,17 мм; Н коронки 2.3 = 10,54±0,11 мм
Высота (Н) зуба 1.2 = 24,10±0,32 мм; Н 2.2 = 23,44±0,12 мм; 2.3 = 27,90±0,19мм Линейный размер (L) между осями 1.2 и 2.2 на альвеолярном уровне = 12,95 Линейный размер (L) между осями 1.2 и 2.2 на окклюзионном уровне =17,05 Линейный размер (L) между осями 1.2 и 2.2 на базальном уровне = 19,45 Среднее значение (L) между осями 1.2 и 2.2 = 17,48±0,75 (рис.34,35,36)
Далее с помощью прикладной программы Solid Works/COSMOSWorks 2008 для персонального компьютера была построена конечно-элементарную модель зубочелюстного сегмента бокового отдела зубного ряда для данной больной. Далее при помощи метода конечных элементов были определины предельно допустимые нагрузки на все три имеющиеся опоры в зависимости от их высоты и среднего расстояния между ними на окклюзионном, альвеолярном и базальном уровнях (рис.37). В предлагаемой нами конструкции мостовидного протеза с опорой на 1.6, 1.4, 1.3 отношение величины напряжений в опорах к предельно допустимому, выраженному как 100%, составляет для 1.6 - 98%, для 1.4 - 76 % и для 1.3-100%. (рис.38.)
Полученные в результате предварительного теоретического обоснования конструкции мостовидного протеза данные, дают нам полное основание для применения такой ортопедической конструкции. Возникающие в опорных зубах напряжения не превышают их предельно допустимый уровень, а для 1.6 и 1.4 они немного ниже 100%. Следовательно, в плане отдаленного прогноза предполагаемая жевательная нагрузка не может вызывать опасения для опорных зубов.
Результаты протезирования. Больная была протезирована металлокера-мическими мостовидными протезами с опорой на 1.6, 1.4, 1.3. Результат протезирования больной П. представлен на (рис 39, 40, 41).
Больная полностью довольна результатами повторного протезирования, отмечает соответствие зубных протезов по форме и цвету. Находится под нашим клиническим наблюдением в течение 6 месяцев.
Проведенное исследование позволяет оценить не только степень нагружения тканей зубного ряда и выявить зоны возможных структурных преобразований и болевых ощущений, но и напряжения, возникающие в конструкции мостовид-ного протеза и тем самым спрогнозировать его долговечность.
Таким образом, результаты протезирования больных с включенными дефектами зубного ряда в его боковых отделах мостовидными протезами показали достаточно высокую эффективность выбранного метода ортопедического лечения. Залогом успешного лечения является правильное определение показа 93 ний, тщательная подготовка опорных зубов и зубных рядов к предстоящему протезированию, теоретическое и клиническое обоснование конструкции мос-товидного протеза в зависимости от топографии включённых дефектов зубного ряда, их протяженности, высоты коронки и корня опорных зубов и расстояния между ними на окклюзионном, альвеолярном и базальном уровнях.
Анализ напряженно-деформированного состояния зубочелюстного сегмента при включённом дефекте зубного ряда, ограниченном одним зубом, после установки мостовидного протеза методом конечно-элементного анализа
После учета .результатов проведенного лечения и внесения в модель всех необходимых изменений, приступаем к «установке» мостовидного протеза (рис.59).
В седьмой и восьмой строках табл. 17 приводятся результаты анализа НДС зубного ряда с установленным мостовидным протезом на два опорных зуба и нагрузкой, действующей на элемент моста, замещающий первый моляр. Т.е. условно можно предположить, что после установки мостовидного протеза, пациент вернулся к привычной схеме жевания с нагрузкой на зуб 1.6.
Следует также отметить, что для сравнимости результатов, мы не изменяем величину действующей силы и принимаем ее равной F=300 Н. Кроме того, в этом случае нагрузка действует не по середине моста, т.е. между опорными зубами распределяется неравномерно и большая ее часть прикладывается к моля РУ Несмотря на то, что нагрузка действует значительно ближе к зубу 1.7, за счет его более мощного корня, максимальные перемещения DR=0,3716 мм будут у зуба 1.4 (премоляра). Фактически наблюдается вращение всей системы -опорные зубы - мост вокруг апикальной точки дистального корня зуба 1.7 (рис. 60). На этом же рисунке хорошо видна «осадка» всей системы.
Поля напряжений программа масштабирует в автоматическом режиме, строя диаграмму соответствующей величины, от минимального значения до максимального (см. табл.17). Поэтому на рис. 61 и рис. 62 наиболее рельефно выглядят напряжения в мостовидном протезе. Нормальным напряжениям при изгибе, в наибольшей мере соответствуют напряжения SX= -47,84...+55,33 МПа, поле распределения которых представлено на рис. 63.
Кроме того, распределения полей на рис. 61, рис. 62, рис. 63 показывают зоны концентрации напряжений в мостовидном протезе, которые должны быть учтены при проектировании протеза и расчете на прочность.
У зуба 1.7 в компактной кости примыкающей к медиальному корню напряжение по Мизесу равно SM= 18,44 МПа, а вертикальное нормальное напряжение SY= -10,38 МПа. У апекса зуба 1.4 напряжение по Мизесу равно SM=31,93 МПа, а вертикальное нормальное напряжение SY= -34,18 МПа.
У зуба 1.7 в компактной кости примыкающей к медиальному корню напряжение по Мизесу равно SM=18,05 МПа, а у апекса зуба 1.4 напряжение по Мизесу равно SM=32,08 МПа, а вертикальное нормальное напряжение SY= -34, 51 МПа.
Рассмотрим НДС модели, где опорный зуб 1.7 (второй моляр) имеет наклон равный 10. Общий вид этой модели представлен на рис. 64.
Ограничимся для этой модели данными представленными в восьмой строке табл. 17, так как они практически не отличаются от данных предыдущего расчетного случая. Отметим, что некоторое увеличение напряжения по Мизесу до значения SM=55,71 МПа, объясняем наличием зон концентрации в месте стыка мостовидного протеза с коронкой зуба 1.7. Близость результатов для этих расчетных случаев (строки седьмая и восьмая табл. 17) объясняем существенной «шинирующей» ролью мостовидного протеза.
Так как для модели с двумя опорными зубами (седьмая строка табл. 17) напряжение у апекса зуба 1.4 по Мизесу равно SM=31,93 МПа, а вертикальное нормальное напряжение SY= -34,18 МПа, т.е. достаточно высокие, возникает необходимость использовать для медиальной опоры моста два зуба: и зуб 1.4 и зуб 1.3. Общий вид этой модели представлен на рис.65.
Данные НДС для этого расчетного случая представлены в девятой строке табл. 14. Для удобства сравнения с наиболее близким расчетным случаем данные НДС, которого представлены в седьмой строке табл.17. Для наглядности мы повторили параметры представленные на рис. 60 - рис. 63 соответственно на рис. 66 - рис.69.
Визуальное сравнение рис. 66 и рис. 69, показывает, что поле перемещений стало более равномерным, без ярко выраженного поворота всей системы зубы-мостовидный протез.
У зуба 1.7 в компактной кости примыкающей к медиальному корню напряжение по Мизесу уменьшилось и равно SM= 15,26 МПа, а вертикальное нормальное напряжение SY= -16,48 МПа. У апекса зуба 1.4 напряжение по Мизесу равно всего SM=4,33 МПа, а у апекса зуба 1.3 напряжение по Мизесу равно всего SM=1,76 МПа (сравнить нужно суммарное напряжение в зубе 1.4 и зубе 1.3 с SM=31,93 МПа на рис. 62). Таким образом, доказано, что увеличение числа опорных зубов для одной опоры моста существенно уменьшает величину действующих напряжений.
Проведенное исследование позволило оценить не только степень нагруже-ния тканей зубного ряда и выявить зоны возможных структурных преобразований и болевых ощущений, но и напряжения (особенно зоны концентрации напряжений), возникающие в конструкции протеза и тем самым спрогнозировать его долговечность.
