Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 13
1.1. Остеинтегрируемые имплантаты в современной стоматологии 13
1.2 Обзор доступных современных ресурсов используемых при планирования дентальной имплантации 15
1.2.1 Ортопантомография 16
1.2.2 Компьютерная томография 18
1.2.3 Биомоделирование и быстрое прототипирование (БП). 20
1.3 Обзор методов планирования и проведения операции дентальной имплантации 22
1.3.1 Свободный метод планирования и проведения операции дентальной имплантации 22
1.3.2 Классический шаблон для повышения предсказуемости результата дентальной имплантации 24
1.3.3. Динамическая компьютер-ассистированная дентальная имплантация 26
1.3.4. Статически компьютер-ассистированная дентальная имплантация 30
Глава 2. Материалы и методы исследования 34
2.1. Материал клинического исследования 34
2.2. Методы исследования 37
2.2.1. Конусная компьютерная томография 37
2.2.2. Поверхностное сканирование гипсовых моделей 38
2.2.3. Изготовления прототипов хирургического шаблона методом стереолитографии 39
2.2.4. Математическая обработка данных точности позиционирования имплантатов 39
2.2.5. Хирургический этап дентальной имплантации 42
2.2.6 Метод определения материальных и временных затрат 42
2.2.7. Статистический анализ 43
Глава 3. Результаты собственных исследований 44
3.1. Результаты исследования точности установки дентальных имплантатов 44
3.2. Результаты исследования точности установки хирургического шаблона в области интереса у пациентов основной группы 47
3.3. Результаты исследования ресурсных затрат при изготовлении шаблонов в группах исследования 48
Глава 4. Планирование и проведение операции дентальной имплантации 59
4.1.Статически компьютер-ассистированная дентальная имплантация 59
4.1.1. Предоперационный этап 59
4.1.2. Операционный этап 67
4.2. Классический подход к предоперационному планированию и проведению операции дентальной имплантации 79
4.2.1. Предоперационный этап 79
4.2.2. Операционный этап 80
Глава 5. Заключение 84
Выводы 86
Практические рекомендации 87
Список литературы 88
- Ортопантомография
- Материал клинического исследования
- Результаты исследования точности установки дентальных имплантатов
- Предоперационный этап
Введение к работе
Актуальность исследования. Известно, что результат операции установки дентальных имплантатов напрямую зависит от множества факторов, среди которых: расположение имплантата относительно соседних зубов, других имплантатов, анатомических образований (нижнечелюстной канал, верхнечелюстной синус), плотности и объема костной ткани в области установленного имплантата (Бучнев Д. Ю. 2006, Гончаров И.Ю. 2009). При благоприятных условиях, проведение вмешательства не доставляет трудностей. Однако, в тех клинических ситуациях, когда операционные условия неблагоприятны, имеются протяженные дефекты зубного ряда, сложная топография доступной костной ткани или полная адентия челюсти, риск возникновения осложнений возрастает (Жусев А.И., Ремов А.Ю. 2002г.)
Для реализации качественного ортопедического лечения с опорой на дентальные имплантаты в настоящее время предложен принцип обратного планирования, который заключается в точном определении необходимого количества и топографии имплантатов согласно требованиям будущей ортопедической конструкции. Для этого, традиционно применяются классические хирургические шаблоны, которые являются ортопедическим ориентиром для проведения имплантации, указывают лишь осевое направление предпочитаемое врачом ортопедом для установки будущей коронки или опоры для разного рода конструкций. (Кураскуа Л.В. 2000, Кулаков А.А., Подорванова СВ. 2004)
Основной недостаток классического шаблона - при его изготовлении не учитывается топография костного ложа. Это означает, что врач интраоперационно меняет заданные шаблоном параметры, что приводит к возникновению осложнений, как в ходе операции, так и на этапе ортопедической реабилитации (невозможность включить интегрированный имплантат в ортопедическую конструкцию).
Некоторые крупные производители систем внутрикостных имплантатов используют принципы систем автоматического проектирования
для изготовления шаблонов позиционеров по данным КТ. Однако программное обеспечение не является открытым для дополнений, и системы рассчитаны на использование только имплантатов фирмы производителя, либо обновления базы данных систем имплантатов осуществляет производитель, что ограничивает практикующего врача в выборе. Кроме того, не все программы оснащены исследовательским модулем, или ограничен выбор технических средств для печати прототипа (Буртаев Д.С., Власов Д.А., Лясникова А.В. 2002)
В связи с изложенным, нам представляется весьма актуальным и своевременным разработка метода предоперационного планирования операции дентальной имплантации с изготовлением шаблона позиционера на основе принципов статически компьютер-ассистированной хирургии, в сравнении с классическим подходом. Цель исследования
Повысить эффективность хирургического этапа дентальной имплантации путем внедрения статически компьютер-ассистированных технологии в процесс изготовления интраоперационного шаблона позиционера. Задачи исследования
-
Оптимизировать хирургический этап лечения, на стадии расчета топографии расстановки имплантатов в программной среде, в соответствии с принципами обратного планирования.
-
Разработать критерии оценки эффективности применения интраоперационного CAD\CAM шаблона и классического шаблона.
-
Провести объективное сравнение точности установки имплантатов при использовании CAD\CAM и классического шаблонов.
-
Провести анализ и сравнение ресурсных затрат при использовании статически компьютер-асистированного и традиционного подходов.
Научная новизна
Впервые разработаны критерии оценки эффективности применения интраоперационного CAD\CAM и классического ортопедического шаблонов, которые позволили сравнить предложенный и классический метод по точности установки имплантатов и ресурсоёмкости.
Впервые адаптированы инженерные программные продукты для проведения предоперационных математических расчетов в соответствии с принципами обратного планирования.
Впервые применен статический компьютер-ассистированный подход к планированию и проведению операции дентальной имплантации, позволяющий повысить точность установки имплантатов на 35,5%. Практическая значимость
Определен наиболее эффективный метод планирования и проведения операции дентальной имплантации основанный на принципе обратного планирования в системах автоматического проектирования, позволяющий повысить эффективность реабилитации пациентов с адентией различного генеза.
Разработаны методы виртуального восстановления зубных рядов, определены показания к их использованию в зависимости от протяженности дефекта, что позволяет объективно определить топографо-анатомические параметры установки имплантата.
Разработана методика сбора данных, их анализа и обработки в виртуальной среде для реализации принципа обратного планирования в рамках комплексной ортопедической реабилитации пациентов на этапе хирургического лечения.
В рамках исследования эффективности статического компьютер-ассистированного подхода выявлено, что метод эффективнее клинически, однако требует больших экономических и временных затрат, привлечение дополнительных специалистов и наличие высокотехнологичного оборудования и программного обеспечения.
Научные положения, выносимые на защиту
-
На основании разработанных критериев оценки эффективности применения интраоперационных шаблонов, оценки углового и осевого отклонения, научно доказана высокая клиническая эффективность применения принципа обратного планирования, который позволил увеличить точность установки имплантатов в 1,35 раз.
-
На основании данных полученных при проведении объективного сравнения ресурсоёмкости обоих методов - установлено, что по экономическим показателям статически компьютер-ассистированый подход является на 12-17% более затратным и требует привлечения дополнительных технико-материальных средств.
Личный вклад автора
Автором самостоятельно проведён подробный анализ современной литературы. Лично автором выполнялся осмотр пациентов, виртуальное планирование хирургических вмешательств, проводил хирургический этап лечения. Произвёл сравнительный анализ эффективности точности установки дентальных имплантатов при помощи статически компьютер-ассистированной хирургии и классического подхода. Произвёл сравнительный анализ экономической и временной эффективности при использовании статически компьютер-ассистированной хирургии и классического подхода. Полученные результаты были статистически обработаны и представлены в виде текста, таблиц, рисунков и статей. Апробация диссертации
Основные положения диссертации доложены на I научно-практической конференции молодых ученных «Инновационная наука-эффективная практика» (Москва, 2010), на XX конгрессе черепно-челюстно-лицевых хирургов при EACMFS (Брюгге, 2010), на III съезде онкологов Республики Молдова (Кишинэу, 2010), на XXI конгрессе черепно-челюстно-лицевых хирургов при EACMFS (Дубровник, 2012).
Апробация диссертации проведена 2 июля 2013 г. на совместном заседании сотрудников структурных подразделений: отделения клинической и экспериментальной имплантологии, отделения хирургической стоматологии, отделения реконструктивной хирургии лица и шеи с микрохирургией, современных технологий протезирования, отделения ортопедической стоматологии и имплантологии, отделения рентгенологии, отделения пародонтологии, отдела общей патологии ФГБУ «ЦНИИС и ЧЛХ» Минздрава России. Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них в центральной печати - 2. Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 106 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, обсуждения результатов собственных исследований, заключения, выводов и списка литературы. Указатель литературы содержит 146 источников, из них отечественных - 60, зарубежных - 86 Работа содержит 10 таблиц и иллюстрирована 35 рисунками.
Ортопантомография
Стоматология опережает все остальные клинические специальности по обращению к рентгенологическим методам исследования в пересчете на одного пациента.
За последние 30 лет ортопантомография (ОПТГ) стала основным методом диагностического исследования зубочелюстной системы и стандартным методом рентгенодиагностики перед проведением операции дентальной имплантации. Высокая применяемость метода обусловлена рядом факторов таких как: относительно высокая диагностическая информативность, широта обзора, относительно удовлетворительное качество изображения челюстей и зубных рядов, небольшое время исследования (особенно, при использовании цифрового ОПТГ), низкая доза облучения, составляет примерно 1\3 от комплекса ретроальвеолярных снимков, покрывающих сопоставимую по протяженности область, высокая объективность данных.[32,44,79]
Неоспоримый вклад в разработку первого отечественного ортопантомографа и исследование его диагностического потенциала внесла д.м.н., проф., Нина Александровна Рабухина. Группой исследователей под ее руководством было установлено, что все анатомические образования, визуализируемые на ОПТГ, увеличены по обеим осям. Однако, достоверно точно доказано, что их соотношения остаются неизменными. Степень горизонтального увеличения больше таковой в вертикальной плоскости. Так же, установлено, что степень увеличения не линейна относительно отдела челюсти, бокового или фронтального.
Группа отечественных исследователей установила, что увеличение во фронтальной зоне равно 18-22%, в боковом отделе, и области углов нижней челюсти составляет 30-35%.[2] В зарубежной литературе, посвященной изучению данной проблемы значительное место отводится обсуждению искажения измерений проведенных при помощи цифровой и аналоговой ОПТГ для подготовки к дентальной имплантации. Величины искажения подтверждают данные отечественных ученных.[3]
А.П. Кибалко (2006) предложил использовать шаблоны для проведения ОПТГ с целью калибровки локальной погрешности. Однако И.Ю. Гончаров отмечает, что данный метод не дает адекватной точности. Так же Гончаров (2009) считает, что определение плотности костной ткани при помощи ОПТГ проводится на основе опыта врача рентгенолога и является субъективным методом оценки. Референсный диапазон представляет плотность эмали, которая является относительно константной величиной на протяжении жизни. [23,51]
Eric Whaites et al подчеркивают, что получить реальные данные представляется затруднительным в связи с нелинейностью искажений и сложностью индивидуальной антропометрической калибровки ортопантомографа. ОПТГ представляет срез на одном уровне, в случае, если патологический очаг или образование будет находиться за пределами фокуса, оно не будет визуализироваться на снимке.[83]
Производители систем дентальных имплантатов предлагают рентгенологический ключ для относительного топографического планирования, который состоит из набора прозрачных трафаретов, на которых изображена гамма имплантатов, классифицированных по длине и диаметру. Подбор ключа проводится согласно степени увеличения конкретного ортопантомографа. Трафарет накладывается на рентгеновский снимок и врач определяет топографическое соотношение размера имплантата к объему доступной костной ткани, ровно как и близость к основным анатомическим образованиям в области интереса. Тем не менее, данный подход не учитывает нелинейность искажения по плоскостям и секторам. [3,4,11] ОПТГ - это двухмерное изображение объекта исследования, которое имеет следующие ограничения: измерение ширины альвеолярного отростка, определение его формы вне области доступной клиническому обследованию, поперечного сечения верхнечелюстной пазухи, как и ее топографии в области дна. Для получения вышеперечисленных данных необходимо использовать более технологичные методы рентгенодиагностики.
Материал клинического исследования
В проспективном исследовании принимал участие 51 пациент в возрасте от 26 до 57 лет. Пациенты находились на амбулаторном лечении в отделении клинической и экспериментальной имплантологии ЦНИИС и ЧЛХ. Из них 24 пациента, которым планирование лечения и операция установки остеоинтегрируемых имплантатов осуществлялась при помощи классического метода, составили контрольную группу. 27 пациентов составили основную группу, где для планирования и проведения операции была использована статически виртуально ассистированная хирургия (рис. 1).
В исследование были включены соматически здоровые пациенты или имеющие компенсированный соматический статус, с диагнозом первичная или вторичная, частичная или полная адентия верхней или нижней челюсти (К0.00, К08.1), которым была показана ортопедическая реабилитация с опорой конструкции на остеинтегрируемые имплантаты. Критериями исключения послужили противопоказания к операции дентальной имплантации.
На этапе отбора пациентов проводился комплекс диагностических мероприятий для определения наличия показаний и противопоказаний к проведению дентальной имплантации.
Общее клиническое обследование проводилось при необходимости совместно с профильными специалистами для определения компенсации или декомпенсации сопутствующих заболеваний.
Стандартная лабораторная диагностика перед дентальной имплантацией проводилась в лаборатории ЦНИИС и ЧЛХ: общий и биохимический анализ крови, маркеры гепатитов А, В и С, сифилиса, ВИЧ.
Всеми пациентами был подписан протокол добровольного информированного согласия, составленный в соответствии с Хельсинской Декларацией Всемирной Медицинской Ассоциации.
Среди пациентов контрольной группы было 13 женщин и 11 мужчин. Основную группу составили 14 мужчин и 13 женщин. Распределение пациентов по полу и возрасту представлено в Таблице 1 и Таблице 2.
Общее количество установленных имплантатов составило 239. Пациентам контрольной группы 76 и 163 составившим основную группу. Распределение установленных имплантатов по полу пациента и области установки в группах исследования отображены в Таблице 3 и Таблице 4.
Группы сопоставимы по основным параметрам, выводы сделанные по результатам исследования в данных группах являются обоснованными.
Результаты исследования точности установки дентальных имплантатов
В группах исследования результаты осевого и углового отклонения были распределены относительно области установки: фронтальный и боковой отделы. Представленные результаты на Рис.3 и Рис.4 имеют уровень доверительного интервала р 0,05.
Погрешность предложенного метода обусловлена рядом факторов, которые можно условно разделить в зависимости от этапа планирования или проведения вмешательства. На этапе планирования к данным факторам относятся:
Незначительная подвижность пациента во время проведения КТ.
Невозможность определения точной костной поверхности по оптической плотности кортикальной пластинки альвеолярного отростка.
Наличие артефактов в результате присутствия в полости рта пациента металлических несъемных конструкции, что уменьшает точность выделения поверхности костных структур.
Аппаратная погрешность метода компьютерной томографии и быстрого прототипирования.
Время сканирования пациента во время компьютерной томографии для аппарата New Tom 3G составляет в среднем 36 секунд что является длительным интервалом для постоянной неподвижности. В случаях, когда отмечалось искажение виртуальной модели костной поверхности или нарушение рентгенологической картины формы имплантата на послеоперационном этапе в результате подвижности пациента во время КТ, второй раз исследование не проводилось по причине отсутствия диагностической ценности повтора процедуры при удвоении лучевой нагрузки. Постоянное программное и аппаратное усовершенствование рентгенологической техники приводит к сокращению времени сканирования и превосхождение механизмов фиксации области интереса позволит в дальнейшем минимизировать влияние данного фактора.
Геометрические параметры виртуальной модели области интереса определяются оптической плотностью (threshold), которая индивидуальна и не может быть стандартизирована. Так же на данный параметр влияет множество других факторов, которые сегодня не могут быть адаптированы. Авторы данного исследования изучали возможность выявление этих параметров для определенного томографа, путем наложения и сравнения виртуальной модели препарата нижней челюсти, полученной в результате КТ и оптического сканирования. Однако получение гомогенной костной поверхности, путем изменения оптической плотности, выявило диапазон величин до 1,5мм. Данный фактор требует дальнейшего изучения для минимизации его влияния.
Наличие несъемных металлических конструкции в полости рта приводит к значительному искажению поверхности виртуальной модели области интереса, иногда делая невозможным ее выделение. Для решения данной проблемы был использован метод сопоставления виртуальных моделей челюсти и гипсовой модели, однако в результате имела место погрешность, зависимая от протяженности и объема рентгенологических артефактов. Для исключения данного фактора, производители предлагают программные решения в виде фильтров на основе различных алгоритмов, которые на сегодняшний день посредственно справляются с этой задачей.
Предоперационный этап
На предоперационном этапе задачей специалистов является определение количества и места установки остеоинтегрируемых имплантатов согласно выбранной ортопедической конструкции. Для решения данных задач были предложены следующие подходы.
Антропометрический подбор и адаптация зубного ряда «виртуального донора». На основании данных компьютерной томографии, в программной среде производится подбор наиболее подходящей виртуальной модели челюсти из библиотеки виртуальных доноров согласно основным краниометрическим параметрам, выделение коронок зубного ряда, обладающих оптической плотностью, характерной для эмали зубов, и адаптация к области интереса. В данном программном продукте предусмотрена опция изменения геометрии виртуальной модели зубного ряда донора для лучшей геометрической адаптации.
Данный подход обладает значительным недостатком. Несмотря на относительно точный подбор виртуального донора и программную адаптацию зубного ряда в области интереса, полученный результат часто значительно отличается от такового, полученного при контрастировании временного протеза или восковой модели.
Перенос контрастного ортопедического ключа в виртуальную среду.
Является наиболее корректным методом переноса данных пространственного расположения отсутствующих зубов на этапе планирования в область интереса. Для реализации были рассмотрены различные подходы:
Изготовление полимерного аналога съемного протеза с добавлением в порошок «Протакрила» сульфата бария в определенной пропорции для определённой рентгенологической "контрастности". На этапе компьютерной томографии данный контрастный шаблон устанавливался на область интереса, отображаясь на компьютерной томографии для дальнейшего построения виртуальной модели (рис.11, рис.12)
Лазерное сканирование и виртуальная адаптация к области интереса восковой модели выбранной ортопедической конструкции. Wax-up модель изготавливалась в зуботехнической лаборатории, далее производилось трехмерное сканирование гипсовой и восковой моделей. Полученные данные адаптировались на виртуальную модель области интереса.
Контрастирование зубного ряда временного съемного протеза (метод предложенный авторами исследования). В зуботехнической лаборатории изготавливалась индивидуальная каппа, область установки которой ограничивалась искусственными зубами временного протеза. На этапе проведения компьютерной томографии в каппу заливался водный раствор сульфата бария густой консистенции. Каппа одевалась на искусственные зубы временного протеза. Избыток сульфата бария удалялся марлевым тампоном. Временная конструкция помещалась в полость рта. В результате на томографии отображался контур коронок искусственных зубов.(рис.13, рис.14)
Контрастирование зубного ряда временного съемного протеза использовалось при наличии временной ортопедической конструкции, как правило у пациентов с обширной или полной адентией. Перенос в виртуальную среду восковой моделировки применялся у пациентов с небольшими дефектами зубных рядов, у которых не было временного съемного протеза.
Перенос контрастного ортопедического ключа в виртуальную среду обладает рядом преимуществ. Временный съемный протез наиболее точно подходит пациенту по функциональным, анатомическим и эстетическим требованиям, в то время как антропометрический подбор приблизителен и имеет лишь ознакомительную роль. Так же, на этапе планирования вмешательства в виртуальной среде с высокой точностью определялось соотношение длинны внутрикостной и ортопедической частей, параметры которые часто влияют на предпочтение типа и метода фиксации ортопедической конструкции, количества и места установки остеоинтегрируемых имплантатов.
В некоторых клинических ситуациях, при наличии в полости рта пациента множественных несъемных металлических конструкций, виртуальная поверхность костной ткани искажена с разной степенью выраженности. (рис.15) Обеспечить адекватную адаптацию накостного шаблона невозможно. В таких ситуациях сканировалась гипсовая модель, которая адаптировалась в виртуальной среде к области интереса, используя в качестве референсной поверхности - коронки зубов. Тем самым, виртуальная модель шаблона построена по поверхности "чистой" модели.
Специалист отдела моделирования производил виртуальную расстановку имплантатов в определенных ранее местах, осуществляя контроль топографии расположения внутрикостных опор по рентгенологическим срезам компьютерной томографии (рис.16). Далее моделировался хирургический шаблон с его ретенционными элементами. Перед печатью шаблона профильные специалисты в последний раз на предоперационном этапе анализировали расстановку имплантатов и дизайн хирургического шаблона.Построение виртуальной модели происходило в программной среде на основании объема данных в формате DICOM, полученных при проведении томографии. Объемная модель костной, зубной и контрастной поверхностей выделялась оптической плотностью в необходимых диапазонах. Далее проводился консилиум, состоящий их стоматолога-ортопеда, стоматолога-хирурга и специалиста отдела виртуального планирования. Определялся план лечения, подтверждения типа ортопедической конструкции, количества, размеров и места установки внутрикостных опор, типа фиксации хирургического шаблона и топографической локализации элементов его ретенции на области интереса.
![Оптимизация хирургического этапа дентальной имплантации (экспериментально-клиническое исследование) [Электронный ресурс]](/i/i/4487/178054.png "Оптимизация хирургического этапа дентальной имплантации (экспериментально-клиническое исследование) [Электронный ресурс] Казаков Алексей Васильевич")
![Оптимизация клинических этапов протезирования зубов металлокерамическими конструкциями [Электронный ресурс]](/i/i/4237/182469.png "Оптимизация клинических этапов протезирования зубов металлокерамическими конструкциями [Электронный ресурс] Султанов Мехрибон Шамсиевич")
