Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные представления о возможностях применения экспертных системы для планирования и прогноза результатов протезирования дефектов зубных рядов (обзор литературы) 19
1.1 Основные направления протезирования дефектов зубных рядов. 19
1.2 Частота, этиология и классификация осложнений ортопедического лечения пациентов с частичным отсутствием зубов 22
1.3 Основные критерии и методы оценки эффективности ортопедического лечения 26
1.4 Перспективы разработки и применения систем планирования и прогнозирования результатов стоматологического ортопедического лечения. Возможности применения самообучающихся интеллектуальных систем для решения задач ортопедической стоматологии 36
1.5 Биомеханическое моделирование как базовый этап прогнозирования стоматологического ортопедического лечения 43
1.5.1 Изучение биомеханических напряжений при планировании ортопедического стоматологического лечения 46
1.5.2 Современные технологии компьютерного проектирования и изготовления протезов в стоматологии 50
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 58
2.1 Характеристика клинических наблюдений и дизайн исследования. 58
2.2 Обоснование, разработка и особенности применения экспертной системы для планирования ортопедического стоматологического лечения. 64
2.2.1 Теоретическое обоснование использованной экспертной системы. 64
2.2.2 Математическая конечно-элементная модель челюсти 66
2.2.3 Варианты моделирования различных видов протезов 70
2.3 Методы исследования 75
2.3.1 Изучение оптической плотности костной ткани челюстей 75
2.3.2 Ультразвуковая допплерография 80
2.3.3 Определение микролементов Са, Mg, Р в сыворотке крови и ротовой жидкости, оценка минеральной плотности костной ткани 84
2.4 Статистическая обработка полученных данных 86
ГЛАВА 3. Система прогнозирования изменений плотности костной ткани альвеолярного отростка в области опорных зубов и имплантатов при использовании различных видов зубных протезов 90
Глава 4 Результаты исследования внутренних напряжений в челюстных костях, возникающих при использовании частичных съемных, бюгельных и мостовидных протезов 99
4.1 Оценка внутренних напряжений в костной ткани при использовании
частичных съемных протезов 99
4.1.1 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости 99
4.1.2 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при повышенной плотности кости 103
4.1.3 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости 107
4.1.4 Сравнительный анализ результатов распределения внутренних напряжений при различной плотности костной ткани 111
4.2 Оценка внутренних напряжений в костной ткани при использовании
бюгельных протезов 115
4.2.1 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости 115
4.2.2 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при повышенной плотности кости 118 4.2.3 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости 123
4.2.4 Сравнительный анализ результатов распределения внутренних напряжений при различной плотности костной ткани 128
4.3 Оценка внутренних напряжений в челюстных костях при использовании мостовидных протезов, опирающихся на естественные зубы 133
4.3.1 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости 133
4.3.2 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при повышенной плотности кости 139
4.3.3 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости 148
4.3.4 Сравнительный анализ результатов распределения внутренних напряжений при различной плотности костной ткани 156
ГЛАВА 5 Результаты исследования внутренних напряжений в челюстных костях, возникающих при использовании конструкций с опорой на имплантаты 162
5.1 Оценка внутренних напряжений в костной ткани при использовании мостовидных протезов с опорой на имплантаты 162
5.1.1 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости 162
5.1.2 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при повышенной плотности кости 169
5.1.3 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости 179
5.1.4 Сравнительный анализ результатов распределения внутренних напряжений при различной плотности костной ткани 189
5.2 Изучение внутренних напряжений в челюстных костях при использовании несъемных конструкций с опорой только на имплантаты 195
5.2.1 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стан 5
дартной плотности кости 195
5.2.2 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при повышенной плотности кости 202
5.2.3 Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости 214
5.2.4 Сравнительный анализ результатов распределения внутренних напряжений при различной плотности костной ткани 226
ГЛАВА 6 Результаты оценки клинической эффективно сти применения предложенной технологии 233
6.1 Сравнительная оценка эффективности применения частичных съемных протезов при использовании предложенной технологии планирования ортопедического стоматологического лечения 233
6.2 Сравнительная оценка эффективности применения бюгельных протезов при использовании предложенной технологии планирования ортопедического стоматологического лечения 237
6.3 Сравнительная оценка эффективности применения протезов, опирающихся на естественные зубы (мостовидных протезов), при использовании предложенной технологии планирования ортопедического стоматологического лечения 242
6.4 Сравнительная оценка эффективности применения мостовидных конструкций с опорой на имплантаты при использовании предложенной технологии планирования ортопедического стоматологического лечения. 247
6.5 Сравнительная оценка эффективности применения протезов с опорой на имплантаты при использовании предложенной технологии планирования ортопедического стоматологического лечения 252
ГЛАВА 7 Изучение минеральной плотности костной ткани и содержания микроэлементов в ротовой жидкости и в сыворотке крови при использовании различных видов зубных протезов 263
7.1 Концентрации микроэлементов в ротовой жидкости и в сыворотке кро 6
виу пациентов при установке различных конструкций зубных протезов. 263
7.2 Результаты оценки минеральной и оптической плотности костной тка
ни у пациентов при установке различных ортопедических конструкций. 269
ГЛАВА 8 Изменения капиллярного кровообращения при использовании различных видов зубных протезов 274
8.1 Изменения капиллярного кровообращения при использовании частичных съемных протезов 275
8.2 Изменения капиллярного кровообращения при использовании бюгель-ных протезов 277
8.3 Изменение капиллярного кровообращения при использовании мосто-видных протезов, опирающихся на естественные зубы 280
8.4 Сравнительный анализ использования различных видов зубных протезов 283
Заключение (обсуждение полученных результатов) 287
Выводы 301
Практические рекомендации 303
Список сокращений 305
Список литературы
- Частота, этиология и классификация осложнений ортопедического лечения пациентов с частичным отсутствием зубов
- Теоретическое обоснование использованной экспертной системы.
- Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости
- Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время совершенствование медицинской помощи и реабилитации пациентов с челюстно-лицевыми дефектами и стоматологическими заболеваниями осуществляется при активном использовании информационных технологий и возможностей моделирования с их помощью процессов пато- и саногенеза у данной категории больных (Кулаков А.А. и др., 2009; Слабковская А.Б., Панаиотов И.П., 2014; Чуйко А.Н. и др., 2011). Возможности применения современных информационных технологий в медицине и, в частности, в ортопедической стоматологии, способствовали созданию и апробации в клинической практике экспертных систем (ЭС), позволяющих на основе оценки состояния организма пациента моделировать наиболее вероятные варианты развития патологических процессов при различных заболеваниях. Медицинские экспертные системы позволяют врачу не только проверить собственные диагностические предположения, но и обратиться к компьютеру за консультацией в трудных диагностических случаях. К такого рода экспертным системам относятся, в частности, нейронные сети. В настоящее время разработаны теоретические основы методологии применения медицинских самообучающихся нейросе-тевых ЭС для помощи специалистам в выработке и принятии решений в области диагностики, лечения и прогнозирования ряда заболеваний и патологических состояний как в рамках проведения научных исследований, так и для решения задач практического здравоохранения, в том числе в конкретных клинических ситуациях (Хайкин С., 2008; Цаликова Н.А. и др., 2013; Kato A., Ohno N., 2009).
Особое место среди ЭС, применяемых в медицине, занимают так называемые самообучающиеся интеллектуальные системы (СИС) (Галушкин А.И., Симоров С.Н., 2011). Самообучающиеся медицинские экспертные системы принятия решений, диагностики, назначения лечебно-профилактических мероприятий и прогнозирования должны удовлетворять следующим требованиям:
-
Индивидуализация.
-
Динамическое развитие.
3. «Нечеткий» характер результата. Оно может быть вероятностным или предлагать сразу несколько вариантов на выбор.
Функционирование этих систем базируется на использовании методов автоматической классификации ситуаций из реальной практики или обучении на примерах. Предпринимаются попытки использования СИС для прогнозирования функционирования различных видов зубных протезов (Чумаченко Е.Н. и др., 2014; Schepers R.H. et al., 2015; Vecchiatini R. et al., 2015). Известно, что устойчивость зубов в ортопедических конструкциях определяется не только состоянием их опорно-удерживающего аппарата, но также зависит от внешних факторов, в том числе от конструкции и протяженности зубных протезов и от направления и величины прикладываемых сил. (Moreira W. et al., 2013; Reich S. et al., 2014).
Системное снижение МПКТ костей скелета оказывает непосредственное влияние на изменение плотности костей верхней и нижней челюсти, на плотность костной ткани элементов височно-нижнечелюстного сустава (Пихлак У.А., 2010; Mulligan R., 2005). Исследование плотности костной ткани элементов зубочелю-стной системы представляет большой научно-практический интерес на этапах: планирования комплексного стоматологического лечения, составления прогноза функционирования зубных протезов, сокращения сроков лечения и снижения числа осложнений после ортопедического стоматологического лечения.
Степень разработанности темы. Решение задач ортопедической стоматологии: в частности, повышение технического уровня и качества зубных протезов, уменьшение сроков их изготовления, экономия дорогостоящих материалов, повышение прочностных характеристик, оптимизация распределения жевательной нагрузки в костной ткани челюстей при протезировании, – все это требует автоматизации деятельности специалистов на базе более широкого использования средств вычислительной техники. В значительной мере это относится к использованию возможностей информационных технологий при расчетах основных элементов конструкций «зуб-протез» с использованием современных математических методов (Jokstad A., Shokati B., 2015; Wojtowicz A. et al., 2014). При этом в ряде работ было показано, что формализация задач и использование ап-4
парата решения биомеханических задач позволяют математически охарактеризовать изменения состояния костных тканей (Liedke G.S. et al., 2016; Yamanishi Y. et al., 2014). Многие исследователи сходятся на том, что применение такого подхода позволяет специалисту получить более точную информацию о параметрах напряженно-деформированного состояния тканей в биологической системе, учет которых при планировании ортопедического лечения способствует значительному снижению риска развития осложнений, улучшению эстетических результатов протезирования, повышению удовлетворенности пациентов качеством выполненного лечения (Олесова В.Н. и др., 2013; Чиб М.А., 2010).
В течение последних десятилетий проведены исследования, направленные на оценку изменений, происходящих в системе «зуб – костная ткань» при прикладывании к ней различных силовых нагрузок, характерных для различных конструкций протезов (Люндуп А.В. и др., 2013; Шварц А.Д., 1995; Shurbaji Mozayek R. et al., 2016). Однако, несмотря на сообщения, посвященные этим аспектам совершенствования протезирования зубов, закономерности процессов взаимодействия в системе «зубной протез–зуб–костная ткань» до настоящего времени полностью не изучены (Жулев Е.Н. и др., 2014; Саввиди К.Г. и др., 2014; Jacobsen C. et al., 2011; Tutak M. et al., 2013). Проблема состоит в том, что до настоящего времени не было разработано удовлетворительной математической модели, позволяющей оценить состояние опорных тканей зубов в челюсти.
Рядом авторов в качестве перспективного подхода к прогнозу результатов протезирования рассматривается изучение функциональных показателей состояния опорных зубов и протезного ложа, в частности, с помощью оценки состояния микроциркуляции, которые должны быть учтены при разработке и апробации экспертной системы (Кречина Е.К. и др., 2010; Чумаченко Е.Н. и др., 2014; Teo J.W. et al., 2014).
Таким образом, одним из перспективных направлений совершенствования методов стоматологической ортопедической помощи является использование возможностей информационных технологий для планирования стоматологического ортопедического лечения, хотя возможности этого подхода в должной ме-5
ре не оценены, а имеющиеся в литературе данные скудны и не систематизированы, что и послужило основанием для проведения настоящего исследования.
Цель работы – разработка и обоснование применения прогнозирования результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда с использованием медицинской экспертной системы на основе комплексной оценки результатов дополнительных методов обследования.
Задачи исследования:
-
Разработать и обосновать показания к использованию созданной медицинской экспертной системы для решения проблемы прогнозирования результатов ортопедического лечения пациентов с дефектами зубных рядов.
-
Создать математическую конечно-элементную модель для изучения функционирования различных видов съемных и несъемных зубных протезов, опирающихся на естественные зубы и имплантаты, при повышенной и пониженной плотности костной ткани челюстей.
-
Определить значимость изменений минеральной и оптической плотности костной ткани челюстей и уровня микроэлементов Ca, Mg, P в ротовой жидкости и сыворотке крови при прогнозировании результатов протезирования дефектов зубных рядов и оценить результаты использования медицинской экспертной системы прогнозирования с применением программ искусственного интеллекта.
-
Провести сравнительную оценкуфункционального состояния гемодинамики в тканях, окружающих опорные зубы, при использовании различных видов зубных протезов с помощью ультразвуковой допплерографии, используя разработанную методику и стандартные подходы замещения дефектов зубного ряда.
-
Изучить клиническую эффективность применения предложенного метода прогнозирования результатов ортопедического лечения с использованием медицинской экспертной системы на основе комплексной оценки биомеханических и функциональных показателей опорных зубов и протезного ложа после протезирования дефектов зубных рядов. Оценить отдаленные результаты использования экспертной системы после протезирования с учетом удовлетворенности пациентов проведенным лечением, частоты отдаленных осложнений и повторных вмешательств.
Научная новизна исследования. Впервые разработано и обосновано прогнозирование результатов ортопедического лечения на основе программ искусственного интеллекта для решения задач оптимизации планирования стоматологического ортопедического лечения.
Впервые создана математическая конечно-элементная модель для изучения функционирования различных видов зубных протезов при повышенной и пониженной плотности костной ткани челюстей.
Впервые изучено влияние содержания микроэлементов Са, Мg, Р в сыворотке крови и ротовой жидкости на костную ткань челюстей при функционировании различных видов зубных протезов, используемых для замещения дефектов зубных рядов.
Впервые определена прогностическая значимость изменений минеральной и оптической плотности костной ткани челюстей при прогнозировании результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда.
Впервые использованы показатели функционального состояния гемодинамики опорных зубов при прогнозировании результатов ортопедического лечения с помощью ультразвуковой допплерографии.
Впервые обоснована клиническая эффективность разработанного метода прогнозирования результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда, и его применение позволяет снизить частоту осложнений: подвижности зубов, воспаления тканей краевого пародонта, случаев повторного протезирования.
Теоретическая и практическая значимость исследования:
-
Разработана методика прогнозирования результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда с помощью медицинской экспертной системы с использованием данных, полученных при проведении дополнительных методов обследования.
-
Разработана методика обследования пациентов до и после протезирования с использованием данных оптической и минеральной плотности костной ткани, ультразвуковой допплерографии.
-
Обоснована клиническая эффективность использования программ искусственного интеллекта для прогнозирования результатов стоматического лечения дефектов зубного ряда. Использование данной методики позволяет снизить частоту принятия неверных решений и улучшить качество жизни пациентов.
-
Получены новые научные данные о негативном влиянии частичных съемных протезов на альвеолярный гребень протезного ложа и опорные зубы.
Методология и методы исследования:
-
Анализ 421 литературных источников по проблемам протезирования, прогнозирования результатов оказания медицинской помощи и профилактики осложнений, возникающих при использовании съемных и несъемных конструкций.
-
Проведение изучения распределения внутренних напряжений на математической конечно-элементной модели при использовании различных видов зубных протезов с учетом различной плотности костной ткани.
-
Оценка влияния зубных протезов на косную ткать в области опорных зубов у 692 пациентов, пользующихся частичными съемными, бюгельными, мостовидными протезами, а также протезами, опирающимися на имплантаты, с использованием клинических и лабораторных данных.
-
Изучение у 114 пациентов содержание микроэлементов Ca, Mg, P по показателям смешанной слюны и десневой жидкости до и после зубного протезирования дефектов зубного ряда.
-
Проведение физиологических исследований состояния микроциркуляции в области опорных зубов у 225 пациентов, определенных исследованием возрастных групп, по данным ультразвуковой допплерографии.
-
Анализ результатов клинических наблюдений за оптической плотностью костной ткани в области опорных зубов при использовании пациентами различных видов зубных протезов.
-
Проведение оценки эффективности, разработанной медицинской экспертной системы методом стоматологического обследования и изучения качества жизни пациентов до и после проведённого ортопедического лечения дефектов зубных рядов.
8. Статистическая обработка полученных 12203 цифровых данных обследования десяти групп пациентов с использованием пакета прикладных программ Office Excel 2010 (Microsoft, США), STATISTICA 10 для Windows (StatSoft, США).
Положения, выносимые на защиту:
-
Успешность ортопедического лечения связана с разработкой и обоснованием внедрения медицинской экспертной системы прогнозирования результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда, позволяющей получить объективную картину состояния костной ткани челюстей в области опорных зубов, и сделать оптимальный выбор зубного протеза.
-
Математическое конечно-элементное моделирование позволяет провести количественный анализа напряженно-деформированных состояний в системе «зубной протез–зуб–костная ткань», выполнить прогнозирование состояния и функционирования конструкций в зависимости от условий приложения нагрузки и плотности костной ткани в области опорного зуба, что способствует оптимизации предварительного планирования конструкции зубных протезов.
-
Применение созданной медицинской экспертной системы, основанной на данных изменения оптической плотности костной ткани челюстей в области опорных зубов и уровней микроэлементов в ротовой жидкости и сыворотке крови, позволяет повысить качество жизни пациентов, получивших зубные протезы.
-
Проведение протезирования дефектов зубного ряда на основе разработанной медицинской экспертной системы способствует улучшению гемодинамики в области опорных зубов в 1,5–2 раза быстрее, чем при использовании традиционных методов протезирования зубных рядов. Информативная ценность данных ультразвуковой допплерографии области опорных зубов в комплексе прогнозирования результатов ортопедического лечения замещения дефектов зубного ряда позволяет рекомендовать этот вид обследования в качестве обязательного.
-
Успешность оказания медицинской стоматологической помощи зависит от эффективного внедрения экспертной системы в прогнозирование результатов ортопедического лечения дефектов зубного ряда, что позволяет более объективно проводить планирование лечебно-профилактических мероприятий, сократить
частоту развития осложнений и приводит к повышению качества оказания помощи, большей удовлетворенности пациентов проведенным лечением.
Внедрение результатов исследования. Результаты работы внедрены в практическую деятельность Клинической стоматологической поликлиники БГМУ; АУЗ Республиканская стоматологическая поликлиника г. Уфа; ГАУЗ РБ стоматологическая поликлиника № 8 г. Уфа; ГБУ «Республиканская стоматологическая поликлиника» г. Грозный; ГДУЗ РБ Стоматологическая поликлиника г. Стерлитамак; кафедры ортопедической стоматологии ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации; кафедры стоматологии общей практики и челюстно-лицевой хирургии ИДПО ФГБОУ ВО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается достаточным объемом полученных данных клинико-лабораторных исследований, анкетирования, ортопедического лечения и профилактических мероприятий, их статистического анализа 5 групп (10 подгрупп) пациентов, сформированных методом случайной выборки по критериям включения и невключения; обеспечивается достаточным объёмом исследований с применением современного оборудования и средств обработки полученных данных, а также внедрением результатов работы в практическое здравоохранение.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на: Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы науки» (Челябинск, 2013); Международной конференции «Биосовместимые материалы и новые технологии в стоматологии» (Казань, 2014); Республиканской конференции стоматологов Республики Башкортостан «Актуальные вопросы современной стоматологии» (Уфа, 2014; 2015; 2016). Диссертация апробирована на межкафедральном совещании сотрудников кафедр стоматологии детского возраста и ортодонтии с курсом института дополнительного профессионального образования, ортопедической стоматологии, терапевтической
стоматологии с курсом института дополнительного профессионального образования, хирургической стоматологии, кафедры стоматологии общей практики и челюстно-лицевой хирургии с курсом института дополнительного профессионального образования Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации от 17 декабря 2016 года, на межкафедральном совещании сотрудников кафедр ортопедической стоматологии и протетики, кафедры ортопедической стоматологии и гна-тологии, кафедры ортопедической стоматологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Министерства здравоохранения Российской Федерации от 6 апреля 2017 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ из них 2 патента на изобретение, 1 свидетельство о государственной регистрации для ЭВМ, 17 статей (в том числе 2 статьи в журналах Scopus (на английском языке), рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования РФ для публикаций основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора медицинских наук.
Личное участие автора в получении результатов. Автором самостоятельно разработаны дизайн и программа исследования, диссертант принимал непосредственное участие в обследовании и лечении пациентов с дефектами зубных рядов.
Автором лично проведен статистический анализ и описание результатов основных клинических, лабораторных и инструментальных исследований, сформулированы выводы и основные положения, выносимые на защиту.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 353 страницах печатного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 8 глав результатов собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы, приложений. Работа иллюстрирована 35 таблицами и 164 рисунками. Указа-11
Частота, этиология и классификация осложнений ортопедического лечения пациентов с частичным отсутствием зубов
Описаны самые разные варианты подходов к оценке медицинской эффективности ортопедического лечения: клинические, клинико-статистические, кли-нико-рентгенологические, функциональные и другие [241, 331, 354, 356, 393].
В 1978 г. на Гарвардской конференции в качестве критериев эффективности дентальной имплантации было рекомендовано использование следующих показателей: – подвижность имплантатов (менее 1 мм в каждом направлении); – рентгенологическая картина убыли кости (менее одной трети длины им-плантата); – клинические признаки терапевтически легко устраняемого гингивита; – отсутствие патологических изменений нервов, верхнечелюстных пазух, носовой полости; – отсутствие симптомов инфекции; – эффективность на уровне 75% через 5 лет [282, 390]. Впоследствии эти критерии были уточнены и расширены, стали в целом более жесткими, а именно: – отсутствие клинической подвижности одиночных и не блокированных имплантатов; – отсутствие рентгенологических периимплантатных изменений; – средняя убыль кости менее 0,2 мм через год после имплантации; – отсутствие болевых ощущений, невропатий и парестезий; – отсутствие инфекционных осложнений; – отсутствие повреждений нервных каналов; – эстетическая удовлетворенность реабилитацией [35, 142, 189, 190, 329, 394]. В 1989 г. Smith D. и Zarb G. предложили иные, более жёсткие критерии оценки, согласно которым 85% и более установленных имплантатов спустя 5 лет, а через 10 лет не менее 80% имплантатов должны быть клинически стабильными, а скорость убыли костной ткани, по мнению исследователей, должна составлять менее 0,2 мм/год.
Полагают, что критериями оценки скорости убыли кости должны быть данные рентгенологического исследования спустя год после выполнения имплантации. При этом допускается убыль костной ткани в течение первого года до 1,0 мм. Причиной резорбции кости в этот период после установки имплантатов обычно является второй этап операции, после чего на некоторое время изменяется микроциркуляция в области гребня альвеолярного отростка [90, 91, 96].
Функциональная нагрузка на имплантат способствует структурной перестройке кости, начинающейся с её резорбции. Резорбция в области гребня альвеолярного отростка, где расположен имплантат до 1 мм, представляет собой тканевой ответ на вмешательство [258].
Ряд исследователей предлагают использовать лабораторные и инструментальные методы оценки функционального состояния имплантата, в частности, определение плотности кости (денситометрию), ультразвуковую диагностику, изучение показателей десневой жидкости, функциональные пробы, гнатодина-мометрию и др., однако применение этих методов представляется проблематичным в повседневной клинической практике [17, 165, 190, 208, 222, 263, 287].
В качестве методов контроля лечения также могут быть использованы методы ультразвуковой допплерографии и лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). Ультразвуковая допплерография представляет собой неинвазивный метод оценки регионарного кровотока, основанный на эффекте изменения частоты отраженного сигнала от движущегося объекта (эффект Допплера) [58, 90, 189]. В ряде работ показаны возможности оценки изменения процессов микроциркуляции в тканях пародонта с помощью этого метода, который позволяют определить интенсивность тканевого кровотока, измерить его гемодинамические характеристики. Возможности УЗ-допплерографии способствуют повышению эффективно 30 сти диагностики и обеспечивают возможность мониторинга процесса лечения болезней пародонта [92].
Высокая информативность ультразвуковой допплерографии дает возможность оценивать гемодинамическую значимость различных факторов, вызывающих нарушение кровоснабжения тканей челюстно-лицевой области или способствующих его улучшению. Это особенно важно для оценки состояния регионарного кровоснабжения при выполнении реконструктивных операций в челюстно-лицевой области, в том числе и для оценки результатов протезирования [154].
Методика лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) в последнее десятилетие все чаще стала применяться для оценки состояния кровотока в микрососудах. С помощью этого метода осуществляется оценка ранних стадий воспалительных заболеваний периодонта, в основе которых лежат в первую очередь нарушения микроциркуляции [25, 160]. Использование аппаратурного тестирования микроциркуляторных расстройств в клинической практике позволяет диагностировать ранние проявления патологии. ЛДФ позволяет не только оценить общий уровень периферической перфузии, но также и выявить особенности состояния и регуляции кровотока в микроциркуляторном русле. Капиллярный кровоток характеризуется показателем микроциркуляции (ПМ), который регистрируется в течение определенного промежутка времени специально разработанным для этого прибором. Суть метода – монохроматический пучок света низкой интенсивности, который излучается лазерным диодом, встроенным в допплеров-ский лазерный флоуриметр, проходя по гибкому световоду и через наконечник датчика освещает исследуемый участок биологической ткани. Происходит отражение, и часть света попадает на внутренний фотоприемник прибора. Движущиеся частицы – в данном случае эритроциты – вызывают частотный сдвиг в соответствии с допплеровским эффектом. Принятый сигнал обрабатывается в соответствии с заложенным алгоритмом. Преимуществами метода являются: неинва-зивность, высокая информативность, объективность и возможность оценивать состояние кровоснабжения пульпы зуба и периодонта [91, 38].
Теоретическое обоснование использованной экспертной системы.
Для изучения напряженно-деформированного состояния объекта к модели следует прикладывать нагрузки, действующие на объект в реальных условиях. При этом самой модели должны быть присущи физико-механические характеристики соответствующие реальным для рассматриваемого объекта. После осуществления необходимых расчетов исследователь получит полную информацию о распределении напряжений, деформаций и смещений во всех точках рассматриваемого объекта [410].
С точки зрения механики деформируемого тела, задача определения напряжений естественным образом распадается на три отдельные задачи: определение остаточных технологических напряжений; выявление напряжений, вызванных жевательной нагрузкой, изучение температурных напряжений, вызванных приемом горячей или холодной пищи.
Первая задача представляет задачу линейной термоупругости. Начальное и конечное температурные поля заданы и являются однородными. Остаточные напряжения возникают вследствие неоднородности физических свойств и со временем не меняются. Вторая задача – это задача линейной теории упругости. Хотя жевательная нагрузка является циклической и, следовательно, зависит от времени, силовые напряжения будут определяться только для максимального значения жевательной нагрузки как наиболее опасного случая. Третья задача, как и первая, является задачей линейной термоупругости. Однако в этом случае причинами возникновения температурных напряжений являются как неоднородность физических свойств, так и неоднородность зависящего от времени температурного поля.
Предпринимались попытки исследования различных математических конечно-элементных моделей и систем: имплантат–естественный зуб, объединенный мостовидным протезом. Полученный авторами результат указывал на то, что спо 53 соб фиксации конструкции не имеет решающего значения, так как напряжения в костной ткани распределялись практически одинаково [77, 110, 281, 407].
Предпринята попытка рассмотрения напряженно-деформированного состояния металлокерамических коронок в зависимости от формы уступа при помощи математического моделировании. Показано, что лучшим вариантом препарирования зуба под цельнокерамическую коронку является создание вестибулярного и орального уступов под углом 135, а также апроксимальных уступов в виде ложбинки.
Рядом авторов были разработаны математические модели системы «протез-кость-имплантат» с целью выявления наиболее оптимального размещения этих элементов друг относительно друга. Рассматривались различные варианты размещения имплантатов в кости и их количества, получена закономерность, что протезные конструкции испытывают в большей степени напряжения сжатия. Напряжения сжатия при этом во всех изученных протезах в десятки раз ниже предела прочности конструкционных материалов.
Проведен ряд исследований, посвященных закономерностям биомеханики дентальных имплантатов, вводимых в альвеолу непосредственно после удаления зуба [163, 259, 275, 288]. При этом рассчитаны объемные 3D-модели, позволившие оценить напряженно-деформированное состояние опорных биологических тканей в зоне имплантации. Полученные результаты позволили ряду исследователей сделать вывод о существенном улучшении распределения нагрузок при применении для непосредственной имплантации внутрикостных биодизайн-имплантатов [80, 82, 275, 263, 318].
Применение конечно-элементного объемного моделирования в биомеханике способно существенно расширить возможности решения ряда задач практической и теоретической стоматологии. Эти задачи могут решаться с применением принципов системно-структурного прочностного анализа, в рамках которого могут быть учтены как геометрические характеристики, так и прочностные свойства костной ткани [281]. Понимание особенностей поведения биологических тканей зубочелюстной системы помогают в выборе оптимальной конструкции при замещении дефектов зубных рядов съемными или несъемными конструкциями. Использование информационных технологий, как правило, более предпочтительно, чем моделирование в металле, и, разумеется, «экспериментирование» на больных.
Имеются сообщения и о применении такого метода, как CBR (Case-based reasoning – рассуждение на основе прецедентов) [413]. Данный подход является методом формирования умозаключений, опирающимся не на логические выводы от исходной посылки, а на поиск и анализ вариантов формирования аналогичных умозаключений в прошлом. Очевидно, что подобные умозаключения не являются достоверными, поэтому требуют верификации. В связи с этим оценка корректности сделанных умозаключений является частью CBR-процесса.
Прецедент, или случай, является представлением опыта прошлого и включает три элемента: описание проблемы, решение и состояние, достигнутое после применения выбранного решения. CBR позволяет решать новые проблемы на основе результатов предшествующих случаев. Алгоритм решения проблемы в рамках данного метода называется циклом CBR. Данный цикл состоит из 4 последовательных шагов: извлечение данных, повторное использование, пересмотр результатов и сохранение. Каждый этап цикла CBR нуждается в реализации отдельного метода для решения, поставленной на данном этапе задачи.
Необходимо отметить, что использование метода CBR в биомедицинских дисциплинах является относительным новшеством, но ряд исследователей нередко прибегают к его применению для решения ряда задач в ходе исследований. Так, этот алгоритм используется в медицинских центрах в качестве метода контроля, для анализа гипертиреоидизма, решения вопроса о проведении гемодиализа пациентам с рядом заболеваний, в том числе с сахарным диабетом, для диагностики уровня выраженности стресса, а также как метод прогноза у онкологических больных [249, 264, 325].
Распределение внутренних напряжений в костной ткани при стандартной плотности кости
Модуль упругости (Юнга) – параметр, который определяет сжимаемость материала в направлении приложенной силы к сжимаемости вдоль этой оси.
Коэффициент Пуассона – это отношение сжимаемости материала в направлении поперечном приложенной силе к сжимаемости вдоль этой оси.
В представленной модели отражены все элементы зубочелюстного сегмента, однако при этом использованы только две основные среды, являющиеся основной моделируемой анатомической области. Физические характеристики пе-риодонта, пульпы, компактной кости, эмали в данном случае не имеют решаю 70 щего значения, так как их толщина весьма мала, эти объекты могут выступать в качестве проводящих сред.
При моделировании установки мостовидного протеза с опорой на имплан-тат использованы три основные среды: губчатая кость, дентин, титан.
Характеристики материалов, из которых изготавливаются зубные протезы, в данном случае не играют существенно роли, учитываются лишь места приложения нагрузок к модели, и величина силы воздействия, так как происходит изучение опорных элементов конструкций.
Такая модель позволяет изучать распределение напряжений по оси Х, оси Y, оценивать эквивалентные напряжения вдоль этих осей, величину деформации, которую может претерпевать модель под действием нагрузки. Величина деформации показывает, в какой мере изменилась бы конфигурация изучаемого объекта при условии эластичности модели.
Картина распределения напряжений представлена в виде положительных и отрицательных полей. Положительные по значению напряжения указывают на то, что объект находиться в состоянии растяжения, соответственно отрицательные напряжения, возникающие в объекте, указывают на сжимающие нагрузки в данной области.
Изменения в организме человека, вызываемые непрерывно происходящими процессами гомеостаза, отражаются в конечном счете и на физических, в том числе механических, характеристиках различных органов и тканей. При потере зубов перераспределяется влияния внешних механических сил, действующих при функционировании зубочелюстной системы. Соответственно происходит перестройка костных структур, развиваются изменения плотности костной ткани, обусловленные нарушениями динамического равновесия процессов остео 71 синтеза и остеолизиса, что может быть следствием перераспределения жевательной нагрузки.
Следует отметить отсутствие единого мнения о применении метода замещения конкретным видом зубного протеза при таких дефектах зубных рядов, как отсутствие первого и второго премоляра, а также первого моляра, что послужило основой рассмотрения данного метода в рамках настоящей работы. Также рассмотрен вариант использования имплантата в качестве промежуточной опоры при замещении дефекта зубного ряда мостовидным протезом.
Для выбора оптимальной конструкции, замещающей дефект зубного ряда, с учетом индивидуальных физических характеристик моделировали следующие основные конструкции зубных протезов:
Рассматривался вариант мостовидного протеза с промежуточной опорой на имплантат, однако полученные результаты распределения внутренних напряжений показали весьма неблагоприятную картину функционирования данного вида протеза, которую нежелательно применять на практике.
Для получения картины распределения внутренних напряжений в костной ткани и зубах, ограничивающих дефект, на конечно-элементной модели были отображены точки приложения жевательной нагрузки, соответствующей изучаемому виду протеза.
К смоделированным протезам нагрузка прикладывается к точкам закрепления. Под точками закрепления понимаются места приложения силы по направлениям, через которые осуществляется воздействие на модель, либо места контакта с каким-либо объектом. Сила жевательной нагрузки определяется как 100 H на исследуемый объект, то есть рассматривается нагрузка, испытываемая протезом при разжевывании пищи средней твердости. Распределение жевательных нагрузок, которые испытывают частичные съемные и бюгельные протезы, описаны в работах (Перзашкевич Л.М. (1974) и Соснин Г.П. (1980) и приняты нами как условие функционирования математической модели.
Модель частичного съемного протеза представлена на рисунке 3. Данный вид протеза моделируется таким образом, что основная часть жевательной нагрузки воспринимается протезным ложем (90%) и по 5% нагрузки воспринимают опорные зубы через гнутые кламмера. Нагрузка на зубы с кламмеров моделируется в области экватора зуба.
Для проведения изучения распределения внутренних напряжений использовано 55 точек закрепления на математической модели.
Модель бюгельного протеза представлена на рисунке 4. В рамках этой модели жевательная нагрузка воспринимается в первую очередь опорными зубами через опорноудерживающие кламмера (по 30% на каждый зуб) и в меньшей степени – через протезное ложе – до 40%.
Распределение внутренних напряжений в костной ткани при пониженной плотности кости
Таким образом, выполненный прогноз результатов протезирования пациента с использованием имплантатов обладает высокой степенью достоверности.
Нами было выдвинуто предположение, что в целом использование предложенной системы для осуществления экспертной оценки на этапе планирования лечения дефектов зубных рядов позволит существенно снизить долю ошибочных решений в практической деятельности врача стоматолога-ортопеда. Разработка плана лечения данной категории больных, согласованного с врачами смежных стоматологических специальностей, в конечном итоге способствует снижению частоты осложнений, эстетических дефектов, случаев повторного протезирования, улучшению качества жизни пациентов и удовлетворенности проведенным лечением. Анализ этих аспектов представлен в главе 6 настоящей работы.
При изучении распределения напряжений в челюсти при использовании частичного съемного протеза были приняты следующие условия функционирования модели: – 100% плотность губчатой кости 15103 кг/см2; плотность дентина 200103 кг/см2, коэффициент Пуассона 0,30; сила жевательной нагрузки определяется как 100 H на каждый сегмент модели, то есть нагрузка, испытываемая протезом при разжевывании пищи средней твердости; нагрузка распределяется по 5% на опорные зубы, 90% – на промежуточную часть.
Нагрузка прикладывается к точкам закрепления на зубах и альвеолярном гребне, так как материал, из которого изготовлен протез, является лишь проводящей средой, поэтому физико-механические характеристики материала не оказывают решающего влияния на конечный результат исследования модели дефекта зубного ряда. Под точками закрепления понимаются места приложения силы, через которые осуществляется воздействие на модель, либо места контакта с каким-либо объектом.
В модели было изучено распределение напряжений по оси Х, оси Y, оценены эквивалентные напряжения по этим осям, величина деформации, которую может претерпевать модель под действием нагрузки. Использовали картину распределения эквивалентных напряжений и графики распределения внутренних напряжений.
Этот подход был далее применен при оценке разных вариантов функционирования частичного съемного протеза.
Из рисунка 19 видно, что возникающие напряжения являются только положительными, таким образом, модель подвержена растяжению во всех участках. Зона повышенных напряжений располагается в области альвеолярного гребня на всем протяжении костной ткани по глубине, картина распределения напряжений представляет собой усеченный конус, обращенный основанием к базису съемного протеза.
Значения внутренних напряжений в области шеек опорных зубов в 2–2,5 раза меньше, чем в области протезного ложа. В проекции верхушек корней опорных зубов отмечаются небольшие зоны концентрации внутренних напряжений, также наблюдается увеличение значений растягивающих напряжений в сторону дефекта зубного ряда. Появление этих участков связано с передачей жевательного давления с зубного протеза на опорные зубы и альвеолярный гребень.
Внутренние напряжения в области опорных зубов соотносятся со значениями распределения внутренних напряжений, возникающих в области протезного ложа частичного съемного протеза, как 1:1,5, что свидетельствует о перераспределении жевательные нагрузки при использовании данного варианта протеза. Такое перераспределение, в свою очередь, способствует неравномерному распределению внутренних напряжений в области опорных зубов. Усиление внутреннего напряжения в области альвеолярного гребня протезного ложа при длительном воздействии нарушает динамическое равновесие остеосинтеза и ос-теолизиса, что способствует развитию атрофических процессов в этой области.
Максимальные значения внутренних напряжений отмечаются в области протезного ложа. Сравнение величин напряжений поверхностных и глубоких слоев свидетельствует о том, что напряжения в глубоких слоях на 7,7% выше, чем в поверхностных слоях, что связано с возможными деформациями, возникающими при воздействии жевательной нагрузки.
Представленная на рисунке 20 кривая распределения внутренних напряжений в поверхностных слоях костной ткани (светлая линия) является более поло гой, смещена в сторону клыка.