Введение к работе
Актуальность проблемы. Конец прошлого века ознаменовался появлением новых уникальных материалов используемых в медицине. Благодаря усилиям группы физиков под руководством профессора Гюнтера В.Э. был разработан сплав на основе никелида титана, обладающий рядом уникальных, неизвестных ранее науке свойств. Проявление свойств сверхэластичности (СЭ) и эффекта памяти формы (ЭПФ) послужило основной причиной внедрения сплавов никелида титана в медицинскую практику (Курдюмов Г.В., Хандрос АГ. 1981, Гюнтер В.Э 1989, Оопука К., Симида К, Судзуки Ю. и др. 1990). Эти сплавы являются идеальным конструкционным материалом для создания биомеханически совместимых с организмом человека зубных протезов.
С появлением сплава со сверхэластичными свойствами и эффектом памяти формы возникли новые задачи в области биомеханического обоснования и планирования конструкций. В связи с этим в литературе появились оригинальные исследования в различных разделах стоматологии: имплантологии (Миргазизов М.З., Олесова В.Н., Темерханов Ф.Т. 1985),ортодонтии (Черненко СВ. 1986 Звигинцев М.А2004), челюстно-лицевой ортопедии(Молчанов Н.А2004), зубном протезировании (Кошкин ГА, Мартынов СА, Бородин И.В. 1993,., Фурцев Т.В. 2000).
Однако при этом совершенно неизученным оказался круг вопросов связанных с применением сплава с памятью формы при малоинвазивных. органо-сохранных ортопедических вмешательствах. До сих пор с широких методологических позиций не рассматривались вопросы планирования конструкций с основой из никелида титана и расчета их параметров. Все это затрудняло широкое внедрение в стоматологическую практику замещающих и шинирующих протезов из сверхэластичных сплавов (Ильин АА, Коллеров АА, Сергеев СВ. идр. 2002, Казаков СП., Черненко СВ. 2004).В последнее время число исследований в области применения сверхэластичных сплавов стремительно растет. Но, в большинстве случаев они носят разрозненный характер и направлены на решение частных задач с использованием того или иного отдельного свойства материала. Лишь отдельные работы выполнены на основе сравнительного анализа ортопедических конструкций изготовленных из традиционных материалов и из сплавов со сверхэластичными свойствами.
Имеющиеся исследования по применению сплавов с памятью формы не позволяют тесно подойти к решению основной задачи ортопедической стоматологии, заключающейся в полном восстановлении формы, функций и единства зубочелюстной системы (ЗЧС), приблизив её до первоначального, естественного состояния. Для реализации этой главной задачи в качестве методологической основы в 1991 году М.З. Миргазизовым была предложена концепция биотехнических и функциональных систем. Согласно этой
концепции зубные протезы и шины из никелида титана должны заменять отсутствующие зубы или иммобилизировать ослабленные зубы таким образом, чтобы их механическое поведение было подобным поведению тех элементов зубных рядов, которые протез заменяет или укрепляет. Протезы и шины должны обеспечивать возможность длительной их эксплуатации без грубого нарушения целостности твердых тканей опорных или шинируемых зубов и обратимость проведенных минимально инвазивных методик протезирования (Воробьёв ВА 1996, Olschowsky W. 1998, Blome R. 2001).
Однако большинство работ по применению сплава на основе никелида титана в ортопедической стоматологии, опубликованные после появления этой концепции, были выполнены в отрыве от неё. В настоящее время в связи с разработкой новых модификаций СЭ сплава (литьевой сплав), с широким применением в научных исследованиях методов математического моделирования, объективных методов функциональной диагностики органов ЗЧС. возрос интерес к концепции биотехнических систем, и актуализировалась проблема конструирования зубных протезов на основе применения никелидтитанового сплава. В рамках этой концепции конструкция зубного протеза должна рассчитываться как элемент биотехнической системы (БТС) связанный с зубочелюстной системой и по основным параметрам совпадающий с параметрами живой ткани.
Исходя из указанных предпосылок, опираясь на указанную концепцию,
мы сочли актуальным разработать системный комплексный
экспериментально-аналитический метод (ЭА-метод) конструирования зубных протезов, в качестве составляющих которого, должны бьпь использованы математическое моделирование и объективные методы исследования упруго-вязких свойств периодонта, наиболее полно отражающие его деформационные характеристики, например, периотестметрия (Марков Б.П., Морозов КА 2003, Чумаченко Е.Н., Арутюнов С.Д., Лебеденко И.Ю. 2003, Schulte W., Lukas D. 1990, ShiUinburg H.T. 1997). При этом исходили из того, что объединение двух подходов: экспериментального и аналитического, значительно расширит возможности создания адекватных зубочелюстной системе конструкций зубных протезов, в первую очередь, по деформационным характеристикам.
Цель исследования: Разработать, на основе системного подхода,
комплексный экспериментально-аналитический метод выбора
конструкционного материала и расчета параметров малоинвазивных зубных протезов и шин из сверхэластичных сплавов.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
разработать медико-технические требования к зубным протезам из сверхэластичных сплавов
применить в зубном протезировании системный подход к выбору материала и математическое обоснование параметров конструкций
использовать для расчета диапазонов физиологической подвижности зубов расчетные методы и прибор Periotest
предложить для оценки деформационных характеристик органов и тканей зубочелюстной системы и разрабатываемых из сплавов никелида титана зубных протезов и шин объективный функциональный метод исследования.
разработать экспериментально-аналитический метод конструирования и расчета параметров шинирующих конструкций и конструкций, замещающих дефекты зубных рядов.
создать и применить программу компьютерного планирования и конструирования съемных и несъемных зубных протезов и шин с основой из сплавов никелида титана
провести клиническую апробацию разработанных зубных протезов и шинирующих устройств из сверхэластичных сплавов.
Научная новизна.
Впервые, разработан системный подход к планированию конструкций зубных протезов из сверхэластичных сплавов, удовлетворяющих медико-техническим требованиям и основным положениям концепции стоматологических лечебных биотехнических систем (СЛБТС) по М.З. Миргазизову.
Предложены локальные и обобщенная матрицы, описывающие модели поведения элементов зубных рядов в различных ситуациях, и проведено математическое обоснование выбора материала, расчета параметров конструкций замещения и иммобилизации зубов.
Рассмотрены понятия биосовместимостимости конструкционных материалов на основе сплавов никелида титана применяемых в ортопедической стоматологии и зубочелюстной системы.
Использованы объективные методы оценки биомеханической совместимости и степени её достижения при использовании различных конструкций замещения и шинирования, в том числе разработанных нами.
Создан экспериментально-аналитический метод конструирования и расчета параметров шинирующих и замещающих дефекты зубных рядов конструкций.
Разработаны и применены компьютерные программы планирования и расчета параметров шинирующих и замещающих конструкций из сверхэластичного сплава никелида титана, проведена клиническая апробация, определены показания и противопоказания к их применению.
Внедрение результатов исследования:
Результаты исследования внедрены в учебную и клиническую практику Томского НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы, кафедры ортодонтии и зубного протезирования Новокузнецкого института
усовершенствования врачей, кафедр ортопедической стоматологии Алтайской и Владивостокской медицинских академий, Красноярского научного стоматологического центра, стоматологических клиник: «Карат» г. Новокузнецк, «Сона плюс» г. Владивосток.
Практическая значимость исследования заключается:
в использовании системного подхода к планированию конструкций зубных протезов из сверхэластичных сплавов, удовлетворяющих медико-техническим требованиям и основным положениям концепции СЛБТС по М.З. Миргазизову.
в использовании для расчета диапазонов физиологической подвижности зубов расчетных методов и прибора Periotest
в применении методов периотестметрии для объективной оценки биомеханической совместимости разрабатываемых протезных конструкций и зубочелюстной системы;
в разработке и внедрении методики виртуального планирования конструкций замещения и иммобилизации позволяющей моделировать и рассчитывать оптимальные типы зубных протезов с основой из никелида титана в каждом конкретном случае;
в использовании в клинике ортопедической стоматологии съемных и несъемных зубных протезов и шинирующих устройств из сверхэластичных сплавов.
Положения, выносимые на защиту.
Системный подход к выбору материала, конструированию и расчету параметров замещающих и шинирующих конструкций из сверхэластичных сплавов.
Применение метода периотестметрии для объективной оценки биомеханической совместимости разрабатываемых конструкций и зубочелюстной системы.
Экспериментально-аналитический метод конструирования и расчета параметров протезных конструкций, сочетающий клинические и специальные методики обследования больных, с вариантным математическим и программным моделированием зубных протезов.
Использование компьютерных программ виртуального моделирования протезных конструкций для оптимизации выбора конструкционного материала и расчета параметров зубных протезов и шин на основе сплавов никелида титана, обеспечивающих сохранение подвижности зубов, не превышающей допустимых значений.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на:
Всероссийской конференции «Сверхэластичные сплавы с памятью формы в стоматологии» (г. Москва, 2001г.);
IV-VII Всероссийских научных конференциях «Краевые задачи и математическое моделирование» (г. Новокузнецк, 2001- 2004 гг.);
Научно-практической стоматологической конференции «Стоматология -XXI век» (г. Новокузнецк, 2002г.);
Всероссийской конференции «Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в стоматологии» (г. Красноярск, 2003 г.);
XI Международной научно-практической конференции «Стоматология. В
новый веке новыми технологиями» (г. Владивосток, 2003г.);
Международной конференции «Биосовместимые материалы с памятью формы и новые технологии в медицине» (г. Томск, 2004г.);
XII Международной конференции «Новые информационные технологии
в медицине, фармакологии, биологии и экологии» (г. Гурзуф, 2004г.);
6-ом ежегодном российском научном форуме «Стоматология 2004» (г. Москва, 2004г.);
Научно-методическом семинаре Научно-исследовательского института медицинских материалов и имплантатов с памятью формы Сибирского физико-технического института при ТГУ (г. Томск, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 научных работ в медицинских журналах и сборниках; изданы 1 монография, 2 методических пособия (Новокузнецкий ГИДУВ), получено 3 патента на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 255 страницах
машинописного текста, включает 24 таблицы, 80 рисунков. Состоит из введения, 7 глав, содержащих результаты собственных клинических, экспериментальных и аналитических исследований, обсуждения результатов, заключения и выводов, списка литературы, включающего 294 наименований (192 отечественных и 102 иностранных авторов).
