Компьютерные технологии в ортопедической стоматологии реферат

Обновлено: 02.07.2024

С момента изобретения человеком компьютера настала новая эра в науке, технике и просто в жизни человека. В то время как большинство людей способны использовать компьютерную технику максимум для общения в социальных сетях, скайпе и совершения онлайн покупок, другие уже давно используют компьютеры для совершения сложнейших математических измерений, 3D проектирования, программирования, изучения сопротивления материалов и усталостных нагрузок, а также в области CAD/CAM технологий. CAD/CAM — это аббревиатура, которая расшифровывается как computer-aided design/drafting и computer-aided manufacturing, что дословно переводится как компьютерная помощь в дизайне, разработке и компьютерная помощь в производстве, а по смыслу — это автоматизация производства и системы автоматизированного проектирования / разработки.

С развитием технологий, ортопедическая стоматология также прошла эволюция от времён бронзового человека, когда привязывались искусственные зубы золотой проволокой к соседним зубам, до современного человека, который использует технологию CAD/CAM. В момент появления CAD/CAM, основными технологиями изготовления коронок и мостовидных протезов были старая и имеющая много недостатков технология штамповки и пайки, более перспективная и передовая технология литья и менее распространённые технологии, также лишённые недостатков штамповки и пайки, сверхпластичная формовка и спекание. С другой стороны, две последние технологии можно применять для очень ограниченного количества материалов, например, сверхпластичную формовку только для титана. CAD/CAM технология лишена всех недостатков, присущих технологиям литья, например, усадки, деформации, в том числе и при извлечении отлитых коронок, мостовидных протезов или их каркасов. Отсутствует опасность нарушения технологии, например, перегрева металла при литье или повторное использование литников, что приводит к изменению состава сплава. Отсутствует усадка каркаса после нанесения керамической облицовки, возможная деформация при снятии восковых колпачков с гипсовой модели, поры и раковины при литье, непролитые участки и т.д.. Основным недостатком технологии CAD/CAM является высокая себестоимость, что не позволяет широко внедриться этой технологии в ортопедическую стоматологию. Первоначальная технология CAD/CAM представляла из себя компьютер с необходимым программным обеспечением на котором производилось трёхмерное моделирование несъёмного протеза с последующим компьютерным фрезерованием с точностью до 0.8 микрон из цельного металлического или керамического блока.

ЗD моделирование коронки Компьютерное фрезерование каркаса протеза

Соответственно, расходными материалами для данной процедуры становились дорогостоящие блоки и фрезы, в основном твёрдосплавные. Благодаря дальнейшей эволюции CAD/CAM технологии, на смену компьютерному фрезерованию пришла технология 3D печати, которая позволила уменьшить себестоимость и дала возможность изготавливать объекты любой формы и сложности, которые невозможно было произвести до этого ни одной из существующих технологий. Например, благодаря 3D печати можно изготовить цельный полый объект с любой формой внутренней поверхности. Применительно к ортопедической стоматологии, можно изготовить полое тело протеза, что позволит не уменьшая прочности конструкции уменьшить его вес. Уникальность технологии 3D печати можно увидеть на видео.

В стоматологии способ 3D печати зависит от печатаемого материала и поэтому саму технологию условно можно разделить на несколько ветвей:

Печать воском
Печать пластмассой
Печать металлом
Печать гипсом/керамикой

Первая ветвь — это 3D печать воском. Она относится к технологии термопечати, т.е. воск нагреваясь переходит в жидкое состояния, и соответственно в таком состоянии покапельно наносится. После нанесения остывает и переходит в твёрдое состояние. Фактически этот способ является более совершенной технологией моделирования конструкций протезов с присущими ей всеми недостатками литья. Т.е. можно смоделировать на компьютере и напечатать из воска идеальный каркас, но при литье опять столкнуться со всеми проблемами присущими литью. Таким образом данная технология устраняет все недостатки моделирования каркаса из воска, но не устраняет недостатки технологии литья.

Вторая ветвь — это 3D печать пластмассой. Данная технология позволяет получить как разборные модели челюстей, каркасы из беззольной пластмассы для литья, так и готовые протезы, например, коронки или мостовидные протезы из композита, а также напечатать съёмные протезы.

3D печать модели челюстей

В свою очередь существует два метода 3D печати пластмассой:

Терпомечать
Светополимеризационная печать

Термопечать можно использовать для 3D печати термопластами, например, съёмных протезов или же для печати беззольной пластмассой. Светополимеризационную печать можно использовать для печати как коронок из композитов, так и каркасов из беззольной пластмассы, съёмных протезов из акрилатов и полиуретана.

Технология термопечати воска и пластмассы схожи и чем-то похожи на принцип печати обычного цветного струйного принтера. Материал разогревается до температуры плавления и микрокаплями наносится, но в отличии от цветного струйного принтера, который печатает только в одной плоскости, 3D принтер печатает в трёх плоскостях и соответственно не краской, а твёрдыми материалами. Благодаря нанесению материала микрокаплями достигается полная компенсация усадки материала. Кроме этого существует ещё один способ термопечати пластмассой, при котором пластмассовая проволока нагревается и непрерывно подаётся на поверхность печатаемого объекта (FDM 3D печать). Такая технология самая дешёвая и распространённая в мире, но в стоматологии не нашла широкого распространения, так как не обладает высокой точностью.

Фотополимерная печать

Существует 2 способа фотополимерной 3D печати пластмассой в стоматологии:

Струйная фотополимерная 3D печать (MJM)
Стереолитографическая 3D печать (SLA)

Струйная фотополимерная 3D печать (MJM)

Светополимеризационная (фотополимерная) печать похожа на термопечать и отличается только тем, что материал не нужно разогревать, так как он уже жидкий, а затвердевание т.е. полимеризация происходит под действием света синего спектра 455-470 нм.

Стереолитографическая печать (SLA)

Кардинально другой принцип используется в технологии стереолитографической печати. Суть метода заключается в печати в ванне наполненной фотополимерной пластмассой или композитом. В отличие от остальных методов печати при этом методе печать производится сверху вниз и печатаемый объект находится в перевёрнутом состоянии. У многих читателей возникнет вопрос, а как же можно печатать в ванне наполненной фотополимерным материалом, так как должно произойти отверждение всего материала, находящегося в ванне. Всё до гениальности просто. Дело в том, что платформа на которой начинается выращивание печатаемого объекта погружается в толщу фотополимерного композита, не доходя 6-20 мкм до дна (зависит от принтера), т.е. остаётся прослойка фотополимерного материала толщиной 6-20 мкм и соответственно в нужных местах отверждается только эта прослойка. После отверждения платформа поднимается вверх, отрывая отвердевший полимер от дна ванны, затем повторно погружается не доходя 6-20 мкм полимеризованной частью до дна. Таким образом опять создаётся прослойка неотверждённого фотополирмерного материала между дном ванны и уже напечатанным слоем. Процесс повторяется столько раз, сколько слоёв необходимо напечатать для полной готовности объекта.

Преимуществами технологии стереолитографической печати являются:

Высокая точность;
Высокая разрешающая способность;
Гладкая поверхность.

Недостатками стереолитографической печати являются:

Возможность печати только одним цветом;
Фоновая засветка фотополимера, так как небольшая мощность светового излучения рассеивается в общей массе фотополимера. Таким образом часть фотополимерного материала портится, что приводит к увеличению себестоимости печати;
Ограниченный ресурс ванной. Из-за того, что полимер должен постоянно отрываться от дна ванны, её изготавливают из силикона или аналогичного материала, и со временем она выходит из строя, соответственно требует замены;
Ограниченный ресурс дорогостоящего лазера.

Третья ветвь – 3D печать металлом. Суть метода заключается в точечном оплавление металлического порошка лучом до получения однородной структуры. Существует несколько способов 3D печати металлом:

Технология выборочного лазерного спекания (SLS) была изобретена Карлом Декардом и Джозефом Биманом из Университета Техаса (Остин, США) в середине 1980-х.
Технология выборочного лазерного плавления (SLM) была изобретена Вильгельмом Майнерсом и Конрадом Виссенбахом из Института лазерной техники (ILT) Общества Фраунгофера (Ахене, Германия) совместно с Дитером Шварце и Маттиасом Фокеле из компании F&S Stereolithographietechnik GmbH (Падерборн, Германия) в 1995 году.

Все эти методы можно использовать в стоматологии. Условно их можно разделить на две группы, отличающиеся только методом нанесения порошка металла. К первой группе относятся методы подачи порошка с одновременной микросваркой. Ко второй группе относятся методы нанесения слоя порошка с последующей микросваркой порошка.

I группа методов 3D печати металлом.

Метод 3D печати методом прямого осаждения металла (DMD) очень похож на методику лазерной сварки с применением порошка. Суть метода представлена на схеме.

Принцип лазерной сварки

Лазерный луч точечно нагревает участок и туда же подаётся аэрозоль порошка металла в среде инертного газа. Под действием лазера происходит оплавление порошка и переход в жидкую фазу, которая после охлаждения затвердевает. Затем процесс повторяется и таким образом покапельно наслаивается металл. В случае лазерной сварки всё делает зубной техник в ручном режиме. При 3D печати процесс контролируется компьютером, поэтому он производится максимально быстро и точно.

DMD, LFMT, LMD, LDT и LCT методы ничем не отличаются, единственное отличие в том, что LDT и LCT методы применяются для реставрации повреждённых объектов, например, при истирании.

II группа методов 3D печати металлом.

При послойном методе производится нанесении слоя металлического порошка, имеющего микроскопическую толщину (10-50 мкм), на подложку и спекание или точнее микросварка лазером в среде инертного газа микроскопических зёрен металла в необходимых участках слоя. После этого наносится сверху ещё один слой порошка металла, и производится микросварка лазером микрозёрен металла уже не только между собой, но и с нижним слоем.

Слой металлического порошка Микросварка металлического порошка

Таким образом, послойно печатается трёхмерный объект из металла. После завершения печати готовый металлический объект извлекается из порошка. Оставшийся порошок можно использовать повторно. Данная технология представляет из себя безотходное производство, которое в конечном счёте приводит к уменьшению себестоимости конструкции. А благодаря применению компьютерных технологий достигается высокие качество и точность порядка 1-10 микрон. Точность метода ограниченна только диаметром лазерного луча и размером микрозёрен печатаемого материала. Но необходимо помнить, что чем выше точность печати, тем медленнее производиться печать. Предлагаем вашему вниманию видеоролик о 3D печати металлом в стоматологии.

Отличием SLS (выборочное лазерное спекание) от DMLS (прямое лазерное спекание металлов) заключается в том, что второй метод можно применяется только для печати металлом. А методом SLS можно применять для печати любым термопластом. SLS от SLM отличается только тем, что в первом случае производится спекание, а во втором — плавление порошка. Данное отличие является условным, так как при спекании также происходит плавление металла, а отличие названия и описания метода связано с коммерческими моментами. Тоже касается и метода LC и LMF. Поэтому разделение всех этих методов является надуманным, хотя по данным создателей технологий SLS и DMLS плотность печатаемого объекта может регулироваться при использовании этих методов печати.
Электронно-лучевое плавление (EBM) отличается от остальных методов тем, что вместо лазерного луча применяется электронный луч (пучок) высокой мощности, а сама печать производится в условиях вакуума.
Выборочное термическое спекание (SHS) отличается от остальных методов тем, что вместо лазерного или электронного луча используется термоголовка. Благодаря этой технологии возможно создание 3D принтеров маленького размера. Но недостатком технологии является низкая температура печати и поэтому она может быть применена только для печати легкоплавкими металлами и термопластами.

Четвёртая ветвь – 3D печать гипсом/керамикой. Принцип печати гипсом похож на технологию SLS, только вместо лазера используется связующий агент, так называемый клей, соединяющий частички гипса или керамики. Однако печать гипсом не нашла применения в стоматологии, так как модели начали печатать из пластмассы. Печать керамикой является перспективной и позволит печатать каркасы или готовые конструкции коронок и мостовидных протезов.

Технология автоматизированного проектирования и изготовления зубных протезов

Теоретические основы автоматизированного проектирования и производства различных объектов сформировались в 60-х-начале 70-х годов XX века.
Для обозначения систем автоматизированного проектирования во всем мире используется аббревиатура CAD (от англ. Computer-Aided Design), а для обозначения систем автоматизации производства — CAM (от англ. Computer-Aided Manufacturing). Таким образом, CAD определяет область геометрического моделирования разнообразных объектов с использованием компьютерных технологий. Термин CAM, соответственно, означает автоматизацию решения геометрических задач в технологии производства. В основном это расчет траектории движения инструмента. Поскольку эти процессы дополняют друг друга, в литературе часто встречается термин CAD/CAM. Интегрированные CAD/CAM-системы — это максимально наукоемкие продукты, постоянно развивающиеся и включающие в себя новейшие знания в области моделирования и обработки материалов. Затраты на их разработку составляют 400-2000 человеко-лет.
Первые теоретические исследования о возможности использования автоматизированных систем для восстановления разрушенных зубов были проведены Altschuler в 1973 г. и Swinson в 1975 г. Прототипы стоматологических CAD/CAM систем впервые были предложены в середине 1980-х годов несколькими независимыми группами ученых. Anderson R. W. (система РroCERA, 1983), Duret F. и Termoz C. (1985), Moermann W. H. и Brandestini M. (система CEREC, 1985), Rekow (система DentiCAD, 1987) считаются первооткрывателями в этой области. Сегодня в мире уже выпускается около трех десятков различных работоспособных стоматологических CAD/CAM-систем.
С самого начала технология развивалась в двух направлениях. Первое — индивидуальные (мини) CAD/CAM-системы, позволяющие изготовить реставрацию в пределах одного учреждения, иногда даже непосредственно в стоматологическом кабинете и в присутствии пациента (CEREC 3, Sirona Dental Systems GmbH, Germany). Основное преимущество таких систем — оперативность изготовления любой конструкции. Например, изготовление однослойной цельнокерамической коронки от начала препарирования зуба и до момента фиксации готовой коронки при использовании системы CEREC 3 занимает около 1-1,5 часа. Однако для полноценной работы необходим весь комплекс оборудования (дорогостоящего).
Второе направление развития CAD/CAM-технологии — это централизованные системы. Они предусматривают наличие одного производственного высокотехнологичного центра, изготавливающего на заказ большой ассортимент конструкций, и целой сети удаленных от него периферических рабочих станций (например, РroCERA, Nobel Biocare, Sweden). Централизация производственного процесса позволяет стоматологам не приобретать изготавливающий модуль. Основной недостаток таких систем — невозможность провести лечение пациента за одно посещение и финансовые затраты на доставку готовой конструкции врачу, поскольку производственный центр иногда может находиться даже в другой стране.
Несмотря на такое многообразие, основной принцип работы всех современных стоматологических CAD/CAM-систем остался неизменным с 1980-х годов и состоит из следующих этапов:
1. Сбор данных о рельефе поверхности протезного ложа специальным устройством и преобразование полученной информации в цифровой формат, приемлемый для компьютерной обработки.
2. Построение виртуальной модели будущей конструкции протеза с помощью компьютера и с учетом пожеланий врача (этап CAD).
3. Непосредственное изготовление самого зубного протеза на основе полученных данных с помощью устройства с числовым программным управлением из конструкционных материалов (этап CAM).
Различные стоматологические CAD/CAM-системы отличаются лишь технологическими решениями, используемыми для выполнения этих трех этапов.

Сбор данных

Цифровые технологии могут использоваться на всех этапах ортопедического лечения. Существуют системы автоматизированного заполнения и ведения различных форм медицинской документации, например Kodak EasyShare (Eastman Kodak, Rochester, N.Y.), Dental Base (ASE Group), ThumbsPlus (Cerious Software, Charlotte, N.C.), Частная практика стоматолога (DMG), Dental Explorer (Quintessence Publishing) и др. [2]. В этих программах помимо автоматизации работы с документами может присутствовать функция моделирования на экране конкретной клинической ситуации и предлагаемого плана лечения стоматологических пациентов. Уже существуют компьютерные программы, которые имеют возможность распознавания голоса врача. Впервые такая технология была применена в 1986 г. компанией ProDenTech (Batesville, Ark., USA) при создании автоматизированной системы ведения медицинской документации Simplesoft. Из таких систем наиболее востребована среди американских стоматологов Dentrix Dental Systems (American Fork, 2003) [13].

Компьютерная обработка графической информации позволяет быстро и тщательно обследовать пациента и показать его результаты как самому пациенту, так и другим специалистам [14]. Первые устройства для визуализации состояния полости рта представляли собой модифицированные эндоскопы и были дорогими. В настоящее время разработаны разнообразные внутриротовые цифровые фото- и видеокамеры (AcuCam Concept N (Gendex), ImageCAM USB 2.0 digital (Dentrix), SIROCAM (Sirona Dental Systems GmbH, Germany) и др.). Такие приборы легко подключаются к персональному компьютеру и просты в использовании. Для рентгенологического обследования все чаще используются компьютерные радиовизиографы: GX-S HDI USB sensor (Gendex, Des Plaines), ImageRAY (Dentrix), Dixi2 sensor (Planmeca, Finland) и др. Новые технологии позволяют минимизировать вредное воздействие рентгеновских лучей и получить более точную информацию. Созданы программы и устройства, анализирующие цветовые показатели тканей зубов, например системы Transcend (Chestnut Hill, USA), Shade Scan System, (Cynovad, Canada), VITA Easyshade (VITA, Germany). Эти устройства помогают определить цвет будущей реставрации более объективно.

Есть компьютерные программы, позволяющие врачу изучить особенности артикуляционных движений и окклюзионных контактов пациента в анимированном объемном виде на экране монитора. Это – так называемые виртуальные, или 3D артикуляторы [11]. Например, программы для функциональной диагностики и анализа особенностей окклюзионных контактов: MAYA, VIRA, ROSY, Dentcam, CEREC 3D, CAD (AX Compact) [8]. Для выбора оптимального метода лечения с учетом особенности клинической ситуации разработаны автоматизированные системы планирования лечения [4, 10, 18]. Даже проведение анестезии может контролировать компьютер [19].

Технология автоматизированного проектирования и изготовления зубных протезов

Теоретические основы автоматизированного проектирования и производства различных объектов сформировались в 1960-х – начале 70-х годов.

Для обозначения систем автоматизированного проектирования во всем мире используется аббревиатура CAD (от англ. Computer-Aided Design), а для обозначения систем автоматизации производства – CAM (от англ. Computer-Aided Manufacturing). Таким образом, CAD определяет область геометрического моделирования разнообразных объектов с использованием компьютерных технологий. Термин CAM, соответственно, означает автоматизацию решения геометрических задач в технологии производства. В основном это расчет траектории движения инструмента. Поскольку эти процессы дополняют друг друга, в литературе часто встречается термин CAD/CAM. Интегрированные CAD/CAM системы — это максимально наукоемкие продукты, постоянно развивающиеся и включающие в себя новейшие знания в области моделирования и обработки материалов. Затраты на их разработку составляют 400–2000 человеко-лет [15].

Первые теоретические исследования о возможности использования автоматизированных систем для восстановления разрушенных зубов были проведены Altschuler в 1973 г. и Swinson в 1975 г. [15]. Прототипы стоматологических CAD/CAM систем впервые были предложены в середине 1980-х годов несколькими независимыми группами ученых. Anderson R.W. (система РroCERA, 1983), Duret F. и Termoz C. (1985), Moermann W.H. и Brandestini M. (система CEREC, 1985), Rekow (система DentiCAD, 1987) считаются первооткрывателями в этой области. Сегодня в мире уже выпускается около трех десятков различных работоспособных стоматологических CAD/CAM систем [24].

С самого начала технология развивалась в двух направлениях [3]. Первое – индивидуальные (мини) CAD/CAM системы, позволяющие изготовить реставрацию в пределах одного учреждения, иногда даже непосредственно в стоматологическом кабинете и в присутствии пациента (CEREC 3, Sirona Dental Systems GmbH, Germany). Основное преимущество таких систем – оперативность изготовления любой конструкции. Например, изготовление однослойной цельнокерамической коронки от начала препарирования зуба и до момента фиксации готовой коронки при использовании системы CEREC 3 занимает около 1–1,5 часа. Однако для полноценной работы необходим весь комплекс оборудования (дорогостоящего).

Второе направление развития CAD/CAM технологии – это централизованные системы. Они предусматривают наличие одного производственного высокотехнологичного центра, изготавливающего на заказ большой ассортимент конструкций, и целой сети удаленных от него периферических рабочих станций (например, РroCERA, Nobel Biocare, Sweden). Централизация производственного процесса позволяет стоматологам не приобретать изготавливающий модуль. Основной недостаток таких систем – невозможность провести лечение пациента за одно посещение и финансовые затраты на доставку готовой конструкции врачу, поскольку производственный центр иногда может находиться даже в другой стране [26].

Несмотря на такое многообразие, основной принцип работы всех современных стоматологических CAD/CAM систем остался неизменным с 1980-х годов и состоит из следующих этапов:

1. Сбор данных о рельефе поверхности протезного ложа специальным устройством и преобразование полученной информации в цифровой формат, приемлемый для компьютерной обработки.

2. Построение виртуальной модели будущей конструкции протеза с помощью компьютера и с учетом пожеланий врача (этап CAD).

3. Непосредственное изготовление самого зубного протеза на основе полученных данных с помощью устройства с числовым программным управлением из конструкционных материалов (этап CAM).

Различные стоматологические CAD/CAM системы отличаются лишь технологическими решениями, используемыми для выполнения этих трех этапов [24].

Сбор данных

Механические сканирующие системы считывают информацию с рельефа контактным зондом, который шаг за шагом передвигается по поверхности согласно заданной траектории. Прикасаясь к поверхности, устройство наносит на специальную карту пространственные координаты всех точек контакта и оцифровывает их. Для обеспечения максимальной точности в процессе сканирования от начала и до конца недопустимо малейшее отклонение сканируемого объекта относительно его первоначального положения [1, 17].

Из всего многообразия доступных CAD/CAM комплексов пока только два обладают возможностью проведения высокоточного внутриротового сканирования. Это системы CEREC 3 (Sirona Dental Systems GmbH, Germany) и Evolution 4D (D4D Technologies, USA). Все остальные CAD/CAM системы оснащены точными оптическими или механическими сканирующими устройствами, размеры или особенности работы которых не позволяют проводить сбор данных о рельефе непосредственно в полости рта пациента. Для работы таких систем требуется предварительное получение традиционных оттисков слепочными материалами и изготовление гипсовых моделей.

Компьютерное моделирование конструкции протеза

Возможно, в будущем появятся технологии изготовления предметов, не требующие предварительного точного геометрического описания создаваемого объекта, но пока это невозможно.

В первых стоматологических автоматизированных системах проектирование будущих конструкций было наиболее трудоемким этапом, требующим от врача серьезных навыков в области черчения и геометрии [15]. Необходимо было вручную вводить координаты всех ключевых точек, в которых изменялось направление движения шлифовального устройства. Некоторые из автоматических систем и по сей день требуют предварительного изготовления вручную прототипа реставрации из воска или пластмассы (так называемой промежуточной модели), с последующим ее механическим копированием в соотношении 1:1 (система CELAY, Mikrona Technologic, Sweden).

Развитие автоматизированного проектирования у всех производителей стоматологических CAD/CAM систем было направлено на упрощение и максимальную визуальную ясность данного процесса. Современные системы, получив со сканера оцифрованную информацию о рельефе поверхности протезного ложа, приступают к построению его изображения на экране монитора. После этого специальное программное обеспечение предлагает врачу наиболее приемлемый вариант реставрации зуба. Некоторые из современных компьютерных программ могут спроектировать протезы, не уступающие по своим параметрам работам опытных зубных техников [24]. Степень вмешательства, необходимого от оператора системы CAD/CAM, для того чтобы спроектировать реставрацию, может меняться в пределах от минимальных пользовательских настроек до существенного изменения конструкции. Даже в наиболее автоматизированных системах пользователь обычно имеет возможность изменить автоматически спроектированную реставрацию согласно своим предпочтениям. Широкое развитие получило трехмерное анимированное моделирование будущей конструкции. Оно в значительной мере упрощает и ускоряет процесс создания виртуальной модели протеза, делает его более наглядным. Врач может рассмотреть на экране монитора конструкцию со всех сторон, при различном увеличении и внести свои поправки.

Изготовление реставрации

Когда моделирование будущей реставрации завершено, программное обеспечение CAD преобразовывает виртуальную модель в определенный набор команд. Они, в свою очередь, передаются на производственный модуль CAM, который изготавливает спроектированную реставрацию. Там полученный набор команд преобразуется в последовательность электрических импульсов, управляющих высокоточными движениями изготавливающего инструмента.

Ранние автоматизированные системы изготавливали зубную реставрацию путем вырезания из готового блока с использованием вращающихся алмазных или твердосплавных боров и дисков. Этот подход, при котором излишки конструкционного материала удаляются, чтобы создать заданную форму протеза, получил название “отнимающий метод” (англ. subtractive) [9]. “Отнимающее” изготовление позволяет создать законченную форму сложной конфигурации очень точно, но значительная часть материала расходуется впустую. Приблизительно 90% готового блока удаляется при создании типичных реставрациий зубов. Как альтернатива “добавляющие” (англ. additive) методы производства начинают находить применение в автоматизированных системах. Иногда их называют методами изготовления твердого тела свободной формовкой (англ. solid free-form fabrication). Впервые такие методы были использованы в микроэлектронике при быстром прототипировании деталей.

Избирательное лазерное спекание – одна из технологий, которые используются для изготовления керамических или металлических зубных реставраций. Примером могут служить стоматологические системы Medifacturing (Bego Medical AG, Germany) и DigiDent (Hint-ELs, Germany). При этом методе компьютер просчитывает траекторию движения инструмента, как и в других существующих CAD/CAM-системах. Однако система не сошлифовывает, а спекает лучом лазера слой материала, двигаясь по заданной траектории внутри емкости, заполняемой послойно керамическим или металлическим порошком. Каждый последующий слой спаивается с предыдущим. Такая технология позволяет изготовить конструкции сложной формы без потерь материала.

Некоторые системы CAD/CAM комбинируют “добавляющие” и “отнимающие” подходы. Например в системе Procera (Nobel Biocare, Sweden) сначала фрезеруется увеличенная металлическая копия культи опорного зуба (“отнимающий” метод). Это увеличение рассчитывается компьютером, чтобы компенсировать усадку во время окончательного спекания реставрации. Затем порошок прессуется под давлением на металлический штампик-матрицу, создавая увеличенную реставрацию (“добавляющий” метод). После этого блок фрезеруется снаружи (снова “отнимающий” метод), чтобы создать точные внешние контуры реставрации. В заключение увеличенная конструкция снимается с металлического штампика и спекается для достижения материалом окончательной твердости и размера.

Другой вариант сочетания “добавляющего” и “отнимающего” подходов использован в системе Wol-Ceram (Germany). На первом этапе создается колпачок “добавляющим” способом. Суть процесса заключается в осаждении кристаллов оксида алюминия из суспензии на поверхность культи методом электрофоретической дисперсии. Оператор вручную срезает излишки материала, выступающие за края уступа. Внешняя поверхность реставрации формируется шлифованием (“отнимающий” подход). Затем оператор снимает колпачок со штампика-матрицы, пропитывает его стеклом и спекает [5].

Интересный пример “добавляющей” технологии – изготовление моделей протезов методом трехмерной печати. CAM-устройство WaxPro printer (система Pro 50, Cynovad, Canada) действует, как струйный принтер, только вместо чернил он выстреливает микроскопические порции расплавленного воска. Так, слой за слоем и получается восковая модель каркаса или искусственной коронки. В дальнейшем по восковой репродукции протез отливается из металла или прессуется из керамики. Усовершенствованный вариант печатающего модуля системы Cynovad способен создавать конструкции не только из воска, но и из композиционных материалов. Это существенно расширяет возможности данной системы и позволяет, к примеру, использовать ее для изготовления челюстно-лицевых протезов [25].

Стремительное развитие стоматологических систем автоматизированного проектирования и производства протезов привело к появлению нового сегмента в материаловедении – материалы для CAD/CAM технологии.

Область применения стоматологических CAD/CAM-систем не ограничивается одним только изготовлением зубных протезов (таблица). Так, разработано несколько CAD/CAM-систем для применения в хирургической практике. Например, система SurgiGuide (Materialise, Belgium) используется для изготовления индивидуальных хирургических шаблонов, облегчающих правильное расположение зубных имплантов во время операции [20]. CAD/CAM-система Nobel Guide software (Nobel Biocare, Sweden) позволяет изготовить реставрацию непосредственно после установки имплантата [27]. Обе системы используют данные, полученные методом компьютерной томографии, специальное программное обеспечение CAD, чтобы определить идеальное размещение реставрации, и технологии CAM для производства шаблонов или рабочих моделей.

ВВЕДЕНИЕ

Телемедицинские технологии находят все большее распространение в системе здравоохранения, в том числе в такой специфической области, как стоматология. Значительная распространенность стоматологических заболеваний, высокая обращаемость к врачам–стоматологам, недостаточная доступность стоматологической помощи, особенно специализированной, значительная доля запущенных форм заболеваний полости рта повышают актуальность комплексного внедрения информационно-телекоммуникационных технологий (ИКТ) именно в этом направлении.

Применение ИКТ немаловажно в организации и оказании медицинской помощи пациентам стоматологического профиля. В то же время она имеет определенную специфику, связанную с особенностями течения заболеваний полости рта, их диагностики, задачами проведения удаленных консультаций, выбором методики стоматологической помощи. По этой причине она не получила такого широкого распространения, как другие сферы телемедицины, например, телекардиология, телерадиология, телепатология и другие.

К тому же проведенные в различные годы опросы врачей-стоматологов показывали неоднозначное отношение к дистанционной медицинской помощи, при этом основной причиной настороженности являлось мнение, что для постановки диагноза недостаточно анализа только графических данных – фотографии и рентгеновского снимка [1, 2].

В то же время нужно учитывать, что часть населения по различным причинам (географическим, дорожно-транспортным, бытовым, медицинским) (при наличии тяжелой соматической патологии) не может своевременно получить очную консультацию по поводу заболеваний полости рта, и телестоматология для них может быть единственным средством, обеспечивающим адекватную доступность медицинской помощи, по крайней мере – на уровне консультаций и советов по уходу за полостью рта.

Согласно исследованию Businesstat, количество стоматологических поликлиник с 2012 по 2016 г. в РФ уменьшилось более чем на 7%. Численность медицинского персонала муниципальных клиник сократилась за этот период более чем на 6%, и эта тенденция по прогнозам может продолжаться [3].

Электронные системы контроля здоровья полости рта необходимы для достижения целей, поставленных программой ООН по устойчивому развитию, в частности, по обеспечению здорового образа жизни для людей всех возрастов. Телестоматологические сервисы могут способствовать экономии времени пациентов, нуждающихся в консультациях врачей-специалистов, но проживающих в отдаленных регионах [5].

Цифровые технологии могут использоваться в целях повышения доступности и качества стоматологической помощи, оптимизации потоков больных, повышения эффективности профилактических программ, решения вопросов гигиенического воспитания и формирования здоровьесберегающего поведения, повышения качества жизни людей. Поэтому представляет интерес изучение опыта и определение перспектив применения ИКТ в стоматологии в современных условиях.

Необходимо учитывать также, что цифровые технологии уже являются неотъемлемой основой некоторых современных методов в стоматологии – компьютерное моделирование протезов, 3D-сканирование, 3D-печать [6–8].

Ведутся разработки многофункциональных компьютерных программ, предназначенных не только для проведения дифференциальной диагностики стоматологических заболеваний по автоматически определяемому оптимальному алгоритму, постановки предварительного и окончательного диагнозов, но и выполняющих функции электронной картотеки, электронного справочника по известным нозологическим формам стоматологических заболеваний [9].

Цель работы: поиск примеров использования ИКТ в сфере стоматологических медицинских услуг, анализ применяемых технологий, оборудования и методов, оценка эффективности и перспектив развития телестоматологии.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Телестоматология – клиническая субдисциплина, изучающая дистанционную профилактику, диагностику и лечение заболеваний и повреждений зубов, полости рта и челюстно-лицевой области посредством использования ИКТ [10]. В обзоре N.D. Jampani с соавт. (2011) для обозначения совокупности дистанционных методов используется термин teledentistry [11].

Известны работы, описывающие дистанционные консультации между врачами-стоматологами, челюстно-лицевыми хирургами, дистанционную диагностику заболеваний полости рта, комплексное использование 3D-печати при протезировании зубов 13.

По результатам анализа научного архива можно выделить несколько направлений применения ИКТ в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии:

Главной целью применения телемедицинских технологий являвется повышение доступности и оптимизации стоматологической помощи [15–16].

Ряд публикаций посвящены применению ИКТ для диагностики и скриннинга стоматологических заболеваний [17].

Технологии телемедицины могут использоваться для диагностики при различной хирургической патологии [18].

Даже в тех населенных пунктах, где есть стоматологические учреждения, зачастую трудно организовать специализированную помощь, например по ортодонтии, челюстно-лицевой хирургии или детской стоматологии.

По утверждениям ряда авторов, обычной фотографии, сделанной стоматологом общей практики на смартфон и отправленной консультанту, может быть достаточно для постановки диагноза [19–20].

Университетом Северной Аризоны предложена модель телестоматологической помощи, которая повышает роль стоматологического гигиениста, наделяя его некоторыми функциями зубного врача. Данная модель позволила стоматологам-гигиенистам обеспечить гигиену полости рта недостаточно обслуживаемым группам населения путем передачи данных удаленной команде стоматологов для диагностики и рекомендаций [11, 21].

В исследовании сельским пациентам проводилась рентгенография и фотографирование лица и полости рта [22]. Эти изображения загружались на веб-сервер и передавались челюстнолицевым хирургам в Центр стоматологической рентгенографии в Белграде, которые удаленно ставили диагнозы. Результаты изучения 30 рентгенографичеких изображений показали, что не существует разницы при интерпретации периапикальных повреждений костей при чтении обычных рентгенограмм и тех же изображений, передаваемых на экран монитора [23].

Министерством обороны США был реализован ряд проектов в области телестоматологии. В одной из доступных публикаций описано, как с помощью консультационной веб-системы для стоматологических клиник файлы цветных фотоизображений полости рта пациента, получаемые интраоральной камерой, передавались из одной стоматологической клиники в другую. Это позволило, в частности, организовать дистанционное наблюдение после пятнадцати пародонтальных хирургических вмешательств пациентам в Форт-Гордоне. Эти пациенты после операций уехали в Форт Макферсона, расположенный в 150 милях от города, в котором проводилось хирургическое вмешательство. В дальнейшем они находились под дистанционным наблюдением врача-пародонтолога, который проводил операцию, в течение недели (до снятия швов). Результаты показали, что данная система удобна, так как у пациентов отсутствовала необходимость совершать повторную дальнюю поездку в Форт Гордон [24].

Большинство публикаций описывают применение телестоматологических методов в ортопедической стоматологии и ортодонтии, в том числе при длительном курсовом лечении.

В Финляндии было проведено исследование, имевшее целью выяснить, можно ли использовать видеоконференцсвязь для диагностики и составления планов лечения пациентов, нуждающихся в протезировании. Видеоконсультации проводились между специализированным стоматологическим отделением центральной больницы и врачами общей практики в семи региональных центрах здравоохранения. Все участвующие стоматологи были удовлетворены процессом консультаций и отметили эффективность данной технологии [25].

В ортодонтии используются программы для исследования диагностических моделей, которые позволяют провести анализ и поделиться результатом с другими врачами [26–27]. Favero L. и соавт. заявлено, что телекоммуникации, применяемые в стоматологии, особенно полезны в ортодонтической области, так как некоторые ситуации (смещение резиновой лигатуры, дискомфорт из-за ортодонтической конструкции, раздражение слизистой щек) могут быть легко решены в домашних условиях с использованием видеотелефона, ограничивая число посещений стоматолога только случаями реальной необходимости [28].

J. Cook и соавт. был создан прототип экспертной системы, предназначенной для оказания ортодонтической помощи. Система позволяла, например, проводить оценку неправильного прикуса пациента и делать соответствующие клинические рекомендации. Полученный файл данных, содержащий рентгенографические изображения и клинические данные, передавался через интернет специалисту-стоматологу. Рекомендации ортодонта также передавались по электронной почте, а при необходимости дополнялись видеоконференциями в режиме реального времени [29].

Сегмент дистанционного общения между пациентом и врачом-стоматологом представлен меньшим числом публикаций и соответственно менее изучен, что объясняется как организационными причинами, так и ограниченными возможностями пациента при получении и передаче визуальной диагностической информации, достаточной для принятия обоснованного врачебного решения.

Условно можно разделить возможные форматы дистанционного общения врача-стоматолога с пациентом на три основных группы:

первичное обращение пациента;
повторное обращение пациента, получающего пролонгированное лечение у данного врача, включая дистанционное наблюдение;
общение с профилактическими целями.

При телеконсультациях пациентов, которые ранее были на приеме у врача (вторая группа), может осуществляться коррекция ранее назначенного пациенту лечения, оценка эффективности лечебно-диагностических мероприятий, медицинское наблюдение за состоянием здоровья пациента [32].

Так, Kopycka-Kedzierawski D.T. и соавт. продемонстрировали, что интраоральная камера является возможной альтернативой визуальному осмотру полости рта для скрининга кариеса, особенно у детей раннего детского возраста, а также дошкольного возраста, посещающих детские сады [33].

Как показывает анализ публикаций, в качестве объективной информации в телестоматологических консультациях чаще всего используются фотографии, в т.ч. полученные интраоральными камерами, рентгеновские изображения (от прицельных рентгенограмм отдельных зубов до ортопантомограмм, рентгеновских компьютерных или магиитно-резонансных томограмм). Можно предположить в будущем организацию сервисов, которые позволят пациентам получить в краткосрочную аренду или иным образом необходимое оборудование, а рентгеновское обследование с получением цифровых снимков они могут проходить в стоматологической поликлинике по месту жительства и передавать консультанту с домашнего компьютера. Например, мобильная камера MouthWatch – это удобный инструмент для визуализации состояния внутренней поверхности рта. Устройство подключается к компьютеру или планшету и включает специальное программное обеспечение MouthWatch Home Monitoring и программу захвата изображений [34].

В совокупности развитие этих методов послужит для решения диагностических и лечебных вопросов пациентов с различными стоматологическими заболеваниями, особенно проживающих в отдаленных районах, имеющих тяжелую соматическую патологию или иные причины, затрудняющие очные визиты к стоматологу. Они повысят эффективность реализации профилактических программ по укреплению стоматологического здоровья населения, послужат преодолению психологических барьеров, довольно часто приводящих к дентофобии, а также организации дистанционного консультативного сопровождения пациента на этапе реабилитации после оказания высокотехнологичной медицинской помощи.

Системы, аппаратно-программные комплексы и приложения для стоматологических телеконсультаций

Развитие телестоматологии в обоих сегментах во многом будет определяться развитием доступных эффективных технологий, позволяющих получить диагностически значимую информацию, как в медицинских организациях, так и непосредственно у пациента. Последнее десятилетие ознаменовалось разработкой целого ряда перспективных инженерных решений, часть которых уже внедрена в практику стоматологии.

Так, описан способ автоматизированной диагностики, при котором проводят визуальную оценку фотографии и/или видеофиксации взрослого респондента, оценивая в баллах состояние основных тканей полости рта: твердые ткани зубов, ткани пародонта (десны), тканей периодонта зубов. Оценку для каждого параметра проводят согласно предложенным критериям: наличие кариозных полостей или пломб, дефектов твердых тканей зубов, белых (меловидных) пятен; гиперемии десны, наличие отека или гипертрофии десны, налета или зубных камней; оголения корней (рецессия), дефектов твердых тканей в области корней зубов [35].

В стоматологии распространенной компьютерной программой является Dental 4 Windows (D4W). Программа является комплексной и выполняет множество задач: составление графиков работы врачей, фиксирование общей информации о пациентах, данных о состоянии полости рта, необходимом и проведенном лечении, ведет учет израсходованных материалов, стоимости проведенных работ. Возможно подключение видеокамер и радиовизиографа, введение и сохранение полученных изображений. Локальная компьютерная сеть с сервером позволяет объединить все структуры поликлиники. Постановка врачом диагноза автоматически формирует перечень лечебных мероприятий, предусмотренных соответствующими стандартами. Организованная с помощью модифицированной программы D4W ежегодная стоматологическая диспансеризация позволит максимально полно охватить осмотрами пациентов, даст исчерпывающую информацию о состоянии стоматологического здоровья прикрепленного контингента и о его динамике, позволит оценить эффективность проводимых стоматологических вмешательств, обоснованно и своевременно принимать необходимые управленческие решения [36].

Был разработан специализированный координатно-информационно-измерительный комплекс для исследования структуры твердых тканей зубов. В качестве другого примера можно упомянуть описанный D.M. Polohovskij (2008) компьютерный комплекс, в котором основную роль в периферийном оборудовании играет 3D принтер, интегрированный с CAD/CAM системой для изготовлении моделей протезов методом трехмерной печати [37–39].

Упомянутая выше система MouthWatch TeleDent (США) представляет собой платформу для стоматологов, предназначенную для проведения визуальных консультаций с помощью обычного веб-браузера (включая направление документов и фотографий для консультации с получением результатов, проведение видеоконсультаций через Интернет) пациентов, находящихся в удаленных местах, и оценки состояния их ротовой полости. Устройство подключается к компьютеру или планшету через USB 2 и интегрируется с другими системами визуализации. Камера легка в освоении, она управляется всего одной кнопкой. Это позволяет проводить удаленные стоматологические консультации без приобретения дополнительного оборудования или программного обеспечения [34].

ВЫВОДЫ

Таким образом, применение информационно-телекоммуникационных технологий в стоматологии опирается на общие принципы, технологии, нормативное и методологическое обеспечение оказания медицинской помощи с применением телемедицинских технологий.

В то же время, развитие телемедицины в стоматологии имеет определенную специфику, обусловленную особенностями и локализацией заболеваний, диагностически значимой информацией, курсами лечения различной патологии, периодичностью общения пациента с врачомстоматологом, потребностью во внешних врачебных консультациях.

К преимуществам телестоматологии можно отнести повышение доступности стоматологической помощи, в т.ч. специализированной, экономию времени пациента и врача, возможность заранее разработать план обследования и лечения.

Использование ИКТ в стоматологии необходимо для обеспечения единых порядков, стандартов и клинических рекомендаций в области стоматологической помощи населению, преемственности в диагностике, лечении и профилактике заболеваний полости рта, освоения врачами профессиональных компетенций.

Доступ из любой точки мира для общения со стоматологом открывает новые возможности для людей, живущих далеко от необходимой клиники, получить помощь и информационную поддержку от врачей-специалистов без необходимости тратить деньги и время на междугородние поездки.

Нужно отметить, что в условиях пандемии дистанционные формы общения снижают риск распространения инфекции, что является весьма актуальным.

Дистанционные консультации между врачами-стоматологами полностью соответствуют общим принципам оказания медицинской помощи с применением телемедицинских технологий согласно Приказу Минздрава России №965н от 30.11.2017 г.

Объективным ограничением являются возможности предоставления врачу пациентом полной диагностически значимой информации (которая может существенно отличаться при различных клинических ситуациях), достаточной для обоснованного диагноза и рекомендаций по лечению.

Однако эффективность дистанционного общения с врачом-стоматологом будет возрастать по мере развития методов и средств сбора, отображения и передачи необходимой медицинской информации, адаптированных для использования пациентами в домашних условиях.

Важно провести стандартизацию телестоматологических услуг, определить показания, методы и границы применения телемедицинских технологий.

Стоматология относится к клинической медицине, изучая при этом заболевания зубов, челюстей и ротовой полости, способы их диагностики и лечения. И в подавляющем большинстве случаев невозможно избежать очного приема, требующего непосредственного присутствия врача и пациента в одной точке времени и пространства.

Однако телемедицинские технологии в стоматологии, как и в любой области медицины, должны занять важное место в перспективной модели цифрового здравоохранения.

Читайте также: