Об особенностях конструирования субпериостальных имплантатов для верхней челюсти на базе данных компьютерной томографии

А. Н. Чуйко

к. т. н., доцент (Харьков, Украина)

И. А. Шинчуковский

к. т. н., доцент кафедры ортопедической стоматологии НМУ им. А. А. Богомольца (Киев, Украина)

О. Н. Суров

д. м. н., профессор Каунасской академической клиники зубной имплантации и протезирования (Литва)

В большинстве известных нам работ об особенностях проектирования, фиксации и стабилизации субпериостальных имплантатов (СИ) [1–5] все рассуждения и выводы строились, как правило, на примере анализа СИ для нижней челюсти. Но, как сказано у А. Т. Бусыгина [6], «верхняя и нижняя челюсть выполняют единую функцию жевания. Поэтому есть основание полагать, что обе челюстные кости должны иметь взаимную функциональную приспособленность».

Кроме того, сошлемся на популярный учебник [7]: «На первый взгляд, верхняя челюсть кажется более хрупкой по сравнению с нижней. Это представление складывается благодаря наличию в ней таких воздухоносных полостей, как верхнечелюстная (гайморова) пазуха и полость носа. Несмотря на это, она способна оказывать большое сопротивление как на сжатие, так и на разрыв, в несколько раз превосходящее действительное жевательное давление. Устойчивость верхней челюсти объясняется наличием в ней утолщений (устоев) компактного вещества кости, расположенных так, что большое напряжение, возникающее при откусывании и разжевывании пищи, распределяется по челюсти, а затем передается и на другие кости, соединенные с ней».

Сложность анатомии и «слабость» кости верхней челюсти на отдельных участках определяют трудности установки на верхней челюсти любых имплантатов, в том числе и субпериостальных, что подтверждается как клинической практикой, так и многочисленными публикациями [1, 2]. Поэтому, если в работах [4, 5, 8] мы ограничивались данными компьютерной томографии (CT) только при построении наружной поверхности кости, то при конструировании СИ для верхней челюсти полезно «заглянуть» и внутрь кости верхней челюсти, выявив ее толщину и плотность в тех зонах, где предполагается размещать, в первую очередь, головку имплантата и силовые винты.

На рис. 1 представлен общий вид фрагмента верхней челюсти пациентки K. по данным компьютерной томографии в зоне предполагаемого оперативного вмешательства — левой половины верхней челюсти. Здесь и планируется имплантация.

 Рис. 1. Общий вид фрагмента верхней челюсти по данным CT пациентки K.


Рис. 1. Общий вид фрагмента верхней челюсти по данным CT пациентки K.

Мы видим зуб 25, отсутствие зубов 26, 27, 28 и существенную атрофию кости альвеолярного гребня. Очевидно, визуально и даже с помощью зондирования оценить качество кости затруднительно.

Рассмотрим возможности программы MIMICS по оценке качества и толщины кости. На рис. 2 и 3 представлены 3D-модель этого участка челюсти и плотность кости в диапазоне чисел HU 226-3071 и HU 750-3071 соответственно.

Видно (рис. 3), что плотной кости, необходимой для надежной установки и фиксации СИ, немного. Характерна меньшая площадь кортикальной кости с вестибулярной стороны по отношению к оральной.

Для более подробной диагностики и более глубокого анализа рассмотрим несколько осевых сечений челюсти в этом районе, представленных на рис. 4 и 5. Как следует даже из поверхностного анализа, плотность кости у зуба изменяется от HU, равной 964, до 1343, а в удаленных от зуба зонах HU изменяется от 877 до 1055 примерно в одной точке, но на разных уровнях. На рис. 5 показана также толщина плотной кости, изменяющаяся в пределах 0,81–1,11 мм. Данных, представленных на рис. 3–5, может быть получено столько, сколько необходимо для глубокого анализа.

Поясним, что на рис. 4 и 5 малиновый и желтый овалы показывают зоны, в которых определялась плотность кости. Площадь этих овалов, соответствующая им средняя плотность и среднее отклонение указаны в таблице (на черном поле рядом со словами Area, Mean и Std.Dev.). Вертикальные стрелки и цифры рядом с ними показывают абсолютные расстояния от зуба 25 до соответствующей точки кости. Кроме того, на рис. 5 поперечные стрелки показывают абсолютную толщину кости в указанной зоне.

Далее 3D-модель (рис. 2) преобразуется в STLV-файл (V — виртуальный, то есть в памяти компьютера). Следует подчеркнуть, что точность этого построения определяется настройками в программе MIMICS и не во всех случаях такой файл открывается программой SolidWorks [10] как твердое тело, что необходимо для последующих построений. Отметим, что STLV-модель соответствует костным структурам с плотностью в диапазоне чисел HU 226–3071.

Точность перестроения STLV-модели (рис. 6) в твердотельную модель (ТМ) (рис. 7) зависит только от объема «ручной» работы на экране компьютера и может быть выполнена с любой заранее заданной точностью. При построении ТМ, представленной на рис. 7, зуб 25 смоделирован частично, только как «маяк» для отсчета расстояний. Основное внимание с точки зрения обеспечения точности уделялось гребню альвеолярной кости, на который и должен устанавливаться СИ.

Рис. 6. STLV-модель.

Рис. 6. STLV-модель.

Особо подчеркнем, что точность STLV-модели (рис. 6) определяется математическим аппаратом, заложенным в программе MIMICS, и модель всегда будет точнее, чем обычно применяемые на практике STLM-модели, полученные с использованием техники ускоренного прототипирования.

При отработке конструкции кости и элементов фиксирования могут быть полезны поперечные и продольные разрезы STLV-модели, часть которых представлена на рис. 8–10. Естественно, на представленных разрезах также могут быть приведены абсолютные размеры всех структурных составляющих. Такие же разрезы и любые другие можно сделать и для ТМ.

Очевидно, что в совокупности эти конкретные числовые значения, приведенные на рис. 4–5 и 8–10, позволяют сформировать в сознании врача достаточно полную картину о структуре кости и ее плотности в зоне предполагаемого оперативного вмешательства, то есть составить «карту плотности», о пользе которой мы уже говорили [4, 5]. Отметим, что для конкретного моделирования могут быть использованы как модель STLV (рис. 6) и ТМ (рис. 7), так и разрезы, представленные на рис. 8–10. Каждая из моделей имеет свои достоинства, и их выбор будет определяться только накопленным клиническим опытом

На рис. 11 показан имплантат, спроектированный по разрезу, показанному на рис. 10, то есть в сечении соответствующему центру расположения зуба 27 (второго моляра), в предположении, что мостовидный протез будет располагаться на двух опорах — зубе 25 (втором премоляре) и имплантате.

Рис. 11. Имплантат, спроектированный по разрезу на рис. 10.

Рис. 11. Имплантат, спроектированный по разрезу на рис. 10.

При проектировании имплантата, показанного на рис. 11, выполнялись следующие требования:

1. Основное внимание уделялось обеспечению точности прилегания опорной ленты к поверхности гребня кости. Это требование выполняется почти автоматически, так как для создания опорной ленты использована направляющая кривая, строго повторяющая наружный контур гребня кости, по которой перемещается эскиз, формирующий форму профиля поперечного сечения опорной ленты.

2. Длины плеч опорной ленты определялись расстоянием до точек пересечения верхней (поперечной) кости гайморовой пазухи с костью, формирующей наружную поверхность гребня кости. Эти пересечения хорошо видны на рис. 10.

3. Именно в этих узлах пересечения костей, на наш взгляд, целесообразно располагать силовые винты или гвоздики. Это позволит не только надежно зафиксировать имплантат, что особенно важно на начальном этапе операции, но и обеспечит передачу на кость в этих узлах части жевательной нагрузки, разгружая зону кости под головкой имплантата.

4. В качестве силовых и фиксирующих элементов можно рекомендовать гвоздики, рациональность применения которых проанализирована [9]. Гвоздики, как цилиндрические стержни, могут обеспечить прецизионный контакт с отверстием в опорной ленте, что очень важно на начальном этапе операции, и не создавать концентрации напряжений в кости от резьбы.

5. Спроектированный имплантат будет создавать минимально возможную травмируемость пациента при операции и, в соответствии с проведенными выше биомеханическими исследованиями, обеспечит необходимые стабильность и долговечность.

6. Окончательный вывод о целесообразности такой конструкции может быть обоснован с помощью конечно-элементного анализа [5, 8, 9].

Вполне вероятно, что конечно-элементный анализ покажет, что одной опоры в виде имплантата (рис. 11) недостаточно. Это особенно вероятно, если зуб 25 не может играть роль полноценной опоры. В этом случае целесообразно спроектировать имплантат с двумя головками, расположенными на местах зубов 26 и 27. Для проектирования СИ в этом случае и обеспечения взаимосвязи опорных лент использована гладкая твердотельная модель (рис. 7). На рис. 12 показан общий вид ТМ с установленным имплантатом. При проектировании имплантата за основу при расположении опорных лент (головок имплантата) принят как рельеф альвеолярного гребня (как это делается обычно), так и места расположения отсутствующих зубов 26 и 27. Третью опорную ленту в зоне зуба 28, на наш взгляд, устанавливать нерационально, так как в этой зоне уже отсутствуют плотные слои кости (рис. 3).

Некоторые комментарии к разработанной модели СИ, при проектировании которой соблюдались все требования, изложенные выше, для имплантата с одной головкой:

1. Продольная лента с оральной стороны расположена ближе к гребню альвеолы для обеспечения доступа при установке фиксирующих винтов или гвоздиков.

2. Отверстия под винты просверлены не полностью. На наш взгляд, они должны сверлиться окончательно после изготовления СИ, чтобы обеспечить прецизионность сочленения винт — корпус СИ. В этом случае будет исключена микроподвижность имплантата за счет зазора в сочленении винт — корпус СИ.

Все элементы конструкции, представленные на рис. 11 и 15, следует рассматривать как демонстрационные при отработке методики проектирования. Головки различаются по размеру из демонстрационных соображений. Они могут выполняться различной высоты с учетом предполагаемой конструкции протеза. Некоторые «огрехи» в конструкции имплантатов, представленных на рис. 11 и 15, объясняются только демонстрационным характером моделей. Они могут и будут исключены при отработке рабочих конструкций.

Естественно, что на этапе планирования операции можно и нужно разработать несколько вариантов конструкции СИ, которые целесообразно подвергнуть «испытаниям» под нагрузкой, на основе конечно-элементного моделирования. Это поможет выявить характер взаимодействия элементов СИ с костью и наиболее рациональную конструкцию СИ.

Мы считаем, что все изложенные возможности по анализу толщины и качества гребня кости должны использоваться имплантологом на стадии планирования операции. После их изучения с учетом требований хирургии, имплантологии, ортопедии, термовизии и пр. конструктору СИ должны быть представлены основные рекомендации и требования по конструкции СИ.

Идеально было бы проводить CT после «зачистки» и выравнивания кости в зоне операционного поля. Тогда прилегание имплантата к кости можно обеспечить почти на 100 %.

Отметим, что предлагаемая методика конструирования СИ значительно повышает точность соответствия опорных поверхностей СИ и кости альвеолы, снижает трудозатраты и стоимость проекта из-за исключения из технологической цепочки дорогостоящих и не очень точных STL-моделей.

Как отмечалось выше [5], для фиксации СИ теоретически достаточно и одного винта или гвоздика. В данном случае из-за их расположения на концах опорной ленты-арки элементы фиксации будут не только технологическими (фиксирующими), но и силовыми, воспринимающими часть жевательной нагрузки. Степень участия фиксирующих элементов в восприятии нагрузки может быть оценена с помощью как формул [5], так и более точно при конечно-элементном моделировании.

Для данной конструкции СИ предпочтительными элементами фиксации, на наш взгляд, являются короткие гвоздики максимального диаметра с зубчиками на конце в зоне выхода гвоздика из компактной кости. Так как основная деформация кости от фиксирующих элементов при частичном восприятии жевательной нагрузки — это деформация смятия, фиксирующие элементы должны быть максимально возможного диаметра (напряжение от усилия смятия — это сила, деленная на площадь контакта). Длина цилиндрической части может соответствовать толщине плотной кости в каждой точке фиксации и подбираться по разрезам, представленным на рис. 8–10.

После выбора наиболее рациональной конструкции СИ можно приступить и к его изготовлению также с использованием современных компьютерных технологий. Так как конструкция СИ разработана в среде программы SolidWorks, естественно воспользоваться ее технологическими возможностями, которые заключаются в получении не только модели изделия, но и ее литейных форм [8]. Изготовление СИ и его литейных форм, разработанных в программе SolidWorks, может быть реализовано, например, в системе CIMATRON, которая является партнерским приложением к технологиям CAD/CAM/CAE.

На рис. 16 показаны конструкции современных СИ, выполненных в некоторых клиниках Европы, в которых уже частично учтены рекомендации как одной из предыдущих наших работ [5], так и предлагаемого исследования. Отметим, что каждый элемент конструкции СИ, представленного на рис. 16а, должен быть обоснован и с точки зрения биомеханики. Имплантат, представленный на рис. 16б, в наибольшей степени соответствует требованиям, высказанным при обсуждении особенностей конструкции имплантата, представленного на рис. 11, но противоречит некоторым медицинским требованиям, например, условиям благоприятным для лоскута над гребнем альвеолы.

Предлагаемая методика проектирования и изготовления СИ может быть распространена и на другие стоматологические изделия: мосты, шаблоны, съемные протезы, коронки и пр.

comments powered by HyperComments
Похожие статьи
Шесть факторов остеоинтеграции. Имплантационные...
08 августа 2010
3576
А. А. Долгалев д. м. н., главный врач ООО «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» В рубрике «Имплантология для начинающих» мы уже...
Шесть факторов остеоинтеграции. Поверхность....
11 ноября 2010
984
А. А. Долгалев д. м. н., главный врач ООО «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» Поверхность имплантата — это ключ к успешной остеоинтеграции,...
Шесть факторов остеоинтеграции. Поверхность....
11 ноября 2010
1006
А. А. Долгалев д. м. н., главный врач ООО «Северо-Кавказский медицинский учебно-методический центр» Поверхность имплантата — это ключ к успешной...