Спосіб створення тривимірної моделі нижньої щелепи людини

Корисна модель стосується медицини, зокрема, ортопедичної, хірургічної стоматології, і може бути використана для дослідження напружень у нижній щелепі та скронево-нижньощелепному суглобі (СНЩС) зокрема. Нижня щелепа є середовищем, через яке передаються напруження на СНЩС. Скронево-нижньощелепні суглоби - це єдині одноіменні суглоби, з'єднані між собою не тільки функціонально (як, наприклад, стегнові суглоби), але також і анатомічно. Неправильне, а особливо асиметричне навантаження цих суглобів, що повторюється через певний період часу, є однією з основних причин виникнення функціональних порушень зубощелепної системи, а відновлення симетричного їх навантаження становить основу місцевого лікування цих порушень. СНЩС знаходяться постійно в русі (дихання, жування, ковтання, розмова) і в них виникають навантаження, які при порушенні динамічної рівноваги можуть привести до патологічних станів. Функціональні порушення СНЩС зустрічаються значно частіше, ніж запальні і дегенеративні, і при цьому механізм їх розвитку залишається вивченим недостатньо, особливо з використанням біомеханічних методів та методів математичного моделювання. У відомому способі, вибраному найближчим аналогом, тривимірну модель нижньої щелепи для дослідження біомеханічної поведінки СНЩС створюють шляхом обробки великої кількості зображень, отриманих за допомогою комп'ютерного томографа, та із застосуванням методу кінцевих елементів [1]. Недоліком цього способу є те, що проведення рентгенологічних досліджень безпосередньо пацієнта і необхідність у великій кількості знімків становлять загрозу його здоров'ю. В основу корисної моделі поставлено завдання розробити спосіб створення моделі СНЩС, який дозволить краще зрозуміти та оцінити біомеханічні явища, що відбуваються при різних видах навантажень на нижню щелепу, на основі симуляційних комп'ютерних досліджень. Поставлене завдання досягається тим, що у способі створення тривимірної моделі нижньої щелепи людини, при якому отримують зображення нижньої щелепи та проводять їх обробку методом кінцевих елементів, згідно з корисною моделлю, проводять лазерне сканування відносно 23 фіксованих положень справжньої нижньої щелепи людини та отримують зображення у вигляді невпорядкованого масиву точок, обробку яких виконують у спеціалізованій системі зворотного інжинірингу Pixform 1.1, a редагування та побудову кінцево-елементної тривимірної моделі виконують у системі Power SHAPE 5.8.20. У запропонованому способі проводять сканування анатомічно відокремленої справжньої нижньої щелепи людини, щоб уникнути зайвого перебування пацієнта у рентгенологічних дослідженнях. Для відтворення геометричної форми щелепи з мінімальною похибкою щодо самої щелепи сканування відбувається відносно 23 фіксованих положень щелепи. Використання комп'ютерної техніки дозволяє отримувати моделі для дослідження біомеханічних закономірностей розподілу напружень в елементах СНЩС. Запропонований спосіб дозволяє створити тривимірну модель нижньої щелепи, яку можна використовувати для виконання різних завдань шляхом зміни умов функціонування. Спосіб ілюструється кресленням, де представлена тривимірна модель нижньої щелепи людини. Спосіб здійснюють таким чином. Для створення моделі нижньої щелепи людини використовують справжню нижню щелепу здорового суб'єкта з нормальним СНЩС із вставленими в неї зубами. За допомогою лазерного сканувального пристрою LPX–250 (фірма Roland) проводять сканування відносно 23 фіксованих точок щелепи та отримують 23 фрагменти сканування, які являють собою неупорядкований масив точок, що описують геометричну форму щелепи. Суміщення фрагментів сканування та створення єдиного масиву точок проводять у спеціалізованій системі зворотного інжинірингу Pixform 1.1. Далі по масиву точок утворюють фасетну (триангульовану) модель щелепи, що являє собою математичну тривимірну модель. Для редагування такої моделі в CAD системах створюють поверхневе представлення моделі щелепи, що описана 263NURB поверхнями. Ця модель зберігається у форматі JGES для подальшої роботи з нею. Для остаточного коригування та внесення змін у модель щелепи (оформлення плоских ділянок, "зрізування" геометрії зубів) вихідні дані поверхонь імпортують у систему тривимірного гібридного моделювання Power SHAPE 5.8.20 (фірма Delcam Ріс), оскільки ця система найоптимальніше підходить для редагування "чужих" моделей. Максимальна сумарна похибка між отриманою тривимірною моделлю щелепи та самою щелепою складає 0,85мм. Число елементів і вузлів становить 62472 і 125598 відповідно, точність сканування щелепи та об'єднання даних - 0,6мм, максимальне відхилення отриманої базової моделі в Power SHAPE від фасетної моделі 0,2493мм, точність замикання поверхонь базової моделі при утворенні твердого тіла - 0,036мм, при утворенні модифікованих моделей - 0,073мм. Запропонований спосіб дозволяє отримати коректну модель нижньої щелепи людини для досягнення оптимального лікування різних стоматологічних патологій і прогнозування віддалених наслідків лікувального втручання. Джерела інформації: 1. Драгулеску Д., Друкан М., Станкиу Д., Тот-Таскау М. О реконструкции нижней челюсти, основанной на численном моделировании и обработке изображений. - Российский журнал биомеханики. - 2003. - Т.7. - №2. С.45-52.