Спосіб поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантантів за даними комп’ютерно-томографічних досліджень

Реферат: Спосіб поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за даними комп'ютерно-томографічних досліджень включає поетапне послідовне проведення первинних та повторних комп'ютерно-томографічних досліджень після року функціонування дентальних імплантатів, результати яких конвертуються у файли моделей STL, після чого проводять визначення різниці геометричного об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів методом суперімпозиції. Обрахунок показника індивідуального об'єму втраченої кісткової тканини визначається з врахуванням показника щільності кісткової тканини у одиницях Хаунсвільда за запропонованою формулою: Vінд=V×HU, де Vінд - індивідуальний об'єм втраченої кісткової тканини, V - різниця геометричного об'єму втраченої кісткової тканини, визначена за допомогою інструментів геометричного аналізу Geomagic Qualify 2012, HU - щільність кісткової тканини фрагментованої області, визначена в одиницях Хаунсвільда. Після чого при результатах дослідження нижче 300000 y. o.×HU після першого року функціонування дентального імплантату роблять висновок про відсутність патологічної редукції змін кісткової тканини, а при вищих показниках - про патологічну динаміку редукції периімплантатної кісткової тканини. UA 113154 U (12) UA 113154 U UA 113154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, зокрема стоматології, і може бути використана для комплексної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів. Відома оцінка змін кісткової тканини навколо титанових імплантатів шляхом графічного аналізу прицільних рентгенограм [1, 2]. Недоліком вказаних вище способів є неможливість об'єктивної оцінки змін кісткової тканини в зв'язку з графічним спотворенням дійсних розмірів досліджуваних об'єктів, необхідністю проведення великої кількості рентгенологічних досліджень, тотожної до кількості встановлених дентальних імплантатів у одного пацієнта та невідповідністю аналогічних даних, отриманих за допомогою різних рентгенологічних апаратів або ж виконаних різними операторами у різних проекціях. Найближчим до запропонованого способу є реєстрація змін рівня кісткової тканини з використанням томографічних зрізів - результатів комп'ютерно-томографічного дослідження областей встановлених дентальних імплантатів з подальшим геометричним аналізом оточуючої кісткової тканини та використанням спеціалізованого програмного забезпечення [3] – найближчий аналог. Але в найближчому аналогу [3] передбачено мануальну побудову геометричних моделей дослідження з обов'язковим врахуванням впливу рентгенологічних артефактів на чіткість відтворення контуру кісткової тканини на отриманих зображеннях, і потребою сегментарної оцінки стану кісткової тканини навколо дентальних імплантатів окремо на сагітальному, трансверзальному та вертикальному томографічних зрізах. Все це вимагає матеріальних та часових затрат, містить елементи суб'єктивізму при мануальній побудові геометричних елементів та провокує необхідність повторного виконання аналогічної маніпуляції навколо кожного із дентальних імплантатів, зареєстрованих на одній комп'ютерно-томографічній реконструкції. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за допомогою суперімпозиції зображень, отриманих в ході проведення комп'ютерно-томографічних досліджень. Поставлена задача вирішується таким чином, що спосіб поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за даними комп'ютерно-томографічних досліджень, який включає поетапне послідовне проведення первинних та повторних комп'ютернотомографічних досліджень після року функціонування дентальних імплантатів, результати яких конвертуються у файли моделей STL, після чого проводять визначення різниці геометричного об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів методом суперімпозиції, який відрізняється тим, що обрахунок показника індивідуального об'єму втраченої кісткової тканини визначається з врахуванням показника щільності кісткової тканини в одиницях Хаунсвільда за запропонованою формулою: Vінд=V×HU, де Vінд - індивідуальний об'єм втраченої кісткової тканини, V - різниця геометричного об'єму втраченої кісткової тканини, визначена за допомогою інструментів геометричного аналізу Geomagic Qualify 2012, HU - щільність кісткової тканини фрагментованої області, визначена в одиницях Хаунсвільда, після чого при результатах дослідження нижче 300000y.o.×HU після першого року функціонування дентального імплантату роблять висновок про відсутність патологічної редукції змін кісткової тканини, а при вищих показниках - про патологічну динаміку редукції периімплантатної кісткової тканини. Застосування запропонованого способу дасть можливість об'єктивно оцінювати рівень втрати кісткової тканини навколо дентальних імплантатів в ході експертної оцінки результатів стоматологічних втручань, використовуючи дані комп'ютерної томографії як єдине істинне джерело інформації, виключити вплив суб'єктивного трактування результатів динамічного спостереження отриманих в ході проведення періодичних рентгенологічних досліджень, забезпечить можливості для методологічного вдосконалення низки суміжних наукових досліджень присвячених питанню змін периімплантатних твердих тканин та розвитку периімплантитних патолологій. Вищенаведене дасть підставу надавати достовірну інформацію вищестоячим та судовослідчим органам щодо об'єктивних змін стоматологічного статусу імплантологічних пацієнтів у випадках вирішення справ щодо правопорушень та верифікації якості надання стоматологічної допомоги населенню. Між запропонованим способом експертної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за допомогою суперімпозиції зображень, отриманих в ході комп'ютернотомографічних досліджень і існуючими стандартами надання стоматологічної допомоги населенню існує чіткий взаємозв'язок. 1 UA 113154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Структурно-функціональна цілісність кісткової тканини щелеп визначається її адаптаційним потенціалом до функціональних навантажень та сукупністю компенсаційних механізмів, які забезпечують оптимальний процес її перебудови відповідно до стохастичної моделі Frost та закону Вольфа [4]. Закономірним результатом дентальної імплантації у всіх пацієнтів є зниження висоти альвеолярного гребеня, при цьому ступінь зниження цієї висоти, а також швидкість та повноцінність процесів остеоінтеграції значною мірою залежить від виду імплантатів та супутніх лікувально-профілактичних заходів. Кількісна оцінка морфологічних характеристик контакту імплантат-кістка, зокрема співвідношення кортикальної та губчастої кісткової тканини, геометрії розташування трабекул, обсяг трабекулярної частини кістки, трабекулярного інтервалу суттєво покращують здатність доказової оцінки стану біологічної системи, проте інвазійний характер подібних підходів та неможливість оперативного отримання кінцевих результатів через необхідність проведення низки лабораторних досліджень значно обтяжують можливості використання даних методів у клінічній практиці [5]. Об'ємні та структурні (щільність) зміни кісткової тканини щелеп аргументують доцільність використання таких підходів візуалізації та дослідження тканин максило-фацилярної ділянки, які б не тільки враховували полівекторну направленість фізіологічних чи патологічних процесів організму, або ж наслідків ятрогенного втручання, а й для яких можливою була б адаптація ряду математичних алгоритмів, що оптимізують якість рентгенологічних досліджень для дослідження змін кісткової тканини у периімплантатній ділянці [6]. Спосіб здійснюється поетапно. Спочатку на першому етапі пацієнтам проводять первинне комп'ютерно-томографічне дослідження зубо-щелепового апарату з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) відразу після встановлення дентального імплантату та визначають показник щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда. Потім через 1 рік функціонування дентального імплантату на другому етапі проводять повторне комп'ютерно-томографічне дослідження з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) та визначенням щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда. Після цього на третьому етапі проводиться анонімізація отриманих DICOM-файлів та їх конвертації у формат файлів STL з використанням прикладеного програмного забезпечення OnDemand3D™ Dental (Cybermed Inc.). Потім на четвертому етапі проводиться фрагментація зони інтересу із кожної із досліджуваних STL-моделей, що відповідає області радіусом у 1 см навколо імплантату за допомогою програмного забезпечення Geomagic Qualify 2012 (Geomagic Inc.). Після цього на п'ятому етапі у тому ж програмному забезпеченні Geomagic Qualify 2012 проводиться суперімпозиція-співставлення STL-моделей з визначенням різниці геометричного об'єму кісткової тканини навколо імплантатів між первинним та повторним КТ-знімками за допомогою ітеративного алгоритму найближчих точок (Iterative Closest Point - ІСР) та інструменту "Best fit alignment", передбачених у прикладному програмному забезпеченні Geomagic Qualify 2012. Після суперімпозиції моделей у програмі Geomagic Qualify 2012 на шостому етапі автоматично обраховується чисельне значення геометричної різниці об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів, що виражається в умовних одиницях. Після визначення чисельного показника різниці геометричного об'єму на сьомому етапі вираховуємо індивідуальний показник редукції кісткової тканини навколо імплантатів за формулою: Vінд=V×HU, де Vінд - індивідуальний об'єм втраченої кісткової тканини, V - різниця геометричного об'єму втраченої кісткової тканини, визначена за допомогою інструментів геометричного аналізу Geomagic Qualify 2012, HU - щільність кісткової тканини фрагментованої області, визначена в одиницях Хаунсвільда. На останньому восьмому етапі проводиться статистичний аналіз отриманих результатів та їх співставлення із клінічною картиною кожного пацієнта та існуючими стандартами оцінки результатів імплантологічного лікування було запропоновано наступну інтерпретацію результатів поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за даними комп'ютерно-томографічних досліджень: менше 300000 y.o.×HU - відсутність патологічно-прогресуючої редукції кісткової тканини навколо дентального імплантату в однорічній ретроспективі (за умови суміжної відсутності інших клінічних проявів); 2 UA 113154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 більше 300000 у.о.×HU - наявність патологічно-прогресуючої редукції кісткової тканини навколо дентального імплантату в однорічній ретроспективі. Можливість здійснення запропонованого способу ілюструється витягами з медичної документації. Приклад 1. Хворий М.Ю.Б., 46 років був викликаний згідно з протоколом лікування для оцінки функціонування внутрішньокісткового дентального імплантату. Титановий імплант був поставлений на місці 24 зуба (15.05.2015). Повторний огляд проводився через 1 рік після встановлення імпланта (20.05.2016). Спочатку пацієнту провели первинне комп'ютерно-томографічне дослідження зубощелепового апарату відразу після встановлення дентального імплантату 15.05.2015 з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) (фіг. 1), та визначали середній показник щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда, що становив 492 HU. Потім через 1 рік функціонування дентального імплантату 20.05.2016 провели повторне комп'ютерно-томографічне дослідження з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) (фіг. 2) з повторним визначенням щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда, що також становила 492 HU. Після цього провели анонімізацію отриманих DICOM-файлів та їх конвертації у формат файлів STL з використанням прикладеного програмного забезпечення OnDemand3D™ Dental (Cybermed Inc.). Потім проводили фрагментацію зони інтересу із кожної із досліджуваних STL-моделей, що відповідає області радіусом у 1 см навколо імплантату за допомогою програмного забезпечення Geomagic Qualify 2012 (Geomagic Inc.). Після цього у тому ж програмному забезпеченні Geomagic Qualify 2012 провели суперімпозицію - співставлення STL-моделей з визначенням різниці геометричного об'єму кісткової тканини навколо імплантату між первинним та повторним КТ-знімками за допомогою ітеративного алгоритму найближчих точок (Iterative Closest Point – ІСР) та інструменту "Best fit alignment", передбачених у прикладному програмному забезпеченні Geomagic Qualify 2012. Після суперімпозиції моделей у програмі Geomagic Qualify 2012 автоматично був обрахований показник геометричної різниці об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів, що виражається в умовних одиницях і який становив V=988,18 у.о. Після визначення чисельного показника різниці геометричного об'єму вираховували індивідуальний показник редукції кісткової тканини навколо імплантатів за формулою: Vінд=V×HU. Індивідуальний об'єм втрати кісткової тканини: Vінд=988,18 y.o.×492HU=486184,56y.o.×HU. Даний показник змін об'єму кісткової тканини навколо дентального імплантату є меншим за 300000 y.o.×HU, а отже, демонструє нормальне функціонування одиночної протетичної конструкції з опорою на дентальному імплантаті без об'єктивних ознак патологічної динаміки редукції кісткової тканини в даного пацієнта в однорічній ретроспективі. Висновок: Зміни індивідуального об'єму редукції периімплантатної кісткової тканини в області інтраосальної конструкції встановленої на місці 24 зуба свідчить про позитивні віддалені результати імплантологічного лікування. Приклад 2. Хворий П.І.К., 32 років був викликаний згідно з протоколом лікування для оцінки функціонування внутрішньокісткового дентального імплантату. Титановий імплантат був поставлений на місці 15 зуба (12.03.2014). Повторний огляд проводився через 1 рік після встановлення імпланта (22.03.2015). Спочатку пацієнту провели первинне комп'ютерно-томографічне дослідження зубощелепового апарату відразу після встановлення дентального імлпантату 12.03.2014 з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) (фіг. 3), та визначали середній показник щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда, що становив 508 HU. Потім через 1 рік функціонування дентального імплантату 22.03.2016 провели повторне комп'ютерно-томографічне дослідження з отриманням цифрових даних у форматі даних DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) (фіг. 4) з повторним визначенням щільності кісткової тканини за шкалою Хаунсвільда, що також становила 508 HU. Після цього провели анонімізацію отриманих DICOM-файлів та їх конвертації у формат файлів STL з використанням прикладеного програмного забезпечення OnDemand3D™ Dental (Cybermed Inc.), з послідуючою фрагментацію та суперімпозицію, як було описано у попередньому клінічному випадку. Після суперімпозиції моделей у програмі Geomagic Qualify 3 UA 113154 U 5 10 15 20 25 30 35 40 2012 автоматично був обрахований показник геометричної різниці об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів, що виражається в умовних одиницях, і який становив V=1452,23 у. о. Після визначення чисельного показника різниці геометричного об'єму вираховували індивідуальний показник редукції кісткової тканини навколо імплантатів за формулою: Vінд=V×HU. Індивідуальний об'єм втрати кісткової тканини: Vінд=1452,23 y. o.×508HU=737732,84y.o.×HU Даний показник змін об'єму кісткової тканини навколо дентального імплантату є вищим за 300000 y. o.×HU, а отже демонструє патологічну динаміку редукції кісткової тканини в даного пацієнта в однорічній ретроспективі. Висновок: Зміни індивідуального об'єму редукції периімплантатної кісткової тканини в області інтраосальної конструкції, встановленої на місці 15 зуба, свідчить про патологічнопрогресуючі зміни в периімплантатній ділянці, даний пацієнт потребує динамічного спостереження та можливої корекції хірургічного лікування в майбутньому. З метою перевірки придатності запропонованого способу було обстежено 57 осіб обох статей та різного віку. У 55 з них результати поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів визначені шляхом суперімпозиції зображень, отриманих в ході комп'ютерно-томографічних досліджень на 95 % корелювали із результатами клінічних, допоміжних та планіметричних рентгенологічних результатів обстеження. У 2 випадках були виявлені невідповідності даних, пов'язані із помилками, допущеними в ході реєстрації даних різними операторами на етапах клінічного та рентгенологічного дослідження. Спосіб рекомендується для впровадження в лікувальну практику лікаря-стоматолога для експертної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів із використанням цифрових результатів проведення комп'ютерно-томографічних досліджень зубо-щелепового апарату в умовах стаціонарного та амбулаторного лікування. Джерела інформації: 1. Strietzel F.P., Nowak Μ., Küchler I., Friedmann A. Peri-implant alveolar bone loss with respect to bone quality after use of the osteotome technique //Clinical oral implants research-2002. - № 13(5). - C. 508-513. 2. Hürzeler M., Fickl S., Zuhr O., Wachtel H.С. Peri-implant bone level around implants with platform-switched abutments: preliminary data from a prospective study //Journal of Oral and Maxillofacial Surgery-2007. - № 65 (7). - C. 33-39. 3. Ritter L., Elger M. C, Rothamel D., Fienitz Т., Zinser M., Schwarz F., Zoller J. E. Accuracy of peri-implant bone evaluation using cone beam CT, digital intra-oral radiographs and histology //Dentomaxillofacial Radiology-2014. - № 43(6) – С. 20130088. 4. Frost H.M. (2004). A 2003 update of bone physiology and Wolffs Law for clinicians //The Angle Orthodontist-2003. - № 74 (1). С. 3-15. 5. Robling A.G., Castillo А.В., Turner С.Н. Biomechanical and molecular regulation of bone remodeling //Annu. Rev. Biomed. Eng. - 2006. - T. 8. – С. 455-498. 6. Isidor F. Influence of forces on peri-implant bone //Clinical Oral Implants Research. - 2006. - T. 17. - №. S2. – С. 8-18. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 Спосіб поетапної оцінки змін кісткової тканини навколо дентальних імплантатів за даними комп'ютерно-томографічних досліджень, який включає поетапне послідовне проведення первинних та повторних комп'ютерно-томографічних досліджень після року функціонування дентальних імплантатів, результати яких конвертуються у файли моделей STL, після чого проводять визначення різниці геометричного об'єму кісткової тканини навколо дентальних імплантатів методом суперімпозиції, який відрізняється тим, що обрахунок показника індивідуального об'єму втраченої кісткової тканини визначається з врахуванням показника щільності кісткової тканини у одиницях Хаунсвільда за запропонованою формулою: Vінд=V×HU, де Vінд - індивідуальний об'єм втраченої кісткової тканини, V - різниця геометричного об'єму втраченої кісткової тканини, визначена за допомогою інструментів геометричного аналізу Geomagic Qualify 2012, HU - щільність кісткової тканини фрагментованої області, визначена в одиницях Хаунсвільда, після чого при результатах дослідження нижче 300000 y. o.×HU після першого року функціонування дентального імплантату роблять висновок про відсутність патологічної редукції змін кісткової тканини, а при вищих показниках - про патологічну динаміку редукції периімплантатної кісткової тканини. 4 UA 113154 U 5 UA 113154 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6