Przedstawienie zalet metody wirtualnego set-up'u w oparciu o program Ortho3D Pro

Technologia CMO (Cyfrowych Modeli Ortodontycznych) powstała w polskiej firmie Polorto Sp. z o.o. na potrzeby lekarzy. Stanowi cyfrowy odpowiednik gipsowych modeli diagnostycznych. Przy jej pomocy zapisywane i przetwarzane są geometryczne parametry modeli w formie pliku komputerowego. Specjalizowana aplikacja o3dm (handlowa nazwa Orthodontic 3D Models Professional) pozwala na wykonywanie różnorakich manipulacji modelem. Od znanych z pracy z modelem gipsowym prostych pomiarów metrycznych [2] przez półautomatyczne wykonywanie analiz aż po możliwość planowania zabiegów leczniczych i symulowania wyników leczenia ortodontycznego poprzez tzw. set-up (ustawienie) czyli zmianę położenia poszczególnych zębów lub ich grup zgodnie z planem leczenia.

Wirtualny set-up. W dotychczasowej praktyce lekarze posługiwali się modelami gipsowymi z wyodrębnionymi mechanicznie zębami. Poszczególne zęby mocowane woskiem ustawiane były w żądanym położeniu i w taki sposób planowano leczenie. Taka metoda ma wciąż szerokie zastosowanie praktyczne między innymi, także w protetyce. Uciążliwość techniczna takiego procesu je st akceptowana i przyjmowana powszechnie za konieczność. Set-up wirtualny, którego idea jest stara jak same techniki cyfrowe był do niedawna niemożliwy do zrealizowania z braku odpowiednich narzędzi. Ograniczały go głównie możliwości techniki skanowania brył trójwymiarowych z zadawalającą dokładnością oraz odpowiednio niskim kosztem. Gwałtowny rozwój technik skanowania, wzrost mocy obliczeniowej standardowych komputerów stały się podstawą do powstania kilku takich technologii na świecie [3,4]. Jedną z nich jest CMO.

Modele wirtualne wykonywane są przez skanowanie modeli gipsowych odlewanych z wycisków. Niedostępne są również struktury wewnętrzne takie jak korzenie zębów oraz kości szczęki i żuchwy. Zagadnienie set-up’u jest związane z przemieszeniem lub ekstrakcją zębów w obrębie łuków i w ten sposób powstają nowe, przemodelowane warunki zgryzowe mogące podlegać ocenie. Na pierwszy rzut oka zmiana położenia gdy dysponuje się odpowiednim narzędziem nie stanowi problemu. Sprawę komplikuje jednak fakt, że na modelu diagnostycznym (gipsowym czy wirtualnym) powstałym ze standardowego wycisku widoczne są tylko fragmenty zębów (tzw. korony kliniczne). Reszta zęba (szyjka i korzeń) jest ukryta. Z punktu widzenia anatomicznego część zęba zasłonięta jest przez dziąsło, a część przez struktury kostne wyrostka zębodołowego. Przemieszczenie korony klinicznej zęba jest natomiast jednoznaczne z przemieszczeniem korzenia. Planując leczenie (przemieszczanie) zębów niezbędna jest wiedza na temat parametrów geometrycznych całego zęba, w przeciwnym razie może dojść do sytuacji gdy planowany ruch nie będzie możliwy z uwagi na nieprzewidziane kolizje struktur korzeni.

Tak więc set-up wymaga wiedzy niedostępnej wprost z modeli diagnostycznych. Wiedzę tą można czerpać jedynie ze źródeł operujących na przestrzennym obrazie struktur wewnętrznych pacjenta. Wymagania dotyczące tych źródeł sprowadzają się do ich wiarygodności pod względem dokładności odwzorowania. Dodatkowym wyzwaniem jest połączenie danych pochodzących z zeskanowanego modelu z danymi skanowania struktur wewnętrznych. Źródła tych danych, trzeba otwarcie przyznać, są na chwile obecną dość ograniczone. Klasyczny obraz rentgenowski jest płaski i stosunkowo niedokładny. W pracy z modelami gipsowymi zakłada się, że wystarczająca jest dokładność rzędu 0,1 mm i przynajmniej taką dokładnością powinno charakteryzować się źródło. Taki rząd dokładności oferują więc modele wirtualne w technologii CMO. Jak dotychczas nie istnieje natomiast dostępne powszechnie źródło pozwalające na uzyskanie analogicznej dokładności w odniesieniu do struktur ukrytych. Skanowanie tomograficzne operuje na wartościach 0,2-0,5 mm w zależności od typu urządzenia. Swego rodzaju obejściem tego problemu – do czasu łatwiejszego dostępu do precyzyjniejszych źródeł danych - jest zastosowanie szablonów korzeni. Kształty opracowane na podstawie literatury oraz zeskanowanych przestrzennie preparatów są oczywiście jedynie aproksymacją kształtów rzeczywistych, ale stosunkowo dobrze nadają się do tego zastosowania. Kształt korony klinicznej pobierany jest z modelu wirtualnego będącego precyzyjnym odwzorowaniem warunków w ustach pacjenta, natomiast korzeń jest dodawany z biblioteki. Dodatkowo w procesie tworzenia spójnego elementu korona kliniczna + korzeń szablony są przekształcane geometrycznie w celu dostosowania do kształtu faktycznego. Materiałem wyjściowym może być tutaj w zależności od dostępności: obraz tomograficzny lub dostępne zdjęcia rentgenowskie. Wiernie odwzorowane są więc korony kliniczne i dziąsło, korzenie natomiast na tyle dokładnie na ile pozwala ją materiały wyjściowe. W tym temacie swoistym przełomem może być bezpośrednie użycie odwzorowania trójwymiarowego korzeni z badania tomograficznego. Prace nad tym zagadnieniem trwają i należy spodziewać się że doprowadzą do zwiększenia jakości odwzorowania w stosunkowo krótkim czasie.

Zależnie od stopnia zaawansowania technicznego i dokładności odwzorowania detali geometrycznych zastosowanie techniki wirtualnego set-up’u musi więc uwzględniać sposób tworzenia obrazu, który z racji istniejących ograniczeń jest przybliżony. Nie oznacza to oczywiście odrzucenia tej metody do zastosowań medycznych; należy jedynie pamiętać i mieć świadomość ograniczeń – dokładnie tak samo jak przy stosowaniu dowolnych innych narzędzi. Bardzo wdzięcznym polem zastosowania techniki na jej obecnym stopniu zaawansowania są wszelkiego rodzaju wizualizacje i prezentacje: od rozmowy z pacjentem, przez ogromną ilość zagadnień edukacyjnych aż do planowania i symulowania wyników leczenia.

Posiadając gotowy model wirtualny zgodny z technologią CMO drugiej generacji możemy już rozpocząć pracę. Co można wykonać? Można bardzo wiele. Aplikacja oferuje szeroki zakres narzędzi elektronicznych. Te znane z modeli pierwszej generacji są oczywiście także obecne. Kompleksowy pomiar wartości geometrycznych, podstawowe analizy modelu, pomiar długości łuku, przekroje, pomiary kątowe, porównywanie modeli. Dodana jest natomiast możliwość manipulowania położeniem zębów w sposób praktycznie nieograniczony. Możliwe są ekstrakcje i przemieszczenia zębów (oczywiście wraz z korzeniami) w dowolny sposób. Wszystkie ruchy można wykonywać w sposób przybliżony operując myszką lub precyzyjnie określić wymagane przemieszenie w mm lub stopniach wpisując wartości z klawiatury. Ruchy określane są przez ogólnie przyjęte nazwy: intruzja, ekstruzja, torque, angulacja itd. Każde przemieszenie zęba powoduje zaktualizowanie generowanego automatycznie okluzogramu. Program sygnalizuje także kolizje struktur (zębów) z sąsiednimi podczas wykonywania ruchów. Przemieszczenia niemożliwe fizycznie są więc wychwytywane. Każdy etap pracy może być zapisany w odrębnym pliku aby łatwiej było wrócić do poprzedniego. Odwzorowanie na ekranie może być realizowane na kilka sposobów: widok kompletnego modelu, tylko zęby z korzeniami lub kombinacje przezroczystości wszystkich struktur – dla najwygodniejszej pracy.

Uzyskiwane wyniki wydają się być wystarczające dla planowania leczenia i symulowania jego rezultatów z zastrzeżeniem wcześniej opisanych ograniczeń. Zastosowana dokładność odwzorowania w połączeniu z możliwościami aplikacji „o3dm” znajdują się na granicy możliwości współczesnej technologii powszechnego użytku. Atrakcyjność rozwiązania jest ograniczona nakładem pracy (koszt i czas) oraz stosunkowo jeszcze rzadko stosowanym (nie powszechnym) badaniem tomograficznym. Perspektywy rozwoju tej techniki idące w kierunku planowania zabiegów i symulowania leczenia także w innych dziedzinach wydają się być bardzo zachęcające.

BIBLIOGRAFIA

1. T. Janikowski, M. Pużyński, M. Porwolik, K. Porwolik, T. Stefańczyk „Wirtualne modele ortodontyczne jako komfortowa komunikacja drogą komputerową klinicysty z laboratorium”, XII Kowban 2005, Materiały Wrocławskiego Towarzystwa Naukowego, Polanica Zdrój 26-28.10.2005 str. 271-276.
2. M.Pużyński, T.Janikowski, M. Porwolik, K. Porwolik, T. Stefańczyk „Zastosowanie technik komputerowych do pomiarów metrycznych żuchwy i szczęki na przykładzie technologii CMO”, Kowban 2005, Materiały Wrocławskiego Towarzystwa Naukowego, Polanica Zdrój 26-28.10.2005 str. 277-282.
3. M. Niekra, A. Wojtaszek-Słomińska „ Trójwymiarowa analiza modeli diagnostycznych”, Ortopedia Szczękowa i ortodoncja nr 1 (13) 2003.
4. W. Ronald Redmond, „Digital models: A new diagnostic tool” , Journal of Clinical Orthodontics, June 2001.
5. T. Janikowski, T. Stefańczyk, „Nowa metoda rejestracji warunków zgryzowych dla diagnostyki ortodontycznej”, Moja Praktyka, 2 (19) , Polorto 2004.
6. T Janikowski, T. Stefańczyk „Technika cyfrowa w gabinecie”, Moja Praktyka 2 (15), Polorto 2003.

mgr inż. Tomasz Janikowski (Ortolab Sp. z o.o. Częstochowa)

mgr inż. Tomasz Stefańczyk (Polorto Sp. z o.o. Częstochowa)

dr n. med. lek stom. mgr inż. Marek Pużyński (Praktyka Stomatologiczna Wrocław)