W ostatnich dziesięcioleciach w dziedzinie rejestracji danych medycznych, diagnostyki i planowania leczenia niemal wyłącznie używane były materiały dwuwymiarowe. Postęp naukowy, nowe technologie, jak również coraz częstsze zastosowanie technik cyfrowych, nie wyparły tradycyjnych nośników informacji takich jak fotografia klasyczna, w tym rentgenowska. Metody diagnostyki, takie jak analiza cefalometryczna, zostały sprowadzone do upraszczających jak najbardziej trójwymiarowe przecież zagadnienie projekcji dwuwymiarowych. Siła przyzwyczajenia i przekazywana kolejnym pokoleniom wiedza ugruntowywała przez lata takie podejście. Tymczasem rozwój techniki komputerowej osiągnął poziom umożliwiający zastosowanie jej do – niemożliwego dotąd – przejścia do środowiska trójwymiarowego. Trudno jest przecenić taką możliwość. Przybliżenia, uproszczenia i umowność pewnych zagadnień można zastąpić ich rzetelnym odwzorowaniem. Z punktu widzenia naukowego oraz praktyki lekarskiej przejście z dwóch do trzech wymiarów stanowi prawdziwy przełom. Precyzyjna diagnostyka, planowanie leczenia w różnych wariantach, symulacja zabiegów chirurgicznych to najłatwiejsze do przewidzenia zastosowania reprezentacji trójwymiarowej. Ortodoncja jako nauka zajmująca się skomplikowanym przestrzennie narządem żucia będzie bardzo podatna na korzystanie z nowych możliwości. Niniejsza praca dotyczy pierwszego, najprostszego a zarazem najważniejszego etapu nadchodzących zmian – rejestracji przestrzennej warunków zgryzowych. Niezależnie od zastosowanej metody odwzorowania zapis trójwymiarowy niesie bardzo konkretne korzyści. Wygodne przeniesienie diagnostyki i planowania leczenia na ekran komputera jest rewolucją w przetwarzaniu danych w praktyce ortodontycznej ale równocześnie jest ewolucyjnym następstwem otaczających nas osiągnięć technicznych i – na dłuższą metę – koniecznością.

Jednym z podstawowych elementów diagnostyki ortodontycznej są gipsowe modele zgryzu. W tej dziedzinie podobnie jak w wielu innych naukach medycznych preferowane jest wykorzystanie podstawowych zmysłów i intelektu człowieka do przeprowadzenia analizy. Modele ortodontyczne wykonywane są według przyjętych zasad z gipsu, i służą do dokumentowania istniejących warunków zgryzowych, przeprowadzenia planu leczenia i obserwacji efektów tego leczenia. Zalety modeli tradycyjnych opierają się na:

• łatwej dostępności

• niskiej cenie

• czytelności określonej wieloletnią tradycją

Nieodzownie związane z nimi wady postrzegane są przez pryzmat ewentualnego złego wykonania samego modelu lub wycisku z pominięciem kwestii przyjmowanych za oczywiste i nieuchronne a więc:

• nietrwałości mechanicznej, szczególnie w zakresie rejestracji woskowej zgryzu

• kłopotów z przechowywaniem, wyszukiwaniem, przesyłaniem, duplikowaniem

Poważnym problemem jest długi czas „życia” modeli - od chwili wykonania przez cały okres leczenia i jeszcze długo potem – jako dokumentacja przypadku. Nie sposób jest uniknąć jego mechanicznego zużywania się, a więc i pogarszania jakości informacji, którą zawiera. Jego przydatność do celów naukowych staje się z biegiem czasu coraz mniejsza. Model diagnostyczny jest bodaj ostatnim elementem ortodontycznej dokumentacji diagnostycznej, którego dotąd w prosty sposób nie można było przenosić do pamięci komputera. Trójwymiarowy zapis modelu zamykając proces przeniesienia danych do postaci cyfrowej otworzy wiele nowych drzwi i usprawni działania dotychczasowe. Podstawowe zalety to:

• szybkie wyszukiwanie danych

• bezpieczeństwo przechowywania

• łatwe kopiowanie

• odporność na zniekształcenia zawartej informacji

• Baza danych prowadzonych przypadków powstająca zamiast magazynu gipsu osiągnie wielkość kilkunastu lub kilkudziesięciu krążków cd-rom

Technologia zapisu trójwymiarowego

Większość rozwiązań tego tematu istniejąca lub tworzona opiera się na uzyskaniu trójwymiarowego obrazu metodą skanowania laserem modelu gipsowego. Metoda ta z założenia obarczona jest błędem odwzorowania obszarów w podcieniach i trudno dostępnych dla światła miejscach. Kolejny sposób – skanowanie bezpośrednio w ustach pacjenta wymaga całkowicie odmiennego stylu pracy i aparatury o astronomicznej wartości w samym gabinecie. Na placu boju pozostaje metoda skanowania zniszczeniowego modeli gipsowych. Metoda w dużym stopniu niezawodna, odporna na większość problemów z którymi nie radzą sobie wystarczająco skutecznie inne. Umożliwia osiągnięcie założonych wyników przy minimalnej zmianie dotychczasowego sposobu pracy, a w okresie przejściowym pracy równoczesnej na modelach gipsowych oraz ich reprezentacji wirtualnej. Sama zasada skanowania zniszczeniowego nie jest nowa. Polega na odsłanianiu kolejnych przekrojów bryły, rejestracji kształtu przekroju oraz – przy znanej grubości warstwy – zrekonstruowaniu kształtu całej bryły. Dopiero jednak nowoczesna technika komputerowa zapewniająca odpowiednią moc obliczeniową oraz sposoby wizualizacji przestrzennej umożliwiają szerokie zastosowanie tego sposobu w praktyce.

Korzyści z zastosowania trójwymiarowej rejestracji cyfrowej

Model wirtualny może być podstawą wszelkich analiz identycznych jak w przypadku modelu gipsowego; pomiary liniowe, kątowe, a także innych: określanie parametrów przekrojów, pola powierzchni np. podniebienia. Dodatkowe możliwości w pracy z modelem wirtualnym w porównaniu z modelem fizycznym są olbrzymie. Podstawowa diagnostyka ortodontyczna jest zaledwie ich początkiem. Przykładowe pola zastosowania tej techniki to:

• ortodoncja

• protetyka

• chirurgia stomatologiczna

natomiast perspektywy wykorzystania nakreśla poniższa lista:

• precyzyjna i wygodna diagnostyka

• proste przesyłanie danych na dowolne odległości przy pomocy Internetu

• zdalne konsultacje przypadków

• planowanie leczenia w różnych wariantach

• kontrola postępów leczenia

• symulacja wyników leczenia

• symulacja zabiegów chirurgicznych

• łatwe i bezpieczne archiwizowanie danych

• prowadzenie wspólnych projektów przez różne ośrodki badawcze

• tworzenie baz przypadków dla grup kontrolnych

• badania statystyczne

• wymiana danych między praktykami

• nadzór szkolenia podyplomowego dla lekarzy z poza ośrodków akademickich

Zasadność zastosowania takiej metody zależy od spełnienia kilku warunków:

• dokładności odwzorowania

• powtarzalności wyników

• możliwości wykorzystania wyników w praktyce

• kreowanych dodatkowych możliwości

• dostępności

• ekonomii

W omawianej metodzie dokładność odwzorowania jest regulowana w dużym zakresie, zgodnie z potrzebami. Optymalne wydaje się zastosowanie parametrów umożliwiających swobodne operowanie na wirtualnym modelu, porównywalne pod katem dokładności pomiarów z modelem fizycznym, przy zachowaniu możliwych praktycznie do przyjęcia wielkości plików wynikowych. Zastosowane algorytmy gwarantują powtarzalność wyników z identycznych danych wyjściowych. Kluczem jest oczywiście odpowiednie oprogramowanie. Nowe możliwości zasygnalizowano powyżej. Pozostają jeszcze do spełnienia dwa warunki: dostępność i ekonomia. Nie będzie chyba nadmiernie optymistyczne stwierdzenie, że wspomniana technologia trafi do rąk zainteresowanych nią lekarzy w najbliższych miesiącach. Zaś co do ekonomii; biorąc pod uwagę wszystkie aspekty, a nie tylko proste porównanie ceny wykonania modelu gipsowego i jego reprezentacji wirtualnej – po prosu warto!

Podstawowym narzędziem przy pracy z modelami 3D jest program komputerowy umożliwiający:

• trójwymiarową wizualizację na ekranie komputera

• oglądanie modelu pod dowolnym kątem, obroty, powiększanie detali

• automatyczne generowanie okluzogramu

• pomiary swobodne wartości rzeczywistych (kąty, odległość punktów na powierzchni modelu, odległość punków od zadanej płaszczyzny)

• przekroje płaszczyzną

• podstawowe analizy (bolton, tonn, korkhaus, pont, popovitch, lundstrom)

Należy zaznaczyć, że wymagania dotyczące komputera nie są wygórowane. Dostępne aktualnie w handlu średniej klasy zestawy komputerowe są zupełnie wystarczające. Do pracy nie jest też potrzebna specjalistyczna wiedza informatyczna, a jedynie znajomość podstawowych zasad obsługi komputera.

LITERATURA

1. Swartz M. L. „Makrofotografia Ortodontyczna”, Moja Praktyka 1 (10), 2002,
2. Wiliams S. „Krótki podręcznik po cefalometrii w ortodoncji”, Polorto 1998,
3. Wytyczne ABO „Orange book”, 2001,
4. Stefańczyk T. „Modele ortodontyczne”, „Moja Praktyka” 1 (14), Polorto 2003,
5. Niekra M., Wojtaszek–Słomińska A., „Trójwymiarowa analiza modeli diagnostycznych, ”Ortopedia szczękowa i ortodoncja” nr 1(13) 2003,
6. Janikowski T., Stefańczyk T. „Technika cyfrowa w gabinecie”, „Moja Praktyka” 2 (15), Polorto 2003,
7. Schmuth G. P. F., Holtgrave E. A., Drescher D. „Ortodoncja praktyczna”, Czelej, 1997,
8. „Zarys współczesnej ortodoncji”, pod redakcją prof. Dr hab. n. Med. Ireny Karłowskiej, PZWL, 2001,
9. Janikowski T., Stefańczyk T. „Dokumentacja w praktyce ortodontycznej”, „Moja Praktyka” 3 (16), Polorto 2003,
10. Hohmann A., Hielscher W., „Kompedium techniki dentystycznej”, “Ortodoncja”, Kwintesencja, 1999,
11. Williams S., “Conceptual Orthodontics”, 2002,
12. Rakosi T., Jonas I., Graber T. M., “ Color Atlas of Dental Medicine: Orthodontic Diagnosis”, Thieme, 1993,
13. Miyashita K., Dixon A. D., “Contemporary Cephalometric Radiography”, Quintessence, 1996,
14. Janikowski T., Stefańczyk T., „Materiał diagnostyczny – trójwymiarowa wizualizacja warunków zgryzowych”, „Moja Praktyka” 4 (17), Polorto 2003,
15. W. Ronald Redmond, “Digital models: A new diagnostic tool”, “Journal of Clinical Orthodontics”, June 2001,
16. Dental Models, Michael B. Stewart, DOS, Orthodontics Products.

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

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

Konsultacja naukowa: dr n. med. Janusz Myrda