Оптимизация лечения пациентов с применением CAD/CAM технологий в клинике ортопедической стоматологии

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

14.01.14 - Стоматология (медицинские науки)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Оптимизация лечения пациентов с применением CAD/CAM технологий в клинике ортопедической стоматологии

Цаликова Нина Амурхановна

Москва - 2013

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России)

Научный консультант:

заслуженный врач РФ, доктор медицинских наук, профессор Ибрагимов Танка Ибрагимович

Официальные оппоненты:

Арутюнов Сергей Дарчоевич - заслуженный врач РФ, доктор медицинских наук, профессор (ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России, заведующий кафедрой общей практики и подготовки зубных техников).

Миргазизов Марсель Закиевич - заслуженный деятель науки республики Татарстан, доктор медицинских наук, профессор (профессор кафедры клинической стоматологии и имплантологии ФГОУ ДПО «Институт повышения квалификации Федерального медико-биологического агентства России).

Трезубов Владимир Николаевич - заслуженный деятель науки России, доктор медицинских наук, профессор(ГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П.Павлова Минздрава России, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии и материаловедения с курсом ортодонтии).

Ведущее учреждение: ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Минздрава России»

Защита состоится «____» ___________ 2013 г. в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 208.041.03, созданного на базе ГБОУ ВПО МГМСУ имени А.И. Евдокимова Минздрава России по адресу: г. Москва, ул. Долгоруковская д.4, 1-й этаж

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного медико-стоматологического университета имени А.И. Евдокимова (127206, г. Москва, ул. Вучетича, д. 10а).

Автореферат разослан _____ ________________2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук,

профессор Гиоева Ю.А. 

Актуальность темы

Приоритеты современной стоматологической науки складываются под влиянием возрастающих требований к эстетике реставраций при сохранении их функциональности и долговечности. Компьютерные технологии находят широкое применение во всех сферах жизнедеятельности человека, в том числе - в медицине. Создаются научные основы компьютерного моделирования лечебных технологий для реабилитации больных с патологией зубочелюстной системы, что позволяет поднять качество оказываемой помощи на новый уровень (Олесова В.Н.и др., 2010).

Одним из символов инновационного развития стоматологии последних лет является технология компьютерного проектирования и автоматизированного изготовления зубных протезов, для обозначения которой существует общепринятая аббревиатура - CAD/CAM. Одной из причин популяризации технологии в стоматологии является критическая оценка существующих традиционных методов изготовления протезов без использования CAD/CAM систем. В качестве преимуществ новой технологии перед традиционными можно отметить сокращение этапности протезирования, возможность создания непрямых керамических реставраций в режиме chair side (у кресла пациента) в течение одного-двух часов (Лебеденко И. Ю. и др., 2002; Ретинская М.В. и др., 2006, 2007, Антоник M.М, 2012; Mormann W., 2008). Значительным преимуществом является также наиболее прогрессивный способ обработки стандартных заготовок конструкционных материалов при помощи метода холодного фрезерования без изменения их исходных свойств. CAD/CAM технологии дают возможность стандартизации и унифицирования всех производимых в зуботехнической лаборатории манипуляций и используемых конструкционных материалов (Риккер P., 2009; Ряховский А.Н., 2010). В то же время, значительный интерес со стороны стоматологической индустрии стимулирует создание новых материалов для автоматизированной обработки, что влечет за собой также и популяризацию самой технологии ( Giordano R., 2003; Tinschert J.et al., 2004; Witkowski S., 2005). Созданные специально для машинной обработки новые материалы - такие как метастабильный тетрагональный диоксид циркония - призваны сочетать в себе прочность металла и эстетику керамики (Хван В.И., 2010, 2012).

Вместе с тем, эффективность применения стоматологических автоматизированных систем по-прежнему является предметом дискуссий. Это вызвано разноречивыми данными о точности краевого прилегания, функциональности и эстетике компьютерных реставраций (Sailer I. et al., 2006, 2007; Fritzler W., Dieker H., 2010). В доступной литературе нами не найдена единая классификация CAD/CAM материалов с алгоритмом их выбора для тех или иных конструкций. Результатом этого является появление сомнительного всеобъемлющего термина «безметалловая керамика», а также использование различных керамических материалов не по назначению, следствием чего, в свою очередь, является дискредитация самой технологии CAD/CAM.

Одной из причин отказа от применения CAD/CAM технологий являются сообщения о поломках цельнокерамических реставраций или сколах облицовки с каркасной поликристаллической керамики на основе диоксида циркония (Румянцев М.А., 2007; Яковлев Д.И., 2010.) Вызывают ряд вопросов разночтения в рекомендациях по изготовлению каркасных цельнокерамических реставраций. Пескоструйная обработка по-прежнему является популярным средством, используемым для увеличения шероховатости поверхности и обеспечения дополнительного сцепления облицовки и каркаса, а также для повышения адгезионной прочности при фиксации на цемент. Согласно теории, возникающие при этом микротрещины вызывают фазовый переход от метастабильной тетрагональной структуры решетки в моноклинную. Он сопровождается увеличением объема на 4 - 5%. Это способствует блокировке трещины путем создания сжимающих напряжений, однако меняет соотношение фаз. После поверхностной абразивной обработки рекомендуется проведение так называемого «регенерирующего» обжига. Однако, высокотемпературное воздействие может способствовать обратному фазовому переходу, снятию блоков расширения и дальнейшему распространению трещины [Kosmac T. et al., 2000; Sundh A. et al., 2005]. Анализ специальной литературы для уточнения химической составляющей этой проблемы выявляет диаметрально противоположные взгляды на качество влияния абразивной и температурной обработки на тетрагональный диоксид циркония. В связи с этим, необходимо выявить характер и степень влияния пескоструйной обработки и обработки образцов Y-TZP при помощи алмазного инструмента на их прочностные свойства и фазовое состояние, а также целесообразность проведения «регенерирующего» обжига с целью восстановления исходных свойств материала и фазового состояния Y-TZP. Исследование этой проблемы может снять ряд вопросов, связаных с нарушением целостности цельнокерамических зубных протезов.

Главным ограничением в популяризации технологии CAD/CAM является высокая стоимость как самих систем, так и их конечного продукта. По мнению основоположников CAD/CAM направления в стоматологии(Strub J.R. et al., 2006; Mormann W., 2006, 2012), перспективы развития данной технологии заключаются в более широком использовании прямого внутриротового сканирования и открытости систем с возможностью внешнего экспорта и импорта полученных данных. Это подтверждается современными тенденциями дополнения лабораторных CAD/CAM систем внутриротовыми сканерами, ускоряющими процесс получения информации. Вместе с тем, дополнение системы интраоральным сканером, являющимся сложным оптическим устройством, особенно в условиях работы в полости рта, значительно повышает ее стоимость. В связи с этим назрела необходимость создания российского стоматологического CAD/CAM комплекса с учетом современных тенденций, при этом более доступного, чем зарубежные аналоги.

Степень разработанности темы

В современной научной литературе теме применения компьютерных технологий в стоматологии уделяется достаточно внимания, однако большинство исследований носят фрагментарный характер. Проблема использования цифровых технологий в стоматологии нашла свое отражение в работах российских исследователей: Вафина С.М., 2002; Левицкого В.В., 2008; Ряховского А.Н, 2010; Антоник М.М., 2012 и др. Вопросы разработки и применения конструкционных материалов для автоматизированной обработки освещены в работах Румянцева М.А., 2007; Хван В.И., 2010; Апресян С.В., 2012 и др. Однако, актуальность и социальная значимость данной работы обусловлена потребностью российской стоматологии в доступном современном отечественном CAD/CAM комплексе, а также обобщении и систематизации имеющихся данных о методиках и материалах для автоматизированного изготовления зубных протезов.

Цель исследования:

Повышение эффективности ортопедического лечения пациентов с применением систем компьютерного моделирования и изготовления протезов на основании анализа результатов клинического применения технологии, создания первой отечественной стоматологической CAD/CAM системы, разработки рекомендаций по совершенствованию технологического процесса изготовления каркасных цельнокерамических реставраций.

В соответствии с поставленной целью нами решался ряд частных задач, определивших структуру исследования.

1.Изучить принципы работы и основные функции существующих стоматологических CAD/CAM систем, на основе мета-анализа отечественных и зарубежных литературных источников дать их современную классификацию по концептуальному признаку, выявить основные тенденции развития CAD/CAM направления в стоматологии. Дать рекомендации по выбору модели применения CAD/CAM технологии в стоматологической клинике, а также различных конструкционных материалов для автоматизированной обработки.

2. Оценить клиническую эффективность различных конструкций фрезерованных керамических зубных протезов, установить возможные причины неудачных исходов их применения.

3. В эксперименте исследовать влияние различных видов воздействия в процессе технологической обработки на прочностные свойства стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония( на примере стандартных заготовок фирмы Vita, Германия) и целостность зубных протезов:

* определить характер воздейстия поверхностной абразивной обработки на прочностные характеристики стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония, фазовый состав обработанной поверхности и его коэффициент термического линейного расширения; протез зубной керамика цирконий

* исследовать влияние дополнительного «регенерирующего» обжига на свойства керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония, определить целесообразность его применения с целью восстановления исходных свойств, фазового состояния материала и его коэффициент термического линейного расширения.

4. По результатам эксперимента дать рекомендации по технологии изготовления зубных протезов с каркасом из стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония.

5. Разработать и внедрить в клиническую практику отечественную CAD/CAM систему для изготовления зубных протезов:

* формирование концепции открытого интерфейса с возможностью экспорта и импорта цифровых данных;

* разработать интраоральную камеру для использования в условиях стоматологической клиники на базе опытного образца сканера системы OptikDent;

* разработать программное обеспечение системы OptikDent.

6. Оценить качество цельнокерамических зубных протезов, изготовленных с использованием разработанной системы.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1.Определены тенденции развития CAD/CAM направления в стоматологии, дана современная классификация CAD/CAM систем. Обобщены и систематизированы данные о материалах для изготовления зубных протезов методом CAD/CAM.

2.Разработана концепция первой отечественной врачебной CAD/CAM системы с внутриротовой камерой, программным обеспечением и фрезерным модулем для изготовления керамических зубных протезов и возможностью импорта и экспорта полученных данных; создана компьютерная программа получения измерительных данных при помощи внутриротового оптического сканера, их реконструкции и 3D визуализации в CAD/CAM системе OptikDent, подтвержденная свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610772.

3.Впервые с использованием комплекса методов - исследования прочности при изгибе (ISO 6872), метода рентгеновской дифракции кристаллических тел, сканирующей электронной микроскопии - исследовано изменение прочностных свойств и фазового соcтава диоксида циркония (на примере образцов фирмы Vita, Германия) при различных видах воздействий в процессе технологической обработки.

4. Получены новые данные о повышении прочностных свойств диоксида циркония после пескоструйной обработки и обработки алмазным инструментом относительно контроля и снижении прочности после дополнительного высокотемпературного обжига.

5. Выявлено, что в процесе абразивной обработки имеет место локальное изменение фазового состава обработанной поверхности диоксида циркония и непрогнозируемое локальное изменение коэффициента термического расширения.

6. В ходе диссертационного исследования разработан усовершенствованный способ препарирования зубов под несъемный мостовидный зубной протез, защищенный патентом на изобретение № 2445044.

7. С помощью усовершенствованной методики оценки прецизионности керамических реставраций(решение о выдаче патента на изобретение «Способ клинической оценки точности изготовления несъемных зубных протезов» № 2012127156/14(042054) от 23.04.2013 ) получены доказательства клинической эффективности разработанной CAD/CAM системы OptikDent.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработана и внедрена в клиническую практику отечественная система для автоматизированного изготовления керамических зубных протезов. Внутриротовая камера разработанной системы «OptikDent» может быть использована как в качестве самостоятельного модуля с возможностью экспорта полученных измерительных данных, так и в составе системы. Разработанный эргономичный дизайн внутриротовой камеры соответствует требованиям дезинфекции неинвазивного инструментария. Точность получения измерительных данных соответствует требованиям, предъявляемым к внутриротовым сканерам.

Создана дентальная база данных для виртуального проектирования реставраций с использованием естественных зубов и фантомных зубов фирмы «Frasaco», Италия. Разработана программа обработки полученных измерительных данных и интерфейс программы виртуального конструирования реставраций. Фрезерный блок системы «OptikDent» позволяет изготавливать прецизионные керамические реставрации зубов.

На основании проведенного экспериментального исследования стоматологической керамики на основе диоксида циркония разработаны и научно обоснованы практические рекомендации по изготовлению каркасных керамических зубных протезов.

Собственными клиническими исследованиями с использованием 8 клинических критериев оценки системы USPHS подтверждена высокая эффективность лечения керамическими зубными протезами с использованием CAD/CAM технологий по всем параметрам: целостность реставрации, краевое прилегание, вторичный кариес, анатомическая форма, цветовое соответствие, интерпроксимальные контакты, окклюзионные контакты, состояние маргинальной десны.

Даны рекомендации по выбору схемы использования CAD/CAM технологии в стоматологических клиниках различного уровня. На основании собственных исследований и анализа литературных данных разработаны рекомендации по выбору материала при автоматизированном изготовлении цельнокерамических зубных протезов.

Методология и методики исследования

В работе использовали комплекс методов: исследование механических свойств керамики при трехточечном изгибе, сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифрактометрия с качественным и количественным фазовым анализом, клинические методы, метод оценки точности прилегания реставраций с помощью цифровой микроскопии, методы оценки метрологических характеристик интраоральной камеры с помощью тестовых объектов, статистические методы.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Применение CAD/CAM технологий при изготовлении несъемных конструкций зубных протезов позволяет добиться высокой эффективности ортопедического лечения.

2. Механическая абразивная обработка каркасной стоматологической керамики на основе диоксида циркония влияет на прочность материала при изгибе с тенденцией ее повышения, однако непрогнозируемо меняет фазовый состав и коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) обработанной поверхности, что в свою очередь может явиться причиной сколов керамической облицовки с каркасов зубных протезов.

3. Высокотемпературный обжиг каркасов из стоматологической керамики на основе диоксида циркония, практикуемый после различных видов их абразивной обработки, влияет на прочность материала при изгибе с тенденцией ее снижения, однако нормализует фазовый состав обработанной поверхности.

4. Разработанная первая отечественная CAD/CAM система OptikDent является стоматологическим комплексом для автоматизированного изготовления одиночных керамических реставраций и состоит из модуля для проведения внутриротового сканирования протезного поля, программного обеспечения для 3D визуализации и виртуального конструирования реставраций, модуля для фрезерования зубных протезов из стандартных заготовок керамики.

Степень достоверности и апробация результатов

Результаты экспериментального исследования изменения свойств керамики на основе диоксида циркония после четырех видов технологической обработки на примере образцов фирмы VITA(Германия) соотносятся с данными других исследователей химической составляющей проблемы : Guazzato M. et al., 2005; Ishgi А., 2006 и др. Достоверность результатов клинического исследования подтверждается достаточным числом пациентов (193 чел.) с изготовлением 522 протезных единиц с применением технологии CAD/CAM. Результаты диссертационной работы внедрены в лечебную работу ортопедического отделения стоматологической поликлиники ФПДО МГМСУ им. А.И.Евдокимова. Материалы исследования используются в педагогическом процессе кафедры ортопедической стоматологии ФПДО МГМСУ им. А.И. Евдокимова и кафедры ортопедической стоматологии СОГМА при проведении практических занятий, семинаров и лекций на циклах усовершенствования врачей-стоматологов, обучении студентов, ординаторов и аспирантов.

Личный вклад автора

Автором лично разработана и обоснована структура исследования, проведено клиническое исследование с участием 193-х пациентов, анализ результатов проведенного ортопедического лечения с использованием CAD/CAM технологий, экспериментальные исследования, разработаны рекомендации по изготовлению керамических реставраций с каркасом из керамики на основе диоксида циркония. Автор лично принимала участие в разработке российской CAD/CAM системы OptikDent. Автором лично изучены принципы работы и основные функции существующих стоматологических CAD/CAM систем, дана их современная классификация по концептуальному признаку, выбору схемы применения CAD/CAM технологии в стоматологической клинике и выбору конструкционных материалов для автоматизированной обработки при изготовлении реставраций зубов.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных и научно-практических конференциях, совместном заседании сотрудников кафедр ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, пропедевтической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, факультетской ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, госпитальной ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, общей практики и подготовки зубных техников МГМСУ им. А.И.Евдокимова, лабораторрии материаловедения НИМСИ МГМСУ им. А.И.Евдокимова.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 29 работ, из них 13 статей в журналах перечня, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 1 патент на изобретение, 1 решение на выдачу патента на изобретение.

Содержание работы

Для решения поставленных задач был проведен ряд исследований : клиническое, целью которого была оценка эффективности CAD/CAM технологии при изготовлении протезов, ознакомление с работой различных систем и функциями отдельных модулей, материалов для автоматизированной обработки. Это в дальнейшем позволило разработать концепцию отечественной CAD/CAM системы и наполнить ее соответствующими опциями и модулями. Необходимость проведения экспериментального исследования обусловлена результатами клинического этапа, вопросами, связанными с прочностными свойствами керамики на основе диоксида циркония и каркасных цельнокерамических реставраций, оценки характера и степени воздействия абразивной и тепературной обработки на прочность и фазовый состав образцов из диоксида циркония с целью формирования рекомендаций по технологии изготовления каркасов зубных протезов. В рамках создания первой отечественной CAD/CAM системы OptikDent разрабатывалась внутриротовая камера для получения оптического слепка зубных рядов с учетом требований клиники и дезинфекции, программное обеспечение для обработки полученных данных, виртуальная база данных зубов для конструирования реставрации, отрабатывались режимы фрезерования.

Клиническая часть исследования была проведена в ортопедическом отделении стоматологической поликлиники ФПДО МГМСУ им. А.И. Евдокимова на кафедре ортопедической стоматологии ФПДО в соответствии с Хельсинкской декларацией и ГОСТ Р 52379-2005 "Надлежащая клиническая практика"(Good Clinical Practice; GCP).

В неконтролируемое исследование были включены 193 пациента, принятые на лечение, в возрасте от 21 до 65 лет, нуждающиеся в изготовлении несъемных ортопедических конструкций: вкладок, коронок, виниров и мостовидных протезов. Количество изготовленных протезов составило 381, из которых 112 коронок, 66 мостовидных протезов, 97 виниров, 106 вкладок (табл. 1). Всего изготовлено 522 протезные единицы.

Таблица 1.

Распределение изготовленных протезов по видам, гендерным и клиническим параметрам.

Вид реставрации	Жен. n = 245	Муж. n = 127	Верхняя челюсть	Нижняя челюсть	Витальные	Девитальные
Вкладки n = 106	67 %	33 %	54 %	45 %	37 %	63 %
Виниры n = 97	84 %	16 %	98 %	2 %	67 %	33 %
Коронки n = 112	63 %	37 %	58 %	42 %	40 %	60 %
Мост. прот. n = 66	42 %	58 %	53 %	47 %	42 %	58 %

Для постановки диагноза и планирования лечения пациентам проводили обследование по общепринятой схеме, включавшей в себя основные и дополнительные методы: сбор анамнеза, осмотр, исследование рентгеновских снимков, заполнение одонтопародонтограммы по В.Ю.Курляндскому. При планировании лечения ставились задачи изготовления эстетичных и функциональных конструкций с восстановлением целостности зубного ряда и нормализацией окклюзионных контактов. В случае обращения пациентов в клинику в связи с жалобами на изготовленные ранее цельнокерамические зубные протезы (поломки, сколы облицовочной керамики, неудовлетворительное краевое прилегание, несоответствие цвета реставрации) выяснялись возможные причины неудачного исхода лечения: анализировали обоснованность выбора конструкции и протезного материала в конкретной клинической ситуации, выверяли окклюзионные контакты. Проводился анализ снятых протезов: толщины и формы керамических каркасов, равномерности слоя керамической облицовки, характера скола керамики, а также состояния опорных зубов. Подготовка зубов проводилась в соответствии со стандартными принципами препарирования и рекомендациями производителей CAD/CAM систем.

При изготовлении зубных протезов из стандартных заготовок силикатной керамики c использованием системы CEREC (коронок, вкладок, виниров) непосредственно после препарирования зубов получали прямой оптический слепок внутриротовой 3D-камерой. Протезы изготавливались с использованием программного обеспечения 3.10.

Каркасы коронок и мостовидных протезов из поликристаллической каркасной керамики изготавливали при помощи CAD/CAM систем inLab (Sirona, Швейцария) и Procera (Nobel Biocare, Швеция), а также системы копировального фрезерования Ceramill System (AMANN GIRRBACH, Германия). Облицовка каркасов керамикой производилась в зуботехнической лаборатории с учетом рекомендаций производителей(табл.2).

Таблица 2.

Распределение изготовленных протезов по признаку используемых конструкционных материалов

Вид реставрации	Коронки n = 112	Виниры n = 97	Вкладки n = 106	Мост. протезы n = 66
Материал	Оксид алюминия+ керамическая облицовка	Литийди- силикат- ная керамика	Полевошпатная керамика Лтитйдисиликатная керамика	Полевошпатная керамика	Диоксид циркония +керамическая облицовка
Количество	15	97	97	106	66

Оценка качества изготовленных зубных протезов проводилась через 1, 6, 12 и 24 месяца после фиксации изготовленных реставраций. Клинические результаты лечения были оценены при использовании модифицированных критериев системы USPHS (United States Public Health Service) и рекомендованных FDI (“World Dental Federation - Clinical Criteria for the evaluation of direct and indirect restorations"): ЦР-целостность реставрации; КР-краевая адаптация; ОК-окклюзионные контакты; ИК-интерпроксимальные контакты; ВК-вторичный кариес; МД-состояние маргинальной десны; АФ-анатомическая форма; ЦС-цветовое соответствие.

Использовался четырехступенчатый принцип оценки по указанным критериям: А - Alfa, В - Bravo, С - Charlie, D - Delta системы оценки USPHS, где Alfa и Bravo - клинически удовлетворительные реставрации, Charlie и Delta используются для обозначения клинически неудовлетворительных и неприемлемых реставраций, подлежащих замене (Cvar and Ryge criteria for the clinical evaluation of dental restorative materials, 2005 ). Проводился анализ результатов как по видам протезов- коронок, виниров, вкладок и мостовидных протезов - так и по отдельным критериям.

Результаты клинического исследования.

Результаты клинического исследования по отдельным критериям при наблюдении в течение 2-х лет показывают, что наилучшие показатели достигнуты по критериям ВК (вторичный кариес), МД (маргинальная десна), АФ (анатомическая форма), где высшую оценку А - Alpha получили 100 % протезов. Критерии ЦР (целостность реставрации), КР (краевое прилегание), ИК (интерпроксимальные контакты) также более, чем в 99 % случаев получили оценку А. Относительно этих результатов более низкий процент высшей оценки демонстрируют критерии ОК (окклюзионные контакты) и ЦС (цветовое соответствие): 98,7 % и 98,4 % соответственно(табл.3)

Таблица 3.

Результаты клинического исследования по отдельным критериям

	ЦР	КР	ОК	ИК	ВК	МД	АФ	ЦС
А	378 99,2 %	380 99,7 %	376 98,7 %	379 99,4 %	381 100 %	381 100 %	381 100 %	375 98,4 %
В	-	1 0,3 %	5 1,3 %	1 0,3 %	-	-	-	6 1,6 %
С	3 0,8 %	-	-	1 0,3%	-	-	-	-
D	-	-	-	-	-	-	-	-

Из 381 изготовленной реставрации - 377 сохранило целостность с оценкой AB, из которых 364 (95,4%) с оценкой А по всем параметрам, 4 реставрации было заменено по разным причинам. Качество изготовленных реставраций по 8 клиническим критериям в 98,9% соответствовало оценке AB. Это дает основания говорить о высокой клинической эффективности CAD/CAM технологии при изготовлении несъемных зубных протезов(рис.1)

Рис.1 Клиническая оценка изготовленных реставраций.

Проведенное клиническое исследование демонстрирует хорошие прочностные и функциональные характеристики керамики на основе диоксида циркония. 100% изготовленных мостовидных протезов сохранили целостность реставрации в течение более 2-х лет наблюдения, независимо от системы изготовления. Вместе с тем, в клинику обращались пациенты с жалобами на нарушение целостности изготовленных ранее протезов с каркасом из диоксида циркония, а также сколы керамической облицовки. Существование этой проблемы подтверждается также многочисленными литературными данными. Всесторонний анализ неудачных исходов проведенного ранее лечения дает основания полагать, что причиной в большинстве случаев являются пренебрежение техническим или клиническим протоколом лечения. В процессе изготовления каркасов присутствуют элементы абразивной и температурной обработки. Подробное изучение технологического процесса выявило разночтения в рекомендациях по обработке керамики на основе диоксида циркония. Таким образом, экспериментальный этап исследования был обусловлен необходимостью уточнения и обоснования этих рекомендаций: выявления характера и степени влияния пескоструйной обработки и обработки образцов керамики на основе диоксида циркония (Y-TZP) при помощи алмазного инструмента на их прочностные свойства и фазовое состояние, а также целесообразность проведения «регенерирующего» обжига с целью восстановления исходных свойств материала и фазового состояния диоксида циркония.

В качестве тестируемого материала использовали стандартные блоки предварительно синтеризированной керамики на основе диоксида циркония (VITA In-Ceram YZ Cubes for inLab, Vita Zahnfabrik), предназначенные для автоматизированного изготовления каркасов несъемных протезов с помощью системы CEREC inLab (Sirona, Швейцария). Все образцы прошли окончательную синтеризацию в печи Zyrcomat T (Vita Zahnfabrik, Германия) в течение 8 часов при температуре 1500оС, согласно рекомендациям производителя. Испытаниям подвергались образцы в форме балок прямоугольного поперечного сечения.

Первая серия образцов была обозначена К - контрольная и не подвергалась дополнительной механической и температурной обработке. Образцы второй серии (П) были подвергнуты пескоструйной обработке с использованием частиц Al2O3 размером 50 мкм в пескоструйной установке в течение 10 секунд на расстоянии 10 мм от поверхности. Третья серия образцов (ПО) обрабатывалась в пескоструйной установке в аналогичном режиме с последующим «регенерирующим» обжигом при температуре 1000оС в течение 15 мин. Образцы четвертой серии, обозначенной (А) были подвергнуты шлифовке турбинным наконечником с интенсивным водяным охлаждением алмазными борами с красной кодировкой ZR8850.314.016 fine grit (Komet, Германия). Пятая серия (АО) представляла собой образцы, обработанные алмазным бором и прошедшие дополнительную синтеризацию по вышеописанной схеме. Обшее количество образцов составило 100 ( по 20 в каждой серии).

Методы экспериментального исследования. Все образцы разрушались в универсальной испытательной машине Instron 5581 (Instron Limited, High Wycombe, Великобритания) с датчиком нагрузки 2000 Н с целью исследования прочности при трехточечном изгибе. Исследование проводилось в институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН в соответствии с требованиями ISO 6872:2008 (Dentistry-Ceramic materials). Прочность вычисляли по максимальной нагрузке, при которой происходит разлом при данной длине и ширине образца, расстоянии между точками нагрузки и температуре. Скорость нагружения при испытании составляла 0,5 мм/мин. Расстояние между балками составляло 10 мм. Расчет максимальных напряжений в образце производитли по формуле: у изг = 3РL/2BW2 , где уизг - прочность при изгибе, МПа; P - макс. нагрузка, Н; L - расстояние между опорами, мм; B - ширина образца, мм; W - высота образца, мм. Цифровые данные подвергались статистической обработке.

Для визуального анализа экспериментальных объектов использовали методику оценки с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с использованием микроскопов Tescan VEGA II, (Чехия) при увеличении до 1000 раз. Для исследования в растровом режиме морфологии частиц образцы наклеивались на медную подложку при помощи проводящего углеродного клея и напыляли на них слой золота (напылительные установки Univex300 - Leybold, Германия; Fine Coat - JEOL, Япония). Все полученные фотографии документировались.

С целью выявления качественных и количественных фазовых изменений обработанной поверхности образцов была использована методика рентгенофазового анализа (РФА) поликристаллических образцов, что дает возможность проведения исследования без растирания вещества в ступке, применяемого при порошковом анализе. Это имеет большое значение для объективности данного исследования, так как любое дополнительное механическое воздействие может влиять на полученные данные. Исследования и анализ полученных результатов проводили в Институте кристаллографии РАН и Курчатовском центре синхротронного излучения и нанотехнологий с помощью дифрактометра “MarResearch” (Германия) исследовательской станции «Белок».

В пучок лучей помещали плоские образцы диоксида циркония пяти серий. В сериях П, ПО, А, АО исследовали поверхность, подвергнутую абразивной обработке. В дифрактометре производилась фокусировка от образца по методу Брэгга - Брентано. Содержание кристаллических фаз на поверхности образца оценивали по интегральным максимумам в интервале значений углов 2и от 2° до 40°. Количество кристаллической фазы в образце определяли по относительной интегральной активности, которая пропорциональна первой. Для анализа были выбраны самые интенсивные пики интегральной активности. При выборе максимального пика относительную интенсивность рассчитывали в процентах от него. С каждого образца получали не менее трех съемок. Все данные фиксировались и анализировались.

Результаты экспериментального исследования

Оценка прочности образцов из метастабильного диоксида циркония при трехточечном изгибе

В результате проведенного исследования нами установлено, что оба вида абразивного механического воздействия на образцы из диоксида циркония, как и добавочный обжиг влияют на его прочностные свойства. Сравнение средних результатов исследования по сериям (табл. 4) выявило определенную динамику изменения прочности керамики на основе диоксида циркония при изгибе: тенденционно поверхностная абразивная обработка в обоих случаях изменяет ее в сторону повышения, в то время как дальнейшая термическая обработка снижает прочность, однако значения остаются выше в сравнении с контролем.

Таблица 4.

Средние значения предела прочности при изгибе образцов керамики на основе диоксида циркония 5-ти серий(где К-контрольная серия образцов, П-подвергнуая пескоструйной обработке, ПО- пескоструйной обработке с последующим регенерирующим обжигом, А- обработаны алмазным бором, АО- обработаны алмазным бором с последующим регенерирующим обжигом)

Серия	Высота образца W, мм	Ширина образца В, мм	Расстояние между опо-рами L, мм	Скорость нагружения V, мм/с	Нагрузка P, Н	Прочность на изгиб, МПа
К	2,82	3,7	10	0,5	1622,678	824,95±91,9
П	2,84	3,84	10	0,5	2758,1732	1326,26±174
ПО	2,86	3,78	10	0,5	1630,7768	869,00±100
А	2,81	3,72	10	0,5	2189,7724	1110,73±152
АО	2,85	3,71	10	0,5	2103,8156	1043,95±84

Результаты исследования были обработаны статистически с использованием дисперсионного анализa ANOVA методом проверки значимости различий между средними с помощью сравнения дисперсий. На основе полученных данных и их статистической обработки была получена plott-диаграмма, демонстрирующая соотношение средних и медианных величин и стабильность свойств образцов материала по сериям.(рис.2).

Рис. 2. Диаграмма прочности 5-ти серий образцов из диоксида циркония при трехточечном изгибе.

Среднее значение представлено квадратом в окне. Медианное значение представлено горизонтальной линией в окне. Максимальное и минимальное значения представлены верхними и нижними пунктирными линиями. Наибольшее среднее значение прочности при изгибе (1326,26±174 МПа) выявлено у образцов серии П. Однако эта серия образцов, как и серия А (1110,73±152МПа), не смотря на высокие значения прочности, демострирует так называемые «выбросы» - максимальную дисперсию значений, что является свидетельством нестабильности.

Добавочный обжиг снижает значения прочности в обоих случаях: в серии ПО до 869,00±100 МПа, а в серии АО до 1043,95±84 МПа. Однако оба значения остаются выше в сравнении с контролем К , где среднее значение составляет 824,95 ± 91,9 МПа.

Различия между группами К-П, П-ПО, К-А , К-АО являются достоверными(рис.3).

Рис.3.Результаты исследования прочности образцов из стоматологической керамики на основе диоксида циркония при трехточечном изгибе.

Таким образом, пескоструйная обработка достоверно увеличивает показатели прочности образцов керамимки на основе диоксида циркония при изгибе в сравнении с контролем. Последующий обжиг достоверно снижает значения прочности в серии ПО в сравнении с серией П.

Аналогичная закономерность выявляется и в случае воздействия на образцы диоксида циркония алмазным инструментом: достоверное увеличение прочности на изгиб в серии А по сравнению с контролем К. Повторный обжиг снижает показатели прочности, однако, различие недостоверно. В сравнении с контролем К достоверно увеличиваются значения серий П, А и АО.

Наибольшую стабильность при дисперсионном анализе демонстрирует серия К. Разброс значений в группах П и А демонстрируют их относительную нестабильность в сравнении с группами ПО, АО и К.

Результаты сканирующей электронной микроскопии

Для визуализации возможных изменений, происходящих в структуре материала при различных видах воздействий на микроскопическом уровне, проводили исследования с различной степенью увеличения, однако наиболее информативными оказались результаты сканирования с увеличением в 1000 раз. Результаты исследования образцов серий К, П, А, АО выявили похожую гомогенную структуру материала. При исследовании образцов керамики серии ПО (пескоструйная обработка и обжиг) во многих образцах выявлены незначительные пустоты в структуре кристаллического материала (рис.4). Вероятной причиной этого является локальное расширение материала при фазовом переходе Т-М и следующее затем уменьшение объема после обжига в связи с обратным фазовым переходом М-Т.

Рис. 4. Результаты сканирующей электронной микроскопии 5-ти серий образцов из стоматологической керамики на основе диоксида циркония при трехточечном изгибе.

Результаты РФА. Исследование поверхности образцов с помощью качественного рентгеновского дифракционного анализа выявило наличие максимального пика тетрагональной фазы при значении угла 2 и равном 19 градусов и моноклинной фазы при значении 2 и равном 18 градусов (рис. 5,6,).

Рис. 5. Дифрактограмма исследования. Идентифицированы максимальные пики моноклинной и тетрагональной фаз диоксида циркония при исследовании 5 серий образцов керамики (где: 1 - А; 2 - ПО; 3 - П; 4 - АО; 5 - К)

Рис. 6. Дифрактограмма исследования. В отдельный фрагмент выделены максимальные пики моноклинной фазы при исследовании 5 серий образцов керамики (где: 1 - А; 2 - ПО; 3 - П; 4 - АО; 5 - К)

Расчет количественного содержания фаз на поверхности образцов показал прирост моноклинной фазы при пескоструйной обработке (П) до 8% в сравнении с контрольной серией образцов (К), где это значение составляло 0,1%. Последующий регенерирующий обжиг (ПО) снизил содержание моноклинной фазы до 1,5%. Обработка образцов алмазным инструментом (А) повысила содержание моноклинной фазы на поверхности образцов до 3%. Проведенный регенерирующий обжиг снижает значения до исходных, что видно по результатам исследованиям образцов серии АО, где значения составили 0,1 %(рис.7).

Рис. 7. Изменение количества моноклинной фазы на поверхности образцов из диоксида циркония.

Практическая интерпретация полученных эксперименальных результатов имеет существенное значение для выработки рекомендаций по технологии обработки каркасов из тетрагонального метастабильного диоксида циркония, прошедших окончательную синтеризацию. Полученные нами данные показывают, что фактически оба вида абразивной механической обработки способствуют повышению прочности каркасов. Однако происходит непрогнозируемый прирост моноклинной фазы, наиболее интенсивный при пескоструйной обработке и также непрогнозируемое изменение коэффициента термического расширения обработанной поверхности. Многократно доказана необходимость соблюдения соответствия коэффициентов термического линейного расширения (КТЛР) материала каркаса и облицовки. КТЛР тетрагональнои? фазы диоксида циркония (10,8Ч10-6 °К -1), соответствующий рекомендуемыи? КТЛР для керамическои? облицовки оксидциркониевых каркасов колеблется в пределах 9Ч10-6 °К -1. Такое соотношение коэффициентов способствует улучшению их взаимодействия благодаря напряжению сжатия. КТЛР моноклинной фазы диоксида циркония значительно ниже и составляет (7,5Ч10-6 °К -1). Таким образом, при локальных включениях моноклинной фазы на поверхности каркаса соотношение коэффициентов температурного расширения становится обратным. Это, в свою очередь, может негативно отразиться на сцеплении каркаса с керамической облицовкой.

Последующий регенерирующий обжиг снижает прочность материала, но не ниже уровня исходных величин. Это вызвано частичным снятием блокирующих «подушек дистракции» на конце возникших трещин. Однако добавочный обжиг нормализует фазовый состав, КТЛР поверхности каркаса и взаимодействие с керамической облицовкой, что в конечном итоге способствует нормальному функционированию протеза в полости рта. Вместе с тем, на наш взгляд, допустима обработка внутренней поверхности каркаса с целью создания микроретенционных пунктов и улучшения фиксации протеза, так как в даннном случае наличие напряжений сжатия на внутренней поверхности каркаса является позитивным фактором.

Разработка отечественной CAD/CAM системы OptikDent

Представленный для апробации на кафедру ортопедической стоматологии ФПДО в 2006 году опытный образец системы OptikDent не являлся законченным стоматологическим CAD/CAM комплексом. Предложенный дизайн и габариты интраоральной камеры затрудняли работу в полости рта. Камера не была приспособлена к полноценной дезинфекции из-за опасности повреждения рабочих частей. Отсутствовала возможность перемещения блока съемки в стоматологическом кабинете из-за невозможности подключения к портативному компьютеру в связи с отсутствием плато видеозахвата. Камера имела 2 проецирующих канала. Отсутствовала методика получения внутриротового слепка с учетом угла съемки по отношению к объекту, освещенности, расстояния от камеры до протезного поля.

Недостатки программного обеспечения заключались в отсутствии собственной программы. Используемый интерфейс программы был сложен для освоения рядовым пользователем, отсутствовала его систематизация. Функции программы были разрознены и многоступенчаты. Отсутствовал виртуальный каталог зубов - дентальная база данных, являющаяся основой для проектирования модели реставрации. Изготовление одиночной реставрации во фрезерном блоке проводилось из стандартных заготовок на основе силикатной керамики в среднем в течение 1,5 часов. 3-х осевая обработка и отсутствие оптимального соотношения различных параметров фрезерования не позволяло ускорить время при достаточной мощности мотора.

Вместе с тем, исходные характеристики системы демонстрировали ряд положительных особенностей, что в сочетании с относительно небольшой затратностью технологии доказывало перспективность проекта. В связи с этим были поставлены и решены соответствующие задачи совершенствования системы OptikDent и оптимизации ее работы в клинике ортопедической стоматологии.

С целью отработки методики получения оптического слепка выявляли оптимальный угол расположения камеры по отношению к зубному ряду с учетом углов падения и отражения луча, предельно допустимое расстояние рабочей поверхности камеры к поверхности зубов, степень освещенности объекта. Качество получаемых оптических слепков контролировалось при помощи светового датчика камеры. Оптимальный результат съемки оценивался визуально по признаку четкости и непрерывности интерференционных полос (рис.8 ).

Рис.8. Примеры реконструкции 3D поверхности зубов в системе OptikDent.

Эргономичный дизайн интраорального сканера разрабатывался с помощью изготовленного шаблона из органического стекла и силикона. При этом стремились к максимальному уменьшению вертикальных размеров внутриротовой части (рис.9). С целью улучшения эксплуатационных свойств сканера изменялась его оптическая схема, оптические элементы перемещали дистальнее c целью создания возможности дезинфекции соответственно требованиям к неинвазивному инструментарию.

Рис.9. Исходный и один из последующих вариантов дизайна внутриротовой камеры.

Результаты этапа оптимизации работы камеры в условиях стоматологической клиники

В результате проведенной работы были изменены:

Технические характеристики камеры:

количество оптических каналов увеличено до четырех. Оптическая схема интраоральной 3D камеры состоит из четырех идентичных освещающих каналов для проецирования на зуб параллельных полос и одного регистрирующего канала. Оптические оси всех каналов сходятся в плоскости наилучшей фокусировки. Проецирующие каналы расположены симметрично относительно регистрирующего канала.

в интраоральной 3D камере используются четыре дополнительных светодиода без проекционной оптики для подсветки зубов внутри полости рта пациента во время фокусировки и поиска оптимального положения профилометра;

Для повышения качества оптического слепка изменена длина волны излучения. Используется синий свет короткого спектра 455 нм.

глубина фокусировки составляет 15 мм.

Рабочие характеристики и дизайн камеры:

длина рабочей части увеличена до14 см для облегчения доступа к дистальным зубам;

отсутствие наружного защитного стекла исключает возможность повреждения и загрязнения порошком и слюной;

эти особенности камеры позволяют проводить ее дезинфекцию методом погружения в дез. раствор без опасности повреждения ее рабочих частей;

максимально уменьшены габаритные размеры интраоральной части камеры, что облегчает манипулирование в полости рта.

возможно отсоединение внутриротовой металлической части камеры для ее стерилизации в автоклаве .

В настоящее время камера подсоединяется к портативному компьютеру с помощью TV-тюнера для придания ей необходимой мобильности (рис. 10).

Рис. 10. Современный вид модуля для съемки и конструирования реставраций системы OptikDent

Для оценки метрологических характеристик интраорального оптического сканера использовали экспериментальные тестовые объекты, имитирующие зубы, отпрепарированные для изготовления коронки и вкладки: в виде усеченного конуса( размеры основания - 10Ч10 мм, высота- 6 мм, угол конвергенции стенок- 8?) и в виде паза с сечением в виде равнобедренной трапеции(основание и высота - 5мм., угол дивергенции стенок 6? (рис.11). Процедура проверки точности измерения формы объекта состояла из следующих этапов: измерение поверхности тестового объекта при помощи интраорального оптического сканера системы OptikDent; измерение параметров поверхности тестового объекта при помощи координатно-измерительной машины Carl Zeiss UPMC 850 и интерферометра белого света Zygo NewView 7000 с точностью 0,1 мкм, создание эталонной математической модели тестового объекта по полученным данным; сравнение цифровых моделей, полученных на предыдущих двух этапах путем пространственного совмещения данных измерений с минимизацией среднего координатного отклонения(СКО) двух поверхностей.

Результаты исследования метрологических характеристик внутриротовой камеры показали, что СКО измеренной поверхности первого тестового объекта от эталона составляет 26,6 мкм. Максимальная погрешность возникала в областях острых углов поверхности усеченного конуса - на границах пересечения образующей поверхности конуса с двумя плоскостями, что обусловлено особенностью алгоритма реконструкции. СКО второго тестового объекта 32,5 мкм. Максимальное отклонение также зафиксировано в области острых граней объекта, что наглядно демонстрирует голубой цвет цветовой индикации отклонений( рис.11).

Рис.11. Эталонные математические модели и цифровые поверхности тестовых объектов в виде конуса и паза, измеренные при помощи интраорального оптического сканера. Пространственное распределение разности двух измеренных поверхностей тестовых объектов.

Проведенные метрологические эксперименты показывают соответствие точности измерения формы поверхности объекта требуемым характеристикам и свидетельствуют о том, что теоретическая оценка точности измерения формы объекта интраоральным оптическим сканером соответствует действительности и может использоваться для применения его в клинике ортопедической стоматологии.

Оптимизация программного обеспечения системы OptikDent

Для создания дентальной базы данных использовались фантомные модели (FRASACO, Италия), а также натуральные удаленные зубы. Съемка производилась с использованием специально разработанного штатива с нескольких сторон для охвата всей поверхности зуба с наложением кадров на 30%, что является необходимым условием полноценного сопоставления и воссоздания трехмерной поверхности. Количество снимков для различных групп зубов в зависимости от площади их поверхности составляло 3 - 6 кадров. Для совмещения реконструированных 3D-поверхностей использовали компьютерную программу SurFx (рис.12). Созданная дентальая база используется для конструирования виртуальных реставраций зубов(рис.13).

Пр Рис.12 Пример реконструкции 3D поверхности моляра для виртуальной библиотеки зубов.

Рис.13 Созданная дентальная база данных системы OptikDent.

В качестве исходного интерфейса программы системы OptikDent использовался стандартный интерфейс программы SurFX для обработки данных пространственного сканирования физических объектов. На ее основе была разработана собственная программа SMT-CAM. Панель инструментов программы SMT-CAМ состоит из окон: Файл, Конструирование, Программа, Вид, Инструмент, Помощь (рис. 14).

Рис. 14. Интерфейс программы SMT-CAM.

Для разработки интерфейса, приемлемого для использования врачом-стоматологом, была отработана четкая последовательность действий при работе с системой. После получения оптического слепка и визуализации 3D модели на экране монитора выбирается соответствующий зуб из виртуальной базы данных, отмечается граница препарирования с помощью функции «лассо», припасовывается виртуальная модель реставрации, производится ее редактирование.

Рис.15. Последовательность конструирования реставрации в программе SMT-CAM.

Затем производится автоматический расчет цифровой модели реставрации, траектории движения режущего инструмента. В свете разработанной концепции системы с открытым интерфейсом возможен импорт и экспорт файлов в программное обеспечение фрезерных блоков других систем, поддерживающих универсальный компьютерный STL формат.

Фрезерование реставрации происходит в четырехосном обрабатывающем модуле с водяным охлаждением из стандартных заготовок силикатной керамики и фрезами, используемыми в системе CEREC 3D. Время обработки - в среднем 20 мин(рис.16). Режимы фрезерования с учетом скорости подачи фрезы и количества оборотов были разработаны опытным путем в рамках проекта совместно с З.В. Разумной.

...