Методика коррекции прикуса зубочелюстной системы человека на основе биомеханического моделирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика коррекции прикуса зубочелюстной системы человека на основе биомеханического моделирования

ВВЕДЕНИЕ

Изменения зубочелюстной системы связаны с процессами питания, дыхания, глотания и речи, но они влияют и на весь организм человека. Зачастую не строятся взаимосвязи между патологическими процессами, происходящими в зубочелюстной системе и других системах, которые, на первый взгляд, не имеют ярко выраженных взаимосвязей [1]. Анализ изменений зубочелюстной системы предполагает персонифицированный подход (passion specific) в рамках концепции виртуального физиологического человека (virtual physiological human). Основным из параметров, определяющих состояние зубочелюстной системы, является прикус (взаимное расположение верхней и нижней челюстей) (рис. 1). Предполагается проследить более подробно влияние изменений прикуса на состояние диска височно-нижнечелюстного сустава и качественно оценить возможность биомеханического влияния изменений диска височно-нижнечелюстного сустава на мозговое кровоснабжение.

Рис. 1. Область височно-нижнечелюстного сустава

При коррекции прикуса зубочелюстной системы, связанной с потерей зубов, повышенной стираемостью зубов, травмами и переломами челюстей, стоматологи опираются на свой опыт и используют методики, основанные на оценке взаимного положения верхней и нижней челюстей на основе геометрических расчетов, производимых в результате диагностики пациентов. Стоматолог, опираясь на диапазоны нормальных значений параметров, определенных в процессе диагностики [2], корректирует прикус, изменяя высоту и характер смыкания зубов верхней и нижней челюстей применением различных ортопедических конструкций (рис. 1). В ходе процедуры коррекции прикуса стоматолога устраивает случай попадания параметров, определяющих состояние прикуса (рис. 2), в диапазон нормальных значений [2, 3]. Стоматолог выбирает ортопедическую конструкцию, руководствуясь своим опытом. Таким образом, при коррекции прикуса оцениваются только геометрические параметры его состояния, которые только косвенно могут сказать какие усилия возникают в элементах зубочелюстной системы, и косвенно, исходя из опыта стоматолога, оценивается сможет ли применяемая ортопедическая конструкция нести нагрузку, которая возникает в ней, у конкретного пациента.

Рис. 2. Основные параметры, определяющие состояние прикуса

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Состояние прикуса определяет нагружение всей нижней челюсти и височно-нижнечелюстного сустава, поэтому необходимо биомеханическое сопровождение такой коррекции. Для объективизации методики коррекции прикуса необходимы количественные оценки состояния диска височно-нижнечелюстного сустава и костной ткани нижней челюсти. В качестве количественной оценки предлагается рассматривать величины усилий, возникающих в диске височно-нижнечелюстного сустава и нижней челюсти. Для этого поставлена задача коррекции прикуса, в которой при определяемых параметрах прикуса напряжения в диске сустава, мыщелке и теле нижней челюсти не должны превышать заданных пределов для интенсивности напряжений.

Для определения напряжений в теле нижней челюсти и диске решаются две задачи теории упругости: для области нижней челюсти и области диска при смыкании верхней и нижней челюстей для центральной окклюзии при максимальном сжатии мышц (рис. 3, 4). Точка приложения реакции сустава и положение диска в суставе определяются в нем по результатам магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние нижней челюсти

Рис. 4. Напряженно-деформированное состояние диска височно-нижнечелюстного сустава

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для определения напряженно-деформированного состояния челюстей и диска височно-нижнечелюстного сустава необходимо знать усилия в мышцах, являющимися граничными условиями для поставленной задачи. Величины усилий мышц являются заведомо неизвестными. Усилия мышц определяются из решения задачи оптимизации, в которую входят уравнения статики нижней челюсти под действием заданной жевательной нагрузке и критерий оптимизации [4, 5]. В рамках этой задачи исследовано влияние точки приложения (точка на поверхности суставного мыщелка, определяемая как кратчайшее расстояние между суставными поверхностями височно-нижнечелюстного сустава) реакции в височно-нижнечелюстном суставе на ее величину, а также на величины усилий жевательных мышц [6]. Одни и те же координаты точки приложения реакции могут получиться при различных положениях диска относительно суставных поверхностей. Получены следующие зависимости усилий мышц и реакции в височно-нижнечелюстном суставе: а) усилия в мышцах-поднимателях уменьшаются практически линейно по мере приближения точки приложения реакции к точке приложения силы сжатия; б) усилия в мышцах-опускателях практически равны нулю; в) при симметричном нагружении проекции векторов реакций на ось, соединяющую центры мыщелков, равны нулю; г) величина реакции по мере приближения к нормальному положению точки приложения реакции (в норме находится в переднем отделе суставной щели) и точке приложения силы сжатия (сила сжатия приложена в плоскости симметрии нижней челюсти в области первых моляров) уменьшается, а затем вновь увеличивается, т.е. график зависимости имеет точку минимума; д) усилия в мышцах-выдвигателях (верхняя и нижняя наружные латерально-крыловидные мышцы) ведут себя более сложно: 1) усилие в верхней приблизительно равно константе по мере приближения к суставной ямке от слухового прохода, затем резко уменьшается почти до нуля, а потом вновь резко увеличивается после прохождения нормального положения диска; 2) усилие в нижней по мере приближения точки приложения реакции к точке приложения силы сжатия начинает увеличиваться стремительно после прохождения нормального положения точки приложения реакции.

После вычисления усилий мышц и реакций в височно-нижнечелюстных суставах, решается первоначальная задача определения напряженно-деформированного состояния нижней челюсти и диска (рис. 5, 6).

Рис. 5. Интенсивность напряжений в нижней челюсти (кПа)

Рис. 6. Интенсивность напряжений в нижней челюсти в диске височно-нижнечелюстного сустава (кПа)

В ходе изменения прикуса стоматологи одной из возможных коррекций является изменение высоты прикуса. Эта коррекция связана с определением центра вращения нижней челюсти, т.е. точки, относительно которой при малых углах открывания нижней челюсти происходит чистое вращение. При этом повороте нижняя челюсть и диск височно-нижнечелюстного сустава поворачиваются как одно целое. Это приводит к тому, что изменяются координаты точек крепления жевательных мышц, что приводит к изменению углов наклона мышц, а также точка приложения реакции височно-нижнечелюстного сустава.

Решение задачи уточнения значений параметров, которые характеризуют состояние прикуса и которые стоматологом приближаются к нормальным диапазонам, на основе определения напряженно-деформированного состояния нижней челюсти и диска височно-нижнечелюстного сустава, а также ортопедической конструкции позволит уменьшить число повторных коррекций прикуса и предотвратить появления патологических процессов в зубочелюстной системе.

ЛИТЕРАТУРА

челюсть прикус сустав

1. Няшин Ю.И., Еловикова А.Н., Коркодинов Я.А., Никитин В.Н., Тотьмянина А.В. Взаимодействие зубочелюстной системы с другими системами человеческого организма в рамках концепции виртуального физиологического человека // Российский журнал биомеханики. - 2011. - Т. 15, № 3. - С. 8-26.

2. Slavicek R. The masticatory organ: functions and dysfunction. - Klosterneuburg: GAMMA Medizinisch-wissenschaftliche Fortbildung-AG, 2002. - 544 p.

3. Дорошенко С.И., Кульгинский Е.А. Основы телерентгенографии. - Киев: Здоров'я, 2007. - 74 c.

4. Тверье В.М., Няшин Ю.И., Никитин В.Н. Биомеханическая модель определения усилий мышц и связок в зубочелюстной системе человека // Российский журнал биомеханики. - 2013. - Т. 17, № 2. - С. 8-20.

5. Pedotti A., Krishman V.V., Stark L. Optimization of muscle-force sequencing in human locomotion // Mathematical Biosciences. - 1978. - Vol. 38, No. 1/2. - P. 57-76.

6. Никитин В.Н., Тверье В.М., Няшин Ю.И., Оборин Л.Ф. Реакция височно-нижнечелюстного сустава и усилия жевательных мышц // Российский журнал биомеханики. - 2014. - Т. 18, № 2. - С. 194-207.

Размещено на Allbest.ru