mgr inż. Tomasz Janikowski1, mgr inż. Tomasz Stefańczyk3, dr n. med. lek stom. mgr inż. Marek Pużyński2

1. Ortolab Sp. z o.o. Częstochowa 2. Praktyka Stomatologiczna Wrocław 3. Polorto Sp. z o.o. Częstochowa

Diagnostyka i planowanie leczenia - wirtualny set-up.

-Przedstawienie zalet metody wirtualnego

set-up'u w oparciu o program Ortho3D Pro

Technologia CMO (Cyfrowych Mo-deli Ortodontycznych) powstała w pol-skiej 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 Ortho-dontic 3D Models Professional) pozwala na wykonywanie różnorakich manipulacji modelem. Od znanych z pracy z modelem gipsowym prostych pomiarów metrycz-nych [2] przez półautomatyczne wyko-nywanie analiz aż po możliwość plano-wania zabiegów leczniczych i symulowa-nia 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 modela-mi gipsowymi z wyodrębnionymi me-chanicznie zębami. Poszczególne zęby mocowane woskiem ustawiane były w żądanym położeniu i w taki sposób pla-nowano leczenie. Taka metoda ma wciąż szerokie zastosowanie praktyczne między innymi, także w protetyce. Uciążliwość techniczna takiego procesu je st akcepto-wana i przyjmowana powszechnie za konieczność. Set-up wirtualny, którego idea jest stara jak same techniki cyfrowe był do niedawna niemożliwy do zreali-zowania z braku odpowiednich narzędzi. Ograniczały go głównie możliwości

techniki skanowania brył trójwymiaro-wych z zadawalającą dokładnością oraz odpowiednio niskim kosztem. Gwałtow-ny rozwój technik skanowania, wzrost mocy obliczeniowej standardowych komputerów stały się podstawą do po-wstania kilku takich technologii na świe-cie [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 żu-chwy. Zagadnienie set-up’u jest związa-ne z przemieszeniem lub ekstrakcją zę-bów w obrębie łuków i w ten sposób powstają nowe, przemodelowane warunki zgryzowe mogą-ce podlegać ocenie. Na pierwszy rzut oka zmiana położenia gdy dysponuje się odpowiednim narzędziem nie stanowi problemu. Sprawę komplikuje jednak fakt, że na modelu diagnostycz-nym (gipsowym czy wirtualnym) powstałym ze standardowego wycisku widoczne są tylko fragmenty zębów (tzw. korony klinicz-ne). Reszta zęba (szyjka i korzeń) jest ukryta. Z punktu widzenia anatomiczne-go część zęba zasłonięta jest przez dzią-sło, a część przez struktury kostne wy-rostka zębodołowego. Przemieszczenie korony klinicznej zęba jest natomiast jednoznaczne z przemieszczeniem ko-rzenia. Planując leczenie (przemieszcza-nie) zębów niezbędna jest wiedza na te-mat parametrów geometrycznych całego zęba, w przeciwnym razie może dojść do sytuacji gdy planowany ruch nie bę-dzie możliwy z uwagi na nieprzewidzia-ne 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 wzglę-dem dokładności odwzorowania. Dodat-kowym wyzwaniem jest połączenie da-nych pochodzących z zeskanowanego modelu z danymi skanowania struktur wewnętrznych. Źródła tych danych, trze-ba otwarcie przyznać, są na chwile obecną dość ograniczone. Klasyczny obraz rentgenowski jest płaski i stosun-kowo niedokładny. W pracy z modelami gipsowymi zakłada się, że wystarczająca jest dokładność rzędu 0,1 mm i przy-najmniej taką dokładnością powinno charakteryzować się źródło. Taki rząd dokładności oferują więc modele wirtu-alne w technologii CMO. Jak dotychczas

nie istnieje natomiast dostępne powszechnie źródło pozwalające na uzyskanie analogicznej do-kładności w odniesieniu do struktur ukrytych. Skanowanie tomograficzne operuje na wartościach

0,2-0,5 mm w zależności od typu urzą-dzenia. Swego rodzaju obejściem tego problemu – do czasu łatwiejszego dostę-pu do precyzyjniejszych źródeł danych - jest zastosowanie szablonów korzeni. Kształty opracowane na podstawie litera-tury oraz zeskanowanych przestrzennie preparatów są oczywiście jedynie aprok-symacją kształtów rzeczywistych, ale stosunkowo dobrze nadają się do tego zastosowania. Kształt korony klinicznej pobierany jest z modelu wirtualnego bę-dącego precyzyjnym odwzorowaniem warunków w ustach pacjenta, natomiast korzeń jest dodawany z biblioteki. Do-

datkowo w procesie tworzenia spójnego elementu korona kliniczna + korzeń szablony są prze-kształcane geometrycznie w celu dostosowania do kształtu faktycznego. Materiałem wyjścio-wym 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 pozwa-la ją materiały wyjściowe. W tym temacie swoistym przełomem może być bezpo-średnie użycie odwzorowania trójwymia-rowego korzeni z badania tomograficzne-go. 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 odwzorowa-nia 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 pamię-

tać i mieć świadomość ograniczeń – do-kładnie tak samo jak przy stosowaniu dowolnych innych narzędzi. Bardzo wdzięcznym polem zastosowania techniki na jej obecnym stopniu zaawansowania są wszelkiego rodzaju wizualizacje i pre-zentacje: od rozmowy z pacjentem, przez ogromną ilość zagadnień edukacyjnych aż do planowania i symulowania wyni-ków leczenia. Posiadając gotowy model wirtual-ny zgodny z technologią CMO drugiej generacji możemy już rozpocząć pracę. Co można wykonać? Można bardzo wie-le. Aplikacja oferuje szeroki zakres na-

rzędzi 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 ma-nipulowania 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 po-woduje zaktualizowanie generowanego automatycznie okluzogramu. Program sygnalizuje także kolizje struktur (zębów) z sąsiednimi podczas wykonywania ruchów. Przemieszczenia niemoż-liwe 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 przezro-czystości 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 od-wzorowania w połączeniu z możliwościami aplikacji „o3dm” znajdują się na granicy możliwości współczesnej technologii powszechnego użytku. Atrakcyjność rozwiązania jest ograniczona na-kładem pracy (koszt i czas) oraz stosunkowo jeszcze rzadko stosowanym (nie powszechnym) badaniem tomograficznym. Perspektywy rozwoju tej techniki idące w kierunku planowania za-biegów 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 laborato-rium”, 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 Ortho-dontics, June 2001.

[5] T. Janikowski, T. Stefańczyk, „Nowa metoda rejestracji warunków zgryzowych dla diagno-styki ortodontycznej”, Moja Praktyka, 2 (19) , Polorto 2004.

[6] T Janikowski, T. Stefańczyk „Technika cyfrowa w gabinecie”, Moja Praktyka 2 (15), Polorto 2003.