RU2369354C2 - Способ создания медицинского шаблона на основе информации о цифровом изображении части тела - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Способ создания медицинского шаблона, используемого при проведении хирургических операций, состоит в том, что получают цифровое изображение части тела, по полученному цифровому изображению и информации о, по меньшей мере, одном функциональном элементе создаваемого медицинского шаблона формируют виртуальную модель медицинского шаблона с упомянутым, по меньшей мере, одним функциональным элементом, и по полученной виртуальной модели с помощью устройства прототипирования изготавливают медицинский шаблон. При этом для одного варианта осуществления способа цифровое изображение области указанной части тела получают при наложении на нее дополнительного функционального элемента, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, часть поверхности которого представляет собой отпечаток поверхности указанной части тела. Для второго варианта делают слепок области указанной части тела, по сделанному слепку отливают модель указанной части тела, путем сканирования получают цифровое изображение полученной модели, а виртуальную модель медицинского шаблона формируют по цифровому изображению модели, которое отображает поверхность исследуемой области без искажения от влияния помех, вызванных металлическими объектами, и с возможностью точного выделения границы тканей. Использование изобретения позволяет повысить точность позиционирования имплантатов и улучшить планируемость операции. 2 н.п. и 47 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Заявленное изобретение относится к области медицины, в частности к стоматологии, челюстно-лицевой хирургии. Оно касается способа создания медицинского шаблона на основе информации о цифровом изображении части тела и будущей ортопедической конструкции или без информации о будущей ортопедической конструкции.

Под понятием «медицинский шаблон» понимается временно устанавливаемая позиционирующая деталь на часть тела (кость, слизистую полости рта, зубы, ортопедическую конструкцию и т.д.) для проведения хирургической операции, например дентальной имплантации, в частности для точного сверления через нее отверстий в кости для последующей установки имплантатов (то есть, иначе говоря, данная деталь, например, указывает направление, место и глубину сверления отверстия в кости). Могут быть и многочисленные другие применения медицинского шаблона. Например, отрезать по нему (по медицинскому шаблону) фрагмент кости.

Под понятием «части тела» в тексте данной заявки понимается часть челюсти, вся челюсть, зубы, кости, другие ткани организма.

Известен способ создания медицинского шаблона на основе информации о цифровом изображении части тела (см. патент WO 95/28688).

Ниже приводим подробную информацию об этом известном способе в последовательности его операций (приемов), точно повторяющей ограничительную часть формулы изобретения с подробными комментариями каждой операции способа.

В соответствии с известным способом сначала получают информацию о цифровом изображении части тела, например челюсти, в частности, сделанной при помощи сканера компьютерной томографии или любого другого устройства обработки цифрового изображения, например магнитно-резонансного томографа.

Поясним подробнее данную процедуру. Она практически осуществляется, например, следующим образом: приходит пациент в рентгеновский кабинет, садится в кресло или ложится на стол. Затем стол или кресло въезжает в компьютерный томограф. Соответствующие части тела просвечиваются рентгеновскими лучами и полученная при помощи соответствующих датчиков информация обрабатывается в ЭВМ в информацию о цифровом изображении части тела.

Следующая операция известного способа заключается в том, что полученную информацию о цифровом изображении части тела направляют в блок обработки данных. Кроме того, в блок обработки данных может направляться цифровая информация о, по меньшей мере, одном функциональном элементе в создаваемом медицинском шаблоне, причем цифровую информацию об этом функциональном элементе могут направить как из внешних источников, так и получить внутри блока обработки данных. Под функциональным элементом понимается, например, сквозное отверстие в медицинском шаблоне, через которое в момент хирургической операции производят сверление в кости с полезной функцией: указывающей место и направление сверления. Функциональный элемент может иметь и иные воплощения, например, может представлять собой проточку на боковой стороне медицинского шаблона, и так далее.

Последующая операция известного способа заключается в том, что преобразуют полученную цифровую информацию с помощью блока обработки данных в виртуальную модель с возможностью добавления к ней, по меньшей мере, одного функционального элемента с полезной функцией в качестве функции цифровой информации (положение будущего имплантата в кости челюсти, положение оси сверления и т.д.), причем, как отмечено выше, данную цифровую информацию об этом функциональном элементе могут направить как из внешних источников, так и получить внутри блока обработки данных.

После этого обработанные данные направляют в устройство прототипирования, которое создает медицинский шаблон, по крайней мере, часть которого показывает данные хотя бы о некоторых частях данной части тела.

Как известно, под технологией быстрого прототипирования следует понимать все технологии, посредством которых объект строится послойно или поточечно с помощью присадочного или затвердевающего материала. Данная технология также называется строительством в свободной форме.

Наиболее известными технологиями данного вида являются:

- стереолитография и относящиеся к ней технологии, при которых, например, жидкий синтетический материал в резервуаре выборочно подвергается обработке слой за слоем с помощью контролируемого компьютером электромагнитного луча;

- селективное лазерное спекание, при котором частицы порошка спекаются электромагнитным лучом или соединяются по определенному образцу;

- послойная заливка экструдируемым расплавом, при котором синтетический материал плавится и объединяется в соответствии с разметкой.

Недостатком известного способа является то, что он не может быть применим для пациентов, имеющих несъемные протезы, например мостовидные протезы, коронки или культовые вкладки в зубах из металла или элементов плотной структуры. Это объясняется тем, что металл или элемент плотной структуры при сканировании дают артефакты в цифровом изображении (иначе говоря, создают настолько сильные помехи в изображении, что невозможно иногда выделить границы тканей). По этой причине при указанных обстоятельствах метод не применим. Для его применения необходимо удалить все несъемные конструкции, установленные в зубах и/или на зубах, то есть разрушить конструкции, выполняющие свою функцию (удалить коронки, мостовидные протезы, культовые вкладки, распломбировать зубы, все разрушить). Данное обстоятельство сильно сужает область применения способа.

Следствием этого является то, что при наличии перечисленных в предыдущем абзаце объектов, представляющих собой коронки, мостовидные протезы, культевые вкладки и т.д., невозможно провести операцию с применением медицинского шаблона с опорой на те ткани, границы которых невозможно выделить из-за артефактов, привнесенных коронками, мостовидными протезами, культовыми вкладками и т.д.

Другим недостатком известного способа является то, что при его использовании не используется дополнительная информация о других зубах, ортопедических конструкциях (коронках, мостовидных протезах), уже существующих в ротовой полости и не попадающих в область сканирования.

Поясним это подробнее на примере.

Если мы сканируем челюсти пациента в состоянии сомкнутых зубов, то возможны артефакты, привнесенные в цифровую информацию с противоположного зубного ряда челюсти, и также не удается выделить окклюзионные поверхности зубного ряда исследуемой челюсти (поверхности, на которых жуют) из-за соприкасающихся окклюзионных поверхностей зубных рядов верхней и нижней челюстей цифровая информация об этих поверхностях сливается и нет возможности отделить окклюзионную поверхность зубного ряда верхней челюсти от окклюзионной поверхности зубного ряда нижней челюсти. По этой причине обычно челюсти пациента сканируются отдельно, то есть без смыкания зубов верхней и нижней челюстей. Но в этом случае мы теряем важную информацию о положении зубов в момент смыкания. Она необходима для выбора правильной установки имплантата и дальнейшего изготовления ортопедической конструкции.

Заявитель считает особо важным обратить внимание экспертизы на следующее.

В принятом в качестве ближайшего аналога (прототипа) техническом решении по патенту WO 95/28688 (1) упоминается о функциональном элементе с полезной функцией, например отверстии в медицинском шаблоне, через которое в момент хирургической операции производят сверление в кости. Функциональный элемент с полезной функцией добавлен в блок обработки данных в качестве функции цифровой информации и возможно функции дополнительной внешней информации. Иначе говоря, функциональный элемент в прототипе формируется либо за счет ввода о нем информации с помощью какого-то внешнего средства либо он создается за счет информации о цифровом изображении части тела. Однако в известном способе не предусмотрено какие-либо манипуляции в полости рта для получения информации

- о рельефе полости рта (зубах, слизистой, ортопедических конструкциях), не выделяемых в цифровой информации, полученной с помощью сканера компьютерной томографии или любого другого устройства обработки цифрового изображения, о части тела вследствие «размывающего» воздействия на цифровое изображение металлических объектов, присутствующих в полости рта,

- или информации о других зубах, ортопедических конструкциях (коронках, мостовидных протезах), уже существующих в ротовой полости и не попадающих в область сканирования.

Причиной создания заявленного изобретения, после изучения заявителем уровня техники, в том числе вышеописанного наиболее близкого аналога (прототипа), явилась необходимость решения следующих задач.

Создать способ, который позволил бы:

1) без разрушения ранее установленных и выполняющих свою функцию ортопедических конструкций, создающих помехи в цифровом изображении части тела, получать более точную информацию о цифровом изображении части тела (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций и т.д.) с возможностью точно выделять границы этих тканей и создавать медицинский шаблон с полезным функциональным элементом, точно прилегающий к соответствующей части тела с учетом рельефа (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций и сочетания этих поверхностей);

2) вне зависимости от помех, вызванных наличием коронок, мостовидных протезов, культовых вкладок, обеспечить возможность проведения операций без разреза и отделения слизистой от кости (медицинский шаблон с опорой на зубы, слизистую и ортопедические конструкции);

3) повысить точность сверления при установке имплантата по направлению и глубине и возможность точно передать запланированную ситуацию в блоке обработке данных в полость рта.

Из последнего следует также следующее:

4) возможность изготавливать ортопедические конструкции до установки имплантата и фиксировать их сразу же после установки имплантата;

5) возможность быстрого и недорогостоящего получения дополнительной информации о полости рта (которую невозможно получить известным способом), необходимой для создания медицинского шаблона с полезным функциональным элементом;

6) расширение возможностей использования функционального элемента.

Особая важность заявленного изобретения вытекает из того, что процент пациентов с наличием различных несъемных металлических конструкций в полости рта чрезвычайно высок.

Поставленный технический результат достигается в результате того, что в способе создания медицинского шаблона на основе информации о цифровом изображении части тела, при котором

- получают информацию о цифровом изображении части тела,

- полученную информацию о цифровом изображении части тела направляют в блок обработки данных,

- с возможностью направления в блок обработки данных также цифровой информации о, по меньшей мере, одном функциональном элементе,

- причем цифровую информацию об этом функциональном элементе могут направить как из внешних источников, так и получить внутри блока обработки данных,

- преобразуют с помощью блока обработки данных полученную информацию в виртуальную модель с возможностью добавления к ней, по меньшей мере, одного функционального элемента с полезной функцией в качестве функции цифровой информации,

- обработанные данные направляют в устройство прототипирования, которое создает медицинский шаблон, по крайней мере, часть которого показывает данные хотя бы о некоторых частях данной части тела,

при этом согласно заявленному изобретению,

- в полость рта пациента вводят дополнительный функциональный элемент с полезной функцией получения дополнительной цифровой информации о полости рта, которая также поступает в блок обработки данных,

- причем дополнительный функциональный элемент укладывают, по меньшей мере, на область, о которой невозможно получить достаточную цифровую информацию.

Данная совокупность общих существенных признаков представляет собой сущность заявляемого способа. Она необходима и достаточна во всех случаях его реализации.

В результате использования способа обеспечивается без разрушения ранее установленных и выполняющих свою функцию ортопедических конструкций, но создающих помехи в цифровом изображении части тела, получать более точную информацию о цифровом изображении части тела (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций) с возможностью точно выделять границы этих тканей и создавать медицинский шаблон с полезным функциональным элементом, точно прилегающий к соответствующей части тела с учетом рельефа (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций).

Кроме того, вне зависимости от помех, вызванных наличием коронок, мостовидных протезов, культовых вкладок, заявленный способ обеспечивает возможность проведения операций без разреза и отделения слизистой от кости (медицинский шаблон с опорой на зубы, слизистую и ортопедические конструкции).

Повышается точность сверления при установке имплантата по направлению и глубине и возможность точно передать запланированную ситуацию в блоке обработке данных в полость рта.

Появляется возможность изготавливать ортопедические конструкции до установки имплантата и фиксировать их сразу же после установки имплантата.

Обеспечивается быстрое и недорогостоящее получение дополнительной информации о полости рта (которую невозможно получить известным способом), необходимой для создания медицинского шаблона с полезным функциональным элементом.

Расширяются возможности использования функционального элемента.

Кроме того, применительно к способу мы считаем необходимым выделить следующие развития и/или уточнения общей совокупности его существенных признаков, относящиеся к частным случаям выполнения или использования.

Дополнительный функциональный элемент с полезной функцией получения дополнительной цифровой информации о полости рта, вообще говоря, может иметь различное воплощение на практике. Поэтому он не раскрыт в первом пункте формулы изобретения, а его различные воплощения представлены в дополнительных (функциональных) пунктах формулы изобретения.

В частности, дополнительный функциональный элемент может представлять собой элемент из слепочного материала, обладающего ренттгеноконтрастными свойствами, или временный протез из рентгеноконтрастного материала, или постоянный съемный протез из материала, обладающего свойством рентгенокотрастности.

Поясним это подробнее.

Как отмечено выше, техническим результатом заявленного изобретения является без разрушения ранее установленных и выполняющих свою функцию ортопедических конструкций (но создающих помехи в цифровом изображении части тела), например металлических, получать более точную информацию о цифровом изображении части тела с металлическими объектами, присутствующими в полости рта (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций) с возможностью точно выделять границы этих тканей и создавать медицинский шаблон с полезным функциональным элементом.

При этом важно отметить, что, вообще говоря, помехи «не убираются» на цифровом изображении, а согласно изобретению в блоке обработке данных зная пороги плотности слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, мы можем выделить поверхность этого материала и, соответственно используя стандартные приемы, выделить границы тех тканей, которые отпечатались в этом материале Данная операция не раскрыта в заявке, так как стандартна при обработке трехмерных изображений: определении порога (сегментации на основе градаций серого), трехмерном уменьшении, расширении, наращивании областей, булевых операциях, таких как объединение и взятие разницы, и т.д. Под рентгеноконтрастностью материала вообще понимается возможность материала при рентгенологическом исследовании отчетливо увидеть его границы или границы тканей, к которым он примыкает, например, для исследования желудочно-кишечного тракта пациенту перед рентгенологическим исследованием дают выпить сульфат бария, чтобы увидеть есть ли изменения на слизистой желудочно-кишечного тракта.

Применительно к заявленному изобретению рентгеноконтрастный материал или слепочный материал, обладающий рентгеноконтрастными свойствами, представляет собой стандартный слепочный материал, используемый для снятия слепка в ортопедической стоматологии, который по своей химической структуре обладают такой степенью рентгеноконтрастности, которая помогает в цифровом изображении выделить его отчетливо, например слепочные материалы следующих марок: производитель фирма Kerr (материал: Kerr Tray), производитель фирма 3М (материал: 3М-Express Penta Putty), производитель фирма Zhermack (материал: Zhermack Zetaplus) и т.д. Если слепочный материал обладает указанным свойством рентгеноконтрастности, то его можно использовать для реализации заявленного способа.

Другим важным воплощением дополнительного функционального элемента является элемент из «обычного» слепочного материала (как обладающий рентгеноконтрастными свойствами, так и не обладающий рентгеноконтрастными свойствами), дающий возможность получить точное отображение рельефа полости рта в результате следующего приема: снимают слепок полости рта, по нему отливают модель и полученную модель используют для дополнительного сканирования с возможностью передачи цифровой информации в блок обработки данных.

Таким образом, в заявленном способе возможно использование слепочного материала, не обладающего рентгеноконтрастными свойствами. При этом следует отметить, что данный прием можно использовать и при применении слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами.

При использовании в качестве дополнительного функционального элемента слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, возможен важный частный случай, когда получают дополнительную цифровую информацию о зубах-антагонистах в состоянии прикуса (нормальное закрытое положение полости рта). В этом случае в слепочном материале получают отпечаток зубов в положении прикуса, расположенных, по меньшей мере, напротив области, в которой будут устанавливаться имплантаты. Это дает возможность получить дополнительную цифровую информацию об этих зубах в состоянии прикуса.

Поясним необходимость этого подробнее.

Можно сканировать в известном способе челюсти в состоянии прикуса, но при этом нет возможности выделить четко границы окклюзионных поверхностей зубов (поверхности, на которых жуют) из-за соприкасающихся окклюзионных поверхностей противоположного зубного ряда и появляется вероятность привнесения «путающих» помех (артефактов) с противоположной челюсти при наличии на ней металлических объектов. Применение дополнительного функционального элемента, представляющего собой элемент из слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, с оттиском зубов-антагонистов дает возможность получения дополнительной информации о положении зубов противоположной челюсти (не сканируемой) в состоянии нормального смыкания челюстей даже в том случае, когда сканируется только одна челюсть. Это позволяет более точно планировать операцию дентальной имплантации, учитывая положение зубов, расположенных напротив области, на которой отсутствуют зубы, то есть области, где будут устанавливаться имплантаты.

Область, о которой невозможно получить достаточную цифровую информацию и, по меньшей мере, на которую укладывают дополнительный функциональный элемент может представлять собой, в частности, слизистую, зубы, ортопедические конструкции, различное сочетание поверхностей ортопедических конструкций и/или зубов и/или слизистой.

Для заявленного способа важно также то, что дополнительный функциональный элемент добавляют в качестве функции информации о цифровом изображении в форме, в которой очевидны все медицинские данные.

При этом информация от дополнительного функционального элемента подвергается обработке в блоке данных при помощи компьютерной системы, ориентированной на объемные элементы изображения, например воксели.

В способе создания медицинского шаблона на основе информации о цифровом изображении части тела может быть использована дополнительная операция, которая заключается в том, что в функциональный элемент медицинского шаблона для точного сверления по направлению и глубине внедряют твердые втулки. По сравнению с прототипом использование твердых втулок позволяет фрезе достичь плавного поступательного движения и лучшей центровки. Проведение заявленного способа с использованием втулок представляет собой один из предпочтительных частных приемов проведения заявленного способа, повышающих точность сверления отверстия в кости для установки имплантатов.

Внедрение втулок может быть осуществлено различными приемами, например путем их вколачивания, вворачивания, вклеивания, вплавления и т.д.

Сами втулки могут быть выполнены из различных материалов, например из металла, керамики.

Установка втулок в медицинский шаблон может быть осуществлена различными приемами. Однако, по мнению заявителя, наиболее желателен прием, при котором медицинский шаблон выполняют из пластичного материала, а втулки из твердого материала, причем для установки каждую втулку внедряют путем нажатия в функциональный элемент, представляющий собой, например, сквозное отверстие, в частности круглой или квадратной формы в плане.

В качестве пластичного материала, из которого изготавливают медицинский шаблон, можно привести пластик, полимер.

Функциональный элемент может иметь и иные воплощения, например он может представлять собой проточку на боковой стороне медицинского шаблона.

Медицинский шаблон может быть выполнен не только из пластичного материала, но и из твердого материала, например металла или керамики.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена общая блок-схема способа для создания медицинского шаблона в соответствии с изобретением.

На фиг.2 изображены схематично челюсти с десной и зубами в начале лечения, сагитальное сечение.

На фиг.3 - то же, в процессе установки слепочной массы.

На фиг.4 - то же, после смыкания зубов.

На фиг.5 схематично в момент сканирования изображены челюсти с десной и зубами и со слепочной массой, в которой отпечатались зубы-антагонисты.

На фиг.6 изображен отдельно медицинский шаблон с функциональными элементами (сквозными отверстиями), изготовленный согласно заявленному способу.

На фиг.7 - то же, сечение А-А фиг.6.

На фиг.8 - то же, сечение А-А на фиг.6 с установленной в функциональном элементе, представляющем собой сквозное отверстие, втулкой.

На фиг.9 схематично изображены челюсти с десной и зубами в момент установки медицинского шаблона в момент операции.

Способ иллюстрируется на примере устройства 1, реализующего способ, представленного на фиг.1, в частности, на примере лечения пациента, обозначенного позицией 2. Устройство 1 может иметь несколько вариантов. Ниже будет описан один из них в полном объеме, а затем будут раскрыты некоторые другие возможные варианты.

Указанное устройство 1 включает сканер 3, сканирующий пациента. В качестве сканера может быть использован компьютерный томограф. При помощи сканера 3 получаем оцифрованное изображение 4, содержащее оцифрованную медицинскую информацию. Затем оцифрованное изображение 4 обрабатывается в блоке 5 обработки данных. Для данной операции может быть использовано визуальное трехмерное изображение 6 и/или томографический снимок 7, которые образуются обычным стандартным способом из оцифрованных изображений 4 (не раскрыто, поскольку общеизвестны, см., например, ближайший аналог). Визуальное трехмерное изображение 6 и томографический снимок 7 изображены на фиг.1. Для максимального использования оцифрованной информации 4 заявленное устройство 1 предусматривает, наряду с направлением в блок 5 обработки данных информации о цифровом изображении части тела, также возможность направления в этот блок цифровой информации о, по меньшей мере, одном функциональном элементе, например об отверстии в виртуальной модели, причем цифровую информацию об этом функциональном элементе могут направить как из внешних источников, например координат положения, направленных с другого устройства, так и получить внутри блока 5 обработки данных (данные приемы стандартны и поэтому не приводятся).

В блоке 5 обработки данных полученная информация преобразуется и создается виртуальная модель с возможностью добавления к ней, по меньшей мере, одного функционального элемента с полезной функцией в качестве функции цифровой информации.

После обработки оцифрованного изображения 4 в блоке 5 обработки данных данные о полученной виртуальной модели направляют в устройство прототипирования 8, которое создает медицинский шаблон 9, по крайней мере, часть которого четко показывает данные хотя бы о некоторых частях данной части тела. Далее медицинский шаблон устанавливается в полости рта пациента 2 для последующего его использования для сверления через него отверстий в кости установленным общеизвестным порядком, что не раскрыто в материалах данной заявки, поскольку не имеет отношения к объекту изобретения и общеизвестно.

Отличительным общим существенным признаком заявленного способа является то, что перед получением информации о цифровом изображении части тела в полость рта пациента 2 вводят дополнительный функциональный элемент 10 (см. фиг.1) с полезной функцией получения дополнительной цифровой информации о полости рта, причем дополнительный функциональный элемент 10 укладывают, по меньшей мере, на область, с которой в силу ее особенности невозможно о ней получить достаточной цифровой информации.

Рассмотрим данный вопрос подробно.

Как показано на фиг.2, нижняя челюсть 11 и верхняя челюсть 12 с десной 13 и зубами 14 имеют области, с которых в силу их особенностей невозможно получить достаточной цифровой информации. На фиг.2 такими областями являются металлические коронки 15 на некоторых зубах, а также часть 16 без зубов десны 13. В прототипе данные области не дают возможности выделить их без погрешностей на цифровом изображении части тела (под понятием «части тела» в данном случае имеются в виду челюсти, зубы челюсти и другие ткани), в результате которых прототип невозможно использовать для создания модели медицинского шаблона. По этой причине коронки необходимо удалить перед применением способа по прототипу. Для предотвращения этого недостатка в заявленном способе предложено перед сканированием в полость рта пациента 1 ввести дополнительный функциональный элемент 10, который зачастую представляет собой элемент из слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами. На фиг.3 этот элемент из слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, конкретно представляет собой рентгеноконтрастную слепочную массу 17. Причем для обеспечения получения четкой цифровой информации необходимо, чтобы рентгеноконтрастная слепочная масса 17 была бы уложена, по меньшей мере, на область, с которой в силу ее особенности невозможно о ней получить достаточной цифровой информации. В данном примере такой областью является область 18 поверхности металлической коронки 15 на зубе нижней челюсти, а также часть 16 без зубов десны 13.

Рентгеноконтрастная слепочная масса 17 имеет свойства принимать после затвердевания отпечаток формы объекта, на который ее наложили, а главное, после обработки данных в блоке 5 обработки данных появляется возможность получить четкую виртуальную модель того объекта, с которого снимали слепок. Данная операция не раскрыта, так как стандартна при обработке трехмерных изображений: определении порога (сегментации на основе градаций серого), трехмерном уменьшении, расширении, наращивании областей, булевых операциях, таких как объединение и взятие разницы, проектирование и т.д.). В том, что она общеизвестна следует из прототипа, где имеет место получение виртуальной модели данным приемом, хотя отсутствие там дополнительного функционального элемента ведет к возникновению существенных помех для случая пациентов, имеющих несъемные протезы, например мостовидные протезы, коронки или культовые вкладки в зубах из металла или элементов плотной структуры.

После укладки слепочной массы 17 пациент смыкает зубы (фиг.4) и после ее застывания зубы размыкают. В слепочной массе остаются отпечатки 19 от зубов-антагонистов 20 верхней челюсти 12 (фиг.5). Пациент направляется на сканирование сканером 3. При сканировании пациента располагают между источником 21 рентгеновского излучения и датчиком 22.

Использование слепочной массы дает возможность не только получить четкое изображение, но и более точно планировать операцию дентальной имплантации, учитывая положение верхних зубов. Это дает возможность, не сканируя зубы 20, получить необходимую цифровую информацию и в блоке 5 обработки данных создать виртуальную модель этих зубов в состоянии прикусных взаимоотношений. На фиг.5 схематично изображены челюсти с десной и зубами и со слепочной массой, в которой отпечатались зубы-антагонисты.

После сканирования цифровая информация поступает в блок 5 обработки данных (фиг.1). В блоке 5 обработки данных к ней присоединяется цифровая информация о, по меньшей мере, одном функциональном элементе с полезной функцией (положением будущего имплантата в кости челюсти, положением оси сверления и т.д.), причем данную цифровую информацию об этом функциональном элементе могут направить как из внешних источников, так и получить внутри блока обработки данных. После этого цифровая информация направляется в устройство прототипирования 8, которое изготавливает медицинский шаблон 9 с функциональным элементом (например, отверстием). На фиг.6 изображен отдельно медицинский шаблон 9 с функциональными элементами в виде отверстий 23, изготовленный согласно заявленному способу. На фиг.7 - то же, сечение А-А фиг.6.

Затем в каждый функциональный элемент в виде отверстия 23 в медицинском шаблоне 9 внедряются твердые втулки 24, выполняющие позиционирующие функции при сверлении кости (обеспечивают направление сверления по положению и глубине) (см. фиг.8, на которой изображено сечение А-А фиг.6 с установленной втулкой в функциональном элементе, представляющем собой отверстие 23).

Внедрение втулок 24 может осуществляться их вколачиванием, вворачиванием (если имеется резьба на наружной поверхности втулки 24 и внутренней поверхности отверстия 23), вклеиванием, вплавлением и т.д.

Сама втулка, чтобы быть твердой, может быть выполнена из металла (например, из титана, стали и т.д.), керамики и т.д.

Медицинский шаблон может быть выполнен из пластичного твердого материала (в частности, из пластика, полимера и т.д.).

Поскольку медицинский шаблон выполнен из пластичного материала, а втулка из твердого, то устанавливают втулку путем вдавливания ее в функциональный элемент, который представляет собой сквозное отверстие, например, круглой, квадратной и т.д. формы в плане. Функциональный элемент может иметь и другие воплощения. В частности, он может представлять собой проточку на боковой стороне медицинского шаблона 9.

Вместе с тем медицинский шаблон может быть выполнен из твердого материала, например пластика, металла, керамики и т.д., в этом случае нет необходимости устанавливать втулку в функциональный элемент.

После того, как в функциональный элемент 23 в медицинском шаблоне 9 внедрены твердые втулки 24, медицинский шаблон направляется либо в лабораторию для изготовления ортопедической конструкции, либо в операционную для проведения операции, например дентальной имплантации (внедрение имплантата в костную ткань челюсти). На фиг.9 схематично изображены челюсти с десной и зубами в момент установки медицинского шаблона в момент операции.

Помимо использования рентгеноконтрастного слепочного материала в качестве дополнительного функционального элемента может быть использованы временный протез из рентгеноконтрастного материала или постоянный съемный протез.

Дополнительный функциональный элемент укладывают в полость рта на слизистую, зубы, ортопедические конструкции. При этом в одной полости рта возможны различные сочетания областей ортопедических конструкций и/или зубов, и/или слизистой, на которые укладывают дополнительный функциональный элемент. Пример: слизистая и зубы; зубы и ортопедическая конструкция; просто зубы; слизистая, зубы и ортопедическая конструкция; и т.д.

Таков один из вариантов заявленного способа. Его особенностью является то, что пациент сканируется с дополнительным функциональным элементом.

Однако возможны и другие модификации заявленного способа, когда дополнительный функциональный элемент может вводиться в полость рта для получения дополнительной цифровой информации о полости рта как до получения цифровой информации о части тела, так и после.

Например, возможен вариант, ключевая операция которого изображена на фиг.1 пунктирной стрелкой, обозначенной позицией 25, при котором снимают слепок с челюстей в полости рта по стандартному способу: слепочную массу (необязательно рентгеноконтрастную) укладывают в слепочную ложку, вводят в полость рта, отжимают ложку со слепочной массой на челюсть с зубами или без них, после затвердевания слепочной массы ложку с ней выводят из полости рта, затем отливают модель по этому слепку, с модели удаляют ложку со слепочной массой. В результате данных действий получают точную копию состоянии полости рта. Модель отправляют на сканер 3.

Особенность данного варианта состоит в том, что отдельно сканируют пациента, например, в компьютерном томографе (с получением цифрового изображения требуемой области), и отдельно сканируется указанная выше модель, например, в 3D-сканере сканирования внешних форм (с получением цифрового изображения модели, которая отображает поверхность исследуемой области без искажения от влияния помех, вызванных металлическими объектами). Это дает возможность совместить эти данные в блоке 5 обработки данных и исключить артефакты на виртуальной модели, вызванные металлическими объектами, полученные при сканировании пациента в компьютерном томографе.

Как видно, сущность способа осталась та же (с получением информации о цифровом изображении части тела в полость рта пациента вводят дополнительный функциональный элемент с полезной функцией получения дополнительной цифровой информации о полости рта, причем дополнительный функциональный элемент укладывают, по меньшей мере, на область, с которой в силу ее особенности не возможно о ней получить достаточную цифровую информацию), а разница в том, что пациент сканируется без дополнительного функционального элемента, рельеф которого сканируется отдельно.

Вышеописанное иллюстрирует модификацию заявленного способа, согласно которой дополнительный функциональный элемент представляет собой элемент из слепочного материала, по меньшей мере, не обладающего рентгеноконтрастными свойствами, причем, при его использовании, снимают слепок полости рта, по нему отливают модель и полученную модель используют для дополнительного сканирования с возможностью передачи цифровой информации в блок обработки данных (пункт 5 формулы изобретения).

Примечание: под выражением «элемент из слепочного материала, по меньшей мере, не обладающего рентгеноконтрастными свойствами» понимается то, что может быть использован самостоятельно как элемент из слепочного материала, не обладающий рентгеноконтрастными свойствами, так и самостоятельно элемент из слепочного материала, обладающий рентгеноконтрастными свойствами.

Кроме того, возможна модификация заявленного способа, согласно которой при использовании в качестве дополнительного функционального элемента слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, получают в слепочном материале отпечаток зубов в положении прикуса, расположенных, по меньшей мере, напротив области, в которой будут устанавливаться имплантаты.

Особенность данного варианта состоит в том, что при использовании в качестве дополнительного функционального элемента слепочного материала, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, сканируют пациента с открытым ртом, например, в компьютерном томографе (с получением цифрового изображения требуемой области). При этом можно сканировать одну челюсть, а получить необходимую цифровую информацию о поверхности зубов не сканируемой челюсти, причем в положении нормального смыкания зубов. Это дает возможность исключить возможные артефакты в цифровом изображении, вызванные металлическими объектами, если расширить область сканирования пациента в компьютерном томографе (если сканировать вместе верхнюю и нижнюю челюсти в положении сомкнутых зубов), и, что важно, учесть положение зубов в прикусе, расположенных, по меньшей мере, напротив области, в которой будут устанавливаться имплантаты. В результате, в заявленном способе, в связи с получением оттиска зубов-антагонистов в прикусе, открывается возможность более правильной установки имплантатов с учетом осей нагрузок от зубов-антагонистов.

Сущность изобретения поясняется клиническим примером.

Больной К., 80 лет, обратился с жалобой на подвижность и болезненность зубов на нижней челюсти.

Диагноз: частичная адентия на нижней челюсти. На оставшихся зубах 33, 43 фиксируется съемный протез.

При осмотре выявлено, что оставшиеся клыки на нижней челюсти имеют третью степень подвижности с воспалительным очагом вокруг них.

Необходимо удалять два оставшихся зуба, при этом теряет свою функциональность протез, фиксирующийся к ним.

Пациент в силу своей активной общественной деятельности не может оставаться без зубного протеза в полости рта.

Принято решение одномоментного удаления зубов и установки двух имплантатов и фиксации к ним протеза. В момент операции удаляются зубы, производится разрез, устанавливаются два имплантата. После снятия швов плохая заживляемость слизистой, в сопутствующей патологии сахарный диабет. В результате через 1,5 месяца появляется подвижность одного имплантата, и мы вынуждены его удалить. Оставшийся один имплантат не выдержит долго нагрузки протеза, фиксирующегося к нему.

Принято решение воспользоваться вышеописанной технологией.

Для этого сняли слепок с нижней челюсти и перед компьютерно-томографическим исследованием его ввели в полость рта как дополнительный функциональный элемент.

После обрабатывают цифровое изображение части тела с дополнительным функциональным элементом в блоке обработки данных.

По описанной технологии распланировали установку имплантатов и изготовили медицинский позиционирующий шаблон.

Произвели операцию без разреза и установили 4 имплантата и сразу же произвели фиксацию протеза к установленным новым имплантатам.

Операция длилась 15 мин, а предыдущая 1 час.

Она прошла успешно.

Отеков и выраженной болезненности после операции не было, т.к. установка имплантатов происходила без отделения слизистой и надкостницы от кости.

Данное наблюдение иллюстрирует сложный случай, к которому было применено заявленное изобретение.

Использование заявляемого изобретения позволило значительно улучшить результаты хирургического лечения.

Сокращение времени операции, ее малая травматичность и точное позиционирование имплантатов, спланированность являются существенными преимуществами заявленного изобретения.

Таким образом, использование заявленного изобретения позволяет значительно расширить возможности оказания высокотехнологичной помощи пациентам, также имеющим несъемные протезы, например мостовидные протезы, коронки или культовые вкладки в зубах из металла или элементов плотной структуры, без разрушения ранее установленных и выполняющих свою функцию ортопедических конструкций, создающих помехи, получать точную информацию о цифровом изображении части тела (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций) с возможностью точно выделять границы этих тканей и получать виртуальную модель с полезным функциональным элементом, а также создавать медицинский шаблон, точно прилегающий к соответствующей части тела с учетом ее рельефа (челюсти, слизистой оболочки, зубов, ортопедических конструкций) с полезным функциональным элементом.

При применении заявленного изобретения обеспечивается снижение травматичности операции, поскольку при наличии помех, вызванных наличием коронок, мостовидных протезов, культовых вкладок, обеспечивается возможность проведения операций без разреза и отделения слизистой от кости (медицинский шаблон с опорой на зубы, слизистую и ортопедические конструкции).

Изобретение позволяет повысить точность сверления при установке имплантата по направлению и глубине и возможность точно передать запланированную ситуацию в блоке обработке данных в полость рта. Отсюда следует:

- возможность изготавливать ортопедические конструкции до установки имплантата и фиксировать их сразу же после установки имплантата;

- возможность быстрого и недорогостоящего получения дополнительной информации о полости рта (которую невозможно получить известным способом), необходимой для создания виртуальной модели с полезным функциональным элементом.

Помимо приведенных вариантов изобретения возможны и другие многочисленные его модификации.

Все они охватываются приведенной далее формулой изобретения.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент WO 95/28688, М. Кл. G06Т 15/00, опубл. 1995 год (прототип).

Claims (49)

1. Способ создания медицинского шаблона, используемого при проведении хирургических операций, при котором получают цифровое изображение части тела, по полученному цифровому изображению и информации об, по меньшей мере, одном функциональном элементе создаваемого медицинского шаблона формируют виртуальную модель медицинского шаблона с упомянутым, по меньшей мере, одним функциональным элементом, и по полученной виртуальной модели с помощью устройства прототипирования изготавливают медицинский шаблон, отличающийся тем, что цифровое изображение области указанной части тела получают при наложении на нее дополнительного функционального элемента, обладающего рентгеноконтрастными свойствами, часть поверхности которого представляет собой отпечаток поверхности указанной части тела.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительный функциональный элемент, обладающий рентгеноконтрастными свойствами, выполнен из слепочного материала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть тела представляет собой слизистую.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что область части тела включает ортопедические конструкции.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что область части тела представляет собой различное сочетание поверхностей ортопедических конструкций и/или слизистой.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что медицинский шаблон создают для использования в стоматологии.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительный функциональный элемент, обладающий рентгеноконтрастными свойствами, выполнен из слепочного материала.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительный функциональный элемент, обладающий рентгеноконтрастными свойствами, представляет собой временный протез.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительный функциональный элемент, обладающий рентгеноконтрастными свойствами, представляет собой постоянный съемный протез.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что при использовании слепочного материала в слепке получают отпечаток зубов в положении прикуса, расположенных, по меньшей мере, напротив области, в которой будут устанавливаться имплантаты.

11. Способ по п.6, отличающийся тем, что область части тела включает ортопедические конструкции.

12. Способ по п.6, отличающийся тем, что часть тела представляет собой слизистую.

13. Способ по п.6, отличающийся тем, что часть тела представляет собой зубы.

14. Способ по п.6, отличающийся тем, что область части тела представляет собой различное сочетание поверхностей ортопедических конструкций, и/или зубов, и/или слизистой.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что функциональный элемент медицинского шаблона представляет собой отверстия для расположения втулок из твердого материала.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет круглую форму в плане.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет квадратную форму в плане.

18. Способ по п.1, отличающийся тем, что функциональный элемент медицинского шаблона представляет собой проточку на боковой стороне медицинского шаблона.

19. Способ по любому из пп.15-18, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вколачивания.

20. Способ по любому из пп.15-18, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вворачивания.

21. Способ по любому из пп.15-18, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вклеивания.

22. Способ по любому из пп.15-18, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вплавления.

23. Способ по п.15, отличающийся тем, что втулки выполняют из металла.

24. Способ по п.15, отличающийся тем, что втулки выполняют из керамики.

25. Способ по п.15, отличающийся тем, что медицинский шаблон выполняют из пластичного материала и путем нажатия в него внедряют втулку.

26. Способ по п.1, отличающийся тем, что медицинский шаблон выполняют из твердого материала.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что в качестве твердого материала используют металл.

28. Способ по п.26, отличающийся тем, что в качестве твердого материала используют керамику.

29. Способ по п.1, отличающийся тем, что создают медицинский шаблон, располагаемый на части тела человека.

30. Способ создания медицинского шаблона, используемого при проведении хирургических операций, при котором получают цифровое изображение части тела, по полученному цифровому изображению и информации о, по меньшей мере, одном функциональном элементе создаваемого медицинского шаблона формируют виртуальную модель медицинского шаблона с упомянутым, по меньшей мере, одним функциональным элементом, и по полученной виртуальной модели с помощью устройства прототипирования изготавливают медицинский шаблон, отличающийся тем, что делают слепок области указанной части тела, по сделанному слепку отливают модель указанной части тела, путем сканирования получают цифровое изображение полученной модели, а виртуальную модель медицинского шаблона формируют по цифровому изображению модели, которое отображает поверхность исследуемой области без искажения от влияния помех, вызванных металлическими объектами и с возможностью точного выделения границы тканей.

31. Способ по п.30, отличающийся тем, что медицинский шаблон создают для использования в стоматологии.

32. Способ по п.30, отличающийся тем, что указанная часть тела представляет собой слизистую.

33. Способ по п.30, отличающийся тем, что указанная часть тела представляет собой зубы.

34. Способ по п.30, отличающийся тем, что область части тела включает ортопедические конструкции.

35. Способ по п.30, отличающийся тем, что область части тела представляет собой различное сочетание поверхностей ортопедических конструкций, и/или зубов, и/или слизистой.

36. Способ по п.30, отличающийся тем, что функциональный элемент медицинского шаблона представляет собой отверстия для расположения втулок из твердого материала.

37. Способ по п.36, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет круглую форму в плане.

38. Способ по п.36, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет квадратную форму в плане.

39. Способ по п.36, отличающийся тем, что функциональный элемент медицинского шаблона представляет собой проточку на боковой стороне медицинского шаблона.

40. Способ по любому из пп.37-39, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вколачивания.

41. Способ по любому из пп.37-39, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вворачивания.

42. Способ по любому из пп.37-39, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вклеивания.

43. Способ по любому из пп.37-39, отличающийся тем, что втулки внедряют в изготавливаемый медицинский шаблон путем вплавления.

44. Способ по п.36, отличающийся тем, что втулки выполняют из металла.

45. Способ по п.36, отличающийся тем, что втулки выполняют из керамики.

46. Способ по п.36, отличающийся тем, что медицинский шаблон выполняют из пластичного материала, причем для установки втулку внедряют путем нажатия в функциональный элемент.

47. Способ по п.30, отличающийся тем, что медицинский шаблон выполняют из твердого материала.

48. Способ по п.30, отличающийся тем, что в качестве твердого материала используют металл.

49. Способ по п.30, отличающийся тем, что в качестве твердого материала используют керамику.

Images