Повышение эффективности комплексного (ортопедо-хирургического) лечения аномалий и деформаций зубочелюстной системы в сформированном прикусе (стр. 2 )

1	2	3	4	5	6	7	8
Недоразвитие верхней челюсти	16	11	-	12	19	58	11,06
Аномалии положения зубов	22	8	2	10	20	62	11,83
Диастема	2	2	-	1	3	8	1,53
Всего	127	123	12	88	174	524	100

Для более глубокого изучения состояния зубочелюстной системы при различной патологии в сформированном прикусе мы исследовали телерентгенограммы 32 больных. Проведено 3400 антропометрических измерений на гипсовых моделях и 2540 измерений на пациентах. Исследовано напряжение кислорода у 30 больных после применения лазеротерапии.

Обследование, ортодонтическое лечение больных и по показаниям протезирование производили на кафедре ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета; хирургическое лечение - в клинике кафедры челюстно-лицевой хирургии БГМУ (зав. профессор ) на базе 9-ой ГКБ. Экспериментальные исследования выполнены: морфологические в ЦНИЛ БГМУ (зав. лаб. экспериментальной патологии к. б.н., ст. н.с. ) при консультации старшего научного сотрудника к. м.н. ; математические - на кафедре теоретической механики Белорусской политехнической академии при консультации д-ра физ.-мат. наук, профессора ; в лаборатории математического моделирования (зав. д-р физ.-мат. наук, профессор ) Института математики НАН Беларуси; программное обеспечение - на кафедре информатики (зав., д-р тех. наук, профессор ) Белорусского государственного университета; разработка и создание лазерной хирургической установки на базе импульсно-периодического лазера на АИГ:Nd со средней мощностью до 100 Вт со световодной транспортировкой излучения (Шифр "Копье") - в лаборатории лазерных систем и приборов (зав. канд. физ.-мат. наук ) Института физики НАН Беларуси при участии ведущего научного сотрудника канд. физ.-мат. наук ; голографические исследования - в лаборатории оптической голографии (зав. д-р физ.-мат. наук, академик НАН Беларуси ) при консультации ведущего научного сотрудника канд. физ.-мат. наук .

Использованы: экспериментальные методы исследования; гематологические и биохимические; морфологические; математическое моделирование формы корня зуба (аналитический и численный (компьютерный) подходы): метод оптической голографии.

Клинические методы исследования: антропометрические и клинико-инструментальные:

1.Определение изменений окклюзионной поверхности, зубных рядов верхней и нижней челюстей (, , 1985,1990) ;

2. Определение величины силы ортодонтических аппаратов (, , 1972);

3. Исследование подвижности зубов ( с соавт., 1978);

4. Определение угла наклона зубов (, , 1977);

5. Полярография ( с соавт., 1982) ;

6. Телерентгенография (, 1997);

7. Комплекс лечебных манипуляций с лазеротерапией.

Для того, чтобы комплексное лечение проводилось с учетом всех требований, нами были проведены экспериментальные исследования:

- математические (аналитические) для изучения биомеханических процессов в системе "зуб-периодонт";

- голографические с целью изучения деформаций, происходящих в системе "зуб-периодонт-кость" при применении ортодонтических аппаратов и ортопедических конструкций;

- гематологические и биохимические

с целью установления прогноза и результатов комплексного лечения аномалий и деформаций зубочелюстной системы в сформированном прикусе.

В стоматологической практике при конструировании различных протезов необходимо знать напряжения, которые испытывает периодонт, то есть тонкая упругая оболочка, находящаяся между корнем зуба и костной тканью челюсти. В этой оболочке расположены нервные окончания, которые при действии на зуб внешних сил вызывают болевые ощущения. Кроме того, периодонт определяет жесткость зуба как абсолютно твердого тела при перемещении его в трех направлениях пространства и трех поворотах вокруг указанных направлений. Зная жесткость зубов, можно рационально распределить нагрузку при конструировании различных протезов и приспособлений для выполнения жевательного акта.

Впервые расчетная модель периодонта, ограниченного двумя круговыми конусами, была построена профессором на основе методов сопротивления материалов. Однако этот метод не позволил перейти к расчету других, более совершенных моделей. В 1974 г. профессора-стоматологи и предложили механику-математику, профессору А. Е.Крушевскому решить задачу для формы в виде эллиптического конуса. Поставленная задача была решена при достаточно общих предположениях относительно формы поверхностей периодонта, и получены формулы для периодонта в виде эллиптического конуса. При этом был предложен новый аналитический метод, при котором заранее выполняется условие неподвижности наружной поверхности периодонта и условие жесткой связи внутренней поверхности с корнем зуба, рассматриваемого как абсолютно твердое тело. Модель эллиптического конуса позволила дать более правильную картину распределения напряжений, показать снижение нормальных напряжений за счет возникновения касательных напряжений вдоль образующей и направляющей конуса, объяснив целый ряд фактов, например меньшую сопротивляемость зуба в боковом направлении по сравнению с фронтальным и др.

Однако в области вершины зуба модель эллиптического конуса не позволила определить действительный характер распределения напряжений, т. к. реальные зубы на конце корня имеют не острие, а закругление. Поэтому переход к модели эллиптического гиперболоида представляется естественным шагом вперед в данном вопросе, тем более, что эллиптический конус следует из него как частный случай.

Более внимательное изучение формы поперечного сечения корня зуба показывает, что, хотя его форма и овальная, однако, с одной осью симметрии, т. е. форма эллипса с двумя осями симметрии не совсем отвечает действительности. Следовательно, если модель формы поперечного сечения корня зуба составить из двух различных полуэллипсов с одной общей малой осью 2b вдоль оси ординат, то такая модель окажется более реальной.

Рис. 1 Форма поперечного сечения корня зуба в виде двух полуэллипсов с общей малой осью 2b вдоль оси ординат.

Рис.2 Модель периодонта корня зуба, ограниченного двумя составными эллиптическими гиперболоидами.

Исходя из новой модели нами были проведены:

- математические (аналитические) исследования для создания оптимальной модели формы корня зуба с целью определения напряжений при действии на зуб внешних сил в норме и при различных степенях атрофии лунки;

- решение задачи о равновесии периодонта как оболочки, ограниченной двумя составными эллиптическими гиперболоидами;

- вывод формул для напряжений в области. Контакта периодонта с корнем зуба;

- моделирование оси поворота зуба в ортопедической стоматологии под действием произвольной силы;

- исследование жесткости зуба и напряженно-деформированного состояния периодонта в области контакта с корнем зуба при поступательном перемещении вдоль горизонтальной оси симметрии ОХ;

- исследование жесткости и напряженно-деформированного состояния периодонта в области контакта с корнем зуба при поступательном перемещении вдоль вертикальной оси ОZ;

- исследование влияние атрофии костной ткани и параметров корня на жесткость зуба при повороте под действием пары сил, лежащей в плоскости симметрии;

- Определение реакций опор и перемещений мостовидного протеза;

- программная реализация формул для расчета напряженно-деформированного состояния периодонта.

Важным условием успешного ортодонтического лечения и протезирования является планирование протеза или ортодонтического аппарата с учетом напряженно-деформационных взаимоотношений в системе зуб-периодонт-кость, контроль за рациональным лечебным воздействием аппарата. Необходима точная количественная информация об изменениях происходящих, как со стороны всей зубочелюстной системы, так и со стороны лечебных аппаратов. Для изучения перемещения зубов и возникающих при этом деформаций, для неразрушающего контроля состояния зубных протезов, для измерения напряжений при протезировании возможно использовать методы голографической интерферометрии, которые обеспечивают бесконтактное определение мельчайших поверхностных сдвигов (100мкм) по величине и направлению (0,1˚) как костных структур, так и протезов. Ранее методами голографической интерферометрии проводилось изолированное исследование челюстных костей человека.

Одной из задач нашего исследования явилось проведение качественного и количественного анализа поведения под нагрузкой всей челюстно-лицевой области черепа человека в условиях, максимально приближенных к реальным, методами голографической интерферометрии.

В задачу также входит создание модели челюстно-лицевой области человека и в эксперименте воспроизведение функциональных движений нижней челюсти при жевании.

Объектом исследования выбран трупный череп человека. Для моделирования мышц использовались пучки капрона, фиксированные к черепу при помощи клея БФ-5, и по диаметру сечения воспроизводящие соответствующие мышцы черепа. Пучки фиксировались к анатомическим местам прикрепления мышц и их направления выбирались согласно проведенным расчетам (2).

Кафедрой ортопедической стоматологии БГМУ совместно с Институтом физики НАН Беларуси предложено устройство (положительное решение по заявке № 000/из от 01.01.2001; патент № 000), (рис.3) позволяющее моделировать тягу всех жевательных мышц передней и задней группы, возникающих во время жевания и сильного смыкания зубов. При этом учтены силы сокращения, характер сокращения, место приложения и направления действия всех жевательных и крупных мимических мышц. Система содержит основание с симметрично расположенным рядом щелевидных и круглых отверстий (3), на котором закреплены опорно-фиксирующая система, система моделирующих блоков и тяг для передачи нагрузок на исследуемые части лицевого отдела черепа. Основание устройства представляет собой две плиты (1,2), верхнюю и нижнюю, соединенные на расстоянии от 30 до 60 см между собой, жестко фиксированное стойками (5), а опорно-фиксирующая система выполнена в виде двух регулируемых съемных форм (6,7), предназначенных для фиксации черепа. Моделирующие блоки (9,10,11) закреплены на внутренней поверхности верхней плиты основания, смещены относительно ее продольной оси, размещены симметрично относительно поперечной оси верхней плиты основания и предназначены для моделирования направления мышечных нагрузок лицевого отдела черепа.

Предложенная совокупность существенных признаков позволяет не только осуществлять моделирование мышечных нагрузок, адекватных физиологическим, но и позволяет сделать это с высокой степенью точности и чистоты эксперимента.

Нагружению подвергался свежий трупный череп. Первый вид нагрузки соответствовал силе сокращения мышц черепа при глотании 5 кг, далее нагрузка пропорционально увеличивалась до 30 кг, заключительный вид нагрузки соответствовал силе сокращения во время откусывания жесткой пищи.

В эксперименте использована схема голографии во встречных пучках с креплением пластинок типа ПФГ-03, имеющих разрешающую способность долиний на 1 мм непосредственно на объекте, что позволило избежать помех на интерферограмме во время нагружения объекта. Для исследования использовали гелий-неоновый лазер, генерирующий одномодовое излучение с длиной когерентности 20-25 см. Длина волны составила λ=632,8 нм. Пластины фиксировались на нижней и верхней челюсти в области фронтальной группы зубов. Качественная оценка деформаций производилась исходя из характера распространения интерферометрических полос. Чем больше деформировался объект, тем чаще концентрировались полосы, и, наоборот, чем меньшую деформацию испытывал череп, тем реже проходили полосы. По направлению интерферометрических полос можно судить о распространении деформации,

Рис.3 Устройство для моделирования функциональных нагрузок лицевого отдела черепа.

полосы всегда проходят перпендикулярно к направлению основной деформации.

Так как чувствительность данного измерения к деформациям, направленным параллельно изучаемой поверхности крайне мала, мы использовали дополнительно к голографической интерферометрии спекл-оптический метод измерения, который позволяет измерить деформации, направленные вдоль поверхности кости. При измерении методами голографии регистрировались интерферограммы как верхней, так и нижней челюсти одновременно. В этих же точках регистрировались спекл-интерферограммы.

Регистрируя при такой же нагрузке двухэкспозиционную спекл-интерферограмму, измерялись деформации изучаемого объекта направленные вдоль плоскости объекта.

По периоду интерференционных полос и их ориентации определялось направление вектора деформации и величина.

При регистрации спекл-интерферограмм использовался объектив для формирования спекл поля в фокальной плоскости, а также для формирования изображения объекта, модулированного спекл структурой.

Методика экспериментальных исследований на животных (собаках) по оптимизации процессов оппозиции костной ткани в ретенционном периоде ортодонтического лечения

Экспериментальные исследования проведены на 20 животных (беспородных собаках в возрасте от 1,5 - 4 лет, весомкг), которые были распределены на 4 серии (по пять животных на серию):

1-я серия – хирургическое вмешательство (компактеостомия) без воздействия лазера (контроль);

2-я серия – хирургическое вмешательство (компактостеотомия) и воздействие красного лазера;

3-я серия – хирургическое вмешательство (компактеостомия) и воздействие синего лазера;

4-я серия – хирургическое вмешательство (компактостеотомия) и воздействие красного и синего лазеров.

Операция компактостеотомии проводилась под внутренним наркозом тиопентала натрия (20-25 мл) от 3| до |3 . Проводили трапециевидный разрез от уровня корня от 3| до |3, отслаивается слизисто-надкостничный лоскут. Перфорировали кортикальную пластинку кости челюсти шаровидным бором № 3 диаметром 2 мм, вращающимся со скоростью 10000 оборотов в минуту с перерывами для охлаждения инструмента и постоянным орошением бора и кости охлажденными растворами антисептика. Перфорации располагали над корнями зубов, подлежащих перемещению между их лунками и вдоль них. Итого на участке от 3| до |3 производилось 8 перфораций. Образующиеся опилки из компактного слоя кости удаляли путем инстилляции костной раны так как попав под надкостницу они травмируют ее, провоцируя длительно протекающие воспалительные процессы в послеоперационном периоде. Завершали операцию наложением кетгутовых швов. С нижней челюсти получали оттиск для изготовления ортодонтического аппарата (цельнолитая каппа на 321 | 123 ).

Поведение собак в послеоперационном периоде не отличалось от поведения здоровых животных. Осложнений связанных с данной операцией не наблюдалось.

Второй этап комплексного лечения в условиях эксперимента заклю­чался в ортодонтической перестройке костной ткани верхней челюсти живот­ного. На 7-8 сутки после операции собакам накладывали несъемный орто­донтический аппарат (цельнолитая каппа) на 321 | 123. Зубы в этот период подвижны, что свидетельствуют о реактивных процессах, происходящих в костной ткани в ответ на компактостеотомию. С помощью каппы удается раз­вить необходимое для получения лечебного результата давление на ткани.

В эксперименте проводилось исследование по применению гелий-не­онового (ЛГ-75), гелий-кадмиевого лазеров (ЛГ-70) и их сочетанное воздейст­вие в ретенционном периоде ортодонтического лечения. С 14 дня после опе­рации компактостеотомии применяли гелий-неоновый лазер с λ = 632,8 нм и гелий-кадмиевый лазер с λ = 441,6 нм. Диаметр светового пятна на десне - 5 мм. Плотность мощности для гелий-неонового лазера 125 мВт/см², для гелий-кадмиевого лазера 90 мВт/см2. Количество точек облучения – 8, экспозиция на одну точку – 60 с. каждого лазера. Курс лечения 10 процедур. Наблюдения за животными проводили на 7, 14, 21, 28, 35, сутки.

Животных во всех сериях выводили из опыта на 28 и 35 день от его на­чала (7 и 14 день ретенционного периода).

Животные первой серии служили контролем. Остальные три серии были опытными. На каждый срок снимали с эксперимента по 2 животных путем введения им внутривенно 20-30 мл 25% раствора сернокислой магнезии. За­тем выпиливали фрагменты нижней челюсти собак вместе с резцами и фикси­ровали их 10% растворе формалина. После окончания фиксации кусочки ко­стной ткани тщательно промывали щелочной водой в течение 24 ч. Декальци­нировали в 7% азотной кислоты в течение 14 дней. Нейтрализовали в 5% рас­творе алюминиевых квасцов в течение суток. Затем промывали в проточной воде в течение 24 ч. Обезвоживали в спиртах возрастающей концентрации (700, 800, 960, абсолютный спирт). Далее материал на один день помещали в смесь Никифорова (960 спирт и эфир в равных количествах). Заливали в цел­лоидин для пропитывания. Впоследствии производили наклеивание и резку целлоидиновых блоков. Готовили срезы толщиной 10-15 мк, окрашивали ге­матоксилином и эозином и по ван-Гизону. Срезы маркировали в зависимости от их глубины ("а", "в", "с").

Экспериментальные исследования на трупной кости человека и со­баки с использованием излучения импульсно-периодического лазера на АИГ: Nd (λ=1064 нм)

В настоящее время для комплексного лечения челюстно-лицевых аномалий и деформаций широко ис­пользуется компактостеотомия. При этом ослабление компактного слоя кости достигается сверлением отверстий в каком-либо порядке (например, в шахматном) механическим бором с последующим созданием управляемых ме­ханических напряжений с помощью специальной ортодонтической аппара­туры, которая исправляет аномалии зубов, зубных рядов и прикуса, а также деформации зубных рядов после удаления зубов. Однако у этого метода име­ются серьезные недостатки: травматизм, необходимость отслоения лоскута слизистой оболочки, надкостницы т. д. Применение для компактостеотомии высокоэнергетических лазеров, которые находят широкое применение в меди­цине, в том числе и в стоматологии, позволяет избе­жать этих недостатков.

В данном разделе работы мы попытались изучить механизм лазерного сверления зубной и костной ткани излучением мощного импульсно-перио­дического лазера на АИГ:Nd (длинна волны излучения λ=1064 нм, энергия им­пульса излучения Е может изменяться в диапазоне 0,2 –2,5 Дж, общая дли­тельность импульса излучения τ= 100-120 мкс при длительности отдельного пучка в импульсе Δτ – 200 нс, частота следования импульсов f меняется в диа­пазоне 1-50 Гц) со световодной транспортировкой излучения. Данный лазер может успешно быть использован для комплексного лечения челюстно-лице­вых аномалий и деформаций (лазерная компактостеотомия).

Излучение имульстно-периодического лазера А, (рис.4.) работающего в режиме свободной генерации, после прохождения оптической формирующей системы В вводится посредством фокусирующей линзы 12 в оптический квар­цевый световод 13 и с его помощью транспортируется к кости или зубу 14. Выходной конец световода находится в непосредственном контакте с костью. Резонатор АИГ:Nd – лазера образован двумя выпуклыми зеркалами 1 и 4 с ко­эффициентами отражения – 100% и 20 % и кривизной + 6800 мм и 1355 мм, соответственно. Каждый из двух активных элементов из АИГ:Nd диаметром 10 мм и длиной 100 мм накачивается одной импульсной лампой 5,6 с баллоном из специального непрозрачного УФ области спектра кварцевого стекла, что дает возможность осуществлять охлаждение дистиллированной водой. Для обеспечения более однородной и интенсивной накачки активный элемент и импульсная лампа помещены в диффузный отражатель из молочного стекла МС-20. Активный элемент, лампа и отражатель смонтиро­ваны в корпусе из нержавеющей стали. Для того чтобы частично компенсиро­вать оптические искажения в активных элементах, связанные с неоднородно­стью накачки импульсными лампами, квантроны развернуты на 180˚ друг от­носительно друга вокруг оптической оси. Кроме того, направление потока воды в каждом квантроне выбрано таким образом, чтобы минимизировать оп­тические искажения, связанные с режимом охлаждения. Для накачки импульс­ных ламп используются блоки питания и управления БПЛ-75/33У или БПЛ-66/33. Электрическая энергия накачки импульсной лампы, запасаемая в кон­денсаторной батарее, составляет 75Дж, длительность импульса свечения лам по 150 мкс, частота следования f лежит в диапазоне 1-5- Гц. Энергия лазерного импульса излучаемого в таких усло­виях достигает 3,5 Дж при средней мощности превышающей 150 Вт при f=50 Гц. Расходимость лазерного излуче­ния плавно возрастает от 0.5*10-3 рад при f=1-5 Гц до 10-12 рад при f=25-50 Гц. Использовались полимер-кварцевые световые с численной апертурой NAF =0.32 и кварц-кварцевые световоды с NAF =0.22. Диаметр светопроводящей сердцевины световода составляет 600 нм. Лазерный пучок вводится в световод линзой с фокусным расстоянием F=3 мм. Эксперименты показали, что для на­дежного ввода излучения в световод необходимо использовать пространствен­ный фильтр В, состоящий из двух просветленных линз 9 и 11 с фокусным рас­стоянием F=30-50 см. и массивной диафрагмы 10, выполненной для эффектив­ного отвода тепла из алюминия. Роль пространственного фильтра состоит в том, что он устраняет из углового состава излучения всегда присутствующие слабые боковые компоненты, распределение которых хаотично меняется от импульса к импульсу, и присутствие которых ведет к возгоранию полимерной оболочки световода. Кроме того, применение пространственного фильтра формирует жесткую диаграмму направленности лазерного излучения, хорошо согласованную с входным торцом световода, что дополнительно повышает на­дежность работы лазерной системы. Необходимо отметить, что для полимер кварцевых световодов численная апертура NAF, измеренная для низкоинтенсивного излучения, существенно уменьшается при прохождении через световод мощного лазерного излучения в результате нагрева тонкого полимерного слоя, наносимого на кварцевую сердцевину для обеспечения полного внутреннего отражения, и соответствующего уменьшения показания преломления. Это является причиной того, что численная апертура лазерного пучка NAL должна быть существенно меньше численной апертуры NAF для световода. Когда все перечисленные меры предприняты, пропускание световода составляет 92%, что соответствует потерям на отражение на входном и выходном торцах световода. Наличие пространственного фильтра гарантирует надежную работу лазерной системы, при всех частотах следования лазерных импульсов.