Методика коррекции прикуса зубочелюстной системы человека на основе биомеханического моделирования



Скачать 59,81 Kb.
Дата22.06.2015
Размер59,81 Kb.
МЕТОДИКА КОРРЕКЦИИ ПРИКУСА ЗУБОЧЕЛЮСТНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ БИОМЕХАНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.Н. Никитин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
nikitinvladislav86@gmail.com
Аннотация. Изменения зубочелюстной системы человека влияют на все процессы и системы в организме. В рамках концепции «Виртуальный физиологический человек» и персонифицированного подхода строится модель взаимосвязи изменений прикуса, височно-нижнечелюстного сустава и мозгового кровоснабжения. В работе уточняется существующая в практике методика коррекции прикуса путем введения количественных оценок состояния диска височно-нижнечелюстного сустава и мыщелка нижней челюсти, и тем самым выбором конкретных параметров из диапазона их физиологических значений. Для этого ставится задача о напряженно-деформированном состоянии этих объектов, состоящая в том, что напряжения не должны превышать заданных пределов.
Работа поддержана грантом РФФИ № 15-01-04884-а.
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


  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.


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница