Математическое моделирование в армирующей стоматологии

1. Тематическая конференция«Применение инновационных технологий в медицине: возможности малого и среднего предпринимательства с учетом опыта России и ЕС»Москва, МГИМО (У) МИД России 08 апреля 2012 г.Секция 3: Инновационные технологии в стоматологии Математическое моделирование в армирующей стоматологии Гаврюшин Сергей Сергеевич зав. кафедрой МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н. профессор. Давыдова Ксения Игоревна - врач стоматолог.ООО “Д Вита Дент”

2. Наиболее значимые достижения мирового уровня в области высокотехнологичных медицинских операций ассоциируются с разработкой специальных программно-аппаратных систем, получивших наименование ComputerAided (или Assisted) Surgery (сокращенно - CAS системы). • CASсистемы предназначены для автоматизации проведения диагностических процедур, предоперационного планирования, тренинга хирурга-оператора, непосредственно хирургического вмешательства и интраоперационного сопровождения. • Использование CAS систем позволяет добиться значительного повышения эффективности работы хирурга за счет научно-обоснованного учета индивидуальных особенностей пациента, оптимизации операционного процесса и минимизации хирургического вмешательства. • В настоящее время для проведения диагностики и малоинвазивной хирургии, в том числе, для эндовазальных операций, активно используются микроробототехнические системы.

3. Области применения CAS систем нейрохирургия Суставная артропластика ортопедия офтальмология Спинальная хирургия Сосудистая хирургия Челюстно-лицевая хирургия и стоматология Медико- технологические системы поддержки хирургического лечения Динамика роста внедрения МИС К медико-технологическим системы поддержки хирургического лечения относятся CAS (Computer Aided Surgery) системы, задачей которых является планирование результатов хирургического вмешательства

5. Различия в особенностях самих моделей Какая из моделей сложнее? Отличия:

6. Имеется положительный опыт использования методов математического моделирования для анализа ряда биомеханических конструкций. Ортопедические конструкции Протезные конструкции с опорой на внутрикостные имплантаты Расчет и оптимизация конструкций имплантатов, аттачманов, бюгелей и других элементов супраструктуры. Реконструкция и реставрация зубов

7. Компьютерная томография. • физический принцип: явление затухания рентгеновского луча при прохождении через вещество. • измеряется: радиационная плотность вещества, близкая его физической плотности • + высокая скорость сканирования • + более простое и компактное оборудование (особенно с помощью Конусно-лучевых рентгеновских компьютерных томографов (CBCT, CBVT)) • + возможно сканирование объектов, содержащих магнитные материалы • - риски, связанные с облучением пациента (особенно в случаях, когда необходимо выполнить ряд сканирований в течение короткого срока) • Магнитно-резонансная томография. • Физический принцип: явление ядерного магнитного резонанса. • измеряется: концентрация свободных протонов (воды), жира и др. параметры • + отсутствие ионизирующего излучения • + большая гибкость: возможна визуализация распределения целого ряда параметров и процессов • - существенно более высокие стоимость, габариты и сложность оборудования. • объект не должен содержать элементы, выполненные из магнитного веществаю • Хранение и передача данных. • Универсальный стандарт DICOM, в котором записываются изображения, позволяет хранить как графическую, так и служебную информацию (сопровождающие данные) снимка.

8. Реальная клиническая ситуация содержит большой объем информации, что приводит к необходимости автоматизации работы. • На послойных растровых изображениях, полученных при помощи компьютерной томографии, выделяются области, соответствующие различным тканям • Затем на основе этой информации строятся твердотельные геометрические модели челюсти

9. Построение геометрической модели на основе компьютерного томографирования Преобразование растрового формата в векторный формат Послойные растровые изображения Генерация сетки конечных элементов Построение твердотельной пространственной модели

10. Этапы построения конечно-элементной модели зуба Растровая модель Твердотельная модель + Конечно-элементная модель 10 Виртуальное препарирование

11. Программное обеспечение, используемое при анализе. * разрабатывается

12. Методикапреобразования данных КТ в биомеханические данные Сканирование областей интереса и постпроцессорная подготовка данных КТ Численный расчет биомеханических характеристик L-R интерпретация Сегментация областей с одинаковыми биомеханическими свойствами Дополнительные данные Медикобиологические: Состояние белковой матрицы: старение белка: % содержания жира; Размер трабекул; … Инженерные: Мощность излучения; Режимы сканирования; … Биомеханические данные лабораторных исследований

13. Физико-механические свойства материалов • Линейно-упругая модель • Нелинейные модели • Композиты • Метаболические свойства живых тканей

14. Нагрузка и условия закрепления • Силовое (статическое) нагружение • Кинематическое нагружение Таблица 2. Экспериментальные данные о величинах максимальных сдавливающих сил Таблица 3. Предельно-допустимые значения силовых факторов для имплантатов

15. Соединительный слой

16. Соотношение толщины соединительного слоя и габаритных размеров конечных элементов исходной модели Формирование соединительного слоя Исходное состояние Результаты построения при различных толщинах соединительного слоя Малая толщина соединительного слоя Средняя толщина соединительного слоя Большая толщина соединительного слоя, превышающая высоту тетраэдрального элемента

17. Примеры армирования конструкций Армированное стекло Строительство Машиностроительные изделия Косметическая медицина Дорожные покрытия

18. Экспериментально-теоретическое исследования прочностных свойств армированного композиционного образца в зависимости от расположения армирующей сетки

19. Чемобусловленэффектотармирования? Эффективность армирование основана натрех основополагающих моментах - перераспределение функциональных нагрузок, приводящее к разгрузке критических зон, снижениеуровня неблагоприятных растягивающих напряжений и сопротивление росту микротрещин, препятствующее появлению магистральных трещин, являющихся причинами возникновения сколов и отколов. 1,Армирующаясетка позволяетперераспределить напряжения от функциональной нагрузки, снижая тем самым уровень напряжений в критических зонах – зонах адгезии, а также защищая конструкцию от действия неблагоприятных контактных напряжений. 2.Армирующая сетка принимаетнасебярастягивающиенапряжения, которыедлякомпозиционного материала , в силуегофизико-механическихсвойств, наиболееопасны. 3.Наличие армирующей сетки препятствует (оказывает сопротивление) росту микродефектов, изначально присутствующих в композитной реставрации, уменьшая тем самым риск отколов и сколов.

20. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !