Этими винтами хочется попадать в нужное место кости очень точно и под очень правильным углом.
Привет, Хабр! Меня зовут Гусейн, я стоматолог, который специализируется на сложной ортодонтии — перемещении зубов. В общем, я в соавторстве ещё с парой итальянских коллег и одним немецким изобрёл математическую модель расчёта оптимального места под винты, которые мы вкручиваем в нёбо, используя их как опору для аппаратов. И такой метод их вкручивания, что врачу не остаётся почти никакого шанса на ошибку. И техническую реализацию всего этого.
Коротко это выглядит так: делаем оптический слепок рта внутриротовым сканером изнутри, накладываем поверх этого данные КТ, загоняем в аналог Архикада для ортодонтов (Dolphin), совмещаем, рассчитываем оптимальное место для имплантов — мини-винтов, печатаем навигационный шаблон из пластика и выпекаем лазером аппарат, потом вставляем одно в другое, потом вкручиваем это в пациента и радуемся. Получается идеальная точность. А это, знаете ли, важно, когда вы решаете взять и раздвинуть кости черепа ребёнку.
Зачем раздвигать нёбо ребёнку? Потому что так получилось, что детям нужно дышать. И иногда из-за неправильного развития мышц или генетики нёбо получается не той формы, чтобы кислород в достаточном количестве попадал к мозгу. Ребёнок начинает отставать в развитии и приобретает вид юного алкоголика (я имею в виду мешки под глазами).
Раньше винты вкручивали на глаз, и это было более травматично и немного неточно. Чуточку. Раз в пять. Под катом будет несколько фотографий фрагментов головы человека с не совсем привычных ракурсов, поэтому, если вы кушаете, то, возможно, стоит сначала доесть, а потом открывать пост.
А я предупреждал! Вот нёбный расширитель:
Винты сверху в кости и молочные зубы по бокам — это точки крепления. Устройство с винтовым механизмом в середине двигает кости, создавая давление примерно две недели.
Что вообще происходит
Я работаю в клинике «Белая радуга» в Москве и преподаю в Италии. Клиника в Москве входит в верхние 2 % самых технологических стоматологий мира. Мы решаем разные проблемы, адаптируя то, что изобретают учёные в других областях науки. То есть я занимаюсь предельно прикладными аспектами медицины, инженерии и разработки. Я детский ортодонт, хирург со степенью Phd и Msi Sapienza university. Ещё я участвовал в разработке разного софта для клиник по всему миру, но при этом я не разработчик. Я умею писать скрипты, умею строить математические модели для биомеханики, умею описывать то, что мне нужно как врачу, то есть скорее выступаю в роли аналитика. Одна из самых интересных задач, которую мы решали за последние годы, — это снижение рисков при установке нёбных имплантов у детей. Сейчас постараюсь рассказать, что для этого нужно. Моя прикладная область называется «Навигационная ортодонтия», и в 2022 году у меня выходит научная публикация в Американском журнале ортодонтии и челюстно-лицевой ортопедии (AJO-DO).
Зачем вообще вкручивать винты детям в нёбо
Потому что верхняя челюсть становится иногда слишком узкой. Это влияет на положение зубов, прикус, положение костей черепа, создаёт проблемы в шее и ещё мешает дышать.
Всё это случается потому, что мы едим слишком мягкую пищу. С момента, когда человек изобрёл огонь, стоматологи начали жаловаться на прогресс. Мягкая пища означает ослабление мышц. Я видел реконструкцию процесса жевания у наших предков — первобытных людей: у них в процессе пережёвывания были задействованы даже мышцы шеи, плеча (!) и височные сразу. Сейчас можно посмотреть нечто отдалённо похожее в Австралии, где аборигены едят кенгуру на камеру.
Сильные мышцы формируют строение черепа, выступая такими «растяжками» где нужно. Тысячелетия эволюции на мягкой пище привели к тому, что теперь примерно у 80 % детей есть врождённая тенденция к зауженной верхней челюсти. Это само по себе ещё не проблема, потому что «тенденция» не означает, что челюсть будет узкой. Важно, какую пищу потребляет ребёнок, пока растут кости его черепа. В некоторых случаях получается так, что долгое пользование соской, неправильные привычки и много-много готовых смесей не дают мышцам развиться правильно.
Итог — верхняя челюсть получается уже, чем нужно физиологически. Само по себе это обычно создаёт только проблемы с неверным прикусом, потому что зубам мало места на челюсти. В лёгкой форме это приводит к эстетическим нарушениям вроде скученности зубов. Когда у девочки получается асимметричное лицо, это родители обычно замечают. У мальчиков — реже. С точки зрения медицины такие формы можно не исправлять.
Дальше — интереснее. Если продолжить сужать челюсть, то это будет означать высокое нёбо, которое образует такую горку, упирающуюся в верхние дыхательные пути. Весь тот объём, который «поднялся вверх», означает сужение дыхательных путей. Следствие — развивается ротовое дыхание, то есть без носа. Рот сделан не для того, чтобы дышать, точнее, это в нём не главное. Дышать надо носом. Ротовое дыхание приводит к большему количеству болезней (особенно при сухом воздухе). Холодный воздух попадает в дыхательные пути без полной подготовки, без иммунного воздействия и очистки. Такие дети иногда дышат только ртом: видели когда-нибудь, как ребёнок часами и днями сидит с открытым ртом? Пациенты с лёгкой и средней стадиями стали попадать ко мне только в последние годы. До этого чаще всего родители приводили детей с тяжёлой стадией.
Тяжёлая стадия — это когда кислорода попадает в мозг уже настолько мало, что это прямо заметно. И не по успеваемости в школе, а по мешкам под глазами (как будто ребёнок не спал). Это связано с тем, что в верхних дыхательных путях есть соединение с фронтальным синусом, который прямо влияет на оксигенацию мозга. Ребёнок страдает постоянными ринитами, постоянно сидит с открытым ртом, плохо бегает (мягко говоря), у него обычно удлинённое лицо и маленькие ноздри, по ночам он плохо спит и часто скрежещет зубами. Если вы сейчас вдруг начинаете думать про свою оксигенацию или оксигенацию своих детей (привет искривлённым перегородкам носа), то успокойтесь: этот диагноз заметен сразу. Если вы дочитали аж до этого места без того, чтобы отвлечься поспать от напряжения, — у вас этого нет.
Так вот, лечение довольно простое. Нужно взять железку, упереть её в нёбо и растянуть его в стороны. Занимает это примерно две недели, потому что достаточный уровень давления на пластичные детские кости позволяет в три–пять–семь лет сделать это очень просто и быстро.
Вот эта «щель» у детей спокойно зарастает сама, и зубы сдвигаются, закрывая щель. Свистеть и плевать удобно только около месяца, потом там образуется совершенно нормальная ткань, и выглядит всё эстетично. Потому что там очень хорошо работает естественная регенерация. Ниже покажу наблюдения за пациентами, там это будет хорошо видно. У взрослых тоже регенерирует, это часто используется в пластике лица для исправления подбородка и овала лица в целом.
Естественно, что эта железка создаёт давление не только на нёбо, но и на точки опоры. И есть ситуации, когда опираться на молочные зубы означает вывернуть всю челюсть. С инженерной точки зрения было бы замечательно помещать голову ребёнка во внешний металлический каркас и опираться на него, но это малореалистично.
Поэтому давайте переедем к практическим аспектам крепления импланта — не нового зуба, а мини-винта, который будет вкручен в кость, чтобы создать точку опоры в ротовой полости. На него встанет аппарат, который будет раздвигать нёбо.
Начинается лечение
Узкая верхняя челюсть также означает меньшее место для зубов. То есть они будут скручены и вверху, и внизу. Потому что нижняя челюсть «подстраивается» под верхнюю. Щёчный наклон задних зубов на 1 градус равняется 0,8 миллиметра по альвеолярной дуге. Поэтому очень хорошо, когда получается за одно вмешательство не только исправить нёбо, но ещё и не создать повода для трёх новых вмешательств. То есть если можно закрепить аппарат так, что создаваемое им давление на зубы не ухудшит ситуацию с ними, а улучшит, — это отлично!
В пять–девять лет идеально ставить конструкцию на молочные зубы. Мы с коллегами рассчитали биопору, когда она фиксируется не на два зуба, а на четыре, что позволяет не выталкивать зубы за пределы кости, что впоследствии создаёт дополнительные сложности. Молочные зубы, конечно, немного вращаются, но их после лечения можно просто выкинуть в тазик. Потому что они молочные, и на их место придут потом нормальные постоянные.
Младше пяти лет вмешательство проводится крайне редко. Старше девяти лет нужны дополнительные точки опоры, потому что, даже если есть молочные зубы, то они обычно не подходят: корни уже рассосались или почти рассосались. Но это зависит от конкретного пациента; конечно, иногда и в 11 лет можно опереться на молочные зубы.
Само расширение идёт 10 дней, но опора стоит восемь месяцев, чтобы костная ткань полностью регенерировала и наросла.
Современная медицина направлена на супернеинвазивность. Мы предотвращаем коллатеральные эффекты. Давление 500–600 Ньютонов в течение восьми месяцев выталкивает постоянные зубы за кортикальную кость.
Иногда приходят дети без молочных зубов (то есть крепиться вообще не на что) — нам нужны клыки чаще всего. Иногда приходят взрослые, у которых к зубам крепиться нельзя. Иногда имеющиеся зубы не выдержат давления. Поэтому мы ставим два импланта-винта в нёбо и крепимся вот так:
Возможно, у вас уже возник вопрос, почему оптимальный выбор — именно ортодонтические импланты-винты. Дело в том, что дальше по коррекции они всё равно будут нужны — вращать моляры. Нет разницы, ставить на них конструкцию для расширения нёба, а потом — конструкцию для коррекции зубов либо придумывать косой способ закрепить нёбную конструкцию, а потом всё равно ставить винты для вращения зубов.
Поэтому мы просто убираем одну конструкцию для нёба. Модифицируем и ставим другую:
И вот так вращаем зубы, приводя их в физиологически правильное положение. В результате ребёнок нормально дышит, нормально жуёт, у него не выпячивается подбородок, не перекашивает лицо, и он счастлив. Особенно если сказать ему, что у других детей такой штуки нет и никогда не будет. Он ею в детсаду хвастается.
Теперь — сложности операции
Для взрослых мы делаем КТ с хорошим разрешением, затем получаем рендер ротовой полости и проектируем там конструкцию так, чтобы она идеально соответствовала взрослому. Лучевая нагрузка на нашем цифровом аппарате равняется примерно двум-трём часам полета в самолёте, то есть минимальная.
Если ставим ребёнку расширитель без мини-винтов, то можно обойтись только виртуальным слепком ротовой полости, но лучше иметь больше данных. Мы смотрим по конкретному случаю пациента. Если мини-винты нужны, то без томографии — никак. КТ помогает выбрать наиболее толстое место в кости подальше от сосудов.
Раньше использовали слепки. Их не любят пациенты из-за неудобства во время процедуры и рвотного рефлекса, а врачи — из-за низкой точности и увеличенных сроков реализации лечения. Мы используем фотограмметрию: вводим в рот сканер, он там снимает панораму 360 градусов, а потом по ней воссоздаётся 3D-объект.
Когда есть и КТ, и фотограмметрия, — это ещё лучше: так я проектирую очень сложные работы взрослым.
Совмещение трёх слоёв работает так: на КТ видны сосуды и кости, на фотограмметрии видны мягкие ткани и дентин, а моя модель имплантов совмещается с виртуальной ротовой полостью пациента.
Раньше эта модель печаталась на 3D-принтере, и потом вручную инженер в Италии изготовлял конструкцию. Коричневая штука в середине — это как раз распечатанная модель челюсти, к которой инженер приделывает то, что сделал сам:
Если ошибиться с углом входа винтов или их положением, то аппарат встанет криво и создаст неверное давление на зубы и кости. Поэтому чем точнее, тем лучше. Собственно, поэтому мы с коллегами решили делать навигационные шаблоны:
Это ещё одна деталь с 3D-принтера, которая соответствует нёбу и верхней челюсти. В ней два слота под винты-импланты. Я просто вкладываю её в рот пациенту и вкручиваю винты. Уверен, что с этим справится любой врач. Собственно, ради повышения качества операции мы это и делаем.
Проблема в том, что нужно иметь и импланты, и конструкцию, и навигационный шаблон сразу. Да, сегодня можно сделать диагностику, завтра — вкрутить только винты со слотами для крепления аппарата, а потом через пару недель поставить конструкцию. Но зачем, когда есть технология лазерного спекания металла?
Мы можем делать такое за сутки. Буквально. Днём — диагностика, потом — проектирование, проверка, спекание в лаборатории, навигационный шаблон на 3D-принтере, утром — установка мини-винтов и аппарата. Сейчас это дороже классического метода, но по мере развития софта и распространения устройств для получения изделий нужной формы будет дешевле. И в процессе на четыре визита пациента меньше.
В рамках эксперимента я попросил своего лучшего техника в Италии сделать конструкцию как можно быстрее. У нас было два пациента в один день, для одного делал работу робот, для второго — техник. Я сделал два похожих моделирования: один набор файлов ушёл технику, второй — в лабораторию к роботу. Техник сделал за три дня, потом ещё день проверял точность, потом сказал, что меньше чем за неделю больше делать не будет. Робот выиграл. Единственное, чего он не может, — это подправить изделие напильником, но это и не нужно теперь. Но иногда сочетание техника для суперсложных случаев с заготовкой от робота прекрасно работает.
Конструкции под молочные зубы делаются только роботом, дизайн с моим скриптом занимает около пяти минут. С микроимплантами всё ещё есть работа руками на сборку аппарата из нескольких деталей и крепление их друг к другу.
Ещё одна важная особенность уже для других операций — техник в любой точке мира может изготовить аппарат в программе и отправить мне файл, а я могу, получив файл в Москве, сделать изделие в лаборатории с лазерной пайкой. Приезжает через несколько часов.
Итог
Приходит ребёнок с родителями. Проводим диагностику, подтверждаем чаще всего либо синдром напёрстка, либо перекрёстный прикус слева или справа. Это показание на такое лечение. Проводим фотограмметрию сканером CEREC, изучаем все показания. Обсуждаем с родителями ход вмешательств. Немного пугаем счётом.
Затем выбираем метод крепления конструкции: биопора на молочные зубы, сложные способы на молочные зубы или на зубы и микроимпланты. Если импланты — проектируем их в виртуальной ротовой полости, затем моим софтом автоматически генерируется навигационный шаблон. Получаем из файлов шаблон на 3D-принтере и конструкцию на лазерном станке. При необходимости дособираем конструкцию. Ставим импланты, на них ставим конструкцию.
Контролируем пациента: обычно просвет между передними зубами закрывается через два месяца, тогда же кальцинируется разрыв сверху. Через восемь месяцев там нормальная костная ткань. Всё это время мы следим за тем, как изменяются носовая полость, дыхательные пути, как идёт репозиция верхней челюсти относительно черепа и как за ней следует нижняя, как идёт гармонизация лица за счёт правильной физиологии. У взрослых это убирает ещё и дисфункцию сустава, что снимает боль в шее. Правда, по опыту постоянная ноющая боль обычно беспокоит взрослых не так, как перекошенное лицо.
Примерно в 60 % случаев после окончания работ с нёбом нужна докоррекция одного или двух зубов. Если были импланты, то используем их же как точку опоры. Обычно отпиливаем задние лапки от расширителя и используем элемент как нёбную платформу.
Я один из четырёх разработчиков этой системы в целом (трое из нас — в Италии, один — в Германии). Мы сделали софт для расчётов, оценили все возможные варианты позиционирования микроимплантов, разработали моделирование навигационных шаблонов (методологию и воплощение в софте), разработали методику имплантации. Метод подходит для всех сложных случаев, когда кости мало, узкая челюсть, нет опорных элементов. Да, я специализируюсь на очень сложной имплантологии, но для подтверждения выводов группы относительно повышения качества работы с имплантами нужна статистическая достоверность, поэтому метод сейчас используется в клиниках Швейцарии, России, Италии и Германии, мы собираем числа. Как я уже говорил, публикация запланирована на 2022 год. На базе нашей платформы Simple Guide группа врачей-инженеров уже сделала SG 2.0 — это где техник полностью исключается. Мы сейчас работаем с ними, я правлю баги в расчётах для ряда исключений. Можно сказать, что я тот самый бешеный тестировщик, который видел самые редкие случаи в России, на пространстве СНГ и в Европе. Вот публикация 2008 года про первые методы расширения нёба с микроимплантами: «A Miniscrew System with Interchangeable Abutments», Journal of clinical orthodontics.
Результат будет плагином для Dolphin Imaging — это софт, который есть почти у каждого челюстно-лицевого хирурга и у некоторых ортодонтов, и я тоже вхожу в состав его разработчиков. Когда мы доделаем проект, то можно будет реализовывать весь цикл проектирования без обращения в чужие компании, всё делать внутри офиса как для двух имплантов, так и для четырёх микроимплантов. До нас никто никогда не делал таких процессов от диагностики до конца вмешательства за сутки.
Почему я публикуюсь не в РФ и веду исследование в основном не в РФ? Потому что мне нужен совершенно другой научный фреймворк, а наша система, увы, не приспособлена к современной медицине. Пожалуй, про это лучше расскажет мой коллега, собственно, владелец клиники, который сильно больше меня верит в науку в России. Но это — в следующий раз.
Так что приходите в гости. У нас есть винты.