1. Введение
2. Актуальность
3. Обзор существующих систем
4. Цель и задачи
5. Данные, используемые в диагностике
6. Решение поставленных задач и планируемые результаты
7. Заключение
8. Литература

Введение

      Стоматология является довольно хорошо компьютеризированной областью медицины. Сейчас используются передовые технологии в таких разделах стоматологии как протезировании, имплантация, а также «компьютерный дизайн улыбки». С появлением и внедрением в повседневную практику надежных адгезивных материалов и методик наступила поистине новая эра современной стоматологии, в которой здоровье и функция являются уже далеко не единственными ориентирами, как для врачей, так и для их пациентов. Развивающееся невиданными ранее темпами направление, которое общепринято называть косметической или эстетической стоматологией, в настоящее время включает в себя расширенные знания и методы, относящиеся к стоматологическому «внешнему виду».[1]

Актуальность

    На первый взгляд, эстетика может показаться областью, к которой не применим диагноз. Стоматологический внешний вид довольно субъективен и не так легко поддается анализу на основе научных критериев и диагностических принципов. Однако, современный уровень знаний позволяет дать однозначный ответ: параметры эстетики познаваемы и могут быть выражены количественно. С древних времен великие ученые, скульпторы и художники решали проблему определения пропорций идеального тела человека и лица. Как выглядит идеальная улыбка глазами стоматолога? Красивая улыбка — это гармония размера, расположения и цвета зубов, их пропорции и симметрии относительно друг друга и окружающих их элементов. Для определения идеальной улыбки учитываются взаимоотношения между всеми компонентами. Однако возникает вопрос, как объективно оценить результат проведенного лечения пациента с эстетической точки зрения.

Обзор существующих систем

    В настоящее время компьютерные информационные технологии прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Процессы построения концепции и изготовления, руководимые компьютером, уже давно внедрены в индустриальный сектор. Неудивительно, что прорыв компьютерных технологий во все отрасли производства начал захватывать и стоматологию. Сегодня системы CAD/CAM по-настоящему входят в стоматологию.

    Процесс CAD/CAM (Computer Aided Design - Computer Aided Manufacture) включает в себя получение исходных данных с помощью цифрового объемного сканирования, передачу их на компьютер и обработку с последующим изготовлением на станке-автомате, управляемом этим же компьютером.[2]

Таким образом, полная система должна включать 3 элемента:
1. 3D (то есть трехмерный) сканер;
2. компьютер, обрабатывающий информацию и производящий моделировку будущего протеза;
3. станок-автомат с компьютерным управлением, изготавливающий реставрацию.

Мировой обзор

    CERCON, фирма DEGUSSA, Германия. 3D сканер производит прямое оптическое измерение восковой композиции снаружи и изнутри. Сканер позволяет разрешение до 800 000 точек на мм2 при сканировании мостовидного протеза. Область применения: только каркасы одиночных коронок и мостовидных протезов фронтальной и боковой областей из 4-5 элементов. Применяемые материалы: спеченные блоки оксида циркония ZrO2 или оксида иттрия Y2O3; возможно изготовление мостовидных протезов протяженностью до 38 мм, что покрывает 90% клинических случаев.

    CEREC in LAB, фирма SIRONA, Германия. Эта система создана для зуботехнических лабораторий, ориентированных на технологию CEREC. Технология CEREC была создана в 1988 году и предназначена для изготовления одиночных реставрационных элементов исключительно на клиническом приеме. Лабораторная версия CEREC in LAB включает компьютер и фрезеровочную установку, оснащенную лазерным щупом для исследования и сканирования модели. Область применения: каркасы одиночных коронок и мостовидных протезов из 3 единиц. Применяемые материалы: керамические блоки VITABLOCS (Vita), ProCAD (Ivoclar), циркониевая керамика. [2]

    DCS PRECIDENT, фирма D.C.S. AG, Швейцария. Эта система существует уже 12 лет, в продаже с 1993 года. В мире уже 120 зуботехнических лабораторий оснащены этой системой. Интерфейс моделирования: при моделировании можно изменять толщину стенок каркаса, оформление края реставрации (гирлянда), толщину и форму промежуточных частей мостовидного протеза, площадь сочленения элементов, толщину слоя фиксирующего материала. Область применения: коронки и каркасы мостовидных протезов любой протяженности, лимитированные только толщиной блока того материала, который подвергается фрезеровке. Перспективы: разработчик предполагает развить компьютерную технологию до возможности управления функциональным моделированием окклюзионной поверхности фрезеруемых элементов. [2]

    DIGIDENT, фирма GIRRBACH DENTAL, Германия. Система доступна на немецком рынке уже 3-й год, на европейском рынке - с 2000 года. Позволяет с помощью компьютерного моделирования реализовывать практически все манипуляции, которые производятся при помощи классического моделирования воском. Любой элемент (коронка, мостовидный протез, каркас могут иметь любую заданную толщину. Система включает возможность управления моделировкой окклюзионной поверхности либо с помощью сканирования зубов-антагонистов, либо с помощью сканирования силиконового прикусного блока, либо по среднеанатомическим параметрам. Окклюзионные контакты моделируются соответственно пожеланиям стоматолога. Можно управлять почти всеми параметрами изготавливаемых реставраций: толщиной, контактными пунктами, площадью сочленения элементов. Область применения: каркасы или полностью анатомические одиночные коронки, мостовидные протезы, протяженностью до 8 элементов, фронтальной и боковой области, вкладки. [2]

    PRO 50, фирма CYNOVAD, Канада. На стоматологическом рынке система находится с 2001 года. Сканер с хроматической кодировкой разработан специально для увеличения прецизионности считывания информации. Базирующийся на принципе дифракции света, он позволяет точнее исследовать зоны поднутрения, куда затруднен доступ простого лазерного анализатора. Другое достижение: сканирующий световой пучок прямой, а не расходящийся и, таким образом, не деформирующийся. Интерфейс моделирования оператора: возможность моделировать полную анатомическую форму элементов, каркасов с гирляндой, каркасов с анатомической жевательной поверхностью. Окклюзионное моделирование статичное, но в будущем добавится динамическое. Область применения: каркасы и мостовидные протезы из 3-4 элементов фронтальной и боковой групп зубов, вкладки типа инлей/онлей, полные анатомические коронки и мостовидные протезы, каркасы с гирляндой и анатомической жевательной поверхностью. В принципе, ничто не лимитирует изготовление конструкций большей протяженности. Перспективы: возможность функционального моделирования окклюзионной поверхности в динамике. Применяемые материалы: титан, золото, керамика на основе литиум дисиликата, цельнокерамические каркасы и коронки. [2]

    МЕДКАРТА («Юг Софт») - стоматологический офис, включающий картотеку пациентов, ведение медицинской документации, хранение и обработку рентген снимков, склад медикаментов, отчеты о работе клиники. Программа MEDKARTA обеспечивает:

    Можно пробовать определить, соответствует ли улыбка «идеалу», по таким количественным характеристикам:

1. Проходящая между центральными зубами линия, должна быть строго вертикальна и параллельна линии А. Она может не совпадать с ней. Считается допустимым [4], если расстояние между ними достигает 3,5 мм.

2. При приоткрытой ротовой полости из-под верхней губы выступает 1-2 мм верхних центральных резцов. При слабой улыбке 3-4 мм центральных резцов видны из-под верхней губы. [2]

3. Стандартные размеры центрального резца определяются так называемым правилом «1 к 16».[5] Правило гласит, что идеальная высота центрального резца составляет 1/16 часть расстояния от середины линии В.

4. Ширина верхних центральных резцов должна составлять 75-80% от длины, а ширина верхних боковых резцов — 70-80% от ширины верхних центральных.

5. Гармоничность сочетания кривизны режущего края передних зубов верхней челюсти с верхней границей нижней губы выполняется при соотношении 1,00/1,25.[6]

6. Толщина коронки центрального верхнего резца в пришеечной области — около 6-7 мм, в средней части — около 4 мм, у режущего края — около 2 мм. Длина коронки — 10,5 мм, ширина — 8,5 мм.

7. Клыки должны быть симметричны. Самые дальние из них не должны быть видны при улыбке.

8. Зубы примыкают друг к другу. При этом выступающие контуры должны быть параллельны.

9. Ширина улыбки должна заполняться зубами. При максимальной улыбке должны быть темные треугольники в углах рта, а при смехе и разговоре — небольшое темное пространство между параллельными зубными рядами.

10. При полной улыбке коронки верхних передних зубов должны целиком обнажаться. В идеале линия десны повторяет контур верхней губы.

    
    

Решение поставленных задач и планируемые результаты

    Как было сказано ранее, входной информацией для системы является цифровая фотография пациента, которая может быть выполнена цифровым фотоаппаратом или отсканирована. Прежде чем проводить измерения необходимо подготовит изображение.

Фильтрация

    Обычно изображения, сформированные различными приемными и сканирующими устройствами, искажаются действием помех. Это затрудняет как визуальный анализ, так и автоматическую обработку. Ослабление действия помех достигается фильтрацией. При фильтрации яркость каждой точки, искаженной помехой, заменяется некоторым другим значением, признанным искаженной в меньшей степени. Введем понятие аппертуры фильтра.

    Аппертура фильтра - это размер окна (части изображения), с которым фильтр работает непосредственно в данный момент времени; окно это постепенно передвигается по изображению слева направо и сверху вниз на один пиксель (то есть на следующем шаге фильтр работает с окном, состоящим нетолько из элементов исходного изображения, но и из элементов, ранее подвергнувшихся преобразованию).

    Поскольку для цифровых систем передачи и хранения изображений характерен импульсный шум, для фильтрации изображения предлагается использовать медианный фильтр, т.к. он особенно эффективен в случае импульсного шума. Характерной особенностью медианного фильтра является сохранение перепадов яркости (контуров). Медианный фильтр реализует нелинейную процедуру подавления шумов. Он представляет собой скользящее по полю изображения окно, охватывающее нечетное число отсчетов. Центральный отсчет заменяется медианой всех элементов изображения, попавших в окно.[7]

x(n1, n2 ) = med [y (n1+ k1, n2+ k2 ): (k1, k2) из области W]

Оконтуривание

    Выделение контуров производится для того, чтобы легче было проставлять ориентирные линии и проводить измерения. Оконтуривание будет выполняться методом Собеля. Этот метод работает с двумерной апертурой размером 3х3.

    Сначала находятся переменные X и Y:

X=(A3 + 2*A4 + A5) - (A1 + 2*A8 + A7)

Y=(A1 + 2*A2 + A3) - (A7 + 2*A6 + A5)

    После находится новое значение центрального элемента:

    Для получения более точной оценки и удобства работы с изображением в программе будут предусмотрены такие процедуры, как контрастирование, изменение яркости и масштабирование. Любое изображение в цифровом формате представляет собой три двумерных массива по каналам RGB(где значения соответствуют яркости компоненты) или может быть приведено к таковому.

    Яркость точки находится по следующей формуле:

Y = 0.3*R+0.59*G+0.11*B

Изменение яркости:

    Повышение/снижение яркости – это, соответственно, сложение/вычитание значения яркости с некоторым фиксированным значением (также в пределах от 0 до 255); при этом обязательно контролировать выход нового значения канала за пределы диапазона.

Изменение контраста:

    Повышение/снижение контрастности – это, соответственно, умножение/деление значения яркости на некоторое значение (в том числе действительное), что приводит к более чётким яркостным границам. Однако, из свойств восприятия следует, что изменение контрастности не должно приводить к изменению средней яркости по изображению, поэтому пользуются следующей формулой:

NY =K*(Y-dY)+dY,

где NY – новое значение, K – коэффициент контрастности, Y – текущее значение, dY – среднее значение по изображению (таким образом, алгоритм является двухпроходовым).[8]

Масштабирование:

    Масштабирование относится к геометрическим преобразованиям, то есть значения точек (пикселов) не изменяется, однако изменяется их положение в двумерном пространстве. При масштабировании матрицу (таблицу) размера х1,у1 необходимо привести к другой матрице размера x2,y2. Сначала создается новая матрица нужных размеров, затем вычисляются коэффициенты для каждой из координат. После этого для каждой точки новой матрицы находится соответствующая в старой.

Заключение

    В настоящее время компьютерные информационные технологии прочно вошли в нашу повседневную жизнь. Процессы построения концепции и изготовления, руководимые компьютером, уже давно внедрены в индустриальный сектор. Неудивительно, что прорыв компьютерных технологий во все отрасли производства начал захватывать и стоматологию. Сейчас применяются передовые технологии при протезировании и имплантации зубов. Эстетический внешний вид играет немаловажную роль в жизни любого человека. Необходимо нетолько комфортно себя чувствовать, но и быть уверенным в себе, что невозможно без красивой улыбки. Разрабатываемая программа поможет качественно оценить улыбку и максимально приблизить ее к идеалу.

Литература

1. http://www.medikal.ru/stomatology/pats/?cont=article&art_id=5031

2. http://www.edentworld.ru/cgi-bin/info/lib.pl

3. http://www.tsrv.ru/~ygag/

4. http://www.e-stomatology.ru/ pressa/periodika/ zub_mudrosti/ 2_2001/ 2_2001.html

5. http://www.orthopediya.ru/8/article/7.html

6. http://www.stomatolog.com.ua/pages/pacient/dizajn_ulibki.shtml

7. В.А. Сойфер «Компьютерная обработка изображений». Часть 2. Методы и алгоритмы. Соросовский образовательный журнал. Том 3, 1996, стр 110-121.

8. http://www.sati.archaeology.nsc.ru/gr/texts/image_process/index.html