способ разработки лечебной программы ортогнатической хирургии и соответствующие устройства

Формула изобретения

1. Способ выполнения антропометрического анализа, включающий следующие этапы:

получение трехмерной сканограммы головы человека, с помощью трехмерного медицинского моделирования изображений,

формирование трехмерной модели поверхности с использованием данных указанной трехмерной сканограммы,

формирование на основе указанной трехмерной сканограммы, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы, причем указанная, по меньшей мере, одна двумерная цефалограмма геометрически связана с указанной трехмерной моделью поверхности посредством указанной трехмерной сканограммы,

задание анатомических ориентиров, по меньшей мере, на указанной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограмме или на указанной трехмерной модели поверхности,

выполнение указанного антропометрического анализа с использованием указанных анатомических ориентиров.

2. Способ выполнения антропометрического анализа по п.1, в соответствии с которым указанное трехмерное медицинское моделирование изображений представляет собой визуализацию с использованием ядерного магнитного резонанса или компьютерную томографию.

3. Способ выполнения анализа по п.1, в соответствии с которым указанная трехмерная модель поверхности отображает поверхность костной структуры и/или оболочку мягкой ткани.

4. Способ выполнения анализа по п.3, дополнительно включающий этап визуализации указанной сформированной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы вместе с указанной трехмерной моделью поверхности в виртуальном пространстве.

5. Способ выполнения анализа по п.3, дополнительно включающий этап задания системы координат на основе анатомических ориентиров на голове человека.

6. Способ выполнения анализа по п.5, дополнительно включающий этап визуализации указанной сформированной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы вместе с указанной трехмерной моделью поверхности в виртуальном пространстве.

7. Способ выполнения анализа по п.1, дополнительно включающий этап создания отчета об указанном антропометрическом анализе.

8. Способ выполнения анализа по п.3, дополнительно включающий этап получения двумерных или трехмерных фотоснимков, на основе которых получают текстурированную трехмерную поверхность кожи.

9. Способ выполнения анализа по п.3, в соответствии с которым указанный анализ включает в себя определение линейных расстояний между двумя ориентирами или расстояния от ориентира до некоторой координатной плоскости.

10. Способ выполнения анализа по п.9, дополнительно включающий этап визуализации указанной сформированной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы вместе с указанной трехмерной моделью поверхности в виртуальном пространстве.

11. Способ выполнения анализа по п.3, дополнительно включающий этапы получения трехмерной сканограммы головы указанного человека, на котором закреплена трехмерная шина, и трехмерной сканограммы слепков верхней и нижней челюстей указанного человека, а также этап совмещения, на основе характеристик указанной трехмерной шины, указанной трехмерной сканограммы головы указанного человека с закрепленной на нем указанной трехмерной шиной и указанной трехмерной сканограммы слепков верхней и нижней челюстей указанного человека.

12. Способ выполнения анализа по п.11, дополнительно включающий этап визуализации указанной сформированной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы вместе с указанной трехмерной моделью поверхности в виртуальном пространстве.

13. Способ выполнения анализа по п.11, дополнительно включающий этап задания системы координат на основе анатомических ориентиров на голове человека.

14. Способ выполнения анализа по п.11, дополнительно включающий этап получения двумерных или трехмерных фотоснимков, на основе которых получают текстурированную трехмерную поверхность кожи.

15. Способ выполнения анализа по п.11, в соответствии с которым данные, полученные на основе указанной трехмерной сканограммы указанного человека с закрепленной на нем указанной трехмерной шиной, используют для формирования указанной трехмерной модели поверхности.

16. Способ получения информации для планирования репозиции костного фрагмента, включающий следующие этапы:

выполнение антропометрического анализа по любому из пп.1-15,

задание набора виртуальных положений указанного костного фрагмента, подлежащего репозиции, причем указанные положения задают на основе указанных анатомических ориентиров,

визуализацию результата по каждому из указанных виртуальных положений,

принятие решения, к какому из указанных наборов виртуальных положений указанного костного фрагмента, подлежащего репозиции, добавлять информацию о планировании, на основе указанного антропометрического анализа и указанной визуализации.

17. Способ получения информации для планирования по п.16, в соответствии с которым указанные виртуальные положения возникают при поступательном перемещении и/или повороте указанного костного фрагмента.

18. Устройство для антропометрического анализа, содержащее:

вычислительный блок, предназначенный для формирования трехмерной модели поверхности и, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы, причем указанная двумерная цефалограмма геометрически связана с трехмерной моделью поверхности, на основе данных трехмерной сканограммы,

средства визуализации для отображения двумерной цефалограммы и/или трехмерной модели поверхности,

и вычислительные средства для проведения анализа на основе анатомических ориентиров, предусмотренных на, по меньшей мере, одной двумерной цефалограмме и/или на трехмерной модели поверхности.

19. Устройство для антропометрического анализа по п.18, в котором указанные данные трехмерной сканограммы представляют собой данные компьютерной томографии или визуализации с использованием ядерного магнитного резонанса.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам определения формы черепа и мягких тканей, а также разработки лечебной программы челюстно-лицевой хирургии, в частности ортогнатической хирургии, и к устройствам, используемым в ходе таких хирургических операций или при подготовке к ним.

Современный уровень техники

В рамках челюстно-лицевой хирургии выполняют хирургическую коррекцию или восстановление черепа и зубного ряда. Эта хирургическая дисциплина охватывает оперативные вмешательства по исправлению, в частности, неправильного положения челюстей относительно друг друга, известна под названием «ортогнатическая хирургия». Как правило, проведение ортогнатической хирургии предполагает остеотомию верхней и/или нижней челюсти с целью правильной репозиции этих костных фрагментов относительно остальных частей черепа и получения надлежащей окклюзии. Остеотомия представляет собой хирургическую операцию, в ходе которой кости разрезают с целью укорочения, удлинения или изменения их рядов. Под «окклюзией» понимается характер смыкания зубов верхнечелюстной и нижнечелюстной дуг при закрытом положении рта.

Для подготовки к таким оперативным вмешательствам требуется применение некоторых ортодонтических и рентгенографических методов.

Ортодонтические методы

Изготавливают слепки нижнечелюстного и верхнечелюстного зубных рядов пациента. Затем эти слепки, выполненные обычно из гипса, устанавливают в специальный артикулятор, имитирующий височно-нижнечелюстные суставы и элементы челюстей. Слепки используют для имитации относительного смещения, которое необходимо придать челюстям с целью получения правильной окклюзии. Для того чтобы хирург мог поддерживать смоделированные относительные положения, изготавливают специальную шину, то есть пластину, имеющую на каждой из своих поверхностей отпечатки зубов с обоих слепков. Шину используют для поддержания слепков челюстей в тех относительных положениях, при которых имеет место окклюзия зубов.

Учитывая, что при оперативном вмешательстве обычно производят остеотомию обеих челюстей, из двух слепков делают, как правило, две шины в дополнение к так называемой исходной шине, которая соединяет обе челюсти в положении окклюзии перед оперативным вмешательством.

Используют также так называемую промежуточную шину, задающую желаемое смещение верхней челюсти относительно нижней, когда последняя находится в исходном (предоперационном) положении. Эта шина позволяет хирургу снова поместить верхнюю челюсть на черепе в нужное желаемое положение перед тем, как начинать действия с нижней челюстью. Кроме того, используют так называемую последнюю шину, которая служит для завершения хирургического решения проблемы достижения нужной окклюзии и обеспечивает таким образом правильное позиционирование нижней челюсти на черепе путем регулирования ее положения относительно ранее смещенной верхней челюсти.

Рентгенографические методы

Для подготовки к хирургической операции необходимы также рентгенограммы пациента. Как правило, делают рентгенограмму черепа (цефалограмма) в боковой проекции. Кроме того, иногда делают рентгенограммы в прямой и иных проекциях. С их помощью удается, в частности, выполнить приблизительное моделирование оперативного вмешательства.

Моделирование производят вручную, пользуясь калькой, наложенной на рентгенограмму. При этом наносят, например, анатомические ориентиры и вычерчивают контуры нижней челюсти. Затем смещают кальку для примерного воспроизведения на ней нужной послеоперационной окклюзии, после чего вычерчивают контуры верхней челюсти. Далее вычерченный на кальке верхне-нижнечелюстной комплекс смещают до получения единого блока с соблюдением цефалометрических стандартов, лабиальных (губных) пропорций и иных критериев, принятых в отношении подобных вмешательств. Благодаря этому с помощью рентгенографии удается приблизительно определить направление и амплитуду смещения челюстей. Затем с помощью шин производят сравнение и подгонку результатов этого моделирования в соответствии с относительным смещением нижней и верхней челюстей.

Таким образом, реальное моделирование ортогнатической хирургии выполняют, по существу, вручную. Кроме того, такое моделирование производится лишь в двух измерениях на основе плоскостной боковой проекции черепа.

Компьютерные томографы последнего поколения обеспечивают получение детальной трехмерной информации об анатомических особенностях пациента. Эти данные позволяют выполнить трехмерную реконструкцию костей и кожной поверхности. Костные фрагменты могут быть изолированы и смещены относительно друг друга. Это позволяет получить необходимую основу для компьютеризованной системы планирования операций ортогнатической хирургии. Однако имеющиеся на сегодняшний день алгоритмы трехмерных представлений поверхности не обеспечивают получение надлежащей структуры, которая включала бы анатомически релевантные эталоны, позволяющие клиницисту осуществить без труда и с высокой надежностью репозицию костного фрагмента в виртуальной трехмерной среде. Еще одна проблема связана с использованием трехмерных представлений поверхности, получаемых на основе компьютерных томограмм пациентов с амальгамовыми зубными пломбами. Амальгамовые зубные пломбы дают артефакты, проявляющиеся на компьютерных томограммах в виде полос. Если использовать компьютерные томограммы непосредственно в таком виде, окажется невозможным вычертить на трехмерном изображении точное положение зубов, необходимое для получения нужного прикуса.

В патенте WO 03/028577-A2 раскрывается устройство и способ изготовления шин, применяемых в ортогнатической хирургии. Это изобретение охватывает также способ создания компьютеризованной составной модели черепа, пригодной для диагностики и планирования лечения. В соответствии с этим способом создают трехмерную компьютерную модель костной структуры черепа пациента и цифровую компьютерную модель его зубного ряда, причем обе эти модели включают в себя один и тот же набор опорных маркеров.

Цель изобретения

Цель изобретения состоит в создании способа проведения цефалометрического и/или антропометрического анализа. Вторая цель заключается в создании способа разработки лечебной программы ортогнатической хирургии, включающей указанный способ проведения анализа. Еще одна цель - создание устройств, необходимых для реализации этих задач.

Предметом настоящего изобретения является способ проведения цефалометрического и/или антропометрического анализа, включающий следующие этапы:

- получение трехмерной сканограммы головы человека с использованием специального метода получения трехмерного медицинского изображения,

- формирование трехмерной модели поверхности с использованием данных этой трехмерной сканограммы,

- формирование на основе трехмерной сканограммы, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы, геометрически связанной с трехмерной моделью поверхности,

- задание анатомических ориентиров на, по меньшей мере, одной двумерной цефалограмме и/или на трехмерной модели поверхности,

- выполнение цефалометрического и/или антропометрического анализа с использованием анатомических ориентиров.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления средства получения изображения медицинского назначения представляют собой визуализацию с использованием ядерного магнитного резонанса или компьютерную томографию. Целесообразно, чтобы трехмерная модель поверхности отображала поверхность костной структуры и/или оболочку мягкой ткани.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления способ дополнительно включает этап визуализации указанной сформированной, по меньшей мере, одной двумерной цефалограммы вместе с трехмерной моделью поверхности в виртуальном пространстве.

Целесообразно, чтобы способ дополнительно включал этап определения системы координат на основе анатомических ориентиров на голове человека.

В соответствии со следующим предпочтительным вариантом на дополнительном этапе создается отчет о цефалометрическом анализе.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления способ дополнительно включает этап получения двумерных или трехмерных фотоснимков, на основе которых получают текстурированную трехмерную поверхность кожи.

Анализ, как правило, включает в себя определение линейных расстояний между двумя ориентирами, расстояния от ориентира до некоторой координатной плоскости, расстояния между ориентирами, спроецированного на некоторую плоскость, углов между ориентирами или плоскостями, вычисленных пропорций между этими размерами или расстояния между двумя точками вдоль некоторой поверхности или параллельно некоторой плоскости.

В соответствии со следующим вариантом осуществления способ включает этапы получения трехмерной сканограммы головы человека, на котором закреплена трехмерная шина. Кроме того, затем предпочтительно следует получить трехмерную сканограмму слепков верхней и нижней челюстей этого человека. Затем трехмерную сканограмму головы человека с закрепленной на нем трехмерной шиной и трехмерную сканограмму слепков верхней и нижней челюстей совмещают на основе характеристик трехмерной шины. Целесообразно, чтобы данные, полученные на основе трехмерной сканограммы человека с закрепленной на нем трехмерной шиной были впоследствии использованы для формирования трехмерной модели поверхности.

Другим предметом изобретения является способ получения информации для планирования репозиции костного фрагмента, включающий следующие этапы:

- выполнение цефалометрического и/или антропометрического анализа, описанного выше,

- задание набора виртуальных положений подлежащего репозиции костного фрагмента, причем указанные положения задаются на основе анатомических ориентиров,

- визуализацию по каждому из виртуальных положений результата репозиции костного фрагмента вместе с ориентирами на трехмерной модели поверхности и на двумерных цефалограммах,

- принятие решения об интраоперационной репозиции костного фрагмента на основе цефалометрического анализа и визуализации.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления виртуальные положения возникают при перемещении и/или повороте костного фрагмента.

Предметом изобретения является также устройство для цефалометрического и/или антропометрического анализа, включающее:

- вычислительный блок, рассчитанный на формирование на основе данных трехмерной сканограммы трехмерной модели поверхности и двумерной цефалограммы, геометрически связанной с трехмерной моделью поверхности,

- средства визуализации для отображения двумерной цефалограммы и/или трехмерной модели поверхности,

- вычислительные средства для проведения анализа на основе анатомических ориентиров, предусмотренных как минимум на одной двумерной цефалограмме и/или на трехмерной модели поверхности.

Данные трехмерной сканограммы предпочтительно представляют собой данные компьютерной томографии или визуализации с использованием ядерного магнитного резонанса.

Еще один предмет изобретения - трехмерная шина, предназначенная для использования в рамках описанного выше способа. Указанная трехмерная шина содержит U-образную часть, предназначенную для установки на верхнечелюстной и нижнечелюстной зубных дугах, и снабжена предусмотренной на U-образной части внеротовой или внутриротовой надставкой.

Наконец, последний предмет изобретения - программа, выполняемая в программируемом устройстве, содержащая команды, исполнение которых обеспечивают реализацию описанного выше способа.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано формирование виртуальной цефалограммы (в боковой проекции).

На фиг.2 показано задание системы координат на основе анатомических данных.

На фиг.3А и 3В показано задание анатомических ориентиров. Для точного определения точек используются как цефалограмма в боковой проекции, так и трехмерная модель костной поверхности.

На фиг.4 представлены результаты трехмерной цефалометрической регистрации.

На фиг.5 показаны смещающиеся костные фрагменты в процессе подготовки к ортогнатической хирургии.

На фиг.6 представлен желаемый результат ортогнатической хирургии.

На фиг.7 показано управляющее окно программы, в котором осуществляют смещение костных фрагментов.

На фиг.8А, 8В показано отслеживание перемещений ориентиров на виртуальных цефалограммах (фиг.8А) и на изображениях костной поверхности (фиг.8В).

На фиг.9 показана трехмерная шина сама по себе и в позиции между гипсовыми слепками зубного ряда. Для этой шины предусмотрена возможность совмещения с использованием свойств удлинительных элементов.

На фиг.10 показана трехмерная шина как сама по себе, так и в позиции между гипсовыми слепками зубного ряда. Для этой шины предусмотрена возможность совмещения с использованием гуттаперчевых маркеров.

На фиг.11-14 показаны функциональные схемы реализации способа, соответствующие различным вариантам, согласно изобретению.

На фиг.15 показана общая функциональная схема, объединяющая функциональные схемы, представленные на фиг.11-14.

Варианты реализации

Для выполнения качественного трехмерного цефалометрического анализа костной ткани и/или мягких тканей возможность индикации релевантных точек на одних только трехмерных структурах оказывается недостаточной. Требуемые для качественного трехмерного цефалометрического отслеживания точки, которые нечетко определяются на трехмерной структуре, присутствуют на двумерном изображении и наоборот. Настоящее изобретение как раз и описывает компьютеризованную систему, позволяющую решить указанную проблему.

В соответствии с изобретением предлагается способ переопределения системы координат для отображения трехмерной поверхности в анатомически релевантную систему координат. Такая анатомически релевантная система координат дает клиницисту возможность выполнить точный цефалометрический и/или антропометрический анализ, руководствуясь собственной интуицией. Кроме того, отображение трехмерной поверхности, включающее анатомически релевантную систему координат, имеет преимущество в том, что оно обеспечивает возможность виртуальной репозиции костных фрагментов относительно анатомически релевантных ориентиров, а это становится особенно выгодным при планировании оперативных вмешательств. Функциональная схема, где сведены воедино основные этапы способа согласно изобретению, приведена на фиг.11.

При получении изображений медицинского назначения под необходимыми средствами понимают аппаратуру или датчики различных типов, позволяющие получить изображения тела пациента. В данном конкретном случае примерами таких средств могут служить рентгенография, компьютерная томография, ультразвуковая эхография и визуализация с использованием ядерного магнитного резонанса.

Здесь раскрываются способ и устройство для выполнения трехмерного цефалометрического и/или антропометрического анализа, обеспечивающие возможность предоперационной оценки анатомических особенностей пациента. Устройство содержит компьютеризованную систему, которая визуализирует объемные изображения (например, объемные изображения, полученные при компьютерной томографии) и выведенные на их основе модели поверхности в сочетании с двумерными изображениями, выполненными в градациях серого, то есть виртуальными рентгеновскими изображениями, которые геометрически связаны с изображением, полученным при компьютерной томографии, и вычислены на его основе. Такая комбинированная информация предоставляет средство для эффективного и точного определения трехмерных анатомических параметров поверхностей черепа и мягких тканей пациента. Рассмотренная технология представляет собой сплав традиционной двумерной цефалометрической регистрации и трехмерной визуализации костной поверхности. Модель поверхности можно сформировать, пользуясь данными компьютерной томографии, как это описано в работе 'Marching Cubes: a High Resolution 3D Surface Construction Algorithm' by W.E. Lorensen, H.E. Cline (ACM Computer Graphics (ACM SIGGRAPH '87 Proceedings), vol. 21, по. 4, pp.163-169, July, 1987). Виртуальные рентгеновские изображения (цефалограммы) могут быть получены так, как это описано в работе 'Display of surfaces from volume data', Levoy M., IEEE Comput. Graph. Appl. 8, 3 (May 1988), pp.29-37.

Входной информацией для системы является трехмерная сканограмма пациента. Объемное изображение состоит из так называемых вокселов, то есть объемных элементов, каждый из которых фиксирует одно значение (например, уровень градации серого). Когда вокселы коробчатой формы организованы в трехмерный массив, они образуют полное объемное изображение. Исходя из этого объемного изображения можно строить трехмерную поверхность костной структуры и/или оболочку мягкой ткани. В случае необходимости можно добавить естественный вид (естественный тон и текстуру кожи) лица к кожной поверхности, полученной на основе данных компьютерной томографии, путем ввода дополнительной информации о цвете лица. Для достижения этой цели можно добавить к данным компьютерной томографии и зарегистрировать (см. функциональную схему на фиг.12) текстурированную трехмерную поверхность кожи, полученную, например, посредством трехмерной фотографии или лазерного сканирования. В качестве альтернативной методики можно использовать ряд двумерных фотоснимков, на основе которых осуществить перенос текстуры путем выравнивания модели кожной поверхности, полученной компьютерной томографией, с изображением на двумерном фотоснимке.

На начальном этапе клиницист задает или выбирает вид анализа. При цефалометрическом анализе производят измерения на уровне черепа пациента, а при антропометрическом - на уровне его кожи. Настоящее изобретение дает возможность выбора различных видов цефалометрического и антропометрического анализа или даже комбинации этих двух типов. В зависимости от выбранного вида анализа выявляют анатомические ориентиры, которые должен указывать клиницист, а также подлежащие вычислению размеры.

Перед тем как указать ориентиры, клиницист фактически помещает пациента таким образом, чтобы получить цефалограмму в боковой проекции (см. фиг.1), при этом он предпочтительно должен установить специальную анатомическую систему координат (фиг.2), заменяющую систему координат для данных компьютерной томографии. Кроме того, при необходимости можно получить цефалограмму в прямой проекции.

Анатомическая система координат представляет собой систему координат, связанную с анатомическими точками отсчета. Эта система координат состоит из горизонтальной, срединной и вертикальной плоскостей (фиг.2). Благодаря применению такой системы координат направления «вверх - вниз» и «влево - вправо» соотносятся с анатомическими особенностями пациента. Следовательно, ввод такой анатомической системы координат дает возможность беспрепятственной навигации среди виртуальных изображений.

В соответствии с одним из конкретных вариантов осуществления система строит такую анатомическую релевантную систему координат после того, как клиницист задал следующие анатомические ориентиры:

1) два (левый и правый) симметричных ориентира, например левый и правый лобно-скуловые швы;

2) назион (верхняя точка лобно-носового шва);

3) седло.

Горизонтальная плоскость определяется направлением, заданным в пункте 1, в сочетании с направлением назион - седло и проходит через седло. Срединная плоскость перпендикулярна горизонтальной плоскости, включает в себя направление влево - вправо и проходит через седло.

Вертикальная плоскость перпендикулярна срединной и горизонтальной плоскостям и проходит через седло.

Другая система координат может быть задана на основе одной только кожной поверхности:

1) два (левый и правый) симметричных ориентира, например зрачки;

2) на виде головы сбоку - направление зрачков, касательное к верхней границе уха;

3) точка мягкой ткани на лицевой срединной линии, например на мягкой ткани назиона.

Горизонтальная плоскость определяется направлениями, заданными в пунктах 1 и 2, и проходит через мягкую ткань назиона. Срединная плоскость перпендикулярна горизонтальной плоскости, включает в себя направление, заданное в пункте 2, и проходит через мягкую ткань назиона. Вертикальная плоскость перпендикулярна горизонтальной и срединной плоскостям и проходит через мягкую ткань назиона.

На следующем этапе задают анатомические ориентиры для анализа. Ориентиры представляют собой анатомические точки на твердых или мягких тканях. Они могут быть указаны на модели поверхности или на двумерной цефалограмме (см. фиг.3). Выбранные анатомические точки могут определять анатомическую плоскость, которая должна рассматриваться в качестве одного из анатомических ориентиров.

Наконец, производят вычисление различных размеров (расстояний или углов) и предпочтительно составляют отчет. Положение ориентиров можно регулировать. В число возможных определяемых размеров входят:

- углы между плоскостями (например, наклон франкфуртской горизонтали относительно горизонтальной плоскости системы координат),

- углы между спроецированными точками,

- линейные расстояния между двумя ориентирами; это может быть реальное расстояние между точками или расстояние до точек, спроецированных на координатных плоскостях: расстояния по высоте, ширине и глубине между двумя точками,

- расстояние от ориентира до плоскостей координат,

- пропорциональные размеры, которые позволяют вычислить пропорции между двумя размерами.

Примеры результатов анализа приведены на фиг.4.

Возможно задание нескольких типов цефалометрического анализа. При подготовке к проведению цефалометрического анализа какого-либо конкретного типа предпочтительно задают следующие элементы:

- использовать или не использовать системы координат, и если да, то какие именно,

- определяют ряд размеров между анатомическими ориентирами или анатомическими плоскостями; если в системе ориентир для данного размера еще не задан, то надо задать новый ориентир.

Можно также сгенерировать свободно ориентированные дополнительные виртуальные рентгеновские изображения.

Для обеспечения эффективности подготовки к репозиции костных фрагментов необходимо выполнить следующие требования к системе планирования ортогнатической хирургии:

- система планирования должна обеспечить репозицию костных фрагментов относительно анатомически заданной системы координат и относительно анатомически заданных исходных параметров поворота/поступательного перемещения,

- она должна предусматривать визуализацию результатов любой репозиции; предпочтительно, чтобы действие любой репозиции отображалось на уровне скелета, а также на уровне мягких тканей.

В соответствии с известным уровнем техники большинство клиницистов выполняют планирование, пользуясь двумерными цефалограммами в сочетании с зубными слепками. Однако поскольку двумерная цефалограмма представляет собой проекционное изображение, имеет место потеря трехмерной информации, а зубные слепки дают трехмерную информацию лишь об очень ограниченной области головы, не позволяя получить никаких данных о мягких тканях.

При подготовке к репозиции костного фрагмента можно получить дополнительную полезную информацию с помощью описанного выше трехмерного цефалометрического анализа (фиг.5). Имея такую информацию, пользователь (как правило, хирург) может виртуально осуществлять репозицию костных фрагментов. В качестве примера на фиг.6 приведен результат виртуальной репозиции верхней челюсти. Возможно моделирование различных типов поступательного перемещения и поворота относительно ориентиров с использованием компьютеризованной системы планирования. Так, например, поворот вокруг некоторой оси или поступательное перемещение вдоль некоторого направления могут быть определены как пересечение двух плоскостей или как перпендикулярные к некоторой плоскости, либо могут быть заданы двумя ориентирами.

Для создания максимально удобных условий работы пользователь может задать в рамках компьютеризованной системы планирования ортогнатической хирургии различные типы оперативного вмешательства - перемещение верхней челюсти, перемещение нижней челюсти, расширение нижней челюсти и т.д. При выборе типа хирургической операции на экране дисплея появляется пользовательский интерфейс, запрашивающий выполнение нескольких задач. В конце этого процесса хирург может ввести особые хирургические параметры, в результате чего происходят соответствующие перемещения костных фрагментов (фиг.7). На фиг.7 приведены параметры, относящиеся к перемещению верхней челюсти относительно анатомически заданной системы координат. При этом выполняется соответствующая корректировка ориентиров и описывается их перемещение относительно исходного положения (фиг.8). Для того чтобы можно было повысить гибкость средств репозиции костей в рамках системы планирования, пользователь может задать свой собственный набор исходных точек отсчета для перемещения костей, что позволит ему следовать выбранной методике работы и эффективно провести оперативное вмешательство.

Наличие амальгамовых зубных пломб приводит к искажению полученных при компьютерной томографии изображений на уровне зубов. При этом крайне затрудняется точная визуализация окклюзии. Кроме того, для обеспечения четкой проверки окклюзии очень важна детальная информация о зубах. Для получения детализированного изображения зубов требуется иметь компьютерную томограмму с высоким разрешением, что влечет за собой интенсивное рентгеновское облучение пациента, представляющее большую опасность для его здоровья.

Для повышения детализации на уровне коронок зубов без повышения при этом дозы облучения при компьютерной томографии используют специальную трехмерную шину (фиг.9) с плоскостной U-образной геометрией, которую устанавливают одновременно на обеих реальных верхнечелюстной и нижнечелюстной зубных дугах. К этой детали шины крепится, по меньшей мере, одна надставка, которая может быть выполнена либо внеротовой, либо внутриротовой. Шина изготавливается из нетоксичного материала, который должен быть практически полностью рентгенопроницаемым.

После того как на пациента надета такая шина, его подвергают процедуре компьютерной томографии. Затем производят компьютерную томографию гипсовых слепков верхней и нижней челюстей пациента со вставленной между ними шиной (см. фиг.9). Дополнительные этапы приведены также на функциональной схеме на фиг.14. Используя методы анализа изображений, из томограмм пациента и слепка выводят характеристики указанной надставки. Исходя из этих характеристик производят совмещение обоих наборов данных и единую визуализацию гипсовых слепков и томограммы пациента. В качестве такой характеристики может служить часть поверхности указанной надставки. Благодаря этому удается обеспечить точное планирование программными средствами на уровне коронок зубов. Вместо того чтобы использовать характеристики надставки, можно также предусмотреть применение гуттаперчевых маркеров (см. фиг.10). В этом случае шина снабжена, по меньшей мере, четырьмя сферическими гуттаперчевыми маркерами диаметром порядка 1 мм. По меньшей мере, один маркер должен быть установлен на надставке, а не в той же плоскости, что и U-образная часть.

По окончании виртуального планирования с использованием трехмерной цефалометрической системы координат с улучшенной визуализацией зубов гипсовые слепки устанавливают в специальном артикуляторе. Система планирования осуществляет экспорт результатов виртуального планирования в этот артикулятор с целью выполнения такого же перемещения гипсовых слепков, как и в рамках виртуального планирования (см. функциональную схему на фиг.13). В зависимости от типа артикулятора это можно сделать, изменяя ряд характерных параметров в соответствии с результатами планирования, или же в случае работы, например, с приводным артикулятором путем приведения в действие этого артикулятора. Если предстоит разбиение модели на несколько компонентов, ту же процедуру повторяют для всех этих компонентов. Далее, основываясь на новом положении гипсовых слепков в артикуляторе, изготавливают реальные хирургические шины.

Альтернативно хирургические шины можно получить методом цифрового проектирования. В программу вводят предмет коробчатой или U-образной формы, затем вычисляют объем пересечения с моделью гипсового слепка, после чего введенный предмет изымают. Затем приступают к изготовлению такого предмета. Возможно применение целого ряда существующих методов производства, например фрезерования, стереоскопической печати, стереолитографии, спекания и пр. При использовании этих методов либо получают шины непосредственно как таковые либо изготавливают модель, на основе которой можно получить реальную шину вручную или с применением традиционных технологий.

Можно также экспортировать результаты планирования челюстно-лицевой хирургии в специальную хирургическую навигационную систему, как это видно на функциональной схеме на фиг.13.

В качестве одного из факультативных вариантов хирург может также действовать противоположным способом, осуществляя модельную (если возможно, частичную) хирургию на гипсовых слепках. Для проверки этой модельной хирургии на остальных частях черепа производят компьютерную томографию новых позиций моделей. Полученную сканограмму вводят в систему планирования посредством регистрации. Исходя из одной или более неизмененных частей текущих гипсовых слепков и исходных гипсовых слепков, производят регистрацию моделей посредством подгонки поверхностей и определяют матрицы преобразования для костной поверхности.