Регистрация / Вход
Прислать материал

Моделирование коррекции прикуса с учетом усилий в зубочелюстной системе человека

Сведения об участнике
ФИО
Кротких Андрей Александрои
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о жизни и медицина
Раздел области наук
Клиническая медицина и науки о здоровье
Тема
Моделирование коррекции прикуса с учетом усилий в зубочелюстной системе человека
Резюме
В данной статье предложен анализ взаимосвязей между параметрами прикуса пациента и усилиями развиваемыми в мышцах зубочелюстной системы. Выявлены зависимости усилий в мышцах от независимых параметров прикуса пациента. Предложен способ выбора пути коррекции прикуса для обеспечения наилучшего распределения усилий в мышцах. Это позволит стоматологу или ортодонту скорректировать прикус не только на основании своего личного опыта, но и на основании биомеханического моделирования.
Ключевые слова
Биомеханика зубочелюстной системы человека, усилия жевательных мышц, коррекция прикуса, реакция височно-нижнечелюстного сустава
Цели и задачи
Цель:
опираясь на диапазоны нормальных значений параметров прикуса, в рамках которых изменяется прикус, провести объективизацию методики коррекции прикуса с выбором конкретных значений параметров для конкретного пациента и учетом усилий в зубочелюстной системе.
Задачи:
- Постановить задачу определения усилий в зубочелюстной системе человека.
- Определить независимые параметры, определяющие положение прикуса.
- Оценить влияние точки приложения реакции височно-нижнечелюстного сустава на усилия в зубочелюстной системе человека.
- Проанализировать изменение усилий мышц и реакции височно-нижнечелюстного сустава при варьировании параметров прикуса в физиологических диапазонах нормальных значений.
Введение

Изменения зубочелюстной системы человека связаны с процессами питания, пищеварения, дыхания, глотания, речи, кровоснабжения головного мозга и влияют на весь организм. Для выявления взаимосвязей этих процессов необходимо рассмотреть влияние изменений в зубочелюстной системе на состояние и функционирование ее элементов, которые на данный момент не проанализированы должным образом. Одним из основных параметров, характеризующих состояние зубочелюстной системы, является прикус (взаимное расположение челюстей). В данной работе проанализированы влияния независимых параметров прикуса на усилия в зубочелюстной системе конкретного пациента, а именно: усилия жевательных мышц и реакция височно-нижнечелюстного сустава. 

Методы и материалы

В ходе решения выполнения научно-исследовательской работы были задействованы следующие методики:

- Постановка задачи биомеханического управления коррекции прикуса.

- Определение числа независимых параметров прикуса.

- Постановка статически неопределимой задачи равновесия нижней челюсти под действием усилий жевательных мышц, реакций височно-нижнечелюстных суставов и заданной максимальной силы сжатия челюстей.

-  Выбор целевой функции, характеризующей распределение усилий, и постановка критериев оптимизации для решения статически неопределимой задачи.

- Сведение задачи оптимизации к задаче линейного программирования и решение её симплекс методом.

- Анализ поведения целевой функции от выбранных ранее параметров прикуса.

Описание и обсуждение результатов

В результате выполненной научно-исследовательской работы получены следующие результаты:

1. При нахлждении точки приложения реакции в физиологическом диапазоне усилия в мышцах-открывателях равны нулю.

2. График зависимости реакции от координаты точки приложения реакции имеет точку минимума, и расположение этой точки совпадает с физиологическим положением середины границы контакта диска и мыщелка.

3. В норме усилия в верхней и нижней латерально-крыловидных мышцах практически равны нулю, так как диск занимает правильное положение благодаря суставным связкам, а мыщелок – благодаря правильному смыканию зубов.

4. Полученные результаты говорят о том, что при смещении диска вперед смещается и точка приложения реакции, а самое главное, что не центральная зона, а задняя зона и связка, вплетающаяся в нее, берут на себя основную нагрузку, на которую они не рассчитаны.

В ходе анализа усилий мышц и реакции височно-нижнечелюстного сустава при изменении параметров прикуса в их физиологических диапазонах установлено, что при увеличении угла ANB и угла DoA усилия мышц и реакция практически линейно возрастают, а при увеличении угла FHML наблюдается уменьшение усилий мышц и реакции.

Возможно, стоматолог выскажет мнение, что на практике сложно достичь значений углов ANB, DoA и FH–ML, которые рекомендуются авторами для данного пациента, тогда он сможет рассмотреть те случаи, в которых значения близки к рекомендуемому на основании биомеханического моделирования. Реализовать их можно, применив те или иные ортопедические конструкции.

Авторы считают, что совместный учет влияния точки приложения реакции и стоматологических параметров в физиологических диапазонах их нормальных значений позволит уточнить прикус, выбранный стоматологом в рамках физиологических значений стоматологических параметров, чтобы при окончательной постановке прикуса ни одна из жевательных мышц не была перегружена по сравнению с другими.

Полученные результаты позволяют сделать шаг к объективизации назначения прикуса путем определения усилий, возникающих в зубочелюстной системе для конкретного пациента, и дополнения существующей методики биомеханическим моделированием коррекции прикуса. По мнению авторов, это позволит разработать индивидуальный подход для каждого пациента к назначению конкретных значений параметров прикуса.

В дальнейшем предполагается учесть напряжения в диске сустава, мыщелке и теле нижней челюсти при изменении параметров прикуса в их физиологических диапазонах. Величины напряжений в теле нижней челюсти и диске височно-нижнечелюстного сустава не должны превышать заданных пределов для интенсивностей напряжений. Эти ограничения позволят избежать перегрузки костной ткани и диска височно-нижнечелюстного сустава дать долговременный прогноз возникновения патологических процессов, связанных с коррекцией прикуса.

Используемые источники
Хватова В.А. Клиническая гнатология. – М.: Медицина, 2005. – 296 с.
Зациорский В.М., Прилуцкий Б.И. Нахождение усилий мышц человека по заданному движению // Современные проблемы биомеханики. – 1992. – Вып. 7. – С. 81–123.
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.
Osborn J.W., Baragar F.A. Predicted pattern of human muscle activity during clenching derived from a computer assisted model: symmetric vertical bite forces // Journal of Biomechanics. – 1985. – Vol. 18, № 8. – P. 599–612.
Pedotti A., Krishman V.V., Stark L. Optimization of muscle-force sequencing in human locomotion // Mathematical Biosciences. – 1978. – Vol. 38, № 1/2. – P. 57–76.
Information about the project
Surname Name
Krotkikh
Project title
Modelling of occlusion correction based on efforts of the human maxillofacial system.
Summary of the project
This article offers an analysis of the relationship between the parameters of the patient's occlusion, and the efforts of developing muscle dentition. The dependences of effort in the muscles based on independent parameters of the patient's occlusion. The method of choosing the path of occlusion correction to ensure the best distribution of forces in the muscles. This allows the dentist or orthodontist to correct the occlusion not only based on his or her personal experience, but also on the basis of biomechanical modeling.
Keywords
Biomechanics of the human maxillofacial system, efforts of the masticatory muscles, occlusion correction, the temporomandibular joint reaction