CC BY
63
ЦИФРОВОЙ ДИЗАЙН В ПЛАНИРОВАНИИ ЭСТЕТИЧЕСКОГО ПРОТЕЗИРОВАНИЯ ФРОНТАЛЬНОЙ ГРУППЫ ЗУБОВ
Манак Т.Н., Ермаркевич М.И., Разоренов А.Н.
Белорусский государственный медицинский университет, Минск
Manak T.N., Ermarkevich, M.I., Razorenov A.N. Belarusian State Medical University, Minsk Digital design in the planning of esthetic prosthesis of the front teeth
Резюме. Приведены этапы разработки алгоритма цифрового моделирования фронтальной группы зубов, рассмотрены основные программы и условия, необходимые для создания цифровых моделей, предложены параметры, упрощающие построение эстетической реставрации высокого уровня, представлены результаты оценки эффективности метода в сравнение с предложенными ранее. Ключевые слова: трехмерная графика, эстетика лица, визуализация.
Современная стоматология. — 2016. — №3. — С. 63—65.
Summary. The article presents the stages of the development of digital modeling algorithm the front teeth, the basic program and the conditions necessary for the creation of digital models, the parameters proposed to simplify the construction of a high level of aesthetic restoration, the results of a valuation technique efficiency in comparison with the previously proposed. Keywords: three-dimensional graphics, facial aesthetics, visualization.
Sovremennaya stomatologiya. — 2016. — N3. — P. 63-65.
В настоящее время все чаще пациенты обращаются к стоматологу для улучшения эстетических параметров лица, руководствуясь собственными представлениями о красивой улыбке и профиле. Улыбка становится эффективным инструментом для достижения поставленной цели, будь то профессиональный или личный интерес. Именно она определяет первое впечатление о внешности человека и в дальнейшем формирует его связи в обществе. Открытая улыбка, четкая, правильная речь делают человека привлекательнее. На подсознательном уровне человек оценивает такого собеседника как успешного, располагающего к себе, вызывающего доверие [1, 39].
Доподлинно известно, что не только характер и настроение человека влияют на его выражение лица. Есть и обратная зависимость.
На первый взгляд может показаться странным, что выражение лица может изменить наше настроение, но существуют научные доказательства в поддержку этого факта. В начале XX века французский физиолог Израэль Вейнбаум был убежден, что движения лицевых мышц активизируют гормональные механизмы в нашем мозгу. Он, соединяя проволокой разные мышцы, участвующие в улыбке или отвечающие за выражение
гнева, с нейромедиаторами, обнаружил, что улыбка оказывает положительное воздействие на выработку гормонов, в то время как другие выражения лица ее подавляют. Позже было доказано, что выражение лица играет решающую роль в формировании наших мыслей и чувств [2, 8].
С возрастанием значимости эстетической реставрации, когда все больше внимания уделяется формированию естественной улыбки, возрастает потребность в применении новейших технологий. Цифровое моделирование - методика, позволяющая качественно планировать конструкцию, учитывая все эстетические (форма, цвет) и математические параметры. Для того чтобы понять основные принципы цифрового конструирования, необходимо остановиться на некоторых понятиях, которые заложены в работу графических редакторов.
Трехмерная №) графика - область информатики, изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве.
Существует два основных вида трехмерной графики: полигональная и вок-сельная. В воксельной графике объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. Данная технология широко представлена в программах для просмотра снимков компьютерной
томографии. В полигональной компьютерной графике любой объект задается с помощью двухмерных геометрических примитивов вывода, представленных в виде набора полигонов. Полигон (по-гречески) - плоский многоугольник. Любая полигональная поверхность состоит из конечного множества небольших многоугольников. Соседние многоугольники связаны между собой общими ребрами и вершинами. Так как многоугольники (обычно треугольники и четырехугольники) или полигоны имеют малые размеры, то при большом количестве они создают иллюзию гладкой трехмерной поверхности. Фактически это один из способов аппроксимации криволинейных поверхностей трехмерных объектов. Полигональные модели достаточно широко используются в трехмерной анимации и компьютерных играх последнего поколения, базирующиеся на трехмерной графике. Их достоинство в относительной легкости выполнения расчетов, так как каждый многоугольник обычно представляет собой плоскую фигуру.
Процесс создания трехмерной модели включает три этапа:
1. Моделирование.
2. Визуализация.
3. Вывод модели (печать либо на монитор).
Специализированные программы для работы с трехмерной графикой называются цифровыми редакторами. В зависимости от своего назначения и набора доступных инструментов данные программы подразделяются следующим образом:
1) программы для цифрового скуль-птинга;
2) узкоспециализированные программы по созданию анимации;
3) универсальные 3D-редакторы.
В нашей работе были использованы цифровые редакторы компании Autodesk: Mudbox, Maya.
Autodesk Mudbox (Мадбокс) - профессиональная графическая программа, предназначенная для моделирования высокополигональной (high poly) цифровой скульптуры и текстурного окрашивания 3D-моделей. Предоставляет специалистам по моделированию и художникам по текстурам все возможности для создания цифровых 3D-объектов и 2D-скетчей, как если бы они работали с глиной и красками.
Autodesk Maya - инструментальная система трехмерной графики и компьютерной трехмерной анимации, обладающая также функционалом мощного редактора трехмерной графики. В настоящее время широко применяется в кинематографии, телевидении. Autodesk Maya относится к универсальным редакторам, так как имеет в своем арсенале большой набор инструментов, позволяющий работать одинаково успешно как с высокополигональной, так и с низкополигональной графикой.
У всех эстетических реставраций есть одно общее: они должны быть максимально приближены к естественным аналогам. Чем лучше удается воспроизвести этот образец, тем сложнее отличить реставрацию от естественных зубов [3, 61].
Цель исследования - внедрение нового алгоритма цифрового моделирования и обоснование эффективности его применения в качестве этапа планирования протезирования фронтальной группы зубов.
Материалы и методы
Определены 2 актуальные техники компьютерного моделирования: первая (Digital Smile Design) включала в себя создание цифровой модели будущего протеза на фотографии путем изучения отклонений
Рис. 1. Контур 2D-модели будущего протеза
Рис. 2. Удлинение рабочей модели
Рис. 3. Текстурирование рабочей модели
Рис. 4. Нанесение контуров протеза на модель
им
Рис. 5. Окончательный вид протеза
имеющихся параметров от эстетических параметров лица, полученные данные передавались в зуботехническую лабораторию, где техник создавал Wax-up по заданным величинам; вторая техника предусматривала 3D-моделирование на отсканированных моделях.
Нами разработан и предложен алгоритм, предполагающий комбинацию описанных ранее техник.
Для разработки алгоритма были отобраны 5 пациентов с различными нару-
шениями во фронтальной группе зубов (скученность, диастема, тремы, сколы и т.д.). Получено 45 фотографий пациентов (по 9 фотографий каждого пациента) в необходимых ракурсах с помощью фотоаппарата Canon PowerShot A530, 3.2 MPix, а также по 5 рабочих и вспомогательных моделей каждого из пациентов.
По предложенной ранее методике для каждого пациента в программе Power point были разработаны 2D-модели будущих протезов с учетом эстетических параметров, таких как срединная линия, линии бровей, зрачков, губ, режущих краев и десневых контуров, линия улыбки, тип лицевого профиля, носогубный угол, ось зуба и др. (рис. 1) [4, 10-11].
Полученные данные использовались для создания цифровой модели будущих реставраций в программах Autodesk Maya и Aytodesk Mudbox. После сканирования гипсовых моделей на оптическом сканере «Shining 3D» их цифровые копии отгружались в программы «Autodesk Maya» и «Autodesk Mudbox». Далее выполнялось несколько подготовительных этапов:
1)удлинение моделей;
2) нанесение конуров будущих реставраций.
Первый подготовительный этап выполняется в программе «Autodesk Mudbox», где при помощи инструментов для цифровой лепки создается дополнительная геометрия в местах контакта модели с будущими реставрациями (рис. 2).
Далее модель переносится в программу «Autodesk Maya», где при помощи инструментов для текстурирования проводится наложение цифровой фотографии с контурами будущих реставраций на модель (рис. 3).
После выполнения всех подготовительных этапов переходим непосредственно к моделированию будущего протеза. Поскольку основными критериями качества изготовленного протеза является не только эстетичность, но и высокая точность, нам необходимо максимально передать рельеф цифровой модели. С этой задачей прекрасно справляется инструмент «Quad Draw». Данный инструмент предназначен для перестройки полигональной сетки объекта. Основной его особенность является наличие функции трехмерной привязки, что дает возмож-
Таблица
Результаты определения эффективности различных методик моделирования эстетической реставрации
I техника (DSD) II техника (3D) III техника (DSD+3D)
Время, затраченное на моделировку будущего протеза, мин 63±5 46±5 27±5
Конечная погрешность моделирования, % 2,1±0,1% 1,7±0,1 1,4±0,1
ность максимально точно передавать форму и контуры интересующего нас объекта.
Для того чтобы создать какой-либо объект при помощи данного инструмента, достаточно расставить точки по контуру будущей фигуры, которые программа сама автоматически соединит. В нашей работе ориентирами послужили контуры будущих протезов (рис. 4).
На следующем этапе мы задаем необходимый объем будущих реставраций, для этого используется инструмент «Extrude». При помощи него создается объем методом выдавливания с точностью до сотых долей миллиметра.
Завершающим этапом работы стала детализация и индивидуализация будущих протезов. Под детализацией в цифровой графике понимают увеличения числа полигонов объекта. Для того чтобы сделать модель более детализированной, в программе «Autodesk Maya» необходимо активировать функцию «Add Polygons», которая автоматически увеличивает число полигонов в 2 раза от исходного уровня.
Так, повторяя данную операцию несколько раз, можно добиться необходимого уровня детализации, а используя инструменты для цифровой лепки, можно легко воспроизвести микрорельеф, идентичный естественной эмали. По
завершению всех этапов моделирования цифровые заготовки протезов припасовываются на исходную модель (рис. 5).
Для определения эффективности разработанной методики в сравнении с уже существующими нами было проведено моделирование будущих реставраций по каждой из 3 методик с учетом времени, затрачиваемом на создание модели, и конечной погрешности.
Для выявления полноты и удобства визуализации результата будущего протезирования проведено анкетирование среди отобранных пациентов. Анкета содержала 11 вопросов, позволяющих определить наиболее удобную для пациента модель визуализации. Первая форма визуализации представляла собой компьютерные модели, созданные на фотографии, вторая - представление пациенту трехмерных моделей.
Результаты и обсуждение
При сравнении трех методик были получены следующие результаты (таблица).
Из таблицы видно, что на моделировку будущего протеза с применением техники DSD затрачивается 63±5 минут, на моделировку в 3D - 46±5, в то время как при комбинировании техник - всего 27±5 минут.
Измерение конечных погрешностей моделирования позволило выявить следующее: величина конечной погрешности при применении техники DSD составляет
2,1±0,1%, 3D-моделирования - 1,7±0,1%, при использовании комбинированной техники - 1,4±0,1%.
Таким образом, применение комбинированной техники позволяет значительно сократить время, затрачиваемое на моделировку будущей реставрации, а также снизить конечную погрешность моделировки до 1,4±0,1%.
Анкетирование пациентов позволило установить, что более полной и удобной формой визуализации для пациента является модель, созданная на фотографии. Выводы:
1. Цифровое моделирование - эффективный и актуальный этап планирования протезирования, однако именно компьютерное моделирование позволяет визуализировать результат и предоставить данные для дальнейшей работы.
2. Оптимальным является сочетание 2 техник, позволяющее создать качественную эстетическую реставрацию в кратчайшие сроки с минимальными погрешностями.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Денисова Ю.Л. // Стоматолог. - 2014. - №2. -С.39-41.
2. Рива Л. // Соврем. ортопедич. стоматология. -
2013. - №24. - С.8-12.
3. Гюрель Г. Керамические виниры. Искусство и наука. - М., 2007. - С.61-88.
4. Манак Т.Н., Потанейко М.И. // Стоматологич. журнал. - 2014. - №3. - С.209-213.
5. Манак Т.Н., Хомич А.Ф., Потанейко М.И. // Стоматологич. журнал. - 2015. - №3. - С.208-2012.
6. Луцкая И.К. // Новое в стоматологии. - 2014. -№4. - С.15-16.
7. ГольдштейнР. // Клинич. стоматология. - 2001. -№3. - С.3-11.
8. Фрадеани М. Анализ эстетики. Систематизированный подход к ортопедическому лечению. - М., 2008. - Т.1. - С.24-42.
9. Manhart J, SchenkH. // Новое в стоматологии. -
2014. - №2. - С.12-15.
10. Lombardi R.E. // J. Prosthet. Dent. - 1973. -P. 24-29.
11. Mack M.R. // J. Prosthet. Dent. - 1996. - Vol.75, N2. - P.169-176.
Поступила 25.06.2016
ЛДч Международные Обзоры:
к л и н и ч е с к ая п р а кт и к а и з д о р о в ь е
МЕЖДУНАРОДНЫЙ МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
Ресурсы сайта www.mednovosti.by
www.obzory.mednovosti.b
Электронный журнал предназначен для врачей и руководителей здравоохранения; просматривается в режиме листания страниц; позволяет публиковать полноцветные статьи со звуковым сопровождением (музыка, вступительное слово автора, руководителя центра), с иллюстрациями, с эффектом слайд-шоу, видеороликами, анимацией. Подписка бесплатная на сайте www.mednovosti.by
г. Минск, ул.Короля, д. 51, офис 22 (7 этаж). Тел./факс: (017) 200-07-02
