Результат интеллектуальной деятельности: Способ цифрового трекинга артикуляции (СЦТА)

Способ относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии и предназначен для регистрации движений нижней челюсти путем мониторирования - трекинга артикуляции.

Известны комплексные методы, позволяющие, в том числе, анализировать и движения нижней челюсти (НЧ), среди которых необходимо отметить: 3D компьютерную томографию (http://rep.bsmu.by/bitstream/handle/BSMU/15032/368527-%D0%B1%D1%80..Image.Marked.pdf?sequence=1&isAllowed=y, стр. 6-11; 16-17. https://secondopinions.ru/poleznye-materialy/kt/kt-chelyusti-zubov/dentalnoe-kt-s-3d-modelirovaniem-printsip-rabotyi-ustroystvo-tomografa), Arcus DIGMA (http://vladmedicina.ru/catalog/v1/dentist/3512.htm), аксиографию (http://medbe.ru/materials/gnatologiya/vnerotovaya-registratsiya-dvizheniy-nizhney-chelyusti-aksiografiya/) и функциографию (http://medbe.ru/materials/gnatologiya/graficheskie-metody-registratsii-dvizheniy-nizhney-chelyusti).

Недостатками этих методов являются высокая стоимость и сложность аппаратной части, а также сложность и стоимость программного обеспечения, которое должно использоваться в комплексе, например In Vivo ANATOMAGE. В результате сложность построения данных «виртуальной артикуляции» зависит не только от наличия дорогостоящих устройств и программного обеспечения с необходимыми «сопрягающими» it-модулями, но и от присутствия квалифицированного персонала. Данный вид диагностики доступен только в специализированных клиниках и, априори, не может применяться в изучении артикуляции у большой выборки объектов исследования, например, в рамках профилактического осмотра населения на поликлиническом приеме.

Известен способ записи движений нижней челюсти (Патент №2276972 РФ, МПК А61С 19/045, опубл. 27.01.2006) с использованием устройства, при этом суставной, резцовый и сагиттальные пути определяют посредством гнатодатчиков, регистрирующих максимальные движения вправо и влево. Гнатодатчики преобразуют пространственные движения нижней челюсти в электрические сигналы, которые регистрируют и записывают.

Недостатком данного способа является недостаточная наглядность и необходимость постобработки полученных данных.

За прототип изобретения был принят Face Hunter (http://www.medicalexpo.com/prod/zirkonzahn/product-74646-521122.html) компании Zirkonzahn - сканер для фотореалистичной 3D-оцифровки лиц пациентов.

Он может работать на основе физиогномики, которая позволяет осевое позиционирование данных лицевого сканирования с моделями в виртуальном артикуляторе. С помощью передающей системы, патентная заявка на которую находится на рассмотрении, и в сочетании со сканером S600 ARTI, изображения лица загружаются в программное обеспечение Zirkonzahn.Modellier, где изображение лица и его положение совмещаются, чтобы работать на основе черт лица.

Общими свойствами нашего изобретения и данного сканера являются:

1. Методы регистрации движений нижней челюсти (НЧ) являются цифровыми;

2. Обеспечивается создание фото- и видео-протокола, что является удобным для хранения медицинских данных, способствует лучшему общению между пациентом и врачом; возможен анализ этапов лечения, что позволяет делать вывод о его эффективности и качестве, а также помогает оценить качество пломб и протезов во время функции с учетом минимальных изменений характера смещения;

3. Происходит анализ функции НЧ и ее отношения к верхней челюсти;

4. Принцип «захвата» движений НЧ (точка - маркер).

Существенными недостатками сканера Face Hunter является стоимость и сложность оборудования, программного обеспечения, а также требование наличие специальных навыков; необходимость докупать дополнительные дорогостоящие аксессуары, некоторые из которых являются расходными (к примеру опорные маркеры Bite Tray Face Hunter - 10 наклеек для обнаружения позиции), что делает невозможным его применение в медицинских учреждениях и недоступным для широких масс населения, в том числе на приеме по обязательному медицинскому страхованию (ОМС).

Целью нашего изобретения является разработка неинвазивного способа цифровой записи движений нижней челюсти путем непрерывного трекинга.

Техническим результатом, достигаемым при реализации данного способа, является существенное удешевление процесса регистрации движений нижней челюсти, при сохранении надежности и точности получаемых данных.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе цифрового трекинга артикуляции, включающем установку точки-маркера на нижней челюсти, видеорегистрацию движений нижней челюсти путем мониторирования точки-маркера, загрузку в программное обеспечение и последующую обработку полученных файлов, установку точки-маркера, в качестве которой используют проволочный гнутый кламмер, имеющий на конце сферу из светоотверждаемого композитного материала, осуществляют в межзубное пространство, а мониторирование точки-маркера производят с помощью системы двух взаимосвязанных камер с разрешением от 4К и частотой кадров от 120 fps, закрепленных на штативе, причем одной камерой снимают фронтальный вид, а второй вид сбоку, после записи, полученные файлы загружают в программное обеспечение, предназначенное для редактирования видео и динамических изображений, и получают покадровое отслеживание движений нижней челюсти.

Преимуществами данного технического решения можно считать:

1. Выбранная точка-маркер фиксируется одновременно двумя камерами в двухмерной системе координат;

2. Использование в виде точки - маркера проволочного гнутого маркера, что существенно дешевле, чем опорные маркеры Bite Tray Face Hunter;

3. Для переработки данных нужна лишь одна программа, из технического оснащения только компьютер и две камеры, что полностью обеспечивает возможный функционал даже для поликлинического приема.

Применение способа в медицинских учреждениях, в том числе на взрослом и детском приеме ОМС, как один из этапов обследования пациентов с последующим сохранением диагностических данных в виде фото- и видео-протокола для определения критериев, обеспечивающих стабильную артикуляцию у клинически здоровых объектов исследования; контроля качества постановки пломб и протезирования, а также для контроля пациентов, предъявляющих жалобы со стороны височно-нижнечелюстного сустава, находящихся на этапах лечения.

Техническая сущность способа поясняется чертежом, на котором представлена схема расположения пациента в стоматологическом кресле и запись движений НЧ с помощью камер.

Для реализации поставленной цели разработан способ, позволяющий мониторировать артикуляцию с использованием системы двух взаимосвязанных камер высокого разрешения (4К) с частотой кадров 120 fps.

Устройство для реализации способа состоит из межзубного упора (3) - точка-маркер, в роли которой используется проволочный гнутый кламмер, имеющий на конце сферу из светоотверждаемого композитного материала, системы камер (1 и 2), соединяющихся между собой при помощи балочной стойки фиксации камер (5) и жестко фиксируемых к стойке стоматологической установки (6) при помощи винтов фиксации стойки (4).

Оптимизированный алгоритм исследования согласно способу складывается из следующих этапов:

1. Расположение пациента в стоматологическом кресле (при этом подголовник стоматологического кресла зафиксирован строго под прямым углом, голова пациента расположена на подголовнике так, чтобы угол между подбородком и шеей пациента составил девяносто градусов, при этом он смотрит строго вперед) и инструктаж;

2. Установка камер при помощи штативов, фокусировка, пробная съемка на расстоянии 20 см от точки-маркера;

3. Фиксация межзубного упора (точки-маркера в виде изогнутого проволочного кламмера с контрастной сферой на конце) на нижней челюсти;

4. Видеорегистрация движений нижней челюсти (открывание и закрывание рта, смещение НЧ назад и вперед, влево и вправо) одновременно двумя камерами, при этом камера 1 ведет запись спереди, а камера 2 сбоку;

5. Создание проекта в компьютерной программе для редактирования видео и динамических изображений, например Adobe After Effects СС 2017;

6. Запись движений нижней челюсти путем непрерывного трекинга;

7. Анализ полученной цифровой траектории движений.

Для примера приведены этапы создания проекта в компьютерной программе Adobe After Effects СС 2017 и трекинга артикуляции:

1. Загрузка записи видеорегистрации движений НЧ на ПК;

2. Импорт видео «спереди» и «справа» в программу;

3. Создание совместной композиции двух видеорядов;

4. Подготовка композиции к трекингу (сюда входит: подгонка композиции для начала трекинга с двух сторон в один момент, для этого открываем аудио волну каждой композиции и сопоставляем момент звукового сигнала;

5. Включаем окно (инспектор);

6. Включаем функцию - отслеживание движения, ставим точку отслеживания на контрастный межзубный упор (на каждом видеоряде);

7. Точку отслеживания необходимо подогнать под размер отслеживаемого межзубного упора (на каждом видеоряде);

8. Включаем трекер и останавливаем после окончания движений (управление проводится в окне «инспектор»);

9. Получаем покадровое отслеживание движений;

10. Возможно наложение сетки и линейки для измерений

Пациент К., 25 лет, жалоб со стороны височно-нижнечелюстного сустава не предъявляет. Обратился с целью прохождения медицинской комиссии для последующего трудоустройства. Было получено согласие на проведение исследования СЦТА для определения критериев, обеспечивающих стабильную артикуляцию у клинически здоровых объектов исследования. Пациент К. располагается в стоматологическом кресле (при этом подголовник стоматологического кресла зафиксирован строго под прямым углом, голова пациента расположена на подголовнике так, чтобы угол между подбородком и шеей пациента составил девяносто градусов, при этом он смотрит строго вперед). Устанавливаются камера 1 для съемки пациента в анфас и камера 2 для съемки профиля, фиксируются при помощи штативов; происходит фокусировка и пробная съемка на расстоянии 20 см от точки-маркера. Врач-стоматолог химическим карандашом отмечает на зубе границы кламмера; отрезает часть стальной проволки диаметром 0,6 мм и длиной 2,5 см, пользуясь пинцетом, выгибает проволку в виде петли, а конец выгибает под углом 90 градусов и насаживает на него горошину из светоотверждаемого композитного материала диаметром 5 мм, отсвечивает материал в течение 40 секунд с помощью полимеризационной лампы. Осуществляется фиксация межзубного упора (маркерной точки в виде изогнутого проволочного кламмера с контрастным пунктом на конце) на нижней челюсти, после чего начинается видеорегистрация движений нижней челюсти (открывание и закрывание рта, смещение НЧ назад и вперед, влево и вправо) одновременно двумя камерами, при этом камера 1 ведет запись спереди, а камера 2 сбоку. После этого создается проект в компьютерной программе, например Adobe After Effects СС 2017, где идет запись движений нижней челюсти путем непрерывного трекинга и проводится последующий анализ полученной цифровой траектории движений.

В ходе исследований, проведенных в рамках разработки способа, получены результаты геометрических архитектур артикуляции в разных плоскостях, характеризующие движения нижней челюсти у клинически здоровых людей. Результаты исследований были сверены с данными традиционных методов исследования, таких как мастикациография по И.С. Рубинову, электромиография, 3D компьютерная томография и подтвердили свою точность.

Таким образом, мы получили способ анализа движений НЧ, обладающий эффектом 3D-исследования, при минимальных затратах и простоте аппаратно-программной части.

Способ является универсальным, легко поддается дезинфекции и стерилизации, может быть использовано неоднократно.

Предлагаемое устройство может быть использовано в муниципальных профильных медицинских учреждениях любого уровня практикующими врачами-стоматологами-ортопедами и частных стоматологических клиниках и кабинетах.