научная статья по теме СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ CAD/CAM-КОМПЛЕКС «OPTIKDENT» Метрология

Текст научной статьи на тему «СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ CAD/CAM-КОМПЛЕКС «OPTIKDENT»»

МЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

53.082.54:681.3.015

Стоматологический CAD/CAM-комплекс

«OptikDent»

К. Е. ЛОЩИЛОВ

Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений,

e-mail: loshchilov@vniiofi.ru

Представлен стоматологический CAD/CAM-комплекс, включающий в себя измерительную 3D-камеру для бесконтактного измерения формы поверхности препарированного зуба интраорально и по гипсовому слепку, программное обеспечение для реконструкции профиля поверхности зуба и цифрового моделирования реставрации, станок с ЧПУ для автоматизированного изготовления смоделированной реставрации из стоматологической керамики.

Ключевые слова: CAD/CAM-система, 3D-объект, профилометрия, проекция полос.

The dental CAD/CAM system «OptikDent» including the intraoral camera for noncontact 3D object (prepared tooth or dental cast) measurement, the software for 3D tooth surface reconstruction and digital modeling of restoration, the NC machine tool for the automated manufacturing the restoration from dental ceramics is presented.

Key words: CAD/CAM-system, 3D-object, profilometry, fringe pattern projection.

В настоящее время с развитием компьютерных технологий все большее применение в стоматологической практике находят CAD/CAM-системы. Такие системы позволяют обойти ряд существенных недостатков традиционных методов лечения, применяемых в реставрационной стоматологии. Основными преимуществами CAD/CAM-систем по сравнению с традиционными методами являются [1]: исключение фазы оттиска; автоматизация фазы производства; допуск на неплотность прилегания в пределах 25—50 мкм; отсутствие необходимости во временных коронках; снижение инфицирования тканей зуба, так как вкладка фиксируется на только что препарированную поверхность;

высокий косметический эффект: натуральность цвета зубного протеза, оптические свойства, близкие к свойствам естественных зубов (прозрачность, опалесценция, флуоресценция);

идеальная совместимость с тканями полости рта; высокие прочностные свойства — вкладка вытачивается из фарфоровой заготовки, приготовленной по специальной технологии, не имеющей внутреннего напряжения; значительная экономия времени врача и пациента; снижение расходов на лабораторные этапы; низкий процент переделок (от 0,5 до 1,5%, включая экспериментальные работы);

возможность идеально отполировать все наружные поверхности, в том числе аппроксимальные, тем самым увеличив прочностные характеристики реставрации и создав оптимальные условия для гигиенической обработки межзубных промежутков;

предварительная припасовка, которая дает возможность создать вкладку без нависающих краев, сохраняя сферичность аппроксимальной стенки и правильный межзубный контакт.

Разработка данных систем, кроме практического применения, представляет интерес с научной точки зрения и предполагает различные подходы для решения поставленных задач. Одной из основных задач, которые решает компьютерная стоматологическая CAD/CAM-система, является получение цифровой 3D-поверхности препарированного зуба для последующего моделирования реставрации. Для решения этой задачи в компьютерных стоматологических CAD/CAM-системах используют два подхода:

получение цифровой 3D-поверхности препарированного зуба при помощи механического контактного сканера либо оптического бесконтактного сканера c гипсовой модели, предварительно изготовленной врачом-стоматологом вручную;

получение цифровой 3D-поверхности препарированного зуба непосредственно внутри полости рта (интраорально) при помощи оптической 3D-камеры.

Процесс получения реставрации при помощи стоматологической CAD/CAM-системы можно разделить на три этапа:

1) получение цифровой 3D-поверхности препарированного зуба;

2) компьютерное моделирование реставрации на основании результатов измерений, полученных на первом этапе;

3) автоматическое изготовление смоделированной реставрации на станке с числовым программным управлением (ЧПУ) из стоматологической керамики.

Таким образом, компьютерная стоматологическая CAD/CAM-система состоит из трех основных частей:

1) устройства для получения цифровой 3D-поверхности препарированного зуба (интраоральная 3D-камера, механический контактный сканер, оптический бесконтактный сканер);

2) программного обеспечения для компьютерного моделирования реставраций;

3) станка с ЧПУ для высокоточного микрофрезерования смоделированных реставраций из стоматологической керамики.

Во ВНИИОФИ совместно с ЗАО «Станкотех» и кафедрой ортопедической стоматологии факультета повышения квалификации стоматологов Московского государственного медико-стоматологического университета (МГМСУ) был разработан стоматологический реставрационный CAD/CAM-ком-плекс «OptikDent». В состав комплекса входят: интраоральная 3D-камера;

программное обеспечение для реконструкции цифровой 3D-поверхности зубов и компьютерного моделирования реставраций;

специализированный станок с ЧПУ Для бесконтактного измерения формы поверхности зуба используют метод, основанный на применении структурированного света в виде системы параллельных темных полос одинаковой толщины на равномерном светлом фоне и оптической триангуляции. Расчет профиля поверхности выполняют оригинальным методом фурье-анализа изображений зуба, полученных в структурированном свете [2]. Достоинством данного метода является то, что для реконструкции 3D-поверхности достаточно одного изображения. Это особенно актуально для интраоральной камеры, так как время съемки должно быть минимизировано для исключения влияния дрожания руки и смещения камеры относительно зуба.

В разработанном комплексе для повышения точности измерений использован способ получения и обработки изображений, основанный на двухракурсном освещении зуба структурированным излучением и совместной обработке полученных изображений методом фурье-синтеза [3, 4]. Двух-ракурсная схема освещения показана на рис. 1. Такая подсветка позволяет также решить проблему с затененными участками на зубе.

Рис. 1. Двухракурсная схема освещения: 1 — объект; 2 — решетка; 3 — регистратор; 4 — оптическая ось регистрирующей системы; 5 — оптические оси проецирующих

систем

6 5 2 4 1

Рис. 2. Оптическая схема интраоральной 3D-камеры: 1 — ПЗС-матрица; 2 — проекционный объектив регистрирующей оптической системы; 3 — источник излучения (светодиод); 4 — решетка-транспарант; 5 — проекционный объектив проецирующей оптической системы; 6 — зеркало

Оптическая схема интраоральной 3D-камеры, которая состоит из трех оптических систем — двух проецирующих и одной регистрирующей, — представлена на рис. 2. В качестве регистратора используется 1/3" ПЗС-матрица 1. Изображение на ПЗС-матрице 1 формируется при помощи проекционного объектива 2. Проецирующая система состоит из источника света — светодиода 3 (длина волны излучения 522 нм), решетки-транспаранта 4 и проекционного объектива 5. Оптические оси регистрирующей и проецирующих систем расположены на ребрах правильного тетраэдра и пересекаются в одной точке, лежащей в плоскости наилучшей фокусировки каждой из них (см. рис. 1). Угол между оптическими осями проецирующей и регистрирующей систем составляет 10°. Штрихи решетки перпендикулярны плоскости, проходящей через оптические оси соответствующей проецирующей и регистрирующей систем (см. рис. 1). Кроме этого в камере использованы три дополнительных светодиода без проецирующей оптики для создания равномерной подсветки препарированного зуба внутри ротовой полости пациента во время фокусировки. Поле зрения интраоральной 3D-камеры составляет 14,419,2 мм, глубина фокусировки 10 мм, габаритные размеры 050-240 мм, масса 350 г.

При помощи интраоральной 3D-камеры последовательно регистрируются одно полутоновое изображение зуба и два изображения зуба в структурированном свете (рис. 3, а), по которым осуществляется реконструкция цифровой 3D-по-верхности зуба (рис. 3, б). Время экспозиции — 80 мс, размер регистрируемых изображений — 576-768 точек. Для регистрации изображений использована плата видеозахвата FlyVideo 98EZ или AVerMedia EZCapture. Время реконструкции 3D-поверхности зуба составляет 10—90 с в зависимости от сложности формы и размера зуба. Погрешность измерения 3D-поверхности объекта при помощи интраоральной 3D-камеры — 30 мкм.

Программное обеспечение разработано под операционную систему Microsoft Windows® 2000/XP и является простым в использовании, но в то же время мощным и гибким инструментом для моделирования реставраций в 3D-про-странстве. Компьютерное моделирование реставрации ос-

- ' б

Рис. 3. Изображения зуба: а — три изображения зуба, регистрируемые при помощи интрао-ральной 3D-камеры; б — реконструированная 3D-поверхность зуба

новано на использовании виртуального каталога цифровых 3D-моделей здоровых зубов, которые были заложены в программное обеспечение на этапе создания комплекса [5]. После реконструкции 3D-поверхности препарированного зуба из каталога выбирают 3D-модель здорового зуба в соответствии с номером препарированного зуба. Наличие априорной информации в виде цифровой 3D-модели здорового зуба фактически сводит процесс моделирования к совмещению измеренной цифровой 3D-поверхности препарированного зуба и цифровой 3D-модели соответствующего здорового зуба, т. е. отсутствующая часть препарированного зуба дополняется моделью здорового зуба из каталога. Для манипуляции с 3D-поверхностями в программное обеспечение заложены все необходимые операции редактирования: перемещение, масштабирование, вращение относительно любой оси, деформация вдоль одной из осей, локальное редактирование поверхности, возможность просмотра любого сечения. Цифровую модель реставрации получают в

результате операции вычитания одной 3D-поверхности из другой после их совмещения.

После завершения процесса компьютерного моделирования реставрации автоматически создается управляющая программа для станка с ЧПУ. Перед началом обработки врач подбирает керамическую заготовку по цвету и размеру. После закрепления вручную заготовки и инструментов станок автоматически обрабатывает изделие по управляющей программе. Обработка ведется цилиндрической и конусной фрезами

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком