Способ графической регистрации траектории движения головки нижней челюсти на основе ультразвукового исследования
Владельцы патента RU 2760384:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный медико-стоматологический университет имени А.И. Евдокимова" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО МГМСУ им. А.И. Евдокимова Минздрава России) (RU)
Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" (Сколковский институт науки и технологий) (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии и диагностике с использованием ультразвуковых волн (УЗИ), и предназначено для использования при оценке состояния височно-нижнечелюстных суставов (ВНЧС) путем графической регистрации движения суставной головки. Осуществляют УЗ сканирование и получение видеозаписей области ВНЧС, на которых запечатлен процесс движения суставной головки во время опускания и поднятия нижней челюсти. При этом регистрируют индивидуальную траекторию движения суставной головки путем покадрового отслеживания, в режиме реального времени, движений суставной головки посредством установки точки-маркера на ее вершине и экспортом результатов в электронные таблицы с последующим построением графиков и их математическим анализом. Производят видеоряд, отражающий весь цикл движения нижней челюсти, состоящий из 5 последовательностей ультразвуковых кадров. Каждый видеофайл изображает правый или левый ВНЧС во время движения нижней челюсти и имеет 60 кадров, а расстояние перемещения точки на вершине головки нижней челюсти соответствует поступательному движению головки из суставной ямки от состояния закрытого рта, смыкания зубных рядов до максимального опускания нижней челюсти пациентом. Способ позволяет за счет непрерывного трекинга в режиме реального времени осуществить дифференциальную диагностику расстройств ВНЧС, позволяет оценить состояние комплекса тканей, входящих в ВНЧС: мышцы, связочный аппарат, диск, и обоснованно подойти к выбору терапии. 4 табл., 7 ил., 2 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно, к стоматологии и диагностике с использованием ультразвуковых волн (УЗИ), и может быть использовано для оценки состояния височно-нижнечелюстных суставов (ВНЧС) путем графической регистрации движения суставной головки. Детальный анализ характера траектории движения суставной головки позволит оценить состояние комплекса тканей, входящих в ВНЧС: мышцы, связочный аппарат, диск и обоснованно подойти к выбору терапии, основываясь на принципе дифференциальной диагностики расстройств ВНЧС.
Для оценки состояния ВНЧС традиционно используют рентгенологические методы, обладающие вредным ионизирующим излучением. УЗИ, как один из наиболее распространенных методов визуализации в медицинской практике, имеет определенные преимущества, которые включают в себя: отсутствие лучевой нагрузки, возможность динамического исследования, относительную простоту, доступность, возможность выполнения исследования у кресла пациента в режиме реального времени, хорошую информативность, относительно низкую стоимость. В частности, УЗИ может использоваться для оценки состояния ВНЧС и других суставов опорно-двигательного аппарата. В отличие от других типичных методов визуализации, таких как конусно-лучевая компьютерная томография (КЛКТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), большое преимущество использования ультразвука для визуализации ВНЧС и других суставов заключается в том, что исследование может быть выполнено в режиме реального времени. Это означает, что состояние суставов можно оценивать во время их движения при различных функциональных пробах.
Известны методы, позволяющие анализировать движения нижней челюсти (НЧ), среди которых:
Способ цифрового трекинга артикуляции (Патент №2696941 РФ МПК А61С 19/045, опубл. 07.08.2019). Данный способ предназначен для видеорегистрации движения нижней челюсти путем отслеживания точки-маркера (гнутого кламмера), установленного в межзубном пространстве. Недостатком данного метода является то, что за точку-маркер взят гнутый кламмер из проволоки, который невозможно фиксировать на светоотверждаемый композиционный материал идентично при выполнении регистрации движения нижней челюсти при повторных обследованиях.
Способ визуализации височно-нижнечелюстного сустава (Патент №2269932 РФ МПК А61В 8/00, опубл. 20.02.2006) с применением УЗИ. Данный способ позволяет визуализировать структуры ВНЧС в режиме реального времени с помощью ультразвукового сканирования, однако, не дает графической регистрации траектории движения суставной головки, но сугубо субъективную оценку характера траектории движения суставной головки оператором на мониторе персонального компьютера.
Наиболее близким к заявленному решению по совокупности существенных признаков является способ графической регистрации траектории движения суставной головки при различных движениях нижней челюсти относительно шарнирной оси (центра головки сустава) - аксиография (Slavicek R. The Masticatory organ: functions and dysfunctions. - Klosterneuburg, 2002). Данный способ позволяет оценить количественные показатели и качественные особенности траектории движения нижней челюсти. Оценку состояния ВНЧС проводят на основании изучения качества аксиограмм, которое изменяется в результате структурных и функциональных нарушений ВНЧС. Кривые, регистрируемые прибором, отражают траекторию движения суставных головок и диска ВНЧС.Аксиограмма характеризуется кривизной, длиной и углом суставного пути. На основании аксиографии ВНЧС изучают траекторию, величину, форму, совпадение кривых при различных движениях нижней челюсти, характеризующие состояние ВНЧС и внутрисуставного диска.
Общими свойствами нашего изобретения и аксиографии являются:
1. Методы регистрации движений нижней челюсти являются цифровыми;
2. Оба метода являются неинвазивными и безопасными для получения и обработки движения нижней челюсти;
3. Возможность оценки качественных и количественных параметров (геометрия траектории движения), симметричность траектории движения, волнообразное искривление траектории в разные фазы движения открывания рта, асинхронность суставных движений, расхождение траекторий открывания и закрывания рта.
К недостаткам аксиографии относится то, что методологически важным, но сложным этапом является обнаружение и регистрация шарнирной точки, от чего зависит достоверность построения графика движения нижней челюсти. К недостаткам аксиографии также можно отнести необходимость применения сопутствующего оборудования (лицевой дуги, регистрирующей дуги, параокклюзионной вилки, артикулятора), сложность ориентирования лицевой дуги при повторных исследованиях для получения идентичных условий регистрации движений нижней челюсти. Кроме того, из-за удаленности датчиков системы от истинных движущихся точек при получении данных возможны проекционные ошибки. У методики электронной аксиографии с использованием параокклюзионной «вилки» есть свои сложности: при глубоком резцовом перекрытии трудно зафиксировать параокклюзионную «вилку», во время исследования она может смещаться, что приведет к искажениям результатов диагностики. Таким образом, сложность и высокая стоимость аппаратно-программной части, необходимой для реализации метода, наличие специальных навыков у персонала, громоздкость оборудования не позволяют эффективно осуществлять аксиографию в лечебно-профилактических учреждениях любого уровня, а также детям.
Технической задачей данного изобретения является разработка неинвазивного метода регистрации движений нижней челюсти путем непрерывного трекинга в режиме реального времени с визуализацией мягкотканных структур ВНЧС методом УЗИ.
Поставленная техническая задача решается тем, что при помощи УЗ сканера и различных типов датчиков получают видеозаписи сканирования области ВНЧС в медицинском формате. На всех видеозаписях запечатлен процесс движения нижней челюсти во время опускания и ее поднятия. Создание траектории движения суставной головки с последующим экспертным аннотированием данных осуществляется в специализированном программном комплексе.
Способ обеспечивает регистрацию и визуализацию движения суставной головки по траектории, полученной при перемещении точки-маркера, установленной на вершине суставной головки. Для визуализации ВНЧС проводят УЗИ во время максимального опускания и поднятия нижней челюсти до смыкания зубных рядов. В качестве ориентира для выставления точки-маркера взята вершина суставной головки на каждом кадре видео ряда, отражающего весь цикл движения нижней челюсти: от состояния закрытого рта до максимального опускания нижней челюсти. В результате строится траектория движения головки нижней челюсти по суставному пути во время артикуляции при различных функциональных пробах. Подготовленное подмножество состояло из 5 последовательностей ультразвуковых кадров. Каждый видео файл изображал правый или левый ВНЧС во время движения нижней челюсти и имел в среднем 60 кадров.
Техническим результатом, достигаемым при реализации данного способа, является повышение точности при описании процесса движения нижней челюсти на УЗ изображениях ВНЧС.
Существо способа иллюстрирует фиг. 1, на которой экспертом размечена траектория движения суставной головки при опускании и поднятии нижней челюсти. Изображены последовательно видео кадры, на которых линией соединяются все положения точки-маркера на предшествующих кадрах для получения полной траектории движения суставной головки:
а) Траектория движения суставной головки, отражающая полный цикл опускания (нижняя линия) и поднятия нижней челюсти (верхняя линия);
б) Точка маркер установлена на вершине суставной головки (0) - начало траектории при сомкнутых зубных рядах;
в) Середина траектории при опускании нижней челюсти (0-1);
г) Полная траектория опускания нижней челюсти (0-2);
д) Середина пути при поднятии нижней челюсти (верхняя линия) (0-3);
е) Полная траектория движения суставной головки при смыкании зубных рядов после поднятия нижней челюсти (0-4).
В результате построения графика получают количественные характеристики: длина суставного пути, скорость (Таблица 1).
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе ультразвукового цифрового трекинга нижней челюсти, включающем УЗИ ВНЧС при движении нижней челюсти с последующим переносом полученных видео файлов в программный комплекс, предназначенный для редактирования видео и динамических изображений, в котором производят покадровое отслеживание движений суставной головки посредством установки точки-маркера на ее вершину и расчета «ху» координат, с дальнейшим экспортированием числовых результатов в электронные таблицы и построением графиков траектории движения НЧ.
Как явствует из описания, при динамическом сканировании области ВНЧС измеряли перемещение точки на вершине головки нижней челюсти на расстояние, которое соответствовало поступательному движению головки из суставной ямки вперед при максимально возможном опускании нижней челюсти пациентом.
Применение способа в медицинских учреждениях, в том числе детям и взрослым, как одного из этапов комплексного обследования пациентов с последующим сохранением диагностических данных в виде видео-протокола для определения критериев, обеспечивающих стабильную артикуляцию у клинически здоровых субъектов исследования, мониторинга и контроля качества лечения.
Предлагаемый способ графической регистрации движения суставной головки предоставляет возможность получать различные количественные показатели, в том числе относительные координаты движущихся точек-маркеров, скорость движения головки нижней челюсти, длину пройденного пути и его траектории.
Данный метод будет способствовать достоверной и объективной диагностике нарушений ВНЧС и составлению обоснованного плана лечения, а также рассматриваться как дополнительный для аксонометрии способ исследования состояния ВНЧС.
В ходе исследований, проведенных в рамках разработки предлагаемого способа, получены результаты геометрических архитектур артикуляции при разных пробах, характеризующие движения нижней челюсти у клинически здоровых людей и у пациентов с расстройствами ВНЧС. Детальный анализ характера траектории движения суставной головки позволит оценить состояние комплекса тканей, входящих в ВНЧС: мышцы, связочный аппарат, диск и обоснованно подойти к выбору терапии, основываясь на принципе дифференциальной диагностики расстройств ВНЧС.
Предлагаемый способ может быть реализован врачами-стоматологами и ультразвуковой диагностики в лечебно-профилактических учреждениях.
Определение индивидуальных характеристик движения головки ВНЧС в процессе лечения позволит предупредить развитие расстройств в височно-нижнечелюстных суставах.
Эффективность способа демонстрируют приведенные нижеследующие клинические примеры.
Пациент В., 20 лет обратилась в клинику ортодонтии с жалобами на неправильное положение зубов.
Результаты клинических методов обследования:
Конфигурация лица не изменена
Открывание рта свободное, в полном объеме. Пальпация мышц и областей височно-нижнечелюстного сустава безболезненна.
При осмотре рта: слизистая оболочка бледно-розового цвета, умеренно увлажнена.
Предварительный диагноз: Нейтральная окклюзия. Скученное положение фронтальной группы зубов на верхней и нижней челюстях.
Пациенту рекомендовано: конусно-лучевая компьютерная томограмма челюстно-лицевой области, УЗИ ВНЧС с регистрацией суставного пути, антропометрия зубных рядов, ортодонтическое лечение.
В комплексе диагностических мероприятий проведено УЗИ ВНЧС с записью пробы открывания-закрывания рта. На УЗ сканах в соответствии с разработанным протоколом произведена покадровая разметка изображений регистрации движения суставной головки. Фиг. 2 демонстрирует траекторию движения суставной головки (С) на ультразвуковом изображении ВНЧС (справа) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти; по координатам точки-маркера построена линейная диаграмма (Таблица 2, фиг. 3). На основании изучения конфигурации траектории определено совпадение или параллельность ее участков при опускании и поднятии нижней челюсти.
Пациент Н., 30 лет обратилась в клинику ортодонтии с жалобами на неправильное положение зубов, щелчки в области ВНЧС слева во время открывания рта.
Результаты клинических методов обследования:
Конфигурация лица не изменена
Открывание рта сопровождается щелчком в области ВНЧС слева. Пальпация мышц и височно-нижнечелюстного сустава безболезненна.
При осмотре рта: слизистая оболочка бледно-розового цвета, умеренно увлажнена.
Предварительный диагноз: дистальная окклюзия. Сагиттальная резцовая дизокклюзия. Частичное отсутствие зубов на нижней челюсти. Вторичные деформации зубных рядов.
Пациенту рекомендовано: конусно-лучевая компьютерная томограмма челюстно-лицевой области, магнитно-резонансная томография ВНЧС, УЗИ ВНЧС с регистрацией суставного пути, ортодонтическое лечение, рациональное протезирование.
В комплексе диагностических мероприятий проведено УЗИ ВНЧС с записью пробы открывания-закрывания рта. На УЗ сканах в соответствии с разработанным протоколом произведена покадровая разметка изображений регистрации движения суставной головки. Фиг. 4 демонстрирует траекторию движения суставной головки на ультразвуковом изображении ВНЧС (слева) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти: на участке траектории, соответствующем средней фазе опускания нижней челюсти (1), визуализируется отклонение графика; по координатам точки-маркера построена линейная диаграмма (Таблица 3, фиг. 5). Таким образом, на основании изучения конфигурации траектории определено ее отклонение от нормы - ломаный тип.
Пациент Б., 25 лет обратилась в клинику ортодонтии с жалобами на неправильное положение зубов, щелчки в области ВНЧС справа во время открывания рта, пережевывания пищи.
Результаты клинических методов обследования:
Конфигурация лица не изменена
Открывание рта сопровождается щелчком в области ВНЧС справа. Пальпация мышц и височно-нижнечелюстного сустава безболезненна.
При осмотре рта: слизистая оболочка бледно-розового цвета, умеренно увлажнена.
Предварительный диагноз: Дистальная окклюзия. Сагиттальная резцовая дизокклюзия. Скученное положение зубов на верхней и нижней челюстях.
Пациенту рекомендовано: конусно-лучевая компьютерная томограмма челюстно-лицевой области, магнитно-резонансная томография ВНЧС, УЗИ ВНЧС с регистрацией суставного пути, ортодонтическое лечение, рациональное протезирование.
В комплексе диагностических мероприятий проведено УЗИ ВНЧС с записью пробы открывания-закрывания рта. На УЗ сканах в соответствии с разработанным протоколом произведена покадровая разметка изображений регистрации движения суставной головки. Фиг. 6 демонстрирует траекторию движения суставной головки на ультразвуковом изображении ВНЧС (справа) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти: на участке траектории, соответствующем средней фазе поднятия нижней челюсти (3), график имеет волнообразную конфигурацию; по координатам точки-маркера построена линейная диаграмма (Таблица 4, фиг. 7). Таким образом, на основании изучения конфигурации траектории определено ее отклонение от нормы -ломаный тип.
Краткое описание фигур.
На Фиг. 1 изображены последовательно видео кадры, на которых линией соединяются все положения точки-маркера на предшествующих кадрах для получения полной траектории движения суставной головки: представлена траектория движения суставной головки при опускании и поднятии нижней челюсти.
а) Траектория движения суставной головки, отражающая полный цикл опускания (нижняя линия) и поднятия нижней челюсти (верхняя линия);
б) Точка маркер установлена на вершине суставной головки (0) -начало траектории при сомкнутых зубных рядах;
в) Середина траектории при опускании нижней челюсти (0-1);
г) Полная траектория опускания нижней челюсти (0-2);
д) Середина пути при поднятии нижней челюсти (верхняя линия) (0-3);
е) Полная траектория движения суставной головки при смыкании зубных рядов после поднятия нижней челюсти (0-4).
На Фиг. 2 показана траектория движения суставной головки (С) на ультразвуковом изображении ВНЧС (справа) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти у пациента при отсутствии клинических проявлений расстройств ВНЧС.
На Фиг. 3 представлена линейная диаграмма, отражающая движение суставной головки-траекторию, построенная в системе координат у пациента при отсутствии клинических проявлений расстройств ВНЧС.
На Фиг. 4 представлена траектория движения суставной головки на ультразвуковом изображении ВНЧС (слева) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти у пациента с щелчком в области ВНЧС слева: на участке траектории, соответствующем средней фазе опускания нижней челюсти (1), визуализируется отклонение графика
На Фиг. 5 представлена линейная диаграмма, отражающая движение суставной головки-траекторию, построенная в системе координат у пациента с наличием щелчка в области ВНЧС (1).
На Фиг. 6 представлена траектория движения суставной головки на ультразвуковом изображении ВНЧС (справа) при пробе опускания-поднятия нижней челюсти у пациента с щелчком в области ВНЧС справа: на участке траектории, соответствующем средней фазе поднятия нижней челюсти (3), визуализируется волнообразная конфигурация графика.
На Фиг. 7 представлена линейная диаграмма, отражающая движение суставной головки-траекторию, построенная в системе координат у пациента с наличием щелчка в области ВНЧС (3).
В Таблице 1 содержатся координаты точки-маркера при ее отслеживании на видео кадрах записи движения суставной головки ВНЧС на УЗ сканах, а также данные о длине суставного пути и скорости перемещения.
В Таблице 2, 3, 4 представлены координаты точек-маркеров по осям X и Y, на основании которых строится график-траектория движения суставной головки.
Способ графической регистрации траектории движения головки нижней челюсти, включающий УЗ сканирование и получение видеозаписей области ВНЧС, на которых запечатлен процесс движения суставной головки во время опускания и поднятия нижней челюсти, отличающийся тем, что регистрируют индивидуальную траекторию движения суставной головки путем покадрового отслеживания, в режиме реального времени, движений суставной головки посредством установки точки-маркера на ее вершине и экспортом результатов в электронные таблицы с последующим построением графиков и их математическим анализом, при этом производят видеоряд, отражающий весь цикл движения нижней челюсти, состоящий из 5 последовательностей ультразвуковых кадров, каждый видеофайл изображает правый или левый ВНЧС во время движения нижней челюсти и имеет 60 кадров, а расстояние перемещения точки на вершине головки нижней челюсти соответствует поступательному движению головки из суставной ямки от состояния закрытого рта, смыкания зубных рядов до максимального опускания нижней челюсти пациентом.
