Что такое проектирование протезов на основе метода конечных элементов?
Проектирование протезов на основе метода конечных элементов — подход к конструированию частичных съёмных протезов, который на основе анализа методом конечных элементов разработал Рудольф Славичек, бывший профессор ортопедической стоматологии Венского университета.
Форму протеза определяют так, чтобы на зубы, на которые опирается частичный протез, по возможности действовали только силы физиологического направления и величины.
Частичный съёмный протез фиксируется на оставшихся зубах с помощью удерживающих его элементов (фиксирующих элементов).
Зуб, на котором находится фиксирующий элемент, называют опорным зубом.
Метод конечных элементов — это, как правило, способ, при котором компьютерной модели формы задают условия нагрузки и рассчитывают возникающие внутри неё силы (напряжения) и деформации.
Название «метод конечных элементов» связано с тем, что при расчёте форму делят на множество мелких элементов.
В стоматологии его тоже используют в исследованиях сил, действующих на зубы и протезы.
В нашей клинике мы проектируем частичный съёмный протез для каждого пациента индивидуально, следуя этому подходу к проектированию, основанному на анализе профессора.
Главный врач изучал этот подход непосредственно у профессора в 2000 году.
В нашей клинике подход к прикусу основан на концепции профессора Садао Сато, а подход к проектированию протезов — на концепции профессора Славичека (австрийская гнатология).
Как устроено проектирование протезов на основе метода конечных элементов
При смыкании частичный протез проседает и поворачивается
Части частичного протеза, которые замещают, например, утраченные жевательные зубы, лежат на десне.
При смыкании эти части давят на десну и проседают.
В этот момент протез движется так, будто поворачивается вокруг оси, проходящей около опорных зубов.
На фото линия, проходящая поперёк около передних опорных зубов, — ось вращения, а часть с задними искусственными зубами проседает в сторону десны.
Три силы, действующие на опорные зубы
Когда протез движется, поворачиваясь, на опорные зубы действуют три следующие силы.
| Сила | Как действует на зуб | Мнение главного врача |
|---|---|---|
| Вытягивающая сила | Тянет зуб из лунки | Даже небольшая, она не физиологична |
| Наклоняющая сила | Наклоняет зуб | В определённых пределах физиологична |
| Вдавливающая сила | Давит на зуб в направлении корня | В определённых пределах физиологична |
Вокруг корня зуба находится тонкая ткань — периодонтальная связка, которая работает как датчик (механорецептор), воспринимающий давление на зуб.
Главный врач считает, что когда зуб давят в направлении корня, организм может ответить на эту силу рефлекторными механизмами.
В то же время, как объясняет главный врач, вытягивающая сила появилась лишь вместе с протезами, и рефлекторного ответа на неё у организма ещё не сформировалось.
Поэтому мы проектируем протез, стремясь устранить вытягивающую силу или сделать её как можно меньше.
Профессор проанализировал действие этих сил с позиций физики и представил результаты в форме, пригодной для реального проектирования протезов.
Зубы и десна проседают по-разному
Частичный съёмный протез опирается и на оставшиеся зубы, и на десну там, где зубов нет.
По объяснению главного врача, при смыкании десна смещается примерно в 10 раз больше, чем зуб.
Считается, что в частичных протезах, замещающих отсутствующие жевательные зубы, из-за разного проседания опорных зубов и десны на опорный зуб, соседний с беззубым участком, через жёсткий металлический каркас может действовать большая сила, наклоняющая его назад.
В нашей клинике эту разницу в проседании мы распределяем с помощью конструкции каркаса и аттачменов.
В каркасе мы разделяем жёсткие и подвижные участки
Металлическую основу протеза (каркас) делают не везде одинаково жёсткой.
Участок в красном круге на фото придаёт каркасу в целом высокую жёсткость.
Жёсткость этого участка делает постоянным движение подвижных частей, отмеченных жёлтыми стрелками.
Главный врач считает, что если протез при каждом смыкании движется одинаково, то и информация, поступающая из полости рта в мозг, становится постоянной.
Формой сечения мы меняем податливость к изгибу
Даже у одного и того же металла податливость к изгибу зависит от формы поперечного сечения.
Участки с плоским сечением под нагрузкой изгибаются.
Участки с полукруглым сечением изгибаются меньше и передают силу без изменений.
Поэтому для зубов, на которые легко приходится давление, мы создаём механизм, отводящий давление за счёт участка с плоским сечением.
И наоборот, там, где силу нужно передать надёжно, мы используем каркас полукруглого сечения, чтобы не допустить деформации.
Роль каркаса, соединяющего правую и левую стороны
В металлическом каркасе, соединяющем правую и левую стороны, мы объединяем функции, необходимые протезу.
В частичных протезах функцию, препятствующую снятию протеза, обычно называют «фиксацией», а функцию, препятствующую его качанию в стороны, — «стабилизацией».
В нижнем протезе деталь, соединяющая правую и левую стороны (подъязычная дуга), требует особой жёсткости даже по сравнению с другими частями протеза.
Есть и дуги из платино-золотого и кобальт-хромового сплавов с полой, трубчатой конструкцией, повышающей их общую жёсткость (платино-золотой сплав).
Фото: каркасы, соединяющие правую и левую стороны
Почему мы применяем проектирование протезов на основе метода конечных элементов
Потому что мы хотим отрегулировать силы, действующие на опорные зубы
Главный врач считает, что при проектировании частичных протезов необходим контроль сил, действующих на опорные зубы.
Особенно важно проектирование частей, соединяющих протез с зубами, например аттачменов, потому что сила действует непосредственно на оставшиеся зубы и окружающие их ткани.
Потому что мы хотим передавать на периодонт физиологические силы
Периодонт — это датчик, воспринимающий давление.
Главный врач считает, что от того, какая сила на него передаётся, зависит, как протез будет служить в долгосрочной перспективе.
Потому что мы учитываем и дневную работу, и скрежетание зубами во сне
В нашей клинике мелкие детали формы каркаса и искусственных зубов мы доводим с учётом и дневной, и ночной работы.
Днём — чтобы такие функции, как жевание, глотание и речь, выполнялись без лишней нагрузки на организм.
Ночью — чтобы скрежетание зубами во сне оставалось в физиологических пределах; для этого мы придаём жевательным поверхностям форму, согласованную с движениями височно-нижнечелюстных суставов.
Потому что главный врач сам пересматривал свой подход к проектированию
Около 1991 года главный врач изготавливал в основном протезы такого типа, при котором протез опирается на опорные зубы с полностью жёсткой фиксацией (жёсткая опора, rigid support).
Затем он принял концепцию профессора Славичека, рассматривающую периодонт как «приёмник ощущений», и пересмотрел свой подход к проектированию.
Главный врач считает, что правильность конструкции нельзя оценить за короткий срок, например за 4–5 лет: её нужно оценивать по долгосрочному течению многих протезов.
Он также считает, что работа не заканчивается с изготовлением протеза и что конструкции тоже нужно пересматривать с развитием науки.
На практике в нашей клинике
Что мы учитываем при проектировании частичного протеза
Проектируя частичный протез, мы учитываем в основном следующее.
- Данные обследований: оставшиеся зубы, десна (слизистая оболочка), строение костей и движения челюсти (разборная модель, регистрация слизистой оболочки, анализ боковой телерентгенограммы, Cadiax)
- Как протез проседает при смыкании и вокруг какой оси поворачивается
- Направление и величина сил, действующих на опорные зубы, а также положение и форма фиксирующих элементов и аттачменов в соответствии с ними
- Какие участки каркаса сделать жёсткими, а какие подвижными, и форма поперечных сечений
- Направление надевания и снятия и направление, в котором передаётся сила при смыкании (параллельное фрезерование)
Воплощение в форме и проверка
Спроектированную форму изготавливают из воска и литьём заменяют металлом (восковое моделирование, литьё).
Временному протезу мы придаём те же механизмы, что и окончательному, и проверяем их, пока Вы им пользуетесь (временные коронки и временные протезы).
После установки мы продолжаем наблюдать за состоянием в динамике и при необходимости проводим коррекцию или ремонт.
Даже если меняется используемый металл, подход к проектированию остаётся прежним.
Фото: частичные съёмные протезы, спроектированные по этому подходу
Протезы для участков, где спереди и сзади сохранились зубы
Частичный протез, замещающий зубы на участке, где спереди и сзади сохранились зубы, при смыкании проседает в направлении корней — так же, как естественные зубы.
При этом мы обрабатываем поверхности аттачменов фрезерованием так, чтобы и на оставшиеся зубы сила передавалась в направлении их корней.
Когда верхний и нижний зубные ряды сильно смещены относительно друг друга
Если верхний и нижний зубные ряды сильно смещены относительно друг друга в поперечном направлении, трудно получить вертикальную опору прикуса.
В таких случаях возможна конструкция, при которой металлический каркас продлевают к внутренней стороне верхней челюсти (нёбной стороне), и он служит площадкой, принимающей нижние зубы при смыкании.
На фото красный круг показывает область, где изначально находится верхний зубной ряд, а зелёный — область нижнего зубного ряда.
С учётом будущих изменений
С возрастом может оказаться, что некоторые зубы впоследствии сохранить не удаётся.
В таких случаях мы рассматриваем ремонт с добавлением искусственных зубов к протезу.
Поэтому мы изготавливаем протезы из материалов и с конструкцией, допускающими последующий ремонт.
Для ремонта мы используем лазерную сварку в клинике.
Сроки, число визитов, стоимость и риски лечения → Стоимость
Что можно и чего нельзя сделать с помощью проектирования на основе метода конечных элементов
Что можно сделать с помощью проектирования на основе метода конечных элементов
- Отрегулировать направление и величину сил, действующих на опорные зубы, с учётом того, как протез проседает при смыкании и вокруг какой оси поворачивается
- Стремиться устранить силу, вытягивающую опорные зубы (вытягивающую силу), или сделать её как можно меньше
- Распределить разницу в проседании зубов и десны с помощью конструкции каркаса и аттачменов
- Разделить в каркасе жёсткие и подвижные участки и менять податливость к изгибу формой сечения
- Проектировать по тому же подходу, даже если меняется используемый металл
Чего сделать нельзя и как мы это восполняем
| Чего сделать нельзя | Как мы это восполняем |
|---|---|
| Одним лишь проектированием пообещать, как протез будет служить в дальнейшем | Наблюдаем за состоянием в динамике и после установки, проводим коррекцию и ремонт (раздел «Чтобы протез служил долго» на странице о съёмных протезах) |
| Вылечить заболевания самих опорных зубов (кариес, заболевания пародонта и др.) | Включаем лечение оставшихся зубов в план лечения (страница о лечении пародонта) |
| Узнать толщину и свойства десны каждого пациента только расчётным путём | Регистрация слизистой оболочки |
| Определить положение смыкания и углы искусственных зубов | Cadiax, анализ боковой телерентгенограммы, постановка искусственных зубов |
| Остановить изменения в полости рта, например последующую потерю зубов | Изготавливаем протез из материалов и с конструкцией, допускающими последующий ремонт (лазерная сварка) |
Считается, что анализ методом конечных элементов проводится на моделях, в которых ткани организма в той или иной степени упрощены, поэтому его результаты могут отличаться от реальных сил в организме.
Отмечается также, что такие свойства десны, как толщина и вязкость, в моделях анализа почти не учитываются.
Часто задаваемые вопросы
- Что такое опорный зуб?
Это зуб, на котором находится удерживающая частичный протез часть (фиксирующий элемент).
Частичный протез опирается на такие зубы и на десну там, где зубов нет.
В нашей клинике мы проектируем протез с учётом направления и величины сил, действующих на опорные зубы.
- Меняется ли конструкция в зависимости от вида металла?
Подход к проектированию одинаков независимо от вида используемого металла.
Исходя из этого, материал мы подбираем в соответствии с нужной формой и жёсткостью.
- Что будет, если после изготовления протеза я потеряю один из оставшихся зубов?
В зависимости от состояния мы рассматриваем ремонт с добавлением искусственного зуба к протезу.
В нашей клинике мы изготавливаем протезы из материалов и с конструкцией, допускающими последующий ремонт, и для ремонта используем лазерную сварку в клинике.
Возможен ли ремонт, зависит от состояния протеза и полости рта на тот момент.
- Как долго можно пользоваться протезом, спроектированным на основе метода конечных элементов?
Срок пользования протезом индивидуален, и обещать мы ничего не можем.
В нашей клинике мы записываем и проверяем течение изготовленных протезов и продолжаем их коррекцию и ремонт.
Главный врач считает, что правильность конструкции нужно оценивать по долгосрочному течению.
Связанные технологии и виды лечения
- Аттачмены
- Параллельное фрезерование
- Регистрация слизистой оболочки
- Австрийская гнатология
- Все технологии, которые мы используем
- Съёмные протезы (прецизионные): данные обследований мы отражаем в форме протеза
- Съёмные протезы (прецизионные): полные и частичные съёмные протезы — подход к каждому виду
Использованные источники
Для общих пояснений (что такое метод конечных элементов, как обычно действуют силы в частичных протезах, значение терминов «фиксация» и «стабилизация») мы опирались на следующие опубликованные источники. Сведения о методах нашей клиники основаны на текстах, опубликованных главным врачом, и его пояснениях.
- Wakabayashi N. Advanced applications of finite element method in dental research: recent progress in non-linear analysis. Journal of the Japanese Society for Dental Materials and Devices. 2013;32(3):226-239 (на японском языке)
- Yamashita S. Rethink the mechanical principles associated with removable partial dentures. Annals of Japan Prosthodontic Society. 2020;12(1):16-22 (на японском языке)
- Zhu Y, et al. Biomechanical considerations in RPD design: application and perspective of finite element method in distal extension removable partial denture rehabilitation. Frontiers in Dental Medicine. 2025;6:1667504 (на английском языке)
Консультации и вопросы
Медицинская корпорация «Гибакай», Стоматологическая клиника Ёсими
Square 2, Room 302 (3-й этаж),
1-29-1 Tsukushino, Machida,
Tokyo 194-0001, Япония
TEL 042-795-1359 FAX 042-795-1398
Дни приёма: Пн · Вт · Чт · Пт 10:00–13:00 / 14:30–18:00
Первый визит начинается с первичной консультации — обследования и постановки диагноза (платная услуга, не покрывается страховкой; от 30 минут до 1 часа). В её рамках можно обсудить и диагноз, поставленный в другой клинике.
В экстренной ситуации — например, если не получается жевать или симптомы сильно выражены, — пожалуйста, проконсультируйтесь с нами по телефону (042-795-1359).