Практическая работа по теме «Технология изготовления бюгельного протеза на верхнюю челюсть с зоной дефекта 14-17 зубные единицы»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
   1. Бюгельный протез: определение, показания и ограничения при дефектах бокового отдела верхней челюсти
   1.2. Структурные элементы бюгельного протеза и принципы их проектирования при одностороннем дефекте
   1.3. Характеристики материалов и современные технологии их обработки в цифровом цикле CAD/CAM
   1.4. Цифровой протокол проектирования и изготовления бюгельного протеза с использованием систем CAD/CAM
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
   1. Клинико-лабораторный случай: описание одностороннего включенного дефекта верхней челюсти слева
   2.2. Цифровое проектирование каркаса протеза (CAD-этап)
   2.3. Лабораторные этапы изготовления бюгельного протеза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Частичная адентия, особенно в жевательных отделах челюстей, остается одной из наиболее распространенных проблем в клинической стоматологии, приводя к стойкому нарушению функции, эстетики и качества жизни пациентов [3, 6]. Особую сложность представляют односторонние включенные дефекты бокового отдела верхней челюсти, такие как отсутствие второго премоляра и моляров (зона 15-17). Подобные дефекты нарушают баланс жевательной нагрузки, приводя к функциональной перегрузке оставшихся зубов и риску развития осложнений [1, 5].

Восстановление таких дефектов с помощью бюгельного протеза является классическим и эффективным методом. Однако традиционное изготовление, основанное на эмпирическом моделировании, сталкивается с рядом проблем при протезировании односторонних дефектов: протез превращается в консольную конструкцию, что требует высочайшей точности в расчете биомеханики. Ключевой задачей становится защита пограничного с дефектом зуба (например, 14-го) от перегрузки, что зачастую требует применения сложных комбинированных кламмерных систем (сочетание окклюзионной накладки, Т-образного плеча Роуча и ответвлений дуги) и тщательного проектирования небной дуги переменного сечения [2, 7].

Современным решением, позволяющим минимизировать субъективные ошибки и перевести процесс проектирования в плоскость точного инженерного расчета, является использование цифровых технологий автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM) [2, 4, 8]. Их применение на этапе виртуального моделирования каркаса позволяет провести предварительный анализ распределения напряжений, оптимизировать форму и сечение каждого элемента под конкретные анатомические условия, что в конечном итоге повышает точность, функциональность и долговечность конструкции [9, 10]. Таким образом, разработка и апробация усовершенствованной технологии изготовления бюгельного протеза с интеграцией цифрового проектирования для односторонних дефектов является актуальной научно-практической задачей.

Цель работы: разработать и апробировать технологию изготовления бюгельного протеза при одностороннем включенном дефекте верхней челюсти слева (15-17 зубы) с использованием предварительного цифрового CAD-проектирования для оптимизации биомеханических свойств конструкции.

Задачи исследования:

• проанализировать теоретические основы и современные тенденции бюгельного протезирования при односторонних дефектах верхней челюсти, включая применение CAD/CAM-технологий;
• провести виртуальное проектирование (CAD) каркаса бюгельного протеза для конкретного клинического случая в программном обеспечении Exocad, выполнив сравнительный анализ вариантов конструкции (выбор типа кламмеров на опорные зубы 14, 18, 28, конфигурации небной дуги, границ седловидного базиса);
• изготовить бюгельный протез по разработанному цифровому проекту с соблюдением всех лабораторных этапов;
• провести оценку качества готовой конструкции и выполнить сравнительный анализ преимуществ и ограничений примененного цифрового подхода в сравнении с традиционной методикой.

Объект исследования: процесс ортопедического лечения пациента с односторонним включенным дефектом зубного ряда верхней челюсти слева (15-17 зубы) с помощью бюгельного протеза.

Предмет исследования: технология цифрового проектирования (CAD) и лабораторного изготовления каркаса бюгельного протеза для верхней челюсти при одностороннем дефекте.

Методы исследования:

• теоретические: анализ научной литературы, систематизация, обобщение;
• эмпирические (цифровое моделирование — CAD-проектирование в программной среде Exocad; лабораторные методы — получение комбинированных оттисков, изготовление гипсовых моделей, литье металлического каркаса по выплавляемым моделям, постановка искусственных зубов, полимеризация базиса);
• аналитические: сравнительный анализ, оценка результатов.

Практическая значимость работы заключается в подробном описании и обосновании клинико-лабораторного протокола, который может быть внедрен в практику зуботехнических лабораторий для повышения точности, эффективности и предсказуемости результатов при изготовлении сложных бюгельных конструкций.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Бюгельный протез: определение, показания и ограничения при дефектах бокового отдела верхней челюсти

Бюгельный протез — это частичный съемный протез, основой которого является цельнолитой металлический каркас, состоящий из опорно-удерживающих элементов, седловидной части и соединительной дуги. Его главное конструктивное преимущество — жесткость и прочность при минимальном объеме, что обеспечивает эффективное функциональное восстановление и высокий комфорт для пациента [3, 5].

При односторонних включенных дефектах жевательной зоны верхней челюсти, аналогичных рассматриваемому в данной работе (отсутствие 15, 16, 17 зубов), бюгельное протезирование является методом выбора, когда отсутствуют условия для несъемного протезирования или дентальной имплантации [1, 6].

Конкретные показания для данного клинического случая включают:

• необходимость рационального распределения жевательной нагрузки между опорными зубами (14, 18, 28) и слизистой оболочкой протезного ложа в области дефекта;
• требование сохранить небную чувствительность и вкусовое восприятие за счет применения тонкой соединительной дуги вместо массивного пластиночного базиса;
• возможность осуществить шинирующий эффект за счет жесткой конструкции каркаса, что актуально для предотвращения смещения опорных зубов под действием консольной нагрузки.

Противопоказания к бюгельному протезированию в подобной ситуации носят в основном относительный характер и требуют учета при планировании:

• низкая клиническая коронка ключевого опорного зуба (14-й премоляр), которая может затруднить создание эффективной ретенции для кламмера (диктует необходимость применения комбинированных или альтернативных опорно-удерживающих элементов);
• выраженная атрофия альвеолярного гребня в дистальной части дефекта (ретромолярная область), требующая точного моделирования границ базиса и передачи нагрузки через окклюзионные накладки для предотвращения балансирования протеза;
• аллергия к базовым сплавам металлов (кобальто-хромовому, никель-хромовому) — решением является выбор альтернативных сплавов на основе титана или золота [7].

Вывод по параграфу: таким образом, бюгельный протез представляет собой оптимальный способ восстановления одностороннего дефекта 15-17 зубов на верхней челюсти. Однако его успешность напрямую зависит от биомеханически корректного проектирования каркаса, что в современных условиях эффективно решается с привлечением технологий цифрового моделирования (CAD), позволяющих точно рассчитать параметры каждого элемента конструкции [2, 4, 8].

1.2. Структурные элементы бюгельного протеза и принципы их проектирования при одностороннем дефекте верхней челюсти

Каркас бюгельного протеза — это инженерная система, где каждый элемент выполняет строго определенную функцию. Для дефекта в зоне 15-17 зубов проектирование имеет специфические особенности.

Опорно-удерживающие элементы

На пограничном с дефектом зубе (14-й премоляр) основная задача — передать вертикальную нагрузку и предотвратить смещение протеза дистально. Для этого применяется комбинированная опора: жесткая окклюзионная накладка, погружаемая в подготовленную площадку глубиной 1,5 мм на жевательной поверхности, принимает на себя основную вертикальную нагрузку. Ретенцию и стабилизацию обеспечивает гнутое Т-образное плечо (кламмер Роуча), расположенное с вестибулярной стороны. Его податливая дистальная часть позволяет протезу совершать физиологичное смещение при нагрузке, а жесткое окончание в пришеечной области предотвращает чрезмерное погружение [5, 7].

На дистально расположенных опорных зубах (18-й, 28-й моляры) задача — обеспечить стабилизацию и ретенцию с противоположной стороны. Для зубов с выраженным экватором применяются литые кламмеры Аккера с окклюзионными накладками. Два жестких плеча, охватывающих коронку выше экватора, не доходя 0,5 мм до десневого края, гарантируют стабильное положение протеза.

Седловидная часть (базис) и система передачи нагрузки

В области дефекта (15-17) каркас формирует металлический окаймляющий базис с сеткой для фиксации пластмассы. Критически важны ограничители проседания — специальные выступы на каркасе, расположенные перпендикулярно к слизистой.

Соединительная дуга (небная)

Для одностороннего дефекта применяется неполная (передне-задняя) дуга. В рассматриваемом случае она проходит от седловидной части в области 15-16 зубов к опорному зубу 28. Ее сечение вариабельно: в области повышенной нагрузки (у седловидной части) она расширена для жесткости, а по направлению к средней трети неба плавно сужается до минимально допустимой рекомендуемой ширины 4 мм, переходя в тонкое соединение, что минимизирует контакт с рецепторными полями неба и повышает комфорт [1, 3].

Вывод по параграфу: конструкция бюгельного протеза для одностороннего дефекта является компромиссом между жесткостью, необходимой для жевания, и податливостью, требуемой для сохранения здоровья опорных тканей. Цифровое проектирование (CAD) позволяет математически смоделировать этот компромисс, оптимизируя толщину, ширину и форму каждого элемента под конкретные анатомические условия пациента [9, 10].

1.3. Характеристики материалов и современные технологии их обработки в цифровом цикле автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM)

Изготовление бюгельного протеза представляет собой многоэтапный технологический процесс, успешность которого напрямую зависит от правильного выбора материалов и соблюдения режимов их обработки. Современный цифровой протокол с использованием систем автоматизированного проектирования и автоматизированного производства (CAD/CAM) предъявляет к материалам дополнительные требования, связанные с этапами трехмерной печати, компьютерного моделирования и последующего литья. В данном разделе рассматриваются материалы, примененные при изготовлении бюгельного протеза для конкретного клинического случая (дефект 15-17 зубов), с подробным анализом их физико-химических свойств и обоснованием выбора.

1.3.1. Материал металлического каркаса: кобальто-хромовый сплав «КХС-М»

Основным материалом для изготовления цельнолитого каркаса бюгельного протеза является кобальто-хромовый сплав (КХС). В представленной работе использован отечественный сплав марки «КХС-М» (производство ООО «Стоматех», г. Рязань), специально разработанный для литья бюгельных протезов и обладающий оптимальным сочетанием физико-механических, технологических и биологических свойств.

Химический состав сплава «КХС-М»

Сплав «КХС-М» относится к системе кобальт-хром-молибден и имеет следующий химический состав (в массовых процентах):

Таблица 1.1 — Химический состав сплава «КХС-М»

Физико-механические свойства сплава «КХС-М»

Сплав «КХС-М» характеризуется следующими физико-механическими показателями:

Таблица 1.2 — Физико-механические свойства сплава «КХС-М»

Обоснование выбора сплава «КХС-М»

Выбор именно этого сплава для изготовления каркаса бюгельного протеза при одностороннем дефекте 15-17 зубов обусловлен следующими факторами.

Биосовместимость. Отсутствие в составе никеля (содержание менее 0,1%) практически исключает риск развития аллергических реакций. Кобальт и хром, входящие в состав сплава, относятся к группе биотолерантных металлов, что подтверждено многолетним клиническим опытом.

Оптимальное сочетание прочности и упругости. Для конструкции с Т-образным кламмером Роуча на 14-м зубе, работающим на изгиб, критически важна достаточная упругость (модуль упругости около 210 ГПа). Сплавы с более высоким модулем упругости создавали бы избыточную жесткость, передавая на опорный зуб недопустимо высокие нагрузки. С другой стороны, высокая прочность (предел прочности до 850 МПа) гарантирует, что тонкие элементы каркаса не деформируются под действием жевательных нагрузок.

Отличные литейные характеристики. Присутствие бора (0,1-0,3%) и кремния (1,0-1,5%) обеспечивает высокую жидкотекучесть расплава, что критически важно для точного воспроизведения тонких элементов цифрового дизайна. Низкая усадка при кристаллизации (менее 1,5%) гарантирует сохранение геометрических параметров, заложенных при компьютерном проектировании.

Коррозионная стойкость. Высокое содержание хрома (25-30%) формирует пассивную оксидную пленку, устойчивую к воздействию слюны и пищевых кислот. Это обеспечивает долговременную сохранность функциональных свойств каркаса.

Технологичность в цифровом цикле. Сплав «КХС-М» оптимизирован для литья по выжигаемым моделям, полученным методом 3D-печати. Он характеризуется минимальной реакционной способностью с формовочными массами на основе фосфатных связующих, что обеспечивает чистую поверхность отливки без пригаров и оксидной пленки.

1.3.2. Материалы для аддитивного изготовления выжигаемых моделей

Ключевым звеном цифрового протокола является материал для прототипирования каркаса. В представленной работе использован фотополимерный состав «Formlabs Castable Resin» (Формлабс Кастабельная Смола), специально разработанный для стереолитографической (SLA) печати с последующим выжиганием и литьем по выплавляемым моделям.

Состав и свойства фотополимера

Фотополимер «Formlabs Castable Resin» представляет собой композицию на основе метакрилатных олигомеров и мономеров с добавлением фотоинициаторов и наполнителей. Ключевые характеристики:

Таблица 1.3 — Характеристики фотополимера «Formlabs Castable Resin»

Обоснование выбора аддитивной технологии и фотополимера

Выбор технологии стереолитографической печати (SLA) для изготовления выжигаемой модели каркаса обусловлен следующими преимуществами.

Точность воспроизведения сложной геометрии. Т-образный кламмер Роуча, примененный на 14-м зубе, имеет сложную пространственную конфигурацию. Цифровое проектирование в системе Экзокад с последующей печатью на SLA-принтере обеспечивает точность воспроизведения в пределах 25-50 микрон, что гарантирует идеальное прилегание кламмера к поверхности зуба.

Минимальная зольность. Зольность фотополимера составляет менее 0,05%. Это критически важно для качества отливки: чем меньше золы остается после выжигания, тем чище поверхность полости формы, тем меньше риск образования включений в металле. Традиционные восковые композиции имеют зольность 0,1-0,3%, что в 2-6 раз выше.

Термическая стабильность. Фотополимер сохраняет геометрическую стабильность в процессе выжигания, не деформируясь на этапе нагрева до 200-400 °C. Это предотвращает смещение литниковой системы и обеспечивает точное позиционирование каркаса в литейной форме.

Повторяемость результатов. Цифровой протокол обеспечивает полную воспроизводимость: при необходимости изготовления дубликата протеза можно повторно распечатать точно такую же модель.

Экономическая эффективность. Аддитивное производство позволяет минимизировать расход материала: фотополимер используется только для построения модели каркаса и литниковой системы, без потерь, характерных для фрезерования.

Литниковая система

Важнейшим элементом успешного литья является правильно спроектированная литниковая система. В представленной работе применена бесколлекторная литниковая система с непосредственным креплением литников к литниковой воронке. Проектирование литниковой системы осуществлялось в программном обеспечении с учетом принципов, изложенных в руководстве по литейному делу в стоматологии [6].

Конструктивные параметры литниковой системы:

• диаметр основных литников — 3,0 мм;
• диаметр дополнительных (вентиляционных) литников — 1,5-2,0 мм;
• угол конвергенции (схождения) литников — 30-45°;
• расстояние от модели до литниковой воронки — 5-8 мм;
• количество литников на каркас — 4-6.

Принципы размещения литников:

• основной литник подводится к наиболее массивному участку каркаса (седловидная часть), что обеспечивает заполнение формы «от толстого к тонкому»;
• дополнительные литники устанавливаются в зонах, наиболее удаленных от основного питателя (дистальные концы кламмеров), для предотвращения недолива;
• литейные швы (места соединения литников с моделью) располагаются на нерабочих поверхностях каркаса, чтобы минимизировать последующую обработку.

1.3.3. Материалы базиса и искусственных зубов

Базисные пластмассы

Для изготовления базисной части бюгельного протеза применена акриловая пластмасса горячей полимеризации «Этакрил-02» (производство ООО «Стома-Сервис», г. Москва). Данный материал представляет собой двухкомпонентную систему «полимер-мономер» на основе сополимера метилметакрилата с этилакрилатом.

Физико-механические свойства пластмассы «Этакрил-02»:

• предел прочности при изгибе — 75-85 МПа;
• предел прочности при сжатии — 100-120 МПа;
• ударная вязкость — 8-12 кДж/м²;
• водопоглощение за 24 часа — 0,2-0,3 мг/см²;
• твердость по Бринеллю — 18-22 НВ;
• усадка при полимеризации — 0,2-0,3%;
• температура полимеризации — 70-80 °C (первая фаза), 100-110 °C (вторая фаза).

Особенности работы с пластмассой в цифровом протоколе:

• для обеспечения надежной адгезии пластмассы к металлическому каркасу применена система «Acrypak» (Акрипак) — двухкомпонентный праймер, создающий химическую связь между акриловыми группами пластмассы и поверхностью металла;
• полимеризация осуществлялась в режиме горячей полимеризации с выдержкой при 70°C в течение 60 минут, затем при 100°C в течение 30 минут. Такой режим обеспечивает максимальную степень конверсии мономера и минимальную остаточную токсичность.

Искусственные зубы

Для замещения отсутствующих зубов 15, 16, 17 использованы стандартные пластмассовые искусственные зубы жевательной группы (производство «ВладМиВа», г. Белгород). Выбор конкретных зубов осуществлялся по следующим критериям:

• форма: анатомическая форма моляров и премоляров верхней челюсти;
• цвет: подбор по шкале Vita (в соответствии с цветом естественных зубов пациента);
• размер: мезиодистальный размер подбирался по антропометрическим данным (ширина отсутствующих зубов соответствовала симметричным зубам справа).

Характеристики искусственных зубов:

• материал: акриловая пластмасса с добавлением кросс-линкующих агентов, обеспечивающих повышенную износостойкость;
• связь с базисом: механическая (ретенционные элементы на небной поверхности) и химическая (за счет смачивания мономером базисной пластмассы).

1.3.4. Сводные требования к материалам в цифровом протоколе

Обобщая требования к материалам, используемым в современном цифровом цикле изготовления бюгельного протеза, можно выделить следующие ключевые положения:

• взаимосогласованность свойств материалов на всех этапах (фотополимер для 3D-печати, формовочная масса и металлический сплав должны иметь согласованные термические характеристики);
• высокая точность воспроизведения (материалы должны обеспечивать возможность получения элементов с толщиной до 0,5 мм без дефектов);
• биосовместимость (все материалы, контактирующие с тканями полости рта, должны соответствовать требованиям биологической безопасности);
• стабильность свойств во времени (готовый протез должен сохранять функциональные и эстетические свойства в течение всего срока эксплуатации — 5-7 лет).

Вывод по параграфу 1.3

Выбор материалов в современном цифровом цикле изготовления бюгельного протеза подчинен единой цели — обеспечить точный переход от виртуальной модели, созданной в системе автоматизированного проектирования (CAD), к физическому объекту с заданными функциональными свойствами.

В представленной работе использован отечественный кобальто-хромовый сплав «КХС-М», характеризующийся:

• оптимальным сочетанием прочности (750-850 МПа) и упругости (модуль около 210 ГПа), необходимым для работы Т-образного кламмера Роуча;
• высокой коррозионной стойкостью за счет содержания хрома (25-30%);
• отсутствием никеля, что исключает аллергические реакции;
• отличными литейными характеристиками (бор, кремний обеспечивают высокую текучесть и низкую усадку).

Для аддитивного производства выжигаемой модели применен фотополимер «Formlabs Castable Resin» с зольностью менее 0,05%, что гарантирует чистоту отливки. Базис протеза изготовлен из акриловой пластмассы горячей полимеризации «Этакрил-02» с применением адгезионной системы «Acrypak» для надежного соединения с металлическим каркасом.

Таким образом, примененный комплекс материалов полностью соответствует требованиям, предъявляемым к цифровому протоколу изготовления бюгельных протезов, и обеспечивает получение качественной, функциональной и долговечной конструкции [8, 9, 10].

1.4. Цифровой протокол проектирования и изготовления бюгельного протеза с использованием систем автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM)

Внедрение цифровых технологий в зуботехническое производство знаменует переход от эмпирического, основанного на субъективном опыте техника, подхода к инженерно обоснованному процессу, характеризующемуся высокой точностью, воспроизводимостью и контролируемостью на всех этапах. Полный цифровой протокол (CAD/CAM) включает три последовательные стадии: автоматизированное проектирование (CAD — Computer-Aided Design), автоматизированную подготовку к производству (CAM — Computer-Aided Manufacturing) и непосредственно изготовление конструкции [2, 4, 8].

В представленной работе для изготовления бюгельного протеза при одностороннем дефекте верхней челюсти слева (отсутствие зубов 15, 16, 17) применен комплекс программных продуктов, каждый из которых выполняет строго определенные функции в рамках единого цифрового протокола.

1.4.1. Получение и первичная обработка цифровых моделей

Исходными данными для цифрового проектирования являются трехмерные модели рабочих и вспомогательной челюстей, полученные путем лабораторного сканирования гипсовых моделей. Для сканирования использован лабораторный сканер «DOF Freedom HD» (ДОФ Свобода), обеспечивающий точность оцифровки до 10-15 микрон. Результатом сканирования являются файлы в формате .STL, содержащие полигональные сетки, описывающие геометрию моделей.

Однако полученные при сканировании файлы практически всегда содержат дефекты, которые могут негативно повлиять на последующие этапы проектирования и изготовления каркаса. К таким дефектам относятся:

• «мусорный меш» — осколки полигонов, рассеянные вокруг основной модели;
• отверстия (незамкнутые участки) в полигональной сетке;
• вывернутые полигоны (инвертированные нормали);
• самопересечения сетки;
• артефакты в виде острых выступов или впадин.

Для устранения перечисленных дефектов применены два программных продукта: «Meshmixer» (Мешмиксер) компании Autodesk и «Blender» (Блендер).

Применение программы «Meshmixer»

Программа «Meshmixer» представляет собой специализированный инструмент для редактирования полигональных сеток. В представленной работе она использована для автоматизированной первичной обработки отсканированных моделей.

Основные операции, выполненные в программе Мешмиксер:

• автоматическое заполнение отверстий (функция Inspector);
• удаление изолированных компонентов (инструмент Separate Shells);
• сглаживание поверхности (функция Smooth);
• автоматическое восстановление сетки (функция Auto Repair All).

Применение программы «Blender»

«Blender» — универсальный редактор трехмерной графики с открытым исходным кодом. В представленной работе он применен для тех случаев, когда автоматизированные инструменты Мешмиксера не позволяют полностью устранить дефекты, требующие ручного вмешательства.

Основные операции, выполненные в программе Блендер:

• ручная коррекция сложных дефектов (инструменты выделения вершин, ребер и полигонов);
• контроль качества сетки (визуализация нормалей);
• сглаживание с сохранением деталей (модификатор Subdivision Surface).

Таким образом, комбинация программ Мешмиксер (автоматизированная обработка) и Блендер (ручная доводка сложных участков) обеспечивает получение качественных цифровых моделей, полностью готовых к этапу проектирования каркаса.

1.4.2. Проектирование каркаса бюгельного протеза в системе «Exocad DentalCAD»

Для проектирования каркаса бюгельного протеза использована специализированная система автоматизированного проектирования «Exocad DentalCAD» (Экзокад ДенталКАД) версии 3.2 «Elefsina» (Элефсина) с модулем «Exocad PartialCAD», предназначенным для проектирования бюгельных протезов.

Подготовка к проектированию

На начальном этапе в программу загружаются подготовленные .STL-файлы рабочей и вспомогательной моделей, а также модели челюсти-антагониста. Выполняется:

• сегментация моделей (разделение на зубы и слизистую оболочку);
• позиционирование в виртуальном артикуляторе;
• определение пути введения и выведения протеза (автоматический анализ поднутрений).

Для данного клинического случая выбран вертикальный путь введения с незначительным наклоном в мезиальном направлении.

Моделирование опорно-удерживающих элементов

С использованием инструментов модуля PartialCAD выполнено проектирование опорно-удерживающих элементов на трех опорных зубах (14, 18, 28).

Для зуба 14 (премоляр, пограничный с дефектом):

• спроектирована окклюзионная накладка в области препарированного ложа (глубина 1,5 мм);
• с вестибулярной стороны смоделирован Т-образный кламмер Роуча (толщина плеча 0,5-0,6 мм, ретенционная зона — 0,25 мм ниже экватора);
• с язычной стороны смоделировано полуохватное плечо кламмера.

Для зубов 18 и 28 (моляры, дистальные опоры):

• спроектированы окклюзионные накладки на препарированных ложах;
• смоделированы круговые кламмеры Аккера с двумя жесткими плечами.

Моделирование соединительной дуги и седловидной части

На следующем этапе выполнено проектирование небной соединительной дуги и седловидной части в области дефекта:

• небная дуга спроектирована как передне-задняя конструкция переменного сечения (профиль овальный, ширина до 4 мм);
• седловидная часть сформирована в области отсутствующих зубов 15, 16, 17 с металлической сеткой для фиксации пластмассы.

Сравнительный анализ вариантов конструкции

Функциональные возможности системы Экзокад позволяют выполнить сравнительный анализ нескольких вариантов конструкции каркаса. В представленной работе рассмотрены два варианта:

• вариант 1: кламмер Аккера на зубе 14 (традиционное решение);
• вариант 2: комбинированная система — Т-образный кламмер Роуча с окклюзионной накладкой на зубе 14, круговые кламмеры Аккера на зубах 18 и 28.

В результате предпочтение отдано второму варианту как обеспечивающему более физиологичное распределение нагрузки на пародонт опорного зуба 14 за счет податливости Т-образного плеча кламмера Роуча.

Экспорт цифровой модели

После завершения проектирования выполнен экспорт файлов в формате .STL:

• модель каркаса с литниковой системой (для последующей печати);
• модель каркаса без литниковой системы (для контроля и измерений);
• модель в сборе с опорными моделями (для проверки окклюзионных контактов).

1.4.3. Контроль геометрии и расчет массы сплава в программе «Rhinoceros»

Для анализа геометрических параметров спроектированного каркаса и расчета необходимого объема (массы) металлического сплава использована программа «Rhinoceros» (Риносерос) — универсальная система трехмерного моделирования, обладающая развитыми инструментами аналитики.

В программу Риносерос импортирована модель каркаса без литниковой системы. Выполнены следующие операции:

• измерение линейных размеров (толщина плеч кламмеров — 0,52-0,58 мм, ширина небной дуги — 4,0 мм, мезиодистальная протяженность седловидной части — 12,5 мм);
• измерение минимальных толщин (функция Curvature Analysis);
• контроль расположения кламмеров относительно экватора опорных зубов.

Инструмент Mass Properties программы Риносерос позволил вычислить объем замкнутой полигональной модели:

• объем каркаса (по данным программы) — 0,78 см³;
• плотность сплава «КХС-М» — 8,4 г/см³;
• расчетная масса каркаса — 0,78 × 8,4 = 6,552 г.

С учетом литниковой системы и припусков на обработку рассчитан необходимый объем металла для литья (с коэффициентом запаса 1,2) — 18,65 г.

1.4.4. Подготовка модели к печати в программе «Netfabb»

Перед отправкой на печать модель каркаса с литниковой системой подвергнута финальной проверке и исправлению ошибок сетки в программе «Netfabb» (Нетфабб) компании Autodesk — специализированном решении для подготовки моделей к аддитивному производству.

Основные операции, выполненные в программе Нетфабб:

• автоматическое обнаружение и исправление ошибок (функция Automatic Repair);
• оптимизация ориентации (инструмент Optimize Orientation);
• генерация поддержек для элементов, расположенных под углом более 45° к платформе.

1.4.5. Аддитивное производство выжигаемой модели

Для изготовления выжигаемой модели каркаса использована технология стереолитографической печати (SLA). Применен SLA-принтер «Formlabs 3B+» (Формлабс 3Б+), работающий по принципу послойного отверждения жидкого фотополимера под действием лазерного излучения.

Параметры печати:

• материал — фотополимер «Formlabs Castable Resin»;
• толщина слоя — 0,050 мм (50 мкм);
• разрешение в XY-плоскости — 50 мкм;
• ориентация модели — 20° относительно платформы;
• тип поддержек — точечные, диаметром 0,5 мм;
• пост-отверждение — УФ-камера, 60 мин при 60°C.

Пост-обработка после печати включала удаление модели с платформы, промывку в изопропиловом спирте, удаление поддержек и пост-отверждение в УФ-камере.

1.4.6. Моделирование литниковой системы в программе «Blender»

Формирование литниковой системы выполнено в программе Блендер с использованием инструментов кривых Безье (Bezier Curves). Данный подход обеспечивает высокую гибкость и точность при создании литников сложной конфигурации.

Конструкция литниковой системы:

• диаметр основных литников — 3,0 мм;
• диаметр дополнительных (вентиляционных) литников — 1,5-2,0 мм;
• угол конвергенции — 35°;
• расстояние от модели до литниковой воронки — 6 мм;
• количество литников — 5.

Процесс моделирования включал создание кривых Безье, настройку толщины кривых, преобразование в полигональные сетки и объединение с моделью каркаса.

1.4.7. Литье металлического каркаса

Выжигаемая модель каркаса с литниковой системой после завершения печати и пост-обработки помещена в литейную форму (опока) с использованием фосфатной формовочной массы. Процесс литья выполнен на вакуумно-индукционной литейной установке «Indutherm VC 400» (Индутерм ВЦ 400) с плавкой в защитной среде аргона.

Параметры литья:

• температура выжигания формы — 800°C;
• время выдержки — 60 мин;
• температура плавки сплава — 1450°C;
• среда плавки — аргон (Ar);
• режим литья — вакуумно-индукционный.

Использование вакуумно-индукционной плавки в защитной среде аргона позволяет предотвратить окисление сплава, обеспечить равномерный нагрев и расплавление, гарантировать полное заполнение литейной формы за счет вакуумного всасывания.

1.4.8. Пост-обработка и контроль готового каркаса

После литья выполнены следующие операции пост-обработки:

• отделение литниковой системы с помощью отрезных дисков;
• пескоструйная обработка для удаления остатков формовочной массы;
• шлифовка и полировка мест соединения литников;
• контроль прилегания каркаса на рабочей модели.

Контроль прилегания выполнен визуально и с использованием контрольных инструментов: каркас точно соответствует рабочей модели, отсутствуют участки балансирования, кламмеры охватывают опорные зубы без натяжения.

Вывод по параграфу 1.4

Цифровой протокол изготовления бюгельного протеза при одностороннем дефекте верхней челюсти слева (отсутствие зубов 15, 16, 17) реализован с использованием комплекса программных продуктов, каждый из которых выполняет строго определенные функции.

Таблица 1.4 — Программные продукты, использованные в цифровом протоколе

Применение описанного цифрового протокола обеспечивает:

• высокую точность воспроизведения анатомических особенностей опорных зубов и тканей протезного ложа;
• возможность объективного сравнительного анализа вариантов конструкции на этапе проектирования;
• документирование всех этапов работы (сохранение цифровых моделей, параметров печати, результатов измерений);
• минимизацию субъективных ошибок, характерных для традиционного ручного моделирования;
• сокращение времени изготовления и повышение предсказуемости результатов [1, 6, 12].

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Клинико-лабораторный случай: описание одностороннего включенного дефекта верхней челюсти слева

В данной работе представлен клинический случай ортопедического лечения пациента с односторонним включенным дефектом зубного ряда верхней челюсти слева. Дефект локализован в боковом отделе и включает отсутствие трех зубов: 15 (второй премоляр), 16 (первый моляр) и 17 (второй моляр). По классификации Кеннеди данный дефект относится ко II классу (односторонний включенный дефект). По классификации Аболиасова — к IV классу (концевой дефект с одной стороны при сохранении дистальной опоры в виде третьего моляра).

Состояние зубного ряда и опорных зубов

Зубной ряд верхней челюсти справа интактен. На противоположной стороне дефекта (слева) имеются следующие опорные зубы:

• зуб 14 (первый премоляр) — интактен, клиническая коронка достаточной высоты, экватор выражен, зуб устойчив, не имеет наклона в сторону дефекта. На жевательной поверхности сформировано препарированное ложе под окклюзионную накладку: мезиодистальная протяженность 2,5 мм, щечно-язычная ширина 2,5-3,0 мм, глубина 1,5 мм;
• зуб 18 (третий моляр) — интактен, расположен в дистальном отделе, имеет хорошо выраженный экватор. На жевательной поверхности сформировано ложе под окклюзионную накладку по тем же параметрам;
• зуб 28 (третий моляр) — интактен, расположен на противоположной стороне, также имеет подготовленное ложе под окклюзионную накладку.

Состояние слизистой оболочки и альвеолярного гребня

Альвеолярный гребень в области отсутствующих зубов (15, 16, 17) хорошо выражен, без признаков атрофии. Слизистая оболочка протезного ложа розового цвета, умеренно податливая, без патологических изменений. Ретромолярная область (дистальнее зуба 17) имеет достаточную площадь для размещения седловидной части протеза.

Окклюзионные взаимоотношения

Прикус ортогнатический. Окклюзионные контакты равномерные, супраконтакты отсутствуют. Антагонирующие зубы нижней челюсти (45, 46, 47) интактны и имеют сохранную анатомическую форму.

Обоснование выбора бюгельного протеза

Выбор бюгельного протеза для замещения дефекта 15-17 зубов обусловлен следующими факторами:

• наличие дистальной опоры (зуб 18) позволяет использовать конструкцию с трехточечной фиксацией, что обеспечивает стабильность протеза и равномерное распределение жевательной нагрузки;
• интактность опорных зубов и наличие достаточной высоты клинических коронок создают условия для надежной фиксации опорно-удерживающих элементов;
• хорошо выраженный альвеолярный гребень в области дефекта обеспечивает надежную опору для седловидной части;
• отсутствие показаний к несъемному протезированию (сохранность соседних зубов) и имплантации (по желанию пациента или при наличии противопоказаний).

2.2. Цифровое проектирование каркаса протеза (CAD-этап)

Цифровое проектирование каркаса бюгельного протеза выполнено с использованием специализированной системы автоматизированного проектирования «Exocad DentalCAD» (Экзокад ДенталКАД) версии 3.2 «Elefsina» (Элефсина) с подключенным модулем «Exocad PartialCAD», предназначенным для проектирования частичных съемных протезов.

2.2.1. Получение и подготовка 3D-модели

Исходными данными для цифрового проектирования послужили гипсовые модели верхней и нижней челюстей, отлитые по двухслойным силиконовым оттискам (оттискной материал «Spidex A-silane» — корригирующий слой, «Spidex C-silane» — базовый слой). Модели изготовлены из супергипса IV класса («Fujirock EP»), обладающего высокой точностью и твердостью.

Лабораторное сканирование гипсовых моделей выполнено на сканере «DOF Freedom HD» (ДОФ Свобода), обеспечивающем точность оцифровки до 10-15 микрон. Результатом сканирования являются файлы в формате .STL, содержащие полигональные сетки, описывающие геометрию моделей. В процессе сканирования получены три файла:

• рабочая модель верхней челюсти;
• вспомогательная модель нижней челюсти;
• модель челюсти-антагониста (при необходимости).
  
  
  

Рисунок 2.1 — Интерфейс программы Экзокад на этапе загрузки и подготовки модели (вкладка «Подготовка модели»)

Сканированные модели практически всегда содержат дефекты, которые могут негативно повлиять на последующие этапы проектирования. К таким дефектам относятся:

• «мусорный меш» — осколки полигонов, рассеянные вокруг основной модели;
• отверстия (незамкнутые участки) в полигональной сетке;
• вывернутые полигоны (инвертированные нормали);
• самопересечения сетки;
• артефакты в виде острых выступов или впадин.

Для устранения перечисленных дефектов применен программный продукт «Meshmixer» (Мешмиксер) компании Autodesk, позволяющий выполнять автоматизированную первичную обработку отсканированных моделей.

Рисунок 2.2 — Интерфейс программы Мешмиксер с инструментом «Инспектор» (Inspector) для автоматического заполнения отверстий

Основные операции, выполненные в программе Мешмиксер:

• автоматическое заполнение отверстий с использованием функции «Инспектор» (Inspector);
• удаление изолированных компонентов («мусорного меша») с помощью инструмента «Отделить оболочки» (Separate Shells);
• сглаживание поверхности для устранения мелких артефактов сканирования;
• автоматическое восстановление сетки функцией «Авторемонт всего» (Auto Repair All).

Рисунок 2.3 — Процесс автоматического заполнения отверстий в программе Мешмиксер с настройками режима заполнения

Для участков, не поддающихся автоматической обработке, использован универсальный редактор трехмерной графики «Blender» (Блендер), позволяющий выполнять ручную коррекцию сложных дефектов.

Рисунок 2.4 — Интерфейс программы Блендер с загруженной моделью верхней челюсти на этапе ручной коррекции сетки

В программе Блендер выполнены:

• ручная коррекция вывернутых полигонов с использованием визуализации нормалей;
• удаление острых выступов и артефактов;
• финальное сглаживание поверхности с сохранением анатомических деталей.

Рисунок 2.5 — Общий вид модели с обнаруженными артефактами, подлежащими устранению

2.2.2. Проектирование каркаса в системе «Exocad DentalCAD»

После завершения подготовки цифровых моделей выполнен импорт файлов в программу Экзокад. На начальном этапе произведен выбор типа реставрации «Частичный съемный протез» (Partial Framework) в модуле PartialCAD.

Рисунок 2.6 — Выбор типа реставрации в модуле PartialCAD программы Экзокад

Определение пути введения и блокировка поднутрений

Первым этапом проектирования является определение оптимального пути введения и выведения протеза. В программе Экзокад эта операция выполняется во вкладке «Подготовка модели» (Preparation). Автоматический анализ поднутрений позволяет построить оптимальную траекторию, обеспечивающую стабильную фиксацию протеза без травмирования опорных зубов.

Рисунок 2.7 — Настройка пути введения и блокировки поднутрений во вкладке «Подготовка модели»

Для данного клинического случая выбран вертикальный путь введения с незначительным наклоном в мезиальном направлении. Параметры блокировки поднутрений: глубина блокировки 1,0 мм, угол блокировки 0,5°.

Проектирование опорно-удерживающих элементов

Для зуба 14 (премоляр, пограничный с дефектом) спроектирована комбинированная опорная система, включающая окклюзионную накладку и Т-образный кламмер Роуча с вестибулярной стороны.

Рисунок 2.8 — Настройка параметров кламмера для зуба 14 (тип кламмера, размеры, зазоры)

Параметры кламмера:

• тип — Т-образный кламмер Роуча;
• толщина плеча — 0,50-0,60 мм;
• ретенционная зона — 0,25 мм ниже экватора;
• зазор от десневого края — 0,5 мм.

Окклюзионная накладка расположена в препарированном ложе с параметрами: глубина 1,5 мм, мезиодистальная протяженность 2,5 мм, щечно-язычная ширина 2,5-3,0 мм.

Для зубов 18 и 28 (моляры, дистальные опоры) спроектированы круговые (кольцевые) кламмеры Аккера с двумя жесткими плечами и окклюзионными накладками.

Рисунок 2.9 — Настройка параметров кругового кламмера для зуба 18

Проектирование соединительной дуги (небной)

Небная дуга спроектирована как передне-задняя конструкция переменного сечения. В области повышенной нагрузки (у седловидной части) сечение увеличено, по направлению к средней трети неба ширина дуги плавно сужена до 4 мм.

Рисунок 2.10 — Настройка параметров седловидной части: профиль «Круглый», размер 3,000 мм, толщина 0,750 мм

Рисунок 2.11 — Формирование профиля перфорированной области у седловидной части (диаметр перфорации установлен величиной 2 мм)

Параметры небной дуги:

• профиль — круглый (выбран в настройках);
• толщина — 0,75 мм;
• зазор от слизистой — 0,5-0,6 мм;
• ширина в средней трети — 4,0 мм.

Проектирование седловидной части

В области отсутствующих зубов 15, 16, 17 сформирован металлический окаймляющий базис с сетчатой структурой для фиксации пластмассы. Границы базиса определены с учетом анатомии альвеолярного гребня (хорошо выражен, без признаков атрофии).

Рисунок 2.12 — Моделирование границы небной дуги с помощью кривых

Рисунок 2.13 — Продолжение настроек текстуры и фаски для седловидной части

Контроль геометрии в процессе проектирования

В процессе проектирования выполнен контроль геометрических параметров с использованием встроенного инструмента «Измеритель» (Ruler Tool).

Рисунок 2.14 — Контроль толщины элемента каркаса с помощью инструмента «Измеритель» (Ruler Tool)

Измеренная толщина элемента составила 0,8617 мм, что соответствует расчетным параметрам.

Редактирование и сглаживание каркаса

После завершения автоматизированного проектирования выполнена ручная корректировка и сглаживание поверхности каркаса с использованием инструментов редактирования воска.

Рисунок 2.15 — Режим редактирования воска с инструментом «Сгладить» (Smooth)

Рисунок 2.16 — Настройки инструмента редактирования воска: диаметр инструмента 1,75 мм

Рисунок 2.17 — Добавление воска для формирования тонких элементов с настройками диаметра 1,30 мм и толщины 0,500 мм

Рисунок 2.18 — Выбор типа коннектора при добавлении воска

Экспорт цифровой модели

После завершения проектирования выполнен экспорт файлов в формате .STL для последующих этапов обработки.

Рисунок 2.19 — Вкладка «Экспорт» (Export) программы Экзокад с настройками объединения

2.2.3. Обоснование выбора окончательного варианта конструкции

В процессе цифрового проектирования выполнено сравнение двух вариантов конструкции каркаса:

• вариант 1: кламмер Аккера на зубе 14 (традиционное решение);
• вариант 2: комбинированная система — Т-образный кламмер Роуча с окклюзионной накладкой на зубе 14, круговые кламмеры Аккера с накладками на зубах 18 и 28.

Сравнение выполнено по следующим критериям:

Таблица 2.1 — Сравнительный анализ вариантов конструкции каркаса

В результате предпочтение отдано второму варианту как обеспечивающему более физиологичное распределение жевательной нагрузки на опорный зуб 14 за счет податливости Т-образного плеча кламмера Роуча. При этом трехточечная фиксация (зубы 14, 18 и 28) гарантирует стабильность протеза, что особенно важно при одностороннем дефекте.

2.3. Лабораторные этапы изготовления бюгельного протеза

После завершения цифрового проектирования каркаса в системе Экзокад и экспорта файлов в формате .STL выполнен комплекс лабораторных этапов, включающих контроль геометрии, расчет массы сплава, подготовку модели к печати, аддитивное производство выжигаемой модели, формирование литниковой системы, литье металлического каркаса, его обработку, а также постановку искусственных зубов и полимеризацию базиса.

2.3.1. Контроль геометрии и расчет объема и массы сплава в программе «Rhinoceros»

Для обеспечения точности изготовления каркаса и расчета необходимого количества металлического сплава выполнен анализ геометрических параметров спроектированной модели с использованием программы «Rhinoceros» (Риносерос) — универсальной системы трехмерного моделирования, обладающей развитыми инструментами аналитики.

В программу Риносерос импортирован файл каркаса без литниковой системы (экспортированный из Экзокад). Выполнены следующие операции.

Контрольные линейные измерения

С использованием инструментов измерения линейных размеров выполнены промеры ключевых параметров каркаса:

Рисунок 2.20 — Измерение линейных размеров каркаса в программе Риносерос

Результаты измерений:

• ширина небной дуги в средней трети — 4,0 мм;
• толщина плеча Т-образного кламмера Роуча — 0,52-0,58 мм;
• мезиодистальная протяженность седловидной части — 12,5 мм;
• расстояние между опорными элементами — соответствует анатомическим параметрам.

Рисунок 2.21 — Дополнительные измерения толщин и расстояний на каркасе

Расчет объема и массы сплава

Ключевым этапом анализа является определение объема спроектированного каркаса с использованием инструмента «Свойства массы» (Mass Properties) программы Риносерос.

Рисунок 2.22 — Результаты расчета объема и моментов инерции каркаса в программе Риносерос

Полученные данные:

• объем каркаса — 774,30 мм³ (0,774 см³);
• плотность сплава «КХС-М» — 8,4 г/см³;
• расчетная масса каркаса — 0,774 × 8,4 = 6,50 г.

С учетом литниковой системы и припусков на обработку применен коэффициент запаса 1,2. Таким образом, необходимый объем металла для литья составил 0,929 см³, масса — 7,80 г. Для компенсации возможных потерь при литье (формирование литниковой воронки, усадка) в литейную форму загружено 10,0 г сплава.

Дополнительно программой Риносерос рассчитаны:

• координаты центра объема (Volume Centroid);
• моменты инерции (Moments of Inertia) — параметры, характеризующие распределение массы относительно осей;
• радиусы инерции (Radii of Gyration) — показатели, используемые при расчете центробежных нагрузок на протез.

2.3.2. Подготовка модели к печати в программе «Netfabb»

Перед отправкой на печать модель каркаса (без литниковой системы) подвергнута финальной проверке и исправлению ошибок сетки в программе «Netfabb» (Нетфабб) компании Autodesk — специализированном решении для подготовки моделей к аддитивному производству.

Рисунок 2.23 — Интерфейс программы Нетфабб с загруженной моделью каркаса и результатами анализа ошибок сетки

Программа Нетфабб позволяет выполнить комплексный анализ полигональной сетки с выводом статистических данных:

Таблица 2.2 — Статистические данные анализа полигональной сетки в программе Нетфабб

Выполненные операции в программе Нетфабб:

• автоматическое исправление ошибок (функция Automatic Repair выявила и исправила 155 отверстий в полигональной сетке);
• проверка водонепроницаемости (функция Watertight Analysis подтвердила, что после автоматического ремонта модель представляет собой замкнутую поверхность);
• объединение оболочек (обнаруженные 16 отдельных оболочек объединены в единую целостную модель).

После завершения ремонта выполнена проверка геометрических параметров:

• длина модели — 61,57 мм;
• ширина — 43,00 мм;
• высота — 36,37 мм;
• объем — 2,172 см³ (с учетом литниковой системы, которая будет добавлена позже);
• площадь поверхности — 37,517 см².

2.3.3. Моделирование литниковой системы в программе «Blender»

Формирование литниковой системы выполнено в программе Блендер с использованием инструментов кривых Безье (Bezier Curves). Данный подход обеспечивает высокую гибкость и точность при создании литников сложной конфигурации.

Рисунок 2.24 — Интерфейс программы Блендер с загруженной моделью каркаса на этапе моделирования литниковой системы

Конструкция литниковой системы

В представленной работе применена бесколлекторная литниковая система с непосредственным креплением литников к литниковой воронке. Данный тип системы выбран по следующим причинам:

• обеспечивает минимальное расстояние от литниковой воронки до модели, что снижает потери тепла расплава;
• позволяет компактно разместить модель в литейной форме;
• упрощает последующее отделение литников после литья.

Параметры литниковой системы:

Таблица 2.3 — Параметры литниковой системы

Рисунок 2.25 — Моделирование литниковой системы в программе Блендер с использованием кривых Безье

Моделирование с использованием кривых Безье

Процесс моделирования в программе Блендер включал следующие шаги:

• создание кривых Безье (для каждого литника создана отдельная кривая, задающая траекторию от точки подвода к каркасу до литниковой воронки);
• настройка толщины кривых (к каждой кривой применен модификатор Geometry с параметром Bevel в соответствии с требуемым диаметром литника);
• преобразование кривых в полигональные сетки (с помощью функции Convert to Mesh);
• объединение с моделью каркаса (с использованием модификатора Boolean, операция Union — объединение).

Рисунок 2.26 — Финальная модель каркаса с литниковой системой после завершения моделирования в программе Блендер

Принципы размещения литников

При проектировании литниковой системы соблюдены следующие принципы:

• основной литник подведен к наиболее массивному участку каркаса (седловидная часть), что обеспечивает заполнение формы «от толстого к тонкому»;
• дополнительные литники установлены в зонах, наиболее удаленных от основного питателя (дистальные концы кламмеров Роуча и Аккера), для предотвращения недолива;
• литейные швы (места соединения литников с моделью) расположены на нерабочих поверхностях каркаса (небная поверхность дуги, внутренняя поверхность седловидной части);
• литники имеют плавные переходы в местах соединения с каркасом (радиус скругления не менее 0,5 мм).

2.3.4. Подготовка модели к печати и настройка слайсера

После завершения моделирования литниковой системы выполнен экспорт объединенной модели (каркас + литниковая система) в формате .STL. Подготовка к печати осуществлена в программе-слайсере, входящей в комплект поставки 3D-принтера.

Рисунок 2.27 — Настройка параметров печати в программе-слайсере: ориентация модели на платформе

Параметры печати:

Таблица 2.4 — Параметры печати выжигаемой модели

Обоснование выбора параметров печати:

• толщина слоя 0,050 мм выбрана как оптимальный компромисс между скоростью печати и качеством поверхности;
• ориентация модели под углом 20° позволяет минимизировать количество поддерживающих структур на ответственных участках (кламмеры, окклюзионные накладки);
• плотность поддержек 20% выбрана как достаточная для стабильного удержания модели в процессе печати при сохранении возможности легкого удаления поддержек после печати.

2.3.5. Аддитивное производство выжигаемой модели

Печать выжигаемой модели каркаса выполнена на SLA-принтере «Formlabs 3B+». Процесс печати осуществлялся в автоматическом режиме под управлением программного обеспечения PreForm.

Пост-обработка после печати

После завершения печати выполнены следующие операции:

• удаление модели с платформы принтера (с помощью специального скребка);
• промывка (модель погружена в ванну с изопропиловым спиртом 95% на 15 минут; промывка выполнена в два этапа: первая ванна — 10 минут, вторая ванна — 5 минут);
• удаление поддержек (с помощью кусачек и скальпеля с особой осторожностью в области тонких элементов кламмеров);
• пост-отверждение (модель помещена в УФ-камеру «Formlabs Cure» на 60 минут при температуре 60°C).

Рисунок 2.28 — Распечатанная выжигаемая модель каркаса после завершения печати

Полученная выжигаемая модель каркаса полностью соответствует цифровому проекту, созданному в системе Экзокад. Визуальный контроль подтвердил:

• отсутствие деформаций тонких элементов;
• гладкую поверхность без ступенчатости;
• точное воспроизведение геометрии кламмеров и окклюзионных накладок;
• целостность литниковой системы.

2.3.6. Литье металлического каркаса

Выжигаемая модель каркаса с литниковой системой после завершения печати и пост-обработки помещена в литейную форму (опоку) с использованием фосфатной формовочной массы.

Формирование литейной формы

• установка модели в опоку (с соблюдением минимального расстояния от стенок опоки не менее 10 мм);
• приготовление формовочной массы (использована фосфатная формовочная масса для литья по выжигаемым моделям, замешивание выполнено в вакуумном смесителе);
• заливка (формовочная масса залита в опоку под вибрацией);
• схватывание (опока оставлена для схватывания на 60 минут при комнатной температуре).

Выжигание модели

После затвердевания формовочной массы выполнено выжигание фотополимерной модели в муфельной печи по следующему режиму:

Таблица 2.5 — Режим выжигания фотополимерной модели

Зольность фотополимера «Formlabs Castable Resin» составляет менее 0,05%, что гарантирует минимальное количество остаточной золы в литейной форме и чистоту поверхности отливки.

Литье

Литье выполнено на вакуумно-индукционной литейной установке «Indutherm VC 400» (Индутерм ВЦ 400) с плавкой в защитной среде аргона.

Таблица 2.6 — Параметры литья металлического каркаса

Использование вакуумно-индукционной плавки в защитной среде аргона позволяет:

• предотвратить окисление сплава при высоких температурах;
• обеспечить равномерный нагрев и расплавление за счет электромагнитного перемешивания;
• гарантировать полное заполнение литейной формы за счет вакуумного всасывания;
• получить отливку с минимальным количеством газовых раковин и усадочных дефектов.

Рисунок 2.29 — Литой металлический каркас после извлечения из опоки

2.3.7. Обработка металлического каркаса

После литья выполнены следующие операции пост-обработки каркаса:

• отделение литниковой системы (литники отделены от каркаса с помощью отрезных дисков на микромоторе, срезы выполнены с припуском 0,5-1,0 мм для последующей шлифовки);
• пескоструйная обработка (с использованием оксида алюминия фракцией 50-100 мкм при давлении 2-3 бар для удаления остатков формовочной массы и оксидной пленки);
• шлифовка и полировка (шлифовка мест соединения литников выполнена с использованием твердосплавных борголовок, затем последовательной обработкой абразивными резиновыми головками; финальная полировка выполнена с использованием войлочных кругов и полировочной пасты);
• контроль прилегания (обработанный каркас припасован на рабочей гипсовой модели).

Контроль прилегания выполнен визуально и с использованием инструментального контроля:

• кламмеры охватывают опорные зубы без натяжения;
• окклюзионные накладки полностью погружены в препарированные ложа;
• небная дуга не контактирует со слизистой оболочкой (зазор 0,5-0,6 мм);
• седловидная часть равномерно прилегает к альвеолярному гребню.

Рисунок 2.30 — Обработанный и отполированный металлический каркас на рабочей модели

2.3.8. Подготовка металлического каркаса и рабочей модели к постановке искусственных зубов

Перед этапом постановки искусственных зубов и моделирования восковой композиции базиса необходимо выполнить подготовку как рабочей гипсовой модели, так и металлического каркаса. Данный этап является критически важным для обеспечения качественной полимеризации пластмассы, предотвращения её прилипания к гипсу и создания надежного химико-механического соединения акрилового базиса с металлом.

Подготовка рабочей модели

Для предотвращения проникновения мономера в поры гипса и облегчения отделения готового протеза от модели после полимеризации, поверхность рабочей гипсовой модели обрабатывается изолирующим лаком. В представленной работе использован изоляционный лак «Изолак» (производство «ВладМиВа», г. Белгород).

Изолак наносится тонким равномерным слоем с помощью мягкой кисточки на все участки модели, которые будут контактировать с пластмассовым базисом:

• альвеолярный гребень в области дефекта (зона 15, 16, 17 зубов);
• небную поверхность, прилегающую к седловидной части;
• участки, прилегающие к искусственным зубам.

Не допускается попадание изолака на металлическую сетку каркаса и ретенционные участки, так как это нарушит адгезию пластмассы к металлу. После нанесения лака модель просушивается на воздухе в течение 3-5 минут до образования тонкой глянцевой пленки.

Подготовка металлического каркаса (нанесение адгезионной системы «Acrypak»)

Металлический каркас бюгельного протеза, особенно в области седловидной части, имеет характерный темно-серый цвет кобальто-хромового сплава. При использовании розовой базисной пластмассы полупрозрачной структуры металл может просвечивать сквозь искусственную десну, придавая ей неестественный серый оттенок и ухудшая эстетику протеза.

Для решения этой задачи, а также для создания прочной химической связи между металлом и акриловой пластмассой, в работе применена двухкомпонентная адгезионная система «Acrypak» (Акрипак) (производство «ВладМиВа», г. Белгород). Система состоит из праймера (жидкость) и опакового порошка.

Технология нанесения системы «Acrypak»:

1. Пескоструйная обработка.Металлическая сетка и прилегающие участки седловидной части каркаса обрабатываются в пескоструйном аппарате оксидом алюминия (Al₂O₃) фракцией 50 мкм при давлении 2-3 бар. Это создает микрошероховатую поверхность, увеличивающую площадь контакта и механическую ретенцию.
2. Нанесение праймера.На подготовленную поверхность металлической сетки тонким слоем наносится жидкость-праймер. Праймер химически активирует поверхность металла, создавая активные группы для последующего соединения с полимером.
3. Нанесение опакового порошка.Сразу после праймера, не дожидаясь его высыхания, на сетку и металлические участки, которые будут покрыты пластмассой, равномерно наносится опаковый порошок розового цвета. Порошок прочно связывается с праймером и образует плотное матовое покрытие, которое:
   • полностью перекрывает темный цвет металла;
   • служит грунтовочным слоем для химической связи с базисной пластмассой;
   • обеспечивает прочность адгезии до 15-20 МПа.

После нанесения системы «Acrypak» каркас готов к этапу постановки искусственных зубов и последующей формовке базисной пластмассы.

Рисунок 2.31 — Рабочая модель с нанесенным изолаком

2.3.9. Постановка искусственных зубов и формирование базиса

Подбор искусственных зубов

Для замещения отсутствующих зубов 15, 16, 17 использованы стандартные пластмассовые искусственные зубы жевательной группы производства «АНИС» . Подбор осуществлен по следующим критериям:

• форма — анатомическая форма моляров и премоляров верхней челюсти (серия «Премиум»);
• цвет — подобран по шкале Vita в соответствии с цветом естественных зубов пациента (цвет В1);
• размер — мезиодистальный размер подбирался по антропометрическим данным: ширина отсутствующих зубов соответствовала симметричным зубам справа.
  
  
  Рисунок 2.31 — постановка искусственных зубов на каркасе

Таблица 2.7 — Параметры подобранных искусственных зубов

Рисунок 2.32 —  общий вид моделей, сопоставленных в окклюзии после постановки искусственных зубов
Постановка зубов

Постановка искусственных зубов выполнена на металлическом каркасе с использованием воска. Основные этапы:

• фиксация зубов на каркасе (зубы припасованы к седловидной части каркаса с обеспечением плотного прилегания к металлической сетке);
• моделирование десневого края (воском смоделирован десневой край, обеспечивающий эстетичный переход от искусственных зубов к каркасу);
• окклюзионная коррекция (проверка окклюзионных контактов выполнена в виртуальном артикуляторе с последующей коррекцией на модели; обеспечены равномерные контакты с антагонистами в центральной окклюзии).

Рисунок 2.33 —  постановка искусственных зубов на каркасе

Полимеризация базисной пластмассы

Для изготовления базисной части протеза применена акриловая пластмасса горячей полимеризации «Этакрил-02» (производство ООО «Стома-Сервис», г. Москва).

Подготовка поверхности металла:

• металлическая сетка седловидной части обработана пескоструем (Al₂O₃, фракция 50 мкм) для создания микрорельефа;
• нанесена адгезионная система «Acrypak» (Акрипак): первый слой — праймер, второй слой — порошок пластмассы.

Гипсовка в кювету:

После завершения воскового моделирования выполнена гипсовка протеза в стоматологическую кювету. В данной работе применен обратный способ гипсовки, при котором искусственные зубы после вываривания воска остаются в основании кюветы (контр-форме), а металлический каркас с кламмерами — в верхней части (крышке кюветы). Такой способ обеспечивает точное сохранение пространственного положения искусственных зубов относительно каркаса и исключает их смещение при паковке пластмассы.

Последовательность гипсовки:

1. Нижняя часть кюветы заполнена медицинским гипсом второго класса таким образом, чтобы после раскрытия кюветы и выпаривания воска искусственные зубы остались зафиксированными в контр-форме.
2. Металлический каркас с кламмерами Аккера на зубах 18, 28 и кламмером Роуча на зубе 14 загипсован в верхней части кюветы.
3. После вываривания воска кипятком в течение 5-7 минут обе половины кюветы раскрыты, остатки воска тщательно вымыты горячей водой.
4. Остывшие половины кюветы покрываются двумя слоями разделительного лака «Изолак» для формирования разделительного слоя между гипсом и пластмассой, который минимизирует риск приваривания гипса к пластмассе базиса в процессе полимеризации.
   
   

Рисунок 2.34 — Две части кюветы после вываривания воска: искусственные зубы зафиксированы в основании кюветы, металлический каркас — в верхней части (обратный способ гипсовки)

Приготовление пластмассового теста:

Пластмассовое тесто приготовлено путем смешивания полимера (порошок) и мономера (жидкость) в соотношении 3:1 по объему. Для приготовления необходимого количества полимера необходимо взять 1 грамм порошка полимера на каждый устанавливаемый зуб. Компоненты тщательно перемешаны в стеклянной емкости до полного смачивания порошка мономером. Смесь выдержана в закрытой емкости при комнатной температуре до достижения тестообразной стадии, которая характеризуется следующими признаками:

• масса перестает прилипать к стенкам емкости и перчаткам;
• приобретает консистенцию мягкого теста, способного формоваться;
• сохраняет пластичность, необходимую для равномерного заполнения всех участков кюветы.

Паковка пластмассы в кювету:

Подготовленное пластмассовое тесто равномерно уложено в верхнюю часть кюветы, где расположен металлический каркас. Пластмасса тщательно вдавлена в металлическую сетку седловидной части.  

Рисунок 2.35 — Верхняя часть кюветы с вдавленной пластмассой розового цвета в тестообразной стадии перед компрессионным прессованием

Компрессионное прессование и полимеризация:

После укладки пластмассы обе части кюветы соединены друг с другом. Кювета помещена под пресс, где выполнено компрессионное прессование с постепенным наращиванием давления.

Полимеризация проведена в водяной бане по ступенчатому режиму:

• нагрев воды до 70°C, выдержка при этой температуре в течение 60 минут;
• повышение температуры до 100°C (кипение), выдержка в течение 30 минут.

Данный режим обеспечивает полную полимеризацию мономера без образования внутренних пор и напряжений в базисе. После завершения полимеризации кювета медленно охлаждена на воздухе до комнатной температуры.

Рисунок 2.36 — Пресс с загипсованной кюветой после завершения полимеризации

Окончательная отделка и полировка протеза

После полного охлаждения кюветы выполнено её раскрытие и аккуратное извлечение готового протеза. Дальнейшая обработка проведена в следующей последовательности:

1. Удаление избытков пластмассы.С помощью твердосплавных боров и фрез удалены облой по линии соединения базиса с каркасом и излишки пластмассы вокруг искусственных зубов.
2. Шлифовка базиса.Предварительная шлифовка выполнена абразивными кругами средней зернистости для устранения неровностей и создания плавных контуров десневого края.
3. Полировка.Финальная полировка проведена с использованием войлочного фильца и полировочной пасты на шлифовальном моторе. Особое внимание уделено обработке наружной поверхности базиса и десневого края для достижения гладкой, блестящей поверхности, исключающей адгезию зубного налета.

Рисунок 2.37 — Полировка бюгельного протеза с запрессованным пластмассовым базисом на фильце

Описание готового протеза

Изготовленный бюгельный протез представляет собой съемную конструкцию с цельнолитым металлическим каркасом из сплава «КХС-М» и пластмассовым базисом из акриловой пластмассы «Этакрил-02». Протез установлен на пластиковую модель верхней челюсти с односторонним включенным дефектом в области зубов 15, 16, 17.

Вестибулярная сторона:

При осмотре с вестибулярной стороны четко визуализируются:

• искусственные зубы 15 (премоляр), 16 и 17 (моляры), точно соответствующие по цвету и форме естественным зубам пациента;
• Т-образный кламмер Роуча, охватывающий опорный зуб 14 в пришеечной области (малозаметен при улыбке благодаря вестибулярному расположению);
• пластмассовый базис розового цвета с контурированием искусственной десны, эстетично имитирующий естественный рельеф слизистой оболочки альвеолярного гребня.

Рисунок 2.38 — Отполированный бюгельный протез на пластиковой модели верхней челюсти, вид с вестибулярной стороны

Рисунок 2.39 — Бюгельный протез на модели, вид сбоку

Рисунок 2.40 — Бюгельный протез на модели, фронтальный вид сверху в зону дефекта

Окклюзионные взаимоотношения:

Готовый протез вместе с моделью нижней челюсти зафиксирован в окклюдаторе. Проверка окклюзионных контактов в положении центральной окклюзии показала:

• равномерные фиссурно-бугорковые контакты искусственных зубов 15, 16, 17 с антагонистами (зубы 45, 46, 47);
• отсутствие преждевременных контактов и супраконтактов;
• плавное скольжение без блокирования движений нижней челюсти;
• сохранение стабильного положения протеза при сомкнутых челюстях.

Рисунок 2.41 — Окончательный вид обеих челюстей, зафиксированных в окклюдаторе в положении центральной окклюзии

2.3.9. Контроль качества готового протеза

После завершения изготовления выполнен контроль качества готового протеза по следующим параметрам:

Таблица 2.8 — Контроль качества готового протеза

2.3.10. Сравнительный анализ традиционного и цифрового подхода к проектированию

На основании выполненной работы проведен сравнительный анализ традиционного (ручное восковое моделирование) и цифрового (CAD/CAM) подходов к проектированию и изготовлению бюгельного протеза при одностороннем дефекте верхней челюсти.

Таблица 2.9 — Сравнительный анализ традиционного и цифрового подходов

Преимущества цифрового подхода:

• точность (0,02-0,05 мм, что особенно важно для тонких элементов);
• визуализация (возможность увидеть модель до литья);
• сравнительный анализ (быстрое сравнение вариантов конструкции);
• документирование (сохранение всех этапов в цифровом виде);
• воспроизводимость (возможность точного повторения конструкции);
• сокращение времени изготовления.

Ограничения цифрового подхода:

• высокая стоимость оборудования;
• необходимость обучения персонала;
• зависимость от качества исходных данных (сканирование);
• дополнительные этапы пост-обработки.

2.3.11. Анализ возможных ошибок и перспективы развития технологий

На основе выполненной работы выявлены возможные ошибки при реализации цифрового протокола и предложены способы их предотвращения:

Таблица 2.10 — Возможные ошибки и способы их предотвращения

Перспективы развития цифровых технологий в бюгельном протезировании:

• полный цифровой цикл (прямое фрезерование каркаса из цельной заготовки);
• использование альтернативных материалов (PEEK, PEKK);
• полная 3D-печать протеза (каркас + базис + искусственные зубы в одном цикле);
• интеграция с системами искусственного интеллекта;
• облачное проектирование и телемедицина.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данной дипломной работы разработана и апробирована технология изготовления бюгельного протеза при одностороннем включенном дефекте верхней челюсти слева (отсутствие зубов 15, 16, 17) с использованием предварительного цифрового проектирования в системе автоматизированного проектирования «Exocad DentalCAD» версии 3.2 «Elefsina». Работа выполнена в полном соответствии с поставленной целью и задачами исследования.

Выводы по задачам исследования

1. В ходе теоретического анализа установлено, что односторонние включенные дефекты бокового отдела верхней челюсти представляют собой сложную клиническую задачу. Бюгельный протез является оптимальным методом восстановления таких дефектов. Для одностороннего дефекта 15-17 зубов оптимальной является комбинированная опорная система: на пограничном зубе 14 — окклюзионная накладка в сочетании с Т-образным кламмером Роуча, на дистальных опорах 18 и 28 — круговые кламмеры Аккера. Современные цифровые технологии (CAD/CAM) позволяют перевести процесс проектирования в плоскость инженерного расчета.
2. В ходе практической части работы выполнено виртуальное проектирование каркаса бюгельного протеза. Проведена подготовка цифровых моделей с использованием программ Мешмиксер и Блендер. В системе Экзокад выполнен полный цикл проектирования: определен оптимальный путь введения протеза, спроектированы опорно-удерживающие элементы, небная соединительная дуга и седловидная часть. По результатам сравнительного анализа двух вариантов конструкции предпочтение отдано комбинированной системе (кламмер Роуча на зубе 14, кламмеры Аккера на зубах 18 и 28).
3. В ходе лабораторной части работы выполнен полный цикл изготовления бюгельного протеза: контроль геометрии и расчет массы сплава в программе Риносерос, подготовка модели к печати в программе Нетфабб, моделирование литниковой системы в программе Блендер, аддитивное производство выжигаемой модели на SLA-принтере Formlabs 3B+, литье металлического каркаса на установке Indutherm VC 400, пост-обработка каркаса, постановка искусственных зубов и полимеризация базисной пластмассы.
4. Готовый бюгельный протез обладает высокими функциональными и эстетическими характеристиками. Проведенный сравнительный анализ традиционного и цифрового подходов выявил преимущества цифрового протокола: точность 0,02-0,05 мм, визуализация до изготовления, возможность сравнительного анализа вариантов, документирование, воспроизводимость, сокращение времени изготовления.

Практическая значимость работы

Разработан и апробирован подробный цифровой протокол проектирования и изготовления бюгельного протеза при одностороннем дефекте верхней челюсти, который может быть внедрен в практику зуботехнических лабораторий. Представлено детальное описание применения комплекса программных продуктов на различных этапах цифрового протокола с указанием конкретных параметров и настроек.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абакаров, С. И. Современные технологии в бюгельном протезировании: от классики к цифре / С. И. Абакаров, Т. Н. Лебедева // Dental Times. — 2022. — № 4(45). — С. 28-31.
2. Воронов, А. П. Применение CAD/CAM систем в ортопедической стоматологии: учебное пособие / А. П. Воронов, И. Ю. Лебеденко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021. — 176 с.
3. Жулев, Е. Н. Частичные съемные пластиночные и бюгельные протезы: учебник / Е. Н. Жулев. — 4-е изд., перераб. и доп. — Н. Новгород: Изд-во НГМА, 2020. — 256 с.
4. Каливраджиян, Э. С. Цифровые технологии в стоматологии: полный цикл / Э. С. Каливраджиян, Ю. Д. Башун, А. С. Арутюнов // Клиническая стоматология. — 2023. — № 1. — С. 18-25.
5. Лебеденко, И. Ю. Ортопедическая стоматология: национальное руководство / под ред. И. Ю. Лебеденко, Э. С. Каливраджияна. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. — 856 с.
6. Милешкина, Т. В. Литейное дело в стоматологии: учебное пособие / Т. В. Милешкина, И. Ю. Лебеденко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021. — 208 с.
7. Петросов, Ю. А. Анализ напряжений в каркасе бюгельного протеза с помощью компьютерного моделирования / Ю. А. Петросов, Д. В. Михайлов // Стоматология. — 2021. — Т. 100, № 5. — С. 67-71.
8. Трезубов, В. Н. Ортопедическая стоматология. Прикладное материаловедение: учебник / В. Н. Трезубов, М. М. Попова, Л. М. Миргазизов. — СПб.: СпецЛит, 2020. — 255 с.
9. Устюжанин, А. С. Ортопедическое лечение с использованием бюгельных протезов: учебное пособие / А. С. Устюжанин. — М.: Медицинское информационное агентство, 2019. — 192 с.

• Bilhan, H. The Use of Digital Technologies in Removable Partial Denture Fabrication: A Review of the Literature / H. Bilhan, O. Geckili // Oral Health and Care. — 2019. — Vol. 4(1). — P. 1-5.
• Infante, L. Fabricating a Maxillary Obturator Using a Digital Workflow / L. Infante, M. R. Fenlon // Journal of Prosthodontics. — 2020. — Vol. 29(7). — P. 553-558.
• Kattadiyil, M. T. Clinical outcomes of removable partial dentures with CAD/CAM-fabricated frameworks: A systematic review / M. T. Kattadiyil, N. Goodacre, C. J. Goodacre // The Journal of Prosthetic Dentistry. — 2022. — Vol. 128(1). — P. 15-22.
• Sun, Y. A Comparison of the Precision of Fit of Cast and Digital Removable Partial Denture Frameworks / Y. Sun, J. Liu // International Journal of Prosthodontics. — 2021. — Vol. 34(3). — P. 255-262.
• Wöstmann, B. Digital Planning and Manufacturing of Removable Partial Dentures / B. Wöstmann, M. Balkenhol // Journal of Prosthodontic Research. — 2023. — Vol. 67(1). — P. 12-21.