Интеллектуальный сервис для применения в стоматологии и черепно-лицевой хирургии
В заметке хотелось рассказать о проекте разработки сервиса для предоставлении услуг удаленного заказа и автоматического изготовления мостовидных зубных протезов искусственных коронок зубов и различных имплантатов челюстей и фрагментов черепа (скул или орбит), лицевых эпитез, съёмных и условно съёмных и телескопических протезов, капп для исправления прикуса, и любых других индивидуальных и стандартных изделий медицинского и стоматологического назначения. Возможен дизайн хирургических шаблонов для точного внедрения, расположения и крепежа всяческих лицевых и зубных имплантатов. Кроме того, в сервисе планируется реализация функционала диагностики и классификации пациента по входящим данным, в частности подготовка кинематического профиля пациента или интерпретация тонуса мускулатуры. Сервис предназначен в первую очередь для автоматизации работы врача‑стоматолога, травматолога, ортопеда, хирурга, кинезиолога и необходим различным зуботехническим и медицинским протезным лабораториям и клиникам, частным кабинетам страховым компаниям, скорой черепно‑челюстной травматологической помощи.
Онлайн‑сервис предлагает следующее: врач, располагая файлом скана ротовой полости, и головы, и компьютерными томограммами черепа пациента, записями кинематики нижней челюсти, замерами тонуса мускулатуры головы, лица и шеи, может загрузить их на сервис, и взаимодействовать с системой через свою консоль. Далее сервис под наблюдением заказчика по представленным данным ставит диагноз, выявит проблемы кинематики и тонуса, совершит физиологическое передвижение элементов системы «голова‑челюсти‑зубы» если это необходимо (будь то зубной ряд, единичный зуб или вся челюсть). То есть данная интеллектуальная система моделирует накусочную пластинку, виртуальный протез, лицевую эпитезу, коронку зуба или недостающий фрагмент черепа, и на выходе генерирует новый файл с данными об изделии или шагах улучшения в случае, когда симулировалось автоматическое виртуальное ортодонтическое или ортогнатическое вмешательство вытекающее в изготовление серии пошаговых капп и накостных прикручиваемых пластин. Нужно сказать, что моделирование происходит с учетом кинематики (артикуляции), причем если система расценит нынешнее состояние черепно‑челюстной морфологии дегенеративным, то предложит прогрессивное протезирование или лечение с помощью капп или накусочных пластинок. Теперь этот файл здесь же в интерфейсе сервиса после одобрения заказчика передаётся фрезерному центру или центру селективного лазерного плавления, (в обоих случаях возможно изготовление каркасов будущих изделий из титана, или кобальт‑хром‑молибденового сплава, или диоксида циркония, или медицинских полимеров). Далее если нужно передаётся другому подразделению в котором по этим каркасам создадут окончательные протезы или каппы для передвижения зубов или эпитезы лица (из силикона и композитов), или протезы челюстей и зубов, и отправят по указанному врачом адресу.
Схожие программы и сервисы существуют на рынке такие как Exocad, 3Shape, Nobel clinician, Star Smaile, и им подобные, но работают они не в автоматическом режиме, а с большой ответственностью и погруженностью оператора моделировщика, которому нужно достаточно уверенно разбираться в клиническо‑диагностических и оперативных нюансах. Имеется ввиду, передвижение зубов, или интеграция имплантатов, или моделирование любого протеза хоть и происходит в интерфейсе программ, но делает его оператор мануально, естественно он должен обладать высоким мастерством. Далее, после утверждения происходит отправка виртуальных изделий на печать или фрезеровку. А описанная здесь система предлагает полностью автоматическое функционирование.
Сервис может работать как SAAS приложение, полностью в «Облачном» режиме так и в режиме гибридной клиентской версии программы, которая работает на ПК пользователя. Внутренний облегченный формат данных, (medical light format MLF), где объекты описаны с помощью сплайнов и градиентных функций вместо громоздкого STL (стерео ‑литографического формата) существенно облегчает и ускоряет работу сервиса. Такая концепция более удобна, так как не требует больших «Железных» ресурсов и канал интернета можно будет использовать с гораздо меньшей пропускной способностью. При условии, что производители принтеров и фрезерных станков и других лабораторных юнитов возьмут в оборот этот формат.
В основе сервиса заложено одновременное функционирование нескольких взаимопоглощенных механизмов. Сначала это вход, состоящий из четырёх каналов (томограммы, сканы, кинематика и тонус) затем контур, состоящий из четырёх агентов, которые получают свои данные из дифференциатора и статиста, которые в сою очередь наполняются оба из всех четырёх входов. База данных‑статист затем формирует среду Эталон. Дифференциатор вычленят из массивов отдельные объекты (зуб, нос, челюсть, или анатомические образования, например орбита, нёбо, весь зубной ряд и т. д.). Статист при формировании постоянств и патернов передаёт их в эталон, с ним согласуют свои изделия и диагнозы агенты которые специализируются на определённой восстановительной функции. Агентов всего четыре, каждый специализируется на отдельной лечебно‑восстановительной функции. Перечислим их: генератор мостов и коронок, генератор капп (исправление прикуса), планировщик хирургии лица и планировщик имплантации. База данных Статист — это трехмерное пространство для набора устойчивых цефалометрических, кинематических, мио‑тональных паттернов. Эти данные должны быть заранее собраны от здоровых людей с точки зрения антропологии, физиологии и функции для формирования ЭТАЛОНА. Эти данные собираются по данным конусно лучевой компьютерной томографии, оптического сканирования полости рта и головы, аксио‑кинематико‑графии, мио‑тонометрии. Статист выявляет постоянство антропометрических физиологических и функциональных признаков (некий диапазон усиления и ослабления признака, по типу электронного облака‑ пространства, где с разной долей вероятности может пребывать электрон в атоме) человеческого черепа и челюстей и передаёт их в Эталон. И так, перед началом клинического применения определенный объём статистических данных уже присутствует в программе(эталон).
Кроме того, в контур обязательно входит сообщество интеллектуальных агентов входными сенсорами для которого является обученная на распознавание дискретных элементов (зуб, челюсть, профиль лица и т. д.) нейронная сеть Дискриминатор и описанное пространство по набору статистических признаков Статист. Это сообщество интеллектуальных агентов постоянно обучается понимать саму черепно‑ челюстно‑зубную проблематику, то есть интегрируют отдельные элементы системы «ГОЛОВА ЧЕЛОВЕКА», в том числе и мышцы и отдельные зубы в одну МОДЕЛЬ, оперируют ею, ставят диагноз, затем предлагают метод лечения, прогнозирует исход операций и протезирования, и конечно моделируют сами конечные изделия, такая система со временем сконцентрирует опыт разных врачей и инженеров из разных прикладных областей, станет Высококлассным Антропологическим Экспертом. Как было сказано в недрах сервиса находится обученная нейронную сеть дискриминатор на распознавание зубных рядов, зубов, челюстей и всех костей черепа по визуальной картинке, эта же обученная нейронные сеть является входным сенсорам для агента интеллектуальной системы, который способен понять правильно ли стоит зуб и вообще есть ли зуб или «кривая» или ровная челюсть или весь профиль человека. То есть перманентно происходит самообучение системы по мере набора большого числа объектов методом подстановки выявляются девианты и происходит постановка диагноза. Далее происходит прогнозирование исхода лечения и восполнение недостающих признаков. Перед выходом диагноз или изделие согласуются с эталоном в определенном пространстве. С каждым новым случаем система работает точнее. Программа работает с минимальным вмешательством оператора.
В процессе набора данных и обучения системы выявятся несколько антропологических типов пациентов, по полу возрасту расе. Эти данные система будет использовать для корректировки диагноза и уточнения прогноза. Другими словами, программа, домоделирует недостающие зубы и фрагменты челюсти, затем выпускает файл зуба и фрагмента челюсти для 3d печати или фрезеровки. Кроме того, такой интерфейс может выпрямлять» кривые зубы» или весь зубной ряд и выводит на печать серию пошаговых моделей челюстей постепенного перемещения зубов для печати лечебных капп. И еще в системе предусмотрена функция автоматической виртуальной имплантации зубов. Программа, ориентируясь по анатомо‑морфологическим признакам определяет отсутствие зуба предлагает расположение искусственного корня зуба и если оператор соглашается, то генерирует файл хирургического гида (для внедрения имплантата) для печати. Один из агентов занимается поиском дефектов зубного ряда при полном отсутствии зуба, далее моделирует на месте отсутствия зуба индивидуальный зубной имплантат, при чем с возможностью полной модификации имплантата по диаметру длине геометрии витков спирали, с возможностью моделирования супра‑структур (наддесневая часть опорная для будущего протеза) если они запланированы. Агент‑модификатор может работать для создания формы индивидуального имплантата, или коронки зуба, или всего зубного ряда как непрерывного цельного геометрического объекта, в тех случаях, когда требуется воссоздание всего зубного ряда на нескольких зубных опорах (имплантатах). Можно смело сказать, что данная проблематика злободневна для профессиональных кругов. Общая идея кибернетизации медицины персистирует в мировом сообществе и находит сегодня много последователей. Принципиальная схема такого интерфейса выглядит следующим образом.
