Разработка технологии компьютерного производства эпитезов лица

Обоснование. Помимо ежегодного роста числа пациентов с онкологическими заболеваниями челюстно-лицевой области в последние годы увеличилось количество людей с осколочными и огнестрельными ранениями лица в результате локальных войн и конфликтов. В связи с этим вопрос реабилитации таких пациентов стоит крайне остро.

Традиционные методы ортопедической реабилитации пациентов и изготовление эпитезов лица — довольно сложный и длительный процесс. В постоперационный период наблюдаются резкое снижение качества жизни данной категории пациентов, нарушение основных необходимых для жизнедеятельности функций организма и плохая социальная адаптация.

Непосредственное протезирование лица в постоперационном периоде ранее было невозможным ввиду отсутствия необходимых цифровых технологий моделирования и конструкционных материалов для аддитивных или субтрактивных методов производства. Изготовление непосредственных (иммедиат) эпитезов лица с использованием цифровых технологий является актуальной задачей, способной улучшить социальные и функциональные условия жизни пациентов.

Цель исследования — разработка технологии 3D-моделирования для аддитивного производства иммедиат-эпитезов лица.

Методы. Была поставлена задача разработки специализированного трёхмерного программного обеспечения для моделирования дефектов лицевой области. Функциональные возможности программы должны позволять виртуально моделировать недостающие части лица (ухо, глаз, нос, орбита). Для создание цифровой платформы совместно со IT-специалистами было принято решение использовать следующие языки программирования: С++ — написание ядра программного обеспечения, написание модулей взаимодействия UI/UX, взаимодействие с операционной системой Windows; C# — комплексная сборка всего проекта; Python — автоматизированная сборка модулей виртуальных библиотек; OpenGL HSLS — язык шейдеров для графической визуализации объектов; С — создание функций для взаимодействия с шейдерами, требующих высокой скорости.

Результаты. Разработана специализированная компьютерная программа для 3D-моделирования протезов у пациентов с дефектами средней зоны лица по совмещённым данным лицевого сканирования и компьютерной томографии (Программа ЭВМ. Апресян С.В., Степанов А.Г. Программа для 3D-моделирования эпитезов лица. Номер регистрации (свидетельства) 2023663490, дата регистрации: 04.07.2023).

Вместо получения аналоговых оттисков из гипса или силиконового материала в разработанной технологии используется лицевой 3D-сканер или данные компьютерной томографии головы, что в значительной степени облегчает страдания пациентов. В разработанную программу интегрирована виртуальная трёхмерная база ушей, носов, орбит, скуловых костей пациентов различных возрастов и гендерной принадлежности. Это даёт возможности специалисту подобрать максимально адаптивную часть лица для восполнения дефекта. Встроенные инструменты моделирования позволяют персонализировать 3D-модель части лица исходя из особенностей строения челюстно-лицевой области человека. Готовую трёхмерную модель части лица возможно экспортировать в различных форматах или отправить непосредственно на производство методом аддитивных технологий.

Заключение. Разработанная 3D-программа для моделирования дефектов лица позволяет избежать инвазивных подходов протезирования, согласовать форму будущих конструкций с пациентом. Встроенная библиотека конструкций с базой данных обеспечивает дистанционное изготовление протеза без присутствия пациента в случае необходимости замены. К неоспоримым преимуществам технологии можно отнести тот факт, что протезы могут изготавливаться непосредственно в день операции по удалению части лица, полностью восстанавливая утраченные функции и обеспечивая быструю социальную адаптацию.