Ένα νέο εργαλείο που αναπτύσσεται από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και το 3Shape θα βοηθήσει τους ορθοδοντικούς να εφαρμόζουν σωστά τους νάρθηκες στα δόντια. Χρησιμοποιώντας τεχνητή νοημοσύνη και εικονικούς ασθενείς, το εργαλείο προβλέπει πώς θα κινηθούν τα δόντια έτσι ώστε να διασφαλιστεί ότι τα σιδεράκια δεν είναι ούτε πολύ χαλαρά ούτε πολύ σφιχτά.
Πολλοί από εμάς θυμούνται την αίσθηση της τακτικής προσαρμογής και επανασφίξεως των νυχιών μας στο ιατρείο του ορθοδοντικού. Και κάθε χρόνο, περίπου το 30 τοις εκατό των νέων από τη Δανία έως την ηλικία των 15 ετών φορούν σιδεράκια για να ευθυγραμμίσουν τα στραβά δόντια. Οι Ορθοδοντικοί χρησιμοποιούν τη γνώση που αποκτήθηκε από την εκπαίδευση και την εμπειρία τους για να εκτελέσουν τις εργασίες τους, αλλά χωρίς τις δυνατότητες που μπορεί να παρέχει ένας υπολογιστής για την πρόβλεψη των τελικών αποτελεσμάτων.
Ένα νέο εργαλείο, που αναπτύχθηκε σε συνεργασία μεταξύ του Τμήματος Επιστήμης Υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης και της εταιρείας 3Shape, καθιστά δυνατή την προσομοίωση του τρόπου με τον οποίο πρέπει να εφαρμόζουν τα σιδεράκια για να δίνουν το καλύτερο αποτέλεσμα χωρίς πάρα πολλές περιττές ενοχλήσεις.
Το εργαλείο αναπτύχθηκε με τη βοήθεια σαρωμένων εικόνων των δοντιών και των οστικών δομών από ανθρώπινες γνάθους, τις οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιεί η τεχνητή νοημοσύνη για να προβλέψει πώς πρέπει να σχεδιάζονται σετ νάρθηκες για να ανορθώνουν καλύτερα τα δόντια του ασθενούς. “Η προσομοίωση μας είναι σε θέση να ενημερώσει έναν ορθοδοντικό πού πρέπει και πού δεν πρέπει να ασκούν πίεση οι νάρθηκες για να ισιώσουν τα δόντια.”
“Προς το παρόν, αυτές οι παρεμβάσεις βασίζονται εξ ολοκλήρου στη διακριτική ευχέρεια των ορθοδοντικών και περιλαμβάνουν πολλές δοκιμές και λάθη. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε πολλές προσαρμογές και επισκέψεις στο ιατρείο του ορθοδοντικού, τις οποίες η προσομοίωση μας μπορεί να συμβάλει στη μείωση μακροπρόθεσμα”, λέει ο καθηγητής Kenny Erleben, ο οποίος είναι επικεφαλής του IMAGE (Image Analysis, Computational Modelling, and Geometry), ενός ερευνητικού τμήματος στο Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών του UCPH.
Βοηθά στην πρόβλεψη της κίνησης των δοντιών
Δεν είναι περίεργο ότι μπορεί να είναι δύσκολο να προβλεφθεί ακριβώς πώς θα κινήσουν τα δόντια τα σιδεράκια, επειδή τα δόντια συνεχίζουν να αλλάζουν ελαφρώς καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής ενός ατόμου. Και, αυτές οι κινήσεις είναι πολύ διαφορετικές από στόμα σε στόμα.
“Το γεγονός ότι οι κινήσεις των δοντιών ποικίλλουν από τον έναν ασθενή στον άλλο καθιστά ακόμη πιο δύσκολη την πρόβλεψη του πώς θα κινηθούν τα δόντια για διαφορετικούς ανθρώπους με ακρίβεια. Γι’ αυτό έχουμε αναπτύξει ένα νέο εργαλείο και ένα σύνολο δεδομένων διαφορετικών μοντέλων για να ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις.” εξηγεί ο Torkan Gholamalizadeh, από το 3Shape και Ph.D. από το Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών.
Ως εναλλακτική λύση στο κλασικό στήριγμα και τιράντες, μια νέα γενιά διαφανών τιράντες, γνωστών ως aligners, έχει κερδίσει έδαφος. Τα aligners έχουν σχεδιαστεί ως ένα διαφανές πλαστικό καλούπι των δοντιών που οι ασθενείς εφαρμόζουν πάνω από τα δόντια τους.
Οι ασθενείς πρέπει να φορούν ευθυγραμμιστές για τουλάχιστον 22 ώρες την ημέρα και πρέπει να αλλάζουν με νέα και πιο σφιχτά σετ κάθε δύο εβδομάδες. Επειδή οι ευθυγραμμιστές είναι κατασκευασμένοι από πλαστικό, τα δόντια ενός ατόμου αλλάζουν επίσης τα περιγράμματα του ίδιου του ευθυγραμμιστή, κάτι που λαμβάνει επίσης υπόψη το νέο εργαλείο.
“Καθώς οι διαφανείς ευθυγραμμιστές είναι πιο μαλακοί από τους μεταλλικούς νάρθηκες, ο υπολογισμός της δύναμης που απαιτείται για να μετακινηθούν τα δόντια γίνεται ακόμα πιο περίπλοκος. Αλλά είναι ένας παράγοντας που έχουμε διδάξει στο μοντέλο μας να λαμβάνει υπόψη, ώστε να μπορεί κανείς να προβλέψει τις κινήσεις των δοντιών όταν χρησιμοποιεί ευθυγραμμιστές επίσης”, λέει ο Gholamalizadeh.
Τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να βελτιώσουν τη θεραπεία
Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα μοντέλο υπολογιστή που δημιουργεί ακριβείς τρισδιάστατες προσομοιώσεις της γνάθου ενός ασθενούς και τις οποίες μπορούν να χρησιμοποιήσουν οι οδοντίατροι και οι τεχνικοί για να σχεδιάσουν την καλύτερη δυνατή θεραπεία.
Για να δημιουργήσουν αυτές τις προσομοιώσεις, οι ερευνητές χαρτογράφησαν σύνολα ανθρώπινων δοντιών χρησιμοποιώντας λεπτομερείς αξονικές τομογραφίες δοντιών και των μικρών, λεπτών δομών μεταξύ του οστού της γνάθου και των δοντιών, γνωστών ως περιοδοντικοί σύνδεσμοι – ένα είδος συνδετικού ιστού πλούσιου σε ίνες που κρατά τα δόντια σταθερά στη γνάθο .
Αυτός ο τύπος ακριβούς ψηφιακής μίμησης αναφέρεται ως ψηφιακό δίδυμο — και σε αυτό το πλαίσιο, οι ερευνητές δημιούργησαν μια βάση δεδομένων με «ψηφιακούς οδοντιατρικούς ασθενείς». Δεν σταμάτησαν όμως εκεί. Η βάση δεδομένων των ερευνητών περιέχει επίσης άλλους ψηφιακούς τύπους ασθενών που μια μέρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν αλλού στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης.
“Αυτή τη στιγμή, έχουμε μια βάση δεδομένων ψηφιακών ασθενών που, εκτός από την προσομοίωση σχεδίων ευθυγράμμισης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εμφυτεύματα ισχίου, μεταξύ άλλων. Μακροπρόθεσμα, αυτό θα μπορούσε να διευκολύνει τη ζωή των ασθενών και να εξοικονομήσει πόρους για την κοινωνία”, λέει ο Kenny Έρλεμπεν.
Ο τομέας της έρευνας που χρησιμοποιεί ψηφιακά δίδυμα είναι σχετικά νέος και, προς το παρόν, η βάση δεδομένων εικονικών ασθενών του καθηγητή Erleben είναι παγκόσμιος ηγέτης. Ωστόσο, η βάση δεδομένων θα πρέπει να γίνει ακόμη μεγαλύτερη, προκειμένου τα ψηφιακά δίδυμα να ριζώσουν πραγματικά και να ωφελήσουν τον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης και την κοινωνία.
«Περισσότερα δεδομένα θα μας επιτρέψουν να προσομοιώσουμε θεραπείες και να προσαρμόσουμε ιατρικές συσκευές έτσι ώστε να στοχεύσουμε ασθενείς σε ολόκληρους πληθυσμούς με μεγαλύτερη ακρίβεια», λέει ο καθηγητής Erleben. Επιπλέον, το εργαλείο πρέπει να ξεπεράσει διάφορα ρυθμιστικά εμπόδια πριν κυκλοφορήσει για τους ορθοδοντικούς. Αυτό είναι κάτι που οι ερευνητές ελπίζουν να δουν στο άμεσο μέλλον. Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο περιοδικό IEEE Access.