Non-invasive analysis of dental occlusion : an algorithm to map dental forces on digital dental models

The 5% of the population in the U.S. (18 million of people) and the 7% of population in Europe (45 million of people) have dental prosthesis and these numbers will increase over the next years. However, the statistics of these studies shows that more than 25% of the prosthesis fails during the first 5 years and the 7% fails in the first year after the implantation interventions. Possible complications are caused by prosthesis malposition during the implant interventions. Dentists and researchers agree with the fact that monitoring the position and the intensity of occlusal forces are essential to restore the natural occlusion after implants, avoiding future failures. There are several techniques that can evaluate patient occlusion interactions but no information about occlusal load is provided. Our device can perform a non invasive and quantitative measure of patient occlusal load thanks to a stretchable and soft electronics, arranged in a capacitive sensors fashion. When patient bites the soft capacitive sensors, these conformate to the teeth profile and the device can detect the load distribution on dental arches. In this thesis work, we propose the development of a software for our device capable to automatically integrate 3D CAD image of dental arches, obtained by 3D intraoral scanner, and information about occlusal pressure, obtained with our device. The method used is based on alignment approach as it aligns the pressure distribution map with information from 3D CAD image. Our software can perform a quantitative representation of the real occlusion interactions between teeth. The software we propose would help dentists during restoring occlusion interventions by indicating for each contact point, the pressure involved, minimizing the risk of implant failure. The software has been validated with tests, using simplified models of dental arches. Moreover, we performed tests with dental casts to simulate the real occlusion condition. We achieved promising results and the next step will be in vivo testing.

Studi clinici hanno dimostrato che il 5% della popolazione americana, 18 milioni di persone, e il 7% della popolazione europea, 45 milioni di persone, hanno protesi dentali. Statisticamente, più del 25% degli impianti fallisce nei primi 5 anni e il 7% va incontro a fallimento già nel primo anno a seguito dell'intervento di implantologia. Possibili complicazioni sono date dal malposizionamento della protesi dentale durante l'intervento. Ricercatori e dentisti concordano sull'importanza di monitorare l'orientamento e l'intensità delle forze occlusali per perseguire una naturale occlusione dopo l'impianto, evitando il suo futuro fallimento. Esistono diversi dispositivi in grado di valutare l'occlusione dentale ma nessuno di questi provvede a dare un'informazione riguardo al carico occlusale. Il nostro dispositivo sopperisce a questa richiesta attraverso un'analisi non invasiva e fornendo una misura quantitativa della distribuzione delle forze intraocclusali. Grazie all'impiego di un'elettronica elastica composta da una matrice di sensori capacitivi, il dispositivo è capace di monitorare e misurare l'occlusione del paziente. L'obiettivo di questa tesi è lo sviluppo di un software per il nostro dispositivo che permetta di integrare automaticamente l'immagine digitale delle arcate dentali in 3D, ottetuta attraverso scanner intraorale, con l'informazione delle pressioni occlusali, ottenuta con il nostro dispositivo. Il metodo usato è chiamato algoritmo di allineamento perchè ha come obiettivo quello di allineare la mappa di distribuzione delle pressioni dentali con l'immagine CAD delle arcate dentali. Il sistema affiancherebbe i dentisti durante gli interventi di ristoro occlusale, indicando per ogni punto di contatto dentale, la pressione coinvolta e, se impiegato durante la fase di impianto, minimizzerebbe il rischio potenziale di fallimento dell'impianto stesso. Il software è stato validato con diversi test, usando modelli semplificati di arcate dentali. Infine, esperimenti con calchi dentali in gesso ci hanno permesso di vedere la performance del software in condizioni reali di occlusione. Dati i promettenti risultati, in futuro verranno effettuati test in vivo su pazienti.