CAD/CAM технологий в стоматологии. Особенности применения

Время не стоит на месте, новые технологии создаются с целью увеличить точность конструкций, сделать лечение более предсказуемым, повысить производительность труда стоматолога и уменьшить себестоимость изготовления протезов без потери качества.

Аббревиатура КАД/КАМ переводится как COMPUTER AIDED DESIGN, что означает моделирование с помощью компьютера и COMPUTER AIDED MANUFACTURING - автоматизированное производство. Для стоматологии в это понятие включена система программного обеспечения для моделирования любого вида конструкций и определенные технические устройства: фрезерные станки, 3D принтеры, аппараты для лазерного спекания.

Программное обеспечение для моделирования, или CAD программы, представлены на рынке такими компаниями как это EXOCAD, 3Shape, DENTSPLY SIRONA, ZIRKONZAHN, Blue Sky Bio, 3DIEMME и другими. Одни CAD программы специализируются на создании любых ортопедических конструкций: коронки, виниры, накладки, мостовидные конструкции, съёмные протезы, каппы. Другие программы специализируются на изготовлении шаблонов для навигационной хирургии или планировании ортодонтического лечения.

На изображении ниже представлен пример моделировки 4 керамических коронок, которые в дальнейшем будут изготовлены из полевошпатных керамических блоков на фрезерном станке CEREC MC XL. Особенность данной работы заключалась в том, что у пациентки были разрушены небные поверхности зубов, зубы ранее депульпированы, требовалось перелечивание корневых каналов и замена обширных пломб, при этом передняя поверхность зубов сохранена и была использована для точного копирования природной анатомии.

Другой пример использования CAD программ – это изготовление хирургических шаблонов для навигационной имплантации. Для этого используются данные компьютерной томограммы, которые совмещаются с виртуальными моделями челюстей пациента. После сопоставления в программе расставляются виртуальные аналоги имплантатов относительно костных образований, согласно данным КТ, далее подбираются ортопедические элементы, выставляются параметры для изготовления шаблона. Шаблон будет изготовлен на 3D принтере или фрезерном станке из полиметилметакрилата pmma. Данная технология становится стандартом имплантации, и любой клиницист, приобретая программное обеспечение 3D diagnosis, Implant Studio, Exoplan или аналог, и недорогой 3D принтер может изготавливать такие хирургические шаблоны прямо себя в кабинете.

Более сложная технология, которая всё ещё набирает обороты и пока не стала массовой - запись функциональных движений нижней челюсти для диагностики окклюзионных взаимодействий, выбора нового положения нижней челюсти или лечения его суставных проблем. На изображении ниже представлен скриншот из программы российского производства Prosystom, которая работает совместно с цифровой лицевой дугой и записывает уникальные движения этого пациента, позволяет перенести их в виртуальную среду программы EXOCAD и в дальнейшем использовать индивидуальные треки движения челюстей для создания сплинтов, виртуальной моделировки WAX UP или постоянных конструкций.

Цифровое планирование ортодонтического лечения — это распространенная технология, которая используется повсеместно такими компаниями как Invisalign и аналогами. Cегодня эта технология доступна для любого стоматолога при наличии соответствующего программного обеспечения, например Blue sky bio. На виртуальных моделях челюстей выделяются зубы, совмещаются с данными компьютерной томограммы, и производится перемещение зубов в положение, которое врач считает необходимым. Программа формирует модели промежуточных положений зубов, эти модели печатают на 3D принтере и обжимаются прозрачными каппами.

Наконец, совершенно новая технология, которая ещё только проходит первичное тестирование и не представлена на российском рынке, это программа SICAT Endo от компании DENTSPLY SIRONA, которая позволяет планировать эндодонтическое лечение зубов по данным компьютерной томографии и используют 3D модели различных эндодонтических инструментов для того, чтобы спрогнозировать их размеры, форму, рабочую длину, углы доступа в корневые каналы, и сделать эндодонтическое лечение максимально предсказуемым.

После краткой характеристики технологий и возможностей, которые даёт 3D моделировка, остается вопрос, как воплотить данный дизайн. Для стандартного воскового моделирования изготовление осуществлялось методом прессования или литья металла/пластмассы. В случае с виртуальной моделью, есть два основных типа изготовления: системы, которые добавляют материал, и системы, которые убирают материал.

К добавляющим системам относятся 3D принтеры, печатающие светоотверждаемые полимеры, и лазерное спекание металлов (принтеров для керамики для массового рынка на сегодняшний день не было представлено). Принтер formlabs 2 полимеризация лазером с точностью пятна от 25 до 100 микрон дает точность, достаточную для изготовления временных коронок и моделей. Принтеры для металла стоят в крупных фрезерных центрах, на спекание отправляются файлы каркасов металлокерамических конструкций.

Второй метод, когда убираем от большего к меньшему, это фрезерование. Материалы, которые используются для фрезерования, значительно дороже, чем полимеры 3D печати; также происходит больший износ оборудования, особенно при работе с твердыми материалами, такими как металл или керамика. Сегодня есть возможность фрезеровать полимеры, полиметилметакрилат в дисках или в блоках, металлы (но для этого необходимы специальные станки, обладающие достаточной мощностью) полевошпатную керамику, дисиликат лития, и диоксид циркония. Фрезерование широко используется для изготовления финальных конструкций, тогда как 3D печать применяется больше для изготовления вспомогательных или временных конструкций.

Раньше доктор и лаборатория находились поблизости и были вынуждены работать вместе из-за простоты коммуникации и логистики. Так было в классической аналоговой схеме. Сейчас же, когда моделировка не требует особых мануальных навыков и больших затрат на рабочее место зубного техника, она может выполняться самим стоматологом, либо отдаваться на аутсорсинг. Появился новый человек в цепочке стоматологического производства - КАД ДИЗАЙНЕР, который будет непосредственно сидеть за компьютером и делать моделировку. КАД дизайнер может находиться, где угодно: у вас в клинике, в Мексике, или в лаборатории в соседнем доме. Вы отправляете сканы дизайнеру через интернет, он отправляет файлы в лабораторию; расположение лаборатории важно только с точки зрения скорости доставки готового изделия до вашей клиники.

Рассмотрим, какие существуют схемы комбинации трех элементов: работы доктора, дизайнера и изготовления изделия.

Во-первых, необходимо сделать выбор между использованием внутриротовых и лабораторных сканеров. Несомненным бонусом внутриротовых сканеров является то, что можно сразу получить готовую 3D модель. Если, при использовании стандартного силиконового материала, на модели выявляется какая-то проблема, необходимо вызвать пациента вновь и сделать повторный оттиск. Если получен внутрирововой скан, сразу можно увидеть, есть ли там ошибка в препарировании либо какая-то неточность в отображении, неправильное сопоставление моделей по прикусу и прочие особенности (все это можно сразу же исправить). Лабораторный сканер обладает другими преимуществами: большей точностью, если говорить о протяженных конструкциях. Если речь идет о сканировании под большие мостовидные конструкции, каркасы для 4 или 6 имплантов, намного точнее и надежнее снятие оттиска и работа с лабораторным сканером. Сейчас существуют новые сканеры, такие как прайм скан или 3шейп, которые заявляют о возможности сканировать всю челюсть с минимальной погрешностью. Тем не менее достоверных данных на этот счёт пока нет, и попытка проверить их заявления может быть очень дорогой.

На практике можно использовать как внутриротовой, так и лабораторный сканер, в зависимости от потребностей: небольшие работы можно сканировать в полости рта, тотальные работы на зубах и на имплантах - на лабораторном сканере.

После сканирования и получения цифровой модели следующим этапом является моделирование. Моделирование может производиться как в клинике, так и в лаборатории. Обратите внимание на фотографии справа, так сейчас выглядит типичная лаборатория где-нибудь в юго-восточной Азии, когда тысячи людей сидят за компьютерами, просто получают файлы, моделируют конструкции и отправляют их дальше, в другой отдел для изготовления. Как и в остальных сферах производства, разделение и автоматизация значительно повышают производительность труда. С другой стороны, это простота программного обеспечения, особенно в случае с продуктами компании Сирона: доктор может сам за очень короткое время (5- 10 минут) смоделировать несколько одиночных конструкций и тут же отправить их на изготовление, тем самым сэкономив время себе и пациенту. Вы должны сами решить какой вариант вам ближе. Если считаете, что научиться моделировке сложно и нерационально с точки зрения времени, то ваш вариант - работа с КАД дизайнером. С другой стороны, современные программы настолько просты, что после небольшой практики мысль отдать коронку для моделировки кому-либо ещё покажется вам нерациональной.

Готовый файл конструкции отправляется на следующий этап - изготовление. Временную коронку или хирургический шаблон отправляем на свой 3D принтер, винир или постоянную коронку на свой фрезерный станок. Если вы смоделировали эту коронку самостоятельно, но в наличии нет аппаратов для её изготовления, файл по почте отправляется во фрезерный центр.

Следует отметить, что тему применения CAD/CAM технологий мы также широко освещаем на наших курсах повышения квалификации и профессиональной переподготовки стоматологов.

Обобщим все протоколы работы в новой цифровой технологической цепочке.

Первый вариант - доктор снял оттиск, отправил в лабораторию, лаборатория изготовила разборную модель, отсканировала её и провела моделировку, изготовила итоговую конструкцию методом фрезерования или любым иным и отправила доктору. Для доктора это обычная работа с оттисками, а в лаборатории сканеры и станки уже давно стали стандартом, однако доктор почти не получает бонусов от этой работы в цифре, так как сам не контролирует процессы моделировки и не проверяет соответствие конструкции его первоначальным планам; ему может как повезти с отличным зубным техником, так и нет.

Второй вариант, когда доктор уже решил перейти в цифровую стоматологию и купил лабораторный сканер, софт для изготовления и софт для моделировки, например экзокад. В таком случае доктор сам снимает оттиски, его сотрудники изготавливают модель, сканируют и делают моделировку под контролем врача. Далее файл коронки отправляется в любой фрезерный центр, откуда врач получает готовые окрашенные реставрации, либо реставрации прямо из фрезера. В последнем случае их нужно довести до финального вида: провести полировку, добавить деталей и провести окрашивание. После этого конструкции будут готовы к установке в полости рта.

Третий вариант, наиболее современный и имеющий больше плюсов для врача стоматолога - внутриротовое сканирование, которое избавляет от длительного процесса отливки моделей и их подготовки к сканированию. В таком случае к моделировке можно приступить раньше, чем ваш пациент успеет встать с кресла. Файл коронки отправляется во фрезерный центр, откуда присылают заготовку, которую осталось окрасить (весь процесс занимает 30 минут для материала emax и 15 минут для полевошпатной керамики).

Четвёртый вариант работы - все элементы системы находятся у доктора в клинике. Проводится внутриротовое сканирование, моделировка, файлы тут же оправляются на станок или принтер. Среднее время изготовления одной коронки от 10 до 25 минут, в зависимости от станка и стратегии фрезерования; небольшое окрашивание, и конструкция готова к установке в полости рта. Этот вариант получается самым быстрым по времени для пациента и врача, и наиболее затратным с точки зрения инвестиций в оборудование. Оптимальным вариантом для входа в мир цифровой стоматологии будет именно покупка внутриротового сканера и отправка конструкции в сторонний фрезерный центр.

Кратко перечислим бонусы, которые даёт использование цифровых технологий.

Во-первых, отсутствие необходимости снимать классические силиконовые оттиски со всеми их плюсами и минусами и, соответственно, возможность оценить качество полученного отображения зубов пациента сразу после сканирования, пока пациент находится в кресле. Вы еще не вынули ретракционные нити и можете вернуться на шаг назад и доработать препарирование, в результате чего получить более качественный результат.

Во-вторых, быстрая передача этих данных в лабораторию: файл пациента отправляется по почте, через файлообменники или облако. Буквально через 15 минут лаборатория может начать работать со сканами, а в клинике сам врач, КАД дизайнер или зубной техник может начать работу над этим клиническим случаем незамедлительно.

Третий плюс - это быстрый дизайн; первичное предложение от CAD программ становится совершеннее с каждым годом, часто совсем нет необходимости дорабатывать автоматически созданную форму боковых зубов.

Четвертый плюс – повторяемость результатов: если у вас есть Wax Up от талантливого техника или красивый зуб пациента с противоположной стороны, программа автоматически адаптирует форму конструкции под выбранный образец. Если сломалась коронка, можно выпилить новую из того же файла без повторения клинических этапов.

Пятый плюс - это скорость и стабильность качества изготовления конструкций машинными методами, 3D печатью или фрезерованием. Можно получать примерно одинаковый результат при условии соблюдения минимальной толщины материала и техники эксплуатации станков; человеческий фактор будет сведен к минимуму.