CAD/CAM системи та стоматологія

Аналогії проектування у техніці та охороні здоров’я

Як правило, у багатьох людей CAD-системи асоціюються з технікою Ми розуміємо, що даний вид комп’ютерних програм використовується для реалізації певних технічних рішень. А іноді в житті трапляються події, які пов’язують, здавалося б, абсолютно різні сфери людської діяльності.

У своїй роботі нашій команді часто доводиться мати справу з деталями обладнання, які мають конструктивні елементи, звані зубами. Зрозуміло, насамперед, це давно відомі і всіма улюблені різні зубчасті колеса. Але є ще профільовані валки гірських і металургійних машин із зубами, які мають механічний вплив на сировину, що переробляється, зуби ковшів екскаваторів, дорожніх фрез, бурові зубці (різці) і т.д. Всі ці зуби зношуються в процесі роботи і вони іноді відновлюються методами наплавлення, також є конструкції робочих вузлів зі змінними зубами. І тут, як би іронічно це не звучало, виникає пряма аналогія з людиною.

Одного разу, перебуваючи в стоматологічному кабінеті, мені довелося побачити на комп’ютері двох лікарів, які дивляться на 3D-модель щелепи з одним з варіантів протезування зубного ряду. І це так захопило мою уяву, адже не зіткнувшись з цим, я навіть не замислювався про те, наскільки корисними можуть бути CAD-системи в медицині і, зокрема, в стоматології. Інтерес до цієї теми згодом підігрівала розмова з близькою родичкою, яка є стоматологом і досить активно цікавиться новими технологіями в своїй професійній сфері. Після спілкування з нею я навіть став дивитися на зубні коронки, імплантати, мостовидні протези і подібні корисні речі двома способами – здається, це частина людини, з іншого боку це запчастина. Прямо трансгуманізмом віє, що сам собою, явище спірне і неоднозначне, що пов’язане з цілим клубком морально-етичних норм і понять. Але наскільки ці «зубні деталі» роблять життя багатьох людей більш повноцінним і якісним. Та й стоматологія загалом дуже корисний і давно звичний нам напрямок людської діяльності.

Тому в цій статті хочеться коротко поділитися цікавими фактами про розвиток та застосування CAD-систем у стоматології.

Розвиток стоматологічних CAD/CAM систем

Перші спроби застосувати технологію CAD/CAM в стоматології були зроблені в 1970-х роках Брюсом Альтшулером, Франсуа Дюре, Вернером Морманом і Марко Брандестіні. Янг і Альтшулер [1] вперше представили ідею використання оптичних приладів для розробки внутрішньоротової сітчастої системи відображення поверхні в 1977 році. Першою комерційно доступною стоматологічною системою CAD/CAM була CEREC, розроблена Морманном та Брандестіні [2].

Системи автоматизованого проектування та автоматизованого виробництва (CAD/CAM) почали впроваджуватися в стоматологічну практику в середині 1980-х років.

Перше покоління стоматологічних CAD/CAM було розроблено виготовлення вкладок і накладок керамічних реставрацій безпосередньо біля крісла пацієнта [3]. Перші стоматологічні комп’ютерні системи були функціонально обмежені і дозволяли працювати тільки з двовимірними зображеннями. Це визначалося обсягом пам’яті і низькою обчислювальною потужністю комп’ютерів.

Далі стоматологічні системи розвивалися шляхом створення інструментів для моделювання та фрезерування порожнистих коронок Це стало початком створення повноцінних стоматологічних CAD/CAM систем [4].

У розвитку таких систем з’явилася альтернатива традиційному методу створення відбитка з допомогою еластичного відбиткового матеріалу. Цю операцію стало можливим виконувати за допомогою інтраорального сканера. Цей процес називається «оптичним зліпком» [5]. Наступні розробки призвели до створення декількох методів для збирання тривимірних даних про препарований зуб: за допомогою оптичних камер, контактного оцифрування та лазерного сканування.

Як показує ряд досліджень, гранична посадка фрезерованої керамічної коронки є важливим критерієм оцінки клінічної успішності, середній діапазон крайової посадки повинен становити від 25 мкм до 113, 88 мкм [6-8].

Поряд із програмним забезпеченням та сканерами вдосконалювався інструмент для виготовлення реставрацій. Заміна звичайних фрезерних дисків різноманітними алмазними фрезами призвела до значних покращень у технології фрезерування стоматологічних елементів.

Згодом використання високоміцних конструкційних матеріалів, таких як кераміка на основі оксиду алюмінію і діоксиду цирконію, для виготовлення сердечників і рам реставрацій, які можуть утворюватися тільки за допомогою CAD/CAM систем, збільшило термін служби і розширило попит на вироби для відновлення зубних рядів. В результаті кількість стоматологічних CAD/CAM систем значно збільшилася [9, 10, 11, 49].

Сучасні CAD/CAM системи в стоматології

В даний час стоматологічні CAD/CAM системи мають такі складові:

• системи збору даних або сканування для збору та запису даних про ротову порожнину (препарування зубів, сусідні зуби та геометрія оклюзійних зубів);
• САПР для проектування реставрації, що підходить для препарування та виконується відповідно до звичайних стоматологічних вимог;
• САМ для виготовлення реставрації.

Найбільш відомими на сьогодні є такі стоматологічні CAD/CAM системи:
1.Dental System (3Shape, Данія) — поєднує 3D-сканування, CAD-моделювання, широкий спектр показань, бібліотеки реставраційних компонентів та інтеграцію стоматологічних пристроїв різних виробників [13].

2.Ceramill Mind CAD Software (AmannGirrbach GmbH, Австрія) – розроблено у тісній співпраці із зубними техніками для відстеження робочого процесу стоматолога. В даний час цей продукт добре себе зарекомендував, але знаходиться на стадії постійного вдосконалення та доповнення. Слабкими місцями на думку користувачів є: точне розпізнавання підготовлених полів, автоматичне проектування мостів і роз’ємів, складання бібліотеки зубів і структури операційної системи [14].

3. Dwos Dental Software (Dental Wings Inc., Канада) – це повністю інтегрований робочий процес керованої хірургії, який включає: планування імплантатів, проектування протезів, розробку та виробництво хірургічних шаблонів. Додаток coDiagnostiX – це складне, зручне програмне забезпечення з великою бібліотекою, що містить системи імплантатів, абатменти та гільз від усіх основних виробників імплантатів. Це програмне забезпечення також дозволяє розробляти направляючі свердла і виводити дані проектування для 3D-виробництва [15].

4. inLab CAD SW 18 (Dentsply Sirona, США) – компонент, відокремлений від скануючих і виробничих приладів, являє собою модульну систему для зуботехнічної лабораторії. Дозволяючи обробляти стандартні типи файлів з різних цифрових сканерів, ця платформа може працювати з широким спектром існуючого обладнання для сканування і практично з будь-якими варіантами внутрішньоротового сканування [16].

5. Dental CAD (exocad, США) – вважається однією з найбільш надійних модульних стоматологічних CAD-систем, яка, на думку користувачів, добре підходить для зубних техніків з різним рівнем досвіду в CAD/CAM. Базове програмне забезпечення може використовуватися для моделювання коронок і мостовидних протезів, але додаткові модулі дозволяють використовувати його практично для будь-якої реставрації. Розширене органічне моделювання робить програмне забезпечення потужним, а постійна розробка з тим, що користувачі бачать у програмному забезпеченні, робить його чудовим варіантом для будь-якої стоматологічної лабораторії [17].

Крім перерахованих вище стоматологічних CAD/CAM систем, можна виділити подібні, а також популярні системи:

• Preciso CAD Software и Preciso CAM Software (Jensen Dental, США); [18]
• Tizian Creativ RT CAD Software (Schütz Dental, Німеччина) [19]
• Straumann CARES Visual Software (Straumann USA, США) [20];
• ZFx Dental CAD Design Software (Zimmer Biomet, США) [21].

На території СНД таких систем практично немає. Єдиною відомою системою CAD/CAM, запропонованою ще в 2006 році, був Optik Dent [22]. Дана система мала ряд недоліків: низьку роздільну здатність інтраоральної камери, складний інтерфейс, некоректне з’єднання різних модулів. Одним із найслабших місць у даній системі був фрезерувальний блок (САМ) який призначений для автоматизованої обробки матеріалів для зубних протезів. Слабкість полягала в тому, що малопотужні двигуни фрезерного агрегату не дозволяли забезпечити прийнятне фрезерування конструкційних матеріалів. Час фрезерування однієї реставрації з полевошпатної кераміки становив 90 хвилин, що разюче відрізнялося від цього показника зарубіжних аналогів, а якість реставрації залишала бажати кращого [23]

Резюме

Навіть короткий огляд дає вам уявлення про те, наскільки потужними і багатофункціональними є сучасні стоматологічні CAD/CAM системи. При цьому звертається увага на те, що велика частина провідних розробок зосереджена у вузькому колі країн.

Навіть такий невеликий контакт з цією темою залишив глибоке враження і безліч питань, на які важко відповісти, не будучи експертом в даній області.

Хотілося б почути думку читачів, можливо, у когось із вас є цікаві спостереження і досвід в цій сфері, і просто думка про такі системи і перспективи їх розвитку буде дуже цікавими.

• Young J.M., Altschuler B.R. (1977) J. Prosthet. Dent., 38, 216-225.
• Mörmann W.H., Brandestini M. (2006) In: State of the art of CADS/CAM restorations: 20 years of CEREC (Mörmann WH) London, Quintessence, 1-8.c
• Mormann W.H. The origin of the CEREC method: a personal review of the first 5 years. Int J Comput Dent. 2004;7(1):11-24.
• Miyazaki T, Hotta Y, Kunii J, et al. A review of dental CAD/CAM: current status and future perspective from 20 years of experience. Dent Mater J. 2009;28(1):44-56.
• Mormann W.H. The evolution of the CEREC system. J Am Dent Assoc. 2006;137 Suppl:7S-13S.
• Groten M, Girthofer S, Probster L. Marginal fit consistency of copy-milled all-ceramic crowns during fabrication by light and scanning electron microscopic analysis in vitro. J Oral Rehabil. 1997;24(12):871-881.
• Sulaiman F, Chai J, Jameson LM, Wozniak WT. A comparison of the marginal fit of In-Ceram, IPS Empress and Procera crowns. Int J Prosthodont. 1997;10(5):478-484.
• Posada M, Nathanson D. Marginal and internal fit of all-ceramic CAD/CAM single crown restorations. International Association of Dental Research meeting, Barcelona, Spain, 2010; Abstract #532.
• Hintersher J., (1994) Europäische Patentschrift EP 0630622B1. June 23.
• Giordano R. (2003) J. Dent. Technol., 20, 20-30.
• Tinschert J., Natt G., Hassenpflug S., Spiekermann H.(2004) Int. J. Comput. Dent., 7(1), 25-45.
• Witkowski S. (2005) Quintessence Dent. Technol., 28, 169-184.
• https://www.3shape.com/en
• https://www.amanngirrbach.com/en/home/
• https://dentalwings.com/
• https://www.dentsplysirona.com/ru-ru
• https://exocad.com/
• https://jensendental.com/
• http://www.schuetz-dental.de/
• https://www.straumann.com/us/en/dental-professionals.html
• https://www.zimmerbiomet.com/
• Loshchilov, K.E. The OptikDent dental CAD/CAM suite. Meas Tech 49, 1260–1263 (2006). https://doi.org/10.1007/s11018-006-0270-x
• Разумна З. В. Удосконалення технології виготовлення зубних протезів за допомогою CAD/SAM систем: Автореф. Дис.. Кандидат. мед. Наук. – М., 2012.