1 Inleiding en historisch overzicht

Oorspronkelijk ontwikkeld in de lucht- en autoindustrie in de jaren '60 om de productie van repetitieve vormen te standaardiseren, leek de toepassing van CAD/CAM in de tandheelkunde aanvankelijk een ambitieus, zelfs hersenschimmig project, aangezien elk vervaardigd prothetisch stuk uniek is en specifiek voor elke patiënt.

Het was François DURET die in 1973 het idee had om dit concept te transponeren naar de vervaardiging van tandprothesen en die daarmee de uitvinder werd van de tandheelkundige CAD/CAM, waarvan hij de basis legde in zijn thesis « De optische afdruk ».

Dankzij het werk van F. Duret zag CAD/CAM het levenslicht en bracht het de wereld van de tandheelkunde in beroering.

Sindsdien is deze technologie blijven evolueren en verfijnen binnen de odontologie, om zich op te werpen als een onmisbaar werkinstrument in het digitale tijdperk.

Definitie

De tandheelkundige CAD/CAM-keten (Computer-Aided Design / Computer-Aided Manufacturing) of in het Nederlands "Computerondersteund Ontwerpen / Computerondersteund Vervaardigen" is een geheel van gecoördineerde technologische middelen (CAD, CAM) die de digitale registratie (acquisitie) van analoge klinische gegevens en de virtuele modellering (CAD) en vervolgens de materiële realisatie (CAM) van een medisch hulpmiddel op maat mogelijk maken.

Ze heeft dus betrekking op alle specialisaties van de odontologie waarbij medische hulpmiddelen op maat betrokken zijn.

2 Digitale workflow en componenten van de CAD/CAM-keten

Een volledige tandheelkundige CAD/CAM-keten bestaat uit 4 schakels, gescheiden door interfaces:

1ste schakel: De acquisitie van de gegevens

De acquisitie bestaat uit de digitalisering van klinische gegevens, gevolgd door een verwerkingsstap. Ze kan rechtstreeks in de mond gebeuren met een intra-orale camera of via scannen van gipsmodellen of afdrukken.

Figuur 1 — Optische intra-orale camera

2de schakel: De CAD

CAD (computerondersteund ontwerpen) is een proces voor het creëren van virtuele objecten via een grafische voorstelling. Het omvat een voorbereidende stap voor het ontwerp van de prothesen, "nabewerking" genoemd, van de punten verkregen tijdens de acquisitiestap via optische afdruk. Aan het einde van deze stap verkrijgt men het virtuele model dat op het scherm verschijnt na de digitalisering.

3de schakel: De CAM

CAM (computerondersteund vervaardigen) is een proces voor het realiseren van objecten, dus voor de fysieke materialisatie van een virtueel object (gecreëerd via CAD). Het maakt het genereren van de bewerkingspaden mogelijk via speciale software die de posities van de gereedschappen tijdens de vervaardiging bepaalt.

4de schakel: De CNC-machine

Dat is de 4de en laatste component van de tandheelkundige CAD/CAM-keten, verantwoordelijk voor de vervaardiging. Het is een programmeerbare computergestuurde werktuigmachine.

Het vervaardigingsproces gebeurt ofwel:

• Door substractie (door materiaal weg te nemen): men spreekt van substractieve vervaardiging, voornamelijk bewerking door frezen.
• Door additie (door materiaal toe te voegen): men spreekt van additieve vervaardiging, beter bekend als 3D-printen. De belangrijkste additieve vormgevingsprocedés zijn: stereolithografie (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM), selectieve laserfusie (SLM) en lasersintering (SLS).

Figuur 2 — 3D-printer (SLA-techniek)

SLA	FDM	SLM	SLS
Stereolithografie door fotopolymerisatie	Fused Deposition Modeling	Selectieve microlaserfusie	Lasersintering
Chemisch procédé — Progressieve polymerisatie door laserstraal van een speciale lichtgevoelige hars. Zodra de laag is uitgehard, blijft de laser het bad van vloeibare hars aftasten om deze te polymeriseren en te verharden tot de vorming van het complete object in opeenvolgende lagen.	Fysisch procédé — Afzetting van een filament van thermoplastisch polymeer verwarmd tot zijn plasticiteitstemperatuur, laag per laag door een spuitmond om het beoogde object te vormen.	Fysisch procédé — Afzetting van opeenvolgende lagen gecombineerd met een laser die een bed van metaalpoeder aftast om het te smelten tot de vorming van het metalen stuk.	Fysisch procédé — Afzetting van opeenvolgende lagen gecombineerd met een laser die elke laag aftast om de sintering ervan mogelijk te maken tot het verkrijgen van het gewenste model.

3 Directe, semi-directe of indirecte CAD/CAM

De evolutie van CAD/CAM maakt het mogelijk 3 verschillende methoden te onderscheiden:

Directe CAD/CAM

Laat de behandelaar toe om in één enkele zitting een prothese te maken. Alle stappen worden binnen de praktijk uitgevoerd. De intra-orale optische afdruk wordt ter plaatse verwerkt tot aan de vervaardiging van de restauratie: inlay, onlay, keramische facet, individuele kroon of voorlopige brug.

Semi-directe CAD/CAM

Omvat ten minste één stap in de tandartspraktijk: de acquisitie uitgevoerd door de behandelaar kan in de praktijk worden verwerkt om de CAD te doen, of in real time worden verzonden naar een laboratorium of een online bewerkingscentrum, wat een onmiddellijke interactie met de fabrikant mogelijk maakt voor de vervaardiging van de infrastructuur en van het cosmetische gedeelte.

Indirecte CAD/CAM

De behandelaar neemt een klassieke chemisch-manuele afdruk, die hij aan de tandtechnicus of het bewerkingscentrum bezorgt. Alle stappen van de keten worden dus uitbesteed.

Figuur 3 — Directe, semi-directe en indirecte CAD/CAM

De semi-directe en indirecte technieken doen een beroep op laboratoria of bewerkingscentra voor de uitwerking van complexere restauraties met materialen die moeilijker in de tandartspraktijk te verwerken zijn.

Open keten versus gesloten keten

Dit begrip omschrijft de mogelijkheid om in een schakel van de CAD/CAM-keten in te grijpen of deze te veranderen in een digitale workflow.

Gesloten systeem: alle componenten van de keten worden opgelegd door de fabrikant. Zodra de acquisitie is uitgevoerd, is geen enkele uitweg uit de keten en dus geen export van gegevens mogelijk, behalve de finale vervaardiging.

Open systeem: de behandelaar heeft de keuze om de verschillende schakels van verschillende fabrikanten aan te schaffen, afhankelijk van zijn behoeften en de specifieke eigenschappen van elke component. Een uitweg uit de keten is na elke stap mogelijk, evenals de export van bestanden. Dit type systeem laat toe om een schakel volledig of bepaalde parameters ervan te wijzigen en toegang te krijgen tot de verkregen gegevens.

Het begrip compatibiliteit

Het is de "compatibiliteit" tussen de verschillende gekozen schakels van de keten die verwijst naar het vermogen van twee digitale systemen (software of hardware) om gegevens uit te wisselen zonder de informatie te veranderen. Dit vormt het minimum dat vereist is om de integratie van twee opeenvolgende digitale systemen in dezelfde digitale workflow mogelijk te maken. Ze is een belangrijk criterium bij de keuze van de CAD/CAM-keten.

4 Materialen in de CAD/CAM-techniek

In vergelijking met de klassieke technieken biedt CAD/CAM een gevarieerder materialengamma, om alle types restauraties te kunnen uitvoeren. De gebruikte materialen hangen af van het vervaardigingsprocédé (substractief of additief) en zijn hoofdzakelijk esthetische materialen: harsen, keramieken van alle soorten (veldspaat, glasceramiek, aluminium, kristallijn op basis van aluminium of zirkonium) en hybride materialen.

Tegenwoordig beschikt de behandelaar over blokken van materialen in volle kleur, maar ook over blokken met een kleurverloop in één richting (Empress CAD Multi…) of in meerdere richtingen (MkII Real Life), of met variabele translucentie (Empress CAD en eMax CAD). De fabrikanten bieden ook gekleurde blokken van kristallijn keramiek aan.

Zo heeft CAD/CAM het mogelijk gemaakt andere materialen dan metalen legeringen en de in de traditionele techniek gebruikte producten naar voor te brengen, waardoor volledig keramische restauraties gemeengoed zijn geworden.

5 Toepassingen van CAD/CAM

Het gebruik van de CAD/CAM-technologie heeft geleid tot de verbetering van bestaande therapeutische oplossingen en heeft de weg geopend voor nieuwe oplossingen.

De toepassingsgebieden van CAD/CAM gaan van de restauratieve tandheelkunde en prothetiek over implantologie en orale chirurgie tot de orthodontie.

Vaste prothetiek en restauraties

Deze techniek maakt de realisatie mogelijk van indirecte restauraties (inlays, onlays), individuele en meervoudige vaste prothesen, inlay-cores, facetten, vaste supra-implantaire prothesen (gekleefd of geschroefd) en zelfs voorlopige prothesen.

Uitneembare prothetiek

CAD/CAM vindt ook toepassing in uitneembare prothesen en uitneembare prothesen op implantaten. In de aanvullende prothetiek zijn de daartoe bestemde softwares in staat om de volledige prothesebases en de metalen chassis bij gedeeltelijke prothesen te ontwerpen en de occlusie van de patiënt op een virtueel articulator te simuleren.

Ze wordt ook gebruikt voor de vervaardiging van maxillofaciale prothesen. Voor elke toepassing verschillen de vervaardigingsprocedés en de materialen, maar de digitale workflow blijft grotendeels hetzelfde.

Implantologie

In de implantologie maakt CAD/CAM het mogelijk om individuele abutments te vervaardigen, implantaatstaven op maat en chirurgische implantaatgidsen om de chirurgische ingreep tijdens het plaatsen van implantaten te begeleiden.

Orthodontie

In de orthodontie heeft CAD/CAM de ontwikkeling mogelijk gemaakt van een nieuwe behandeling voor de correctie van malocclusies door middel van onzichtbare aligners, die een alternatief vormen voor de conventionele orthodontische behandeling. Deze softwares maken het mogelijk de digitale modellen die via optische afdruk zijn verkregen te archiveren, behandelingen te plannen door set-ups uit te voeren en cefalometrische gegevens te exploiteren.

Figuur 4 — Onzichtbare aligner

Dankzij CAD/CAM wordt de lijmfase geoptimaliseerd door de vervaardiging van een indirecte lijmgoot, waarmee de positie van de orthodontische brackets getrouw en snel op de tanden van de patiënt kan worden overgebracht. CAD/CAM maakt het ook mogelijk om osteotomie- en herpositioneringsgidsen, ODF-apparaten, interceptieapparaten en modellen te vervaardigen.

Figuur 5 — Indirecte orthodontische lijmgoot

6 Voordelen van CAD/CAM

Voor de behandelaar

Snelheid, tijdwinst en comfort: Het gebruik van optische afdrukken elimineert een aantal stappen uit de prothetische keten. Dit maakt een snelle en efficiënte uitvoering mogelijk en dus een aanzienlijke tijdwinst en een gestandaardiseerd protocol met minder behoefte aan retouches van de restauraties, terwijl de betrouwbaarheid wordt gegarandeerd.

Productiviteits- en rendabiliteitswinst: Naast de productiviteit in de praktijk die wordt geoptimaliseerd dankzij de verkorting van de fabricagetijden, wordt bij directe CAD/CAM het aantal zittingen teruggebracht tot één enkele zitting. Dit is een waarborg voor dagelijkse rendabiliteit voor de praktijk.

Winst aan precisie, regelmaat en traceerbaarheid: Het rationele protocol dat CAD/CAM biedt door de reductie van stappen in de prothetische keten en dus van foutrisico's, verbetert de precisie van de restauraties. Bovendien laat het digitale toe de regelmaat van de medische hulpmiddelen te verzekeren en hun traceerbaarheid te optimaliseren.

Verrijkt therapeutisch arsenaal: De behandelaar beschikt over nieuwe materialen en procedés, onder andere 3D-printen, wat hem toelaat de uitgevoerde handelingen en de dagelijks verleende zorgen te diversifiëren.

Verbeterd imago: Het brede gamma aan materialen en de nieuwe therapeutische oplossingen die CAD/CAM biedt, stellen de behandelaar in staat zich te onderscheiden door zijn werk en het technisch platform van zijn praktijk op te waarderen en zijn patiënten een modernere tandheelkunde aan te bieden.

Voor de patiënt

Behandelingen van betere kwaliteit: Dankzij de CAD/CAM-techniek genieten patiënten vandaag van restauraties die niet alleen esthetischer, biomimetisch en biocompatibel zijn, maar ook nauwkeuriger. Het dematerialiseren van taken doorheen de prothetische keten vermijdt de opeenstapeling van onnauwkeurigheden die inherent zijn aan de traditionele technieken.

Comfort voor de patiënt: Het wegvallen van de fysieke afdrukfase (alginaat of siliconen), vaak als te agressief ervaren door de patiënten, is bij de CAD/CAM-techniek zeer waardevol. Het volstaan van één enkele anesthesie in plaats van twee en het verdwijnen van het voorlopige zijn onmiskenbare voordelen. De zittingen zijn korter en comfortabeler en hun aantal wordt beperkt; sommige behandelingen kunnen in één enkele zitting worden uitgevoerd, preparatie inbegrepen, dankzij de directe CAD/CAM.

Verlaagde kostprijs: Het verkorten van de termijnen en het verminderen van de nodige menselijke middelen om restauraties via CAD/CAM te vervaardigen, gekoppeld aan de ontwikkeling van de markt, vertalen zich in een verlaging van de kostprijs.

Voor de tandtechnicus

De voordelen van de praktijk worden die van het laboratorium. De tandtechnicus ontvangt onmiddellijk een digitale afdruk van grote precisie, wat de foutbronnen vermindert die soms te wijten zijn aan subjectieve interpretaties en bijgevolg de uitvoeringssnelheid en de productiviteit verhoogt.

Communicatie patiënt-behandelaar-tandtechnicus

Behandelaar-tandtechnicus: Bij semi-directe en indirecte CAD/CAM communiceert de behandelaar in real time met het gespecialiseerde laboratorium via internet, wat een interessante uitwisseling oplevert tussen beide partijen in hun expertisegebied.

Patiënt-behandelaar: De communicatie met de patiënt wordt vergemakkelijkt dankzij de digitale gegevensstroom. De therapeutische keuze en het voorgestelde behandelplan worden ondersteund door een nauwkeurige visuele drager met beelden op het scherm. Patiënten hebben dan de mogelijkheid om de kleur en vorm van de tanden en de gebruikte techniek met de behandelaar te bespreken. Door zich los te maken van het medische jargon slagen patiënten erin het eindresultaat van hun behandeling beter virtueel te projecteren en zijn ze gerustgesteld over de kwaliteit ervan.

Ecologisch voordeel

De afname van het materiaalvolume dat bij de conventionele techniek wordt gebruikt en van het afval, met name dankzij het gebruik van optische afdrukken en additieve vervaardiging, heeft een onmiskenbaar positief effect op het milieu.

7 Beperkingen van de CAD/CAM-techniek

Ondanks de talrijke voordelen die hierboven werden vermeld, blijven heel wat behandelaars terughoudend om CAD/CAM in hun dagelijkse praktijk over te nemen. Dit kan worden verklaard door de volgende redenen:

• Hoge investerings- en onderhoudskosten, vooral voor jonge behandelaars of kleine praktijken. De marktontwikkeling zal echter op termijn leiden tot een daling van deze kosten.
• Partnertandtechnicus niet uitgerust
• Gebrek aan interesse en tijd om de CAD/CAM-techniek aan te leren
• Esthetische weergave van bewerkte, opgemaakte keramiek vaak als minderwaardig beoordeeld ten opzichte van gestratificeerde keramiek volgens de traditionele techniek
• Beperkte klinische indicaties

8 Conclusie

De komst van CAD/CAM heeft de wereld van de tandheelkunde gerevolutioneerd. Deze technologie heeft de weg geopend naar nieuwe therapeutische mogelijkheden en naar de ontwikkeling van nieuwe materialen. Ondanks de aanzienlijke opkomst blijft het aantal uitgeruste tandartsen beperkt. Voor sommigen betekent de overstap een belangrijke overgang die hun praktijk grondig zal veranderen.

De onmiskenbare winst in precisie, tijd en comfort voor zowel behandelaar als patiënt zijn redenen die steeds meer tandartsen zouden moeten aanzetten tot de stap naar een digitale tandheelkunde. Bij de aanschaf van een tandheelkundige CAD/CAM-keten moet zorgvuldig worden gelet op de keuze van geschikte apparatuur op het vlak van prestaties, ergonomie en vooral compatibiliteit.