1 Inleiding tot de optische afdruk

De eerste optische afdrukken dateren uit de jaren 80. Vandaag vervangen ze de conventionele afdrukken, die bepaalde bekende en erkende beperkingen vertonen, zoals rekking van afdrukmaterialen, scheuren en luchtbellen die de kwaliteit ervan in gevaar brengen, aangevuld met de doorlooptijden en alle verwerkingsstappen die ze vanaf het gieten ondergaan, waardoor de retouches in de mond en zelfs het risico op falen van de eindprothese aanzienlijk toenemen.

Sinds hun uitvinding hebben intraorale scanners en camera's veel evoluties ondergaan en vinden ze vandaag hun plaats in tandartspraktijken met toepassingen in de algemene praktijk, maar ook in de verschillende domeinen van de tandheelkunde.

Definitie

De optische afdruk wordt gedefinieerd als de projectie van een lichtsignaal op de tandoppervlakken. Het weerkaatste signaal wordt door de camera opgevangen, waardoor het driedimensionale 3D-model kan worden gecreëerd.

De optische afdruk, eerste schakel van de digitale tandheelkundige keten

De acquisitie via optische afdruk omvat een eerste stap van dataverwerving, gevolgd door een stap van dataverwerking.

Deze kan gebeuren door:

• Scannen van het model binnen het laboratorium met een extraorale scanner of tafelscanner (met of zonder contact) die een gipsmodel – afkomstig van een afdruk – of rechtstreeks een klassieke fysieke afdruk digitaliseert.
• Een intraorale camera rechtstreeks in de mond.

2 Soorten optische afdrukken en acquisitietechnieken

Extraorale acquisitie

Dit is een geautomatiseerde indirecte techniek die controle biedt over de positionering, de afstand, de snelheid en de toegankelijkheid van de ondersnijdingen.

Intraorale acquisitie

Dit is een directe afdruktechniek. Het betreft een manuele, dus operator-afhankelijke handeling, waarbij de afstand, snelheid en toegankelijkheid van de ondersnijdingen niet nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd.

De acquisitie van 3D-beelden met de intraorale scanner kan plaatsvinden door opeenvolgende opnamen vast te leggen (waarvan het grote nadeel de acquisitiesnelheid is), of in dynamische modus (filmtype). In dat geval is de acquisitie veel sneller (ongeveer 5 min om beide tandbogen en de occlusie te digitaliseren).

Digitale verwerking van de optische afdruk

Het bestand dat voortkomt uit de acquisitie van de tandoppervlakken vormt het instappunt van de tandheelkundige CAD/CAM-keten. Het bestaat uit een weergave van het gietsel of de tandboog van de patiënt in de vorm van een puntenwolk. Deze ruwe puntenwolk is in werkelijkheid niet bruikbaar en vereist een verwerkingsstap via toegewijde software om deze te optimaliseren door uitlijning, herpositionering, fusie van overlappende punten, opschoning en filtering van afwijkende punten en homogenisering van de dichtheden, om zo de bestandsgrootte te verminderen en de verwerking van de virtuele gegevens te versnellen.

Bestanden verkregen aan het einde van de acquisitieschakel

Deze bestanden kunnen in een eigen formaat zijn, dat alleen kan worden gelezen door de ontwerpsoftware van hetzelfde merk, of universeel. Maar de trend gaat vandaag in de richting van de openheid van systemen. Universele bestanden kunnen namelijk door alle ontwerpsoftware worden gelezen.

De universele bestanden zijn STL (Standard Tesselation Language of Standard Triangle Language) en PLY (Polygonal File Format).

Het universele STL-bestand definieert een mesh van driehoeken die een 3D-object in zwart-wit creëert, zonder informatie over kleur of textuur.

Het PLY-bestand bestaat uit een assemblage van polygonen die informatie zoals transparantie of kleur kan overdragen. Maar nog niet alle software is in staat dit bestandsformaat te beheren.

3 Kenmerken van intraorale camera's

Bij de keuze van een intraorale camera moet met verschillende parameters rekening worden gehouden. De gekozen technologie bepaalt de toegang tot bepaalde modaliteiten (bv.: afwezigheid van poeder, kleur, continue registratie). Hieronder de belangrijkste kenmerken van intraorale camera's.

Ergonomie van het handstuk

De ergonomie omvat de grootte, de vorm van de camera, het gewicht, de grip, de benodigde hoogte op het tipniveau en de grootte van de kop.

Daar komt het evenwicht van de camera bij, een essentieel kenmerk dat optimale stabiliteit en hanteerbaarheid tijdens de acquisitie waarborgt.

Een brede kop maakt een groter acquisitieveld mogelijk, maar kan de toegang tot bepaalde zones – vooral posterieur – bemoeilijken.

De brandpuntsafstand wordt bepaald door de afstand tussen de tip van de camera en de te registreren oppervlakken. Sommige merken vereisen contact met de tanden, terwijl andere een afstand van meer dan 10 mm voorschrijven, wat de optische afdruk in de posterieure zone – vooral disto-vestibulair – moeilijk maakt.

De meest gebruikelijke en vertrouwde grip is de "penstijl", maar er bestaan ook camera's in "pistoolstijl".

Recent zijn draadloze cameraversies ontwikkeld, waardoor men zich kan bevrijden van de beperking van de kabel en meer bewegingsvrijheid krijgt.

Poedering

Deze dient om de lichtreflectie van de te registreren oppervlakken (glazuur, vulmaterialen, kronen) te uniformiseren.

Sommige systemen vereisen poedering voor de afdrukname om de registratie van de tandoppervlakken te vergemakkelijken. Andere bevelen dit aan.

Powder-free intraorale camera's kunnen af en toe een lichte poedering vereisen voor bijzonder glanzende zones (metalen restauraties).

Maar de trend gaat richting acquisitie zonder poeder.

Opnamemodus

Het kan gaan om een foto- of videomodus, het enige verschil is de acquisitiesnelheid, die sneller is in de continue modus in filmvorm.

Deze acquisitiemodus biedt grote bewegingsvrijheid, maar er moet een door de fabrikant voorgeschreven scanpad worden gevolgd.

Kleur

De meeste systemen maken het vandaag mogelijk een mastermodel in min of meer realistische kleur te verkrijgen. Dit geeft textuur aan het 3D-bestand dat lijkt op tandweefsel en zou het aflezen van bepaalde elementen, met name de juxta-gingivale preparatielijnen, vergemakkelijken.

Het is echter altijd mogelijk om naar een monochrome weergave over te schakelen, want uiteindelijk is het monochrome model het echte werkmodel, gelijkwaardig aan het gipsmodel, waarmee de kwaliteit van onze afdruk kan worden beoordeeld. De twee weergavemodi zijn complementair.

Kleurbepaling

Sommige intraorale scanners kunnen ook tegelijkertijd de kleur van de tanden weergeven en zo de behandelaar helpen bij de kleurkeuze.

Bestandsformaat

Voorheen sprak men over gesloten bestanden, bestanden met gecontroleerde opening of open bestanden. Vandaag zijn de systemen steeds meer gericht op export naar het open STL-formaat, waardoor met elk CAD-programma op de afdrukken kan worden gewerkt.

Softwarefunctionaliteiten

Alle software die is gekoppeld aan optische afdrukcamera's maakt het mogelijk de beschikbare prothetische ruimte en de occlusale contacten te visualiseren.

Kostprijs

De afschrijving van een optische camera is moeilijk in te schatten. Deze omvat: de acquisitiekosten van de camera en de computereenheid, de gebruikslicenties, de software-updates en tot slot de onderhoudskosten.

Chairside

Sommige systemen bieden een volledige CAD/CAM-keten (acquisitie, CAD, CAM) aan waarmee de behandelaar – indien gewenst – kan overstappen naar directe CAD/CAM.

Evolutiemogelijkheden

De aanschaf van een optische afdrukcamera kan ook worden gezien als een eerste stap richting conversie naar directe CAD/CAM, want vandaag de dag maken alle systemen het mogelijk bestanden in STL-formaat te exporteren. De behandelaar kan zich uitrusten met apparatuur van hetzelfde merk of van een andere fabrikant.

4 Nauwkeurigheid van de optische afdruk en het begrip exactheid

De eerste vraag die bij ons opkomt wanneer we het hebben over de optische afdruk is: wat is de meerwaarde van deze afdruk in termen van kwaliteit en precisie ten opzichte van conventionele technieken, en welke techniek is het meest betrouwbaar in de verschillende klinische situaties?

Exactheid is de geschikte term om de kwaliteit of precisie van een afdruk te beschrijven. Deze houdt rekening met twee criteria:

• De juistheid: de meting van de afwijking tussen de werkelijke afmetingen van het object en de meting van de afdruk.
• De reproduceerbaarheid: de meting van de verschillen tussen de resultaten verkregen uit herhaalde metingen van hetzelfde object met hetzelfde afdruksysteem.

Geval van partiële tandbogen

Veel factoren kunnen de kwaliteit van een afdruk in de kliniek beïnvloeden. De beoordeling van de kwaliteit van een digitale afdruk berust op de analyse van de marginale pasvorm van de protheses die voortkomen uit beide typen afdrukken (digitaal en conventioneel) vervaardigd met dezelfde CAD/CAM-productieketens.

Over het algemeen is de marginale pasvorm bij prothesen aanvaardbaar onder de 120 µm. In-vitrostudies tonen aan dat de marginale pasvormwaarden van keramische kronen verkregen via optische afdrukken gelijkwaardig of zelfs beter zijn dan die verkregen via klassieke afdrukken.

Dit werd ook in vivo bevestigd voor unitaire of kleine restauraties, met een gemiddelde marginale pasvormwaarde gelijk aan 90 µm.

Dit geldt ook voor partiële restauraties van het type inlay/onlay, waarvan de marginale pasvormwaarden verkregen met een digitale afdruk bevredigend zijn.

Geval van volledige tandbogen

Volgens de literatuurgegevens is de huidige referentie de conventionele afdruk met elastomeren, want deze blijft aanzienlijk superieur aan digitale afdrukken bij een volledige tandboog. Er wordt ook gemeld dat de exactheid beter is in de anterieure sector dan in de posterieure sector, met afwijkingen in het horizontale vlak en juistheidsfouten die kunnen oplopen tot 170 µm.

Het is de digitale reconstructiefase – waarbij de verkregen beelden met elkaar worden gecombineerd om de volledige tandboog te herscheppen – die door meerdere auteurs met de vinger wordt gewezen.

Het lijkt er dus op dat het de accumulatie van fouten tijdens de registratie- en digitale beeldverwerkingsfase is die aan de basis ligt van deze belangrijke vervormingen.

Volgens sommige auteurs zouden in de toekomst betrouwbaardere afdrukken van volledige tandbogen kunnen worden verkregen dankzij verbeteringen in de software en niet de camera's.

Bovendien lijkt het volgens andere auteurs dat het aantal preparaties verantwoordelijk is voor de verslechtering van de kwaliteit van de digitale afdruk. Hoe hoger dat aantal, hoe significanter de verschillen tussen de optische afdruksystemen zouden zijn.

Geval van supra-implantaire protheses

Het is moeilijk conclusies te trekken over de kwaliteit van digitale afdrukken bij vaste implantaatgedragen protheses wegens een gebrek aan literatuur over dit onderwerp. Maar sommige auteurs benadrukken dat verschillende criteria moeten worden gerespecteerd om een afdruk van gelijkwaardige of zelfs superieure kwaliteit aan een conventionele techniek te verkrijgen, en dat een zeer strikt protocol moet worden toegepast. De kwaliteit van de afdruk zou dus operator-afhankelijk en ervaringsafhankelijk zijn.

5 Operatief acquisitieprotocol

Zodra de tanden zijn geïsoleerd van vocht (speeksel, bloed) en de poedering – indien nodig – is uitgevoerd met een dunne laag zonder klonters, kan de acquisitie beginnen.

Men moet de techniek, duur, snelheid en scantrajectorie respecteren die door de fabrikant worden aanbevolen. Het gebaar moet vloeiend en snel zijn en men moet zich vooral geleidelijk losmaken van de mond en zijn gebaren coördineren met wat men op het scherm ziet.

De opname van de preparaties of van het werkmodel moet plaatsvinden in de grootste as van de preparatie om exploiteerbaar te zijn en bepaalde zones leesbaar weer te geven. Voor een conventionele perifere preparatie zijn deze zones:

• Het geheel van de cervicale grens en de overgangslijn
• De cervicale preparatie
• De lijn die het geprepareerde tandoppervlak afbakent
• De papillen en de contactpunten van de aangrenzende tanden

Als de preparatie "opto-leesbaar" is en men deze zones duidelijk onderscheidt, zullen CAD en CAM worden geoptimaliseerd. Zo niet bestaat er een groot risico op problemen bij het plaatsen door slecht beheerde contactpunten, een slechte cervicale aanpassing of onder- of over-occlusieproblemen.

De acquisitie gebeurt in drie opeenvolgende stappen:

1. Afdruk van de preparaties (werkmodel)
2. Afdruk van de antagonistische tandboog (antagonistisch model)
3. Afdruk van de occlusale relaties door scanning van de vestibulaire zijde van de betrokken sector in occlusie. De software plaatst dan beide tandbogen in MIO (maximale intercuspidatie-occlusie), ofwel automatisch of handmatig.

6 Voordelen en nadelen

Voordelen

De optische afdruk maakt het mogelijk de werktijd te verkorten ten opzichte van een conventionele afdruk – vooral voor het scannen van een sector – en het ongemak van patiënten te verminderen die de klassieke afdruk vaak als te agressief ervaren.

In bepaalde complexe gevallen die meerdere afdrukken vereisen of bij patiënten met een hoog braakreflexrisico, kan de acquisitie geleidelijk worden uitgevoerd met behoud van de kwaliteit van de afdruk.

Daarnaast is de optische afdruk eenvoudiger dan de conventionele afdruk dankzij zijn objectieve karakter, in die zin dat er geen plaats is voor interpretatie en toeval.

Het biedt namelijk onmiddellijke feedback op de tandpreparaties om deze te valideren voor verzending en om de kwaliteit en leesbaarheid van de naar het laboratorium verzonden afdrukken aanzienlijk te verbeteren.

Bovendien is de klassieke chemisch-manuele afdruk een langdurige handeling die een zekere technische vaardigheid en ervaring vereist.

In tegenstelling tot de gipsafdruk – zwaar, omvangrijk, moeilijk te bewaren, niet reproduceerbaar, kwetsbaar en niet-bewaarbaar – is de digitale afdruk onveranderlijk, onvervormbaar (want ze ondergaat geen slijtage of vervorming in de tijd), en is bovendien dupliceerbaar, gemakkelijk op te slaan en over te dragen (digitaal medium, beveiligde servers).

Vandaar het belang van de overstap naar de digitale afdruk via intraorale acquisitie. Bovendien is de precisie gelijkwaardig of zelfs superieur aan conventionele materialen, met name voor unitaire prothetische rehabilitaties of rehabilitaties van beperkte omvang.

Tot slot is de optische afdruk een uitstekend communicatiemiddel, zowel met patiënten om hun de uit te voeren prothetische werken uit te leggen als met de tandtechnicus, waarbij de uitwisseling in real time plaatsvindt.

Nadelen

Hoewel de digitale afdrukname talloze voordelen biedt, zijn er toch beperkingen aan het gebruik, hoofdzakelijk gerelateerd aan de patiënt, het optische systeem en de software voor de verwerking van de digitale gegevens.

De speekselstroom kan de intraorale scannersystemen negatief beïnvloeden en de sulculaire bloeding kan een deel van de preparatiegrenzen maskeren.

De registratie van preparaties zou ook worden bemoeilijkt door een slechte toegankelijkheid van de camera, vooral in de posterieure zone, voornamelijk door een beperking van de mondopening, een te diepe preparatiegrens en door bewegingen van de patiënt.

Er wordt vaak gezegd dat de camera alleen registreert wat hij ziet. De optische afdruk zou eenvoudiger zijn dan de klassieke afdruk, maar is ook strikter.

De preparatietechnieken moeten worden aangepast aan de digitale afdruk en gingiva-retractietechnieken worden sterk aanbevolen.

Bij de digitale acquisitie bestaan er voornamelijk twee niveaus van spreiding:

• De reproduceerbaarheid van de ruwe puntenwolken (met name als het scannen van het model afkomstig is van een fysieke afdruk) ten opzichte van het gescande object.
• De verwerking van de puntenwolken ten opzichte van de ruwe puntenwolk.

Poedering is voor sommige systemen en in bepaalde gevallen noodzakelijk, maar kan de nauwkeurigheid van de acquisitie verhinderen als de laag zeer dik is. De optimale dikte ligt tussen 40 µm en 60 µm. Sommige camera's – voornamelijk poedervrij – bevelen het gebruik van een poederspray aan om de acquisitie te versnellen.

In-vitrostudies die de digitale afdruk vergelijken met de conventionele afdruk hebben aangetoond dat beide technieken gelijkwaardig zijn qua exactheid. Daarentegen hebben conventionele afdrukken het voordeel dat ze minder spreiding veroorzaken en zijn volledige tandbogen vandaag moeilijk tot stand te brengen met een intraorale camera.

7 Hoe kies je een intraorale camera?

Op het moment dat de tandarts moet kiezen naar welke intraorale scanner hij wil gaan, moet hij dit bespreken met zijn tandtechnicus om zich te oriënteren op een model dat aansluit bij de verwachtingen van de behandelaar maar compatibel is met de laboratoriumketen. Vervolgens zal een test- en leerfase nodig zijn om deze nieuwe apparatuur te leren kennen.

De behandelaar kan verdwalen in de veelheid aan technische gegevens die soms moeilijk te ontcijferen zijn tussen de beschrijvingen van de vele fabrikanten en de nieuwste ontwikkelingen: draadloze systemen, kleurregistratie, compacte modellen.

Voordat men de stap zet, zijn de belangrijkste elementen waarmee rekening moet worden gehouden:

• De kostprijs
• De prestaties op het gebied van exactheid
• De technische kenmerken: acquisitiesnelheid en verwerkingstijd van de gegevens (algoritme), grootte van de sensor (aantal pixels en acquisitieoppervlak), brandpuntsafstand (diepte van het veld...), digitalisering van gietsel/afdruk/tandboog
• De ergonomie van het apparaat: acquisitieduur, met of zonder poeder

Over het algemeen beschikken camera's die aan de huidige standaarden voldoen over video-stream-acquisitie, in kleur en powder-free.

8 Conclusie

De optische afdruk is volop in ontwikkeling en vormt een serieus alternatief voor de conventionele afdruktechnieken.

Het is een betrouwbaar, snel en comfortabel acquisitiemiddel dat de communicatie met prothetische laboratoria en patiënten vergemakkelijkt, ook al blijft de digitaliseringskwaliteit van een volledige tandboog vandaag de dag nog beperkt.

Na de wereld van de vaste prothese te hebben veroverd, heeft ze zich geopend voor de uitneembare prothese, de implantologie en de orthodontie en biedt ze zo volledige oplossingen voor tandartsen die zich tot het digitale hebben bekeerd.