1 Wprowadzenie i rys historyczny

Początkowo rozwijana w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym w latach 60. XX wieku w celu standaryzacji wytwarzania powtarzalnych kształtów, aplikacja CAD/CAM w stomatologii była projektem ambitnym, a wręcz utopijnym, ponieważ każda wykonywana praca protetyczna jest unikalna i właściwa dla danego pacjenta.

To François DURET w 1973 roku wpadł na pomysł przeniesienia tej koncepcji do wykonywania protez stomatologicznych i stał się tym samym wynalazcą stomatologicznego CAD/CAM, którego podstawy położył w swojej rozprawie „Wycisk optyczny".

Dzięki pracom F. Dureta, CAD/CAM ujrzał światło dzienne i zrewolucjonizował świat stomatologii.

Od tamtej pory technologia ta nieustannie ewoluowała i udoskonalała się w dziedzinie stomatologii, aby stać się niezbędnym narzędziem pracy w erze cyfrowej.

Definicja

Łańcuch CAD/CAM stomatologiczny (Projektowanie i Produkcja Wspomagane Komputerowo) lub CAD/CAM (Computer Assisted Design / Computer Assisted Manufacturing) to zestaw skoordynowanych środków technologicznych (CAD, CAM) pozwalających na cyfrowe rejestrowanie (akwizycję) analogowych danych klinicznych, wirtualne modelowanie (CAD), a następnie materialne wykonanie (CAM) spersonalizowanego wyrobu medycznego.

Dotyczy zatem wszystkich specjalności stomatologicznych, w których występują spersonalizowane wyroby medyczne.

2 Przepływ cyfrowy i komponenty łańcucha CAD/CAM

Kompletny łańcuch CAD/CAM stomatologicznego składa się z 4 ogniw oddzielonych interfejsami:

1. ogniwo: akwizycja danych

Akwizycja polega na cyfryzacji danych klinicznych, po której następuje etap przetwarzania. Może odbywać się bezpośrednio w jamie ustnej za pomocą kamery wewnątrzustnej lub poprzez skanowanie modeli gipsowych albo wycisków.

Rycina 1 — Wewnątrzustna kamera optyczna

2. ogniwo: CAD

CAD (projektowanie wspomagane komputerowo) to proces tworzenia obiektów wirtualnych za pomocą reprezentacji graficznej. Obejmuje etap poprzedzający projektowanie protez, nazywany „posttreatmentem" (postprocesem) punktów uzyskanych na etapie akwizycji przez wycisk optyczny. W wyniku tego etapu uzyskuje się model wirtualny, który wyświetla się na ekranie po digitalizacji.

3. ogniwo: CAM

CAM (produkcja wspomagana komputerowo) to proces realizacji obiektów, czyli fizycznej materializacji obiektu wirtualnego (utworzonego w CAD). Pozwala na generowanie ścieżek obróbki za pomocą dedykowanego oprogramowania, które określa pozycje narzędzi podczas produkcji.

4. ogniwo: obrabiarka sterowana numerycznie

To 4. i ostatni komponent stomatologicznego łańcucha CAD/CAM, odpowiedzialny za wytworzenie. Jest to programowalna obrabiarka sterowana numerycznie.

Proces produkcji przebiega:

• Subtraktywnie (przez ubytek materiału): mówimy wtedy o produkcji subtraktywnej, głównie obróbce przez frezowanie.
• Addytywnie (przez dodawanie materiału): mówimy wtedy o produkcji addytywnej, bardziej znanej pod nazwą druku 3D. Główne procesy addytywne formowania to: stereolitografia (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM), selektywne stapianie laserowe (SLM) i spiekanie laserowe (SLS).

Rycina 2 — Drukarka 3D (technika SLA)

SLA	FDM	SLM	SLS
Stereolitografia przez fotopolimeryzację	Fused Deposition Modeling	Selektywne stapianie laserowe	Spiekanie laserowe
Proces chemiczny — stopniowa polimeryzacja specjalnej czułej żywicy za pomocą wiązki laserowej. Gdy warstwa stwardnieje, laser nadal skanuje kąpiel ciekłej żywicy, aby ją polimeryzować i utwardzać, aż do uformowania kompletnego obiektu w kolejnych warstwach.	Proces fizyczny — nakładanie filamentu polimeru termoplastycznego podgrzanego do temperatury plastyczności warstwa po warstwie przez dyszę, aby utworzyć zamierzony obiekt.	Proces fizyczny — nakładanie kolejnych warstw w połączeniu z laserem, który skanuje łoże proszku metalowego, aby go stopić aż do uformowania metalowego elementu.	Proces fizyczny — nakładanie kolejnych warstw w połączeniu z laserem, który skanuje każdą warstwę, aby umożliwić jej spiekanie aż do uzyskania pożądanego modelu.

3 CAD/CAM bezpośredni, półbezpośredni lub pośredni

Ewolucja CAD/CAM pozwala nam rozróżnić 3 różne metody:

CAD/CAM bezpośredni

Pozwala lekarzowi wykonać protezę podczas jednej sesji. Wszystkie etapy są realizowane w gabinecie. Wycisk optyczny wewnątrzustny jest przetwarzany na miejscu aż do wykonania uzupełnienia: inleyu, onleyu, licówki ceramicznej, korony pojedynczej czy mostu tymczasowego.

CAD/CAM półbezpośredni

Obejmuje przynajmniej jeden etap w gabinecie stomatologicznym: akwizycja wykonana przez lekarza może być przetwarzana w gabinecie w celu wykonania CAD lub przekazana do laboratorium bądź centrum frezowania online w czasie rzeczywistym, co pozwala na natychmiastową interakcję z wytwórcą w zakresie wykonania infrastruktury oraz kosmetyki.

CAD/CAM pośredni

Lekarz wykonuje klasyczny wycisk chemiczno-manualny, który przekazuje technikowi protetykowi lub centrum frezowania. Wszystkie etapy łańcucha są zatem zewnętrzne.

Rycina 3 — CAD/CAM bezpośredni, półbezpośredni i pośredni

Techniki półbezpośrednia i pośrednia angażują laboratoria lub centra frezowania do wykonywania bardziej złożonych uzupełnień z materiałów trudniejszych w obróbce w gabinecie stomatologicznym.

Łańcuch otwarty a łańcuch zamknięty

To pojęcie określa zdolność do ingerowania w ogniwo łańcucha CAD/CAM lub jego zmiany w przepływie cyfrowym.

System zamknięty: wszystkie komponenty łańcucha są narzucone przez wytwórcę. Po wykonaniu akwizycji żadne wyjście z łańcucha, a tym samym żaden eksport danych, nie jest możliwy poza końcowym wytworzeniem.

System otwarty: lekarz ma możliwość pozyskania różnych ogniw od różnych wytwórców w zależności od swoich potrzeb i specyficznych cech każdego komponentu. Wyjście z łańcucha jest możliwe po każdym etapie, podobnie jak eksport plików. Ten typ systemu pozwala zmienić całe ogniwo lub niektóre parametry oraz uzyskać dostęp do uzyskanych danych.

Pojęcie kompatybilności

„Kompatybilność" między różnymi wybranymi ogniwami łańcucha oznacza zdolność dwóch systemów cyfrowych (oprogramowania lub sprzętu) do wymiany danych bez zmiany informacji. Stanowi to minimum wymagane, aby integracja dwóch kolejnych systemów cyfrowych w tym samym przepływie cyfrowym była możliwa. Jest to ważne kryterium przy wyborze łańcucha CAD/CAM.

4 Materiały w technice CAD/CAM

W porównaniu z technikami klasycznymi, CAD/CAM oferuje bardziej zróżnicowaną paletę materiałów, aby zaspokoić wszystkie typy uzupełnień. Używane materiały zależą od przyjętego procesu wytwarzania — subtraktywnego lub addytywnego — i są to głównie materiały estetyczne: żywice, ceramiki wszelkiego rodzaju (skaleniowe, szklano-ceramiczne, glinowe, krystaliczne na bazie glinu lub cyrkonu) oraz materiały hybrydowe.

Dziś lekarz dysponuje blokami materiałów w jednolitym kolorze, ale także blokami z gradientem w jednym kierunku (Empress CAD Multi…) lub wielu kierunkach (MkII Real Life) albo o zmiennej transparentności (Empress CAD i eMax CAD). Wytwórcy proponują również bloki ceramiki krystalicznej zabarwionej.

W ten sposób CAD/CAM pozwolił wyeksponować materiały inne niż stopy metalowe i produkty stosowane w technice tradycyjnej, co pozwoliło upowszechnić uzupełnienia całkowicie ceramiczne.

5 Zastosowania CAD/CAM

Wykorzystanie technologii CAD/CAM doprowadziło do udoskonalenia istniejących rozwiązań terapeutycznych i otworzyło drogę do nowych rozwiązań.

Obszary zastosowań CAD/CAM obejmują stomatologię zachowawczą, protetykę, implantologię, chirurgię jamy ustnej, a także ortodoncję.

Protetyka stała i uzupełnienia

Ta technika pozwala wykonywać uzupełnienia pośrednie (inleye, onleye), protezy stałe pojedyncze i mnogie, wkłady koronowo-korzeniowe, licówki, protezy stałe na implantach (klejone lub przykręcane), a nawet protezy tymczasowe.

Protetyka ruchoma

Znajduje także zastosowanie w protetyce ruchomej i protezach ruchomych na implantach. W protetyce ruchomej dedykowane oprogramowanie potrafi projektować bazy protez całkowitych, metalowe szkielety protez częściowych oraz symulować zwarcie pacjenta na wirtualnym artykulatorze.

Jest także wykorzystywana do wykonywania protez szczękowo-twarzowych. Dla każdego zastosowania procesy wytwarzania i materiały się różnią, ale przepływ cyfrowy pozostaje zasadniczo taki sam.

Implantologia

W implantologii CAD/CAM umożliwia wytwarzanie zindywidualizowanych łączników, belek implantologicznych na miarę oraz chirurgicznych szablonów implantacyjnych do kierowania gestem chirurgicznym podczas wszczepiania implantów.

Ortodoncja

W ortodoncji CAD/CAM pozwolił na rozwój nowego sposobu leczenia korekcji wad zgryzu przez tzw. niewidoczne nakładki korekcyjne, które stanowią alternatywę dla konwencjonalnego leczenia ortodontycznego. Te programy pozwalają archiwizować modele cyfrowe uzyskane przez wycisk optyczny, planować leczenia poprzez wykonywanie set-upów oraz wykorzystywać dane cefalometryczne.

Rycina 4 — Niewidoczna nakładka korekcyjna

Dzięki CAD/CAM etap klejenia jest zoptymalizowany przez wykonywanie nakładek do klejenia pośredniego, pozwalających wiernie i szybko przenieść pozycję bracketsów ortodontycznych na zęby pacjenta. CAD/CAM umożliwia również wykonywanie szablonów osteotomii i repozycjonowania, aparatów ortopedycznych, aparatów przechwytujących oraz modeli.

Rycina 5 — Nakładka do klejenia ortodontycznego pośredniego

6 Zalety CAD/CAM

Dla lekarza

Szybkość, oszczędność czasu i komfort: zastosowanie wycisków optycznych eliminuje szereg etapów łańcucha protetycznego. Pozwala to na szybkie i skuteczne wdrożenie, a tym samym znaczną oszczędność czasu oraz ustandaryzowany protokół z mniejszą potrzebą korygowania uzupełnień przy zachowaniu niezawodności.

Wzrost produktywności i rentowności: poza produktywnością w gabinecie, która jest zoptymalizowana dzięki skróceniu czasu wytwarzania, liczba sesji zostaje zredukowana do jednej przy CAD/CAM bezpośrednim. To gwarancja codziennej rentowności dla gabinetu.

Wzrost precyzji, powtarzalności i identyfikowalności: racjonalny protokół oferowany przez CAD/CAM przez redukcję etapów łańcucha protetycznego, a tym samym ryzyka błędów, poprawia precyzję uzupełnień. Ponadto cyfryzacja pozwala zapewnić powtarzalność wyrobów medycznych i zoptymalizować ich identyfikowalność.

Wzbogacony arsenał terapeutyczny: lekarz ma do dyspozycji nowe materiały i procesy, między innymi druk 3D, co pozwala mu na dywersyfikację wykonywanych zabiegów i codziennej opieki.

Poprawa wizerunku: szeroki wybór materiałów i nowych rozwiązań terapeutycznych oferowanych przez CAD/CAM pozwala lekarzowi wyróżnić się, waloryzując swoją pracę i zaplecze techniczne gabinetu, a także zaproponować pacjentom bardziej nowoczesną stomatologię.

Dla pacjenta

Leczenia lepszej jakości: dzięki technice CAD/CAM pacjenci korzystają dziś z uzupełnień nie tylko bardziej estetycznych, biomimetycznych i biokompatybilnych, ale też bardziej precyzyjnych. Dematerializacja zadań w całym łańcuchu protetycznym eliminuje kumulację nieprecyzyjności właściwych technikom tradycyjnym.

Komfort pacjenta: eliminacja etapu wycisku fizycznego (alginatowego lub silikonowego), często ocenianego przez pacjentów jako zbyt inwazyjny, jest w technice CAD/CAM bardzo cenna. Korzystanie z jednego znieczulenia zamiast dwóch, eliminacja prac tymczasowych to niewątpliwe korzyści. Sesje są krótsze, bardziej komfortowe i jest ich mniej — niektóre leczenia można przeprowadzić podczas jednej sesji, włącznie z preparacją, dzięki CAD/CAM bezpośredniemu.

Niższy koszt: skrócenie terminów i redukcja zasobów ludzkich niezbędnych do wytwarzania uzupełnień przez CAD/CAM, połączone z rozwojem rynku, przekładają się na obniżenie ich kosztu.

Dla technika protetyka

Zalety gabinetu stają się zaletami laboratorium. Technik otrzymuje natychmiastowo cyfrowy wycisk o wysokiej precyzji, co redukuje źródła błędów wynikających czasem z subiektywnych interpretacji i pozwala zwiększyć szybkość wykonania i produktywność.

Komunikacja pacjent–lekarz–technik

Lekarz–technik: w CAD/CAM półbezpośrednim i pośrednim lekarz komunikuje się ze specjalistycznym laboratorium w czasie rzeczywistym przez internet, co zapewnia cenną wymianę obu stron w ich dziedzinach ekspertyzy.

Pacjent–lekarz: komunikacja z pacjentem jest ułatwiona dzięki przepływowi danych cyfrowych. Wybór terapeutyczny i proponowany plan leczenia są argumentowane precyzyjnym wizualnym materiałem pomocniczym z obrazami wyświetlanymi na ekranie. Pacjenci mają wtedy możliwość omówienia z lekarzem odcienia i kształtu zębów oraz stosowanej techniki. Uwalniając się od żargonu medycznego, pacjenci lepiej wirtualnie wyobrażają sobie końcowy rezultat swojego leczenia i są uspokojeni co do jego jakości.

Korzyść ekologiczna

Zmniejszenie objętości materiałów używanych w technice konwencjonalnej i odpadów, szczególnie dzięki wykorzystaniu wycisków optycznych i produkcji addytywnej, ma niezaprzeczalnie pozytywny wpływ na środowisko.

7 Ograniczenia techniki CAD/CAM

Pomimo licznych wymienionych wcześniej zalet, wielu lekarzy pozostaje niechętnych adopcji CAD/CAM w swojej codziennej praktyce. Można to wyjaśnić następującymi przyczynami:

• Wysokie koszty inwestycji i utrzymania, zwłaszcza dla młodych lekarzy lub małych gabinetów. Niemniej jednak rozwój rynku doprowadzi z czasem do zmniejszenia tych kosztów.
• Technik partner bez odpowiedniego wyposażenia.
• Brak zainteresowania i czasu niezbędnego do opanowania techniki CAD/CAM.
• Estetyczne oddanie ceramiki frezowanej i malowanej często oceniane jako gorsze od ceramiki nakładanej warstwowo metodą tradycyjną.
• Ograniczone wskazania kliniczne.

8 Podsumowanie

Nadejście CAD/CAM zrewolucjonizowało świat stomatologii. Ta technologia pozwoliła otworzyć drogę do nowych możliwości terapeutycznych oraz do rozwoju nowych materiałów. Mimo znaczącego rozwoju, jakiego doświadczyła, liczba dentystów wyposażonych w Polsce pozostaje niewielka. Dla niektórych konwersja stanowi istotną zmianę, która głęboko wpłynie na ich praktykę.

Niezaprzeczalne zyski w precyzji, czasie i komforcie dla lekarza oraz pacjenta to motywy, które powinny zachęcać coraz więcej dentystów do zrobienia kroku w kierunku stomatologii cyfrowej. Przy zakupie stomatologicznego łańcucha CAD/CAM należy zadbać o wybór wyposażenia odpowiedniego pod względem wydajności, ergonomii, a przede wszystkim kompatybilności.