Wprawdzie zastosowanie technologii cyfrowych w ortodoncji jest stosunkowo niedawne, ale dynamiczny rozwój cyfryzacji nieubłaganie wprowadza nas w nową erę naszej praktyki ortodontycznej.

Przepływ cyfrowy na stałe wpisał się w nasz codzienny wymiar nowoczesnej stomatologii.

W istocie, technologie cyfrowe są obecne na każdym etapie — od akwizycji wycisków optycznych po druk 3D metodą stereolitografii, wykonywania ortodontycznych nakładek na miarę, aż po cyfrowy set-up.

Cyfrowy set-up to doskonały przykład wykorzystania narzędzia cyfrowego w maksymalnym zakresie jego możliwości.

1 Rys historyczny

Historia rozpoczęła się pod koniec lat 90., gdy młodzi amerykańscy inżynierowie opracowali oprogramowanie informatyczne umożliwiające wirtualizację łuków zębowych i indywidualnych ruchów zębów w celu korekcji wad zgryzu i pozycji zębów za pomocą nakładek korekcyjnych.

Tak narodził się cyfrowy set-up w formie, w jakiej znamy go dzisiaj.

Align Technology, ze swoim systemem nakładek Invisalign, jest pierwszą firmą, która z powodzeniem wytworzyła aparaty w oparciu o cyfrowy set-up.

2 Definicja cyfrowego set-upu

Ogólnie rzecz biorąc, set-up to wizualizacja możliwej sytuacji pozabiegowej.

Rycina 1 / Cyfrowy set-up

3 Realizacja set-upu

Na podstawie wycisków optycznych wykonanych bezpośrednio w jamie ustnej, zeskanowanych wycisków lub zeskanowanych modeli, oprogramowanie komputerowe (np. ClinCheck firmy Invisalign, Approver firmy Spark) tworzy końcowy model wirtualny zgodnie z wytycznymi lekarza.

Jednostki zębowo-zębodołowe są oddzielane indywidualnie, a następnie ponownie integrowane z cyfrowym modelem roboczym.

Gdy oś, pozycja, punkty kontaktu zębów oraz sytuacja dziąsła zostaną wirtualnie odtworzone, plan leczenia zostaje zastosowany, a ruchy są układane przez oprogramowanie w sekwencję wideo.

Rycina 2 / Interfejs oprogramowania CLINCHECK firmy Invisalign

W leczeniu nakładkami niewidocznymi ten etap sekwencjonowania ruchów, polegający na podglądzie przebiegu każdego przemieszczenia, musi być przedmiotem szczególnej uwagi.

Lekarz otrzymuje wstępną symulację leczenia, do której może wprowadzić wszelkie pożądane modyfikacje.

Może w ten sposób podejrzeć każdy ruch indywidualnie, każdy etap terapeutyczny lub leczenie całościowo.

Oprogramowanie pozwala grupować w tym samym etapie ruchy, które się wzmacniają, oraz przenosić ruchy antagonistyczne na późniejszy etap. Dotyczy to na przykład ekspansji poprzecznej i lingwalizacji siekaczy, które bardzo dobrze ze sobą współpracują i wywołują dokładnie to samo odkształcenie nakładki korekcyjnej.

Należy również obserwować prędkość ruchów zębowych, ponieważ możliwe jest przyspieszenie przemieszczenia za pomocą pomocy terapeutycznych (na przykład poprzez nocne noszenie elastomerów lub ciągłe noszenie przez cały dzień).

Oprogramowanie pozwala z nadzwyczajną precyzją wizualizować wielkość ruchu każdego zęba w trzech płaszczyznach przestrzeni, określić ilość stripingu szkliwa (redukcji proksymalnej), gdy jest to konieczne. Wszystko to z możliwościami prowadzenia wielu projektów równolegle.

Oprogramowanie daje możliwość zamówienia różnych scenariuszy leczenia i otrzymania kilku set-upów w celu ich porównania i wyboru planu leczenia najlepiej dostosowanego do sytuacji klinicznej.

Pomaga to lekarzowi w decyzji o leczeniu przypadku z ekstrakcjami terapeutycznymi lub bez, o wykonaniu redukcji interproksymalnych…

Po przeprowadzeniu wirtualnego ustawienia lekarz decyduje o liczbie etapów niezbędnych do końcowej korekcji. Przemieszczenia zębów muszą bowiem następować bardzo progresywnie — po kilka stopni rotacji lub kilka dziesiątych milimetra pomiędzy każdym etapem.

Każdy etap odpowiada modelowi wirtualnemu w postaci pliku STL, generowanego przez system.

Każdy plik cyfrowy jest następnie drukowany na drukarce 3D, aby posłużyć jako podstawa do wykonania zindywidualizowanych nakładek termoformowalnych w laboratorium protetycznym.

4 Set-up tradycyjny (ręczny) a cyfrowy set-up

Tradycyjnie wystarczyło, aby technik laboratoryjny wyciął zęby z modelu gipsowego i ustawił je ponownie w wosku w optymalnej pozycji.

Rycina 3 / Tradycyjny set-up

Ta symulacja pozwala ocenić potencjalne cele terapeutyczne, takie jak wykonanie stripingu (redukcji szkliwa interproksymalnej) lub terapeutycznej ekstrakcji zębów.

Kesling w 1956 roku wykorzystał tradycyjny set-up do finalizacji swoich leczeń ortodontycznych, a następnie w planowaniu leczenia i diagnostyce ortodontycznej.

Cyfrowy set-up opiera się na tych samych zasadach co set-up ręczny. Jednakże separacja zębów odbywa się według bardzo precyzyjnej procedury cyfrowej, w przeciwieństwie do cięcia standardowego modelu, które niszczy strukturę zębów gipsowych.

Zęby modelu cyfrowego są cięte technikami segmentacji wirtualnej. Weźmy przykład oprogramowania 3Shape: proces segmentacji rozpoczyna się od zaznaczenia punktu od strony mezjalnej i punktu od strony dystalnej na każdym zębie modelu wirtualnego. Zaznaczenie może odbywać się w sposób półautomatyczny, ale w takim wypadku wymagana jest ręczna walidacja przez użytkownika.

Następnie oprogramowanie wytycza linię segmentacji na wysokości dziąsła, oddziela korony zębów od części dziąsłowej i definiuje kontakty interproksymalne.

W cyfrowym set-upie kształt łuku jest definiowany indywidualnie za pomocą narzędzi programowych, podczas gdy w set-upie tradycyjnym opiera się na wcześniej ustalonym kształcie.

5 Zalety cyfrowego set-upu

Wykonanie cyfrowego set-upu jest znacznie mniej czasochłonne niż wykonanie set-upu ręcznego.

Cyfrowy set-up powstaje przed ekranem. Dzięki temu jest dużo bardziej elastyczny niż klasyczny set-up wykonany w gipsie.

Modyfikacje modelu wirtualnego mogą być mnożone w nieskończoność. Każda modyfikacja może być zapisana, w przeciwieństwie do set-upu ręcznego, gdzie każda modyfikacja jest nieodwracalna.

Procedura separacji lub wirtualnej segmentacji zębów pozwala zyskać na precyzji w porównaniu z cięciem zębów w gipsie.

W cyfrowym set-upie kształt łuku jest ustalany indywidualnie, właściwie dla każdego przypadku, w przeciwieństwie do standardowego set-upu wykonywanego w laboratorium.

Set-up cyfrowy może być z łatwością zapisany i pozwala uwolnić się od modeli gipsowych wraz ze wszystkimi problemami ich przechowywania.

Wykonywane ruchy zębów są niezwykle precyzyjne i są łatwo oceniane dzięki nakładaniu zębów z różnym kodem kolorystycznym, pozwalającym porównać pozycję początkową i końcową zębów.

Najbardziej zaawansowane nowe programy oferują także możliwość nałożenia set-upu i cyfrowej radiografii, łącząc modele wirtualne w postaci plików STL z plikami DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) pochodzącymi z CBCT lub Cone Beam Computed Tomography.

Na przykład w systemie Insignia® firmy Ormco połączenie wycisku optycznego i akwizycji Cone Beam pozwala ocenić równoległość korzeni, grubość kości lub korytarz zębodołowy, aby uwzględnić zarówno korony, jak i korzenie zębów podczas planowanych przemieszczeń.

W istocie klasyczne leczenia aparatami stałymi z bracketsami przedsionkowymi również skorzystały z tych cyfrowych postępów. Ich projekt może być dziś całkowicie zindywidualizowany — z parametrami zawartymi w rowku bracketu na miarę i drutami ortodontycznymi również wykonanymi na miarę.

Nieustanny postęp technologii cyfrowych pozwolił rozwijać system od jego powstania, aby zwiększyć jego przewidywalność i skuteczność terapeutyczną.

Obecnie możliwe jest precyzyjne ilościowe określenie amplitudy planowanych ruchów, a dzięki wykorzystaniu Big Data — gromadzeniu i krytycznej analizie informacji zwrotnej o ruchach uzyskanych lub nieuzyskanych przez nakładki korekcyjne — lepiej wykrywane są ruchy graniczne, a nawet niemożliwe do uzyskania.

To cyfrowe wykorzystanie danych pozwala ulepszać system, między innymi poprzez doskonalenie zaczepów (attachmentów) i rozszerzać zakres zastosowania systemu.

Stanowi to cenną pomoc dla lekarza zlecającego, ponieważ pozwala mu lepiej przewidywać potrzebę różnych akcesoriów przy uzyskiwaniu pożądanych ruchów — między innymi wyboru zaczepów zębowych pomagających w ruchach, zastosowania gumek międzyszczękowych, miniimplantów, klejonych zaczepów ortodontycznych łączonych. Pozwala mu również przewidzieć etapy, które mogłyby zostać powiązane z tradycyjnymi ortodontycznymi leczeniami łączonymi.

Rycina 4 / Przykład akcesoriów pomocniczych: zaczepy zębowe

Dzięki cyfryzacji lekarz jest coraz bardziej panem leczeń, które planuje. Może wykonać, wizualizować i modyfikować różne set-upy bez dodatkowego kosztu finansowego. Cały łańcuch diagnostyka-set up-wykonanie nakładek może być częściowo, a nawet w całości zrealizowany w gabinecie.

Lekarz nie jest już zależny od jedynego set-upu przewidzianego przez technika laboratoryjnego, a komunikacja z nim jest dużo łatwiejsza i płynniejsza.

Set-up ułatwiłby także komunikację między ortodontą a pacjentem.
Pacjent może łatwo obejrzeć wraz z lekarzem swoje leczenie ortodontyczne oraz końcowy rezultat. Jest to szczególnie interesujące zwłaszcza w przypadku, gdy ewentualna ekstrakcja jest konieczna. Set-up służy jako podstawa do wyjaśnienia pacjentowi powodów tego wyboru i pomocy w lepszej akceptacji leczenia.

Ponadto, dzięki tym cyfrowym narzędziom planowania leczenia ortodontycznego, można dziś wirtualnie porównać ruchy przewidziane przez leczenie w konkretnym momencie z rzeczywistą sytuacją ortodontyczną, co pozwala na bardziej obiektywną kontrolę i ocenę postępów ortodontycznych pacjenta — całkowicie jak w systemie monitoringu cyfrowego.

6 Ograniczenia cyfryzacji w ortodoncji

Trzeba przyznać, że cyfrowe set-upy są jedynie narzędziami wirtualnymi i nie uwzględniają całości elementów środowiskowych, które należy brać pod uwagę przy opracowywaniu globalnego planu leczenia: takich jak zakotwienie zębowe (określone przez stosunek korony klinicznej do korzenia klinicznego oraz typ twarzy), relacja szczęk w płaszczyźnie strzałkowej i czołowej, linia uśmiechu, zamknięcie warg…

Set-up służy jako narzędzie do pokazania pacjentowi etapów jego leczenia. Jednakże ważne jest, aby wyjaśnić mu, że zęby nie poruszają się dokładnie tak samo jak na ekranie komputera, ponieważ są częścią jednostki biologicznej.

Nawet precyzyjna detekcja ruchów ortodontycznych o mniejszej lub większej przewidywalności nie zwalnia z poszanowania pewnych zasad biologicznych i

biomechanicznych, które rządzą przemieszczeniami zębów na poziomie zębodołowym i mięśniowo-szkieletowym.

Wstępne wykonywanie aparatów ortodontycznych na podstawie cyfrowych set-upów, takich jak nakładki niewidoczne, może utrudnić możliwość reagowania lekarza w obliczu nieprzewidzianych sytuacji klinicznych.

7 Podsumowanie

Cyfrowe narzędzia planowania leczenia ortodontycznego to zaawansowane technologie, które pozwalają lekarzowi wizualizować różne set-upy, nakładać ruchy oraz łączyć wyciski cyfrowe i obrazy radiologiczne. Umożliwiają również wizualizację morfingu serii nakładek.

Przewidywalność jest kluczowym atutem cyfrowego set-upu, ponieważ pozwala na cyfrową analizę ruchów zębów z wysoką precyzją.

Jednakże repozycjonowanie zębów i korekcje ortodontyczne muszą uwzględniać system szkieletowo-mięśniowy znacznie bardziej złożony niż wirtualny model cyfrowy widoczny na ekranie.

Z tego powodu niezbędne jest, aby set-up był wykonywany przez lekarza przeszkolonego w tych narzędziach i technikach cyfrowych — tylko on jest w stanie zdecydować, czy ruchy wirtualne narzucone zębom na komputerze będą wykonalne w jamie ustnej, z uwzględnieniem warunków przyzębiowych, zwarciowych i używanego aparatu…

Te narzędzia programowe ortodontyczne nieustannie ewoluują, zwracając się coraz bardziej ku przyszłości, zwłaszcza dzięki wykorzystaniu Big Data i wejściu Sztucznej Inteligencji do świata stomatologii.