1 Wprowadzenie do wycisku optycznego

Pierwsze wyciski optyczne sięgają lat 80. XX wieku. Obecnie zastępują one wyciski konwencjonalne, które mają pewne znane i uznane ograniczenia, między innymi rozciąganie materiałów wyciskowych, rozdarcia, pęcherzyki powietrza zagrażające ich jakości, do czego dochodzą opóźnienia i wszystkie etapy obróbki, jakim podlegają od momentu odlewania, znacząco zwiększając konieczność korekt w jamie ustnej, a nawet ryzyko niepowodzenia ostatecznej protezy.

Od swojego powstania skanery i kamery wewnątrzustne przeszły liczne ewolucje i znajdują dziś swoje miejsce w gabinetach stomatologicznych ze wskazaniami w praktyce ogólnej, ale również w różnych dziedzinach stomatologii.

Definicja

Wycisk optyczny definiuje się jako projekcję sygnału świetlnego na powierzchnie zębowe. Odbity sygnał zostanie ponownie zarejestrowany przez kamerę, co umożliwi stworzenie trójwymiarowego modelu 3D.

Wycisk optyczny – pierwsze ogniwo cyfrowego łańcucha stomatologicznego

Akwizycja poprzez wycisk optyczny obejmuje pierwszy etap akwizycji danych, po którym następuje etap przetwarzania tych danych.

Może ona odbywać się albo poprzez:

• Skanowanie modelu w laboratorium za pomocą skanera zewnątrzustnego lub stołowego (kontaktowego lub bezkontaktowego), który digitalizuje model gipsowy uzyskany z wycisku lub bezpośrednio klasyczny wycisk fizyczny.
• Kamerę wewnątrzustną bezpośrednio w jamie ustnej.

2 Rodzaje wycisków optycznych i techniki akwizycji

Akwizycja zewnątrzustna

Jest to pośrednia, zautomatyzowana technika, która umożliwia kontrolę pozycjonowania, odległości, prędkości oraz dostępu do stref podcieni.

Akwizycja wewnątrzustna

Jest to technika wycisku bezpośredniego. Jest to operacja ręczna, a więc zależna od operatora, która nie pozwala precyzyjnie kontrolować odległości, prędkości i dostępu do stref podcieni.

Akwizycja obrazów 3D przez skaner wewnątrzustny może odbywać się poprzez rejestrację kolejnych ujęć, której główną wadą jest szybkość akwizycji, albo w trybie dynamicznym (typu film). Akwizycja będzie wtedy znacznie szybsza (około 5 min na zdigitalizowanie obu łuków i zwarcia).

Cyfrowe przetwarzanie wycisku optycznego

Plik uzyskany z akwizycji powierzchni zębowych stanowi punkt wejścia łańcucha CAD/CAM stomatologicznego. Polega on na reprezentacji odlewu lub łuku pacjenta w postaci chmury punktów. Ta surowa chmura punktów nie jest w rzeczywistości użyteczna i wymaga etapu przetwarzania przez dedykowane oprogramowanie w celu jej optymalizacji poprzez rejestrację, repozycjonowanie, łączenie nakładających się punktów, czyszczenie i filtrowanie punktów odstających oraz ujednolicenie gęstości, aby zmniejszyć rozmiar pliku i przyspieszyć przetwarzanie danych wirtualnych.

Pliki uzyskiwane na wyjściu ogniwa akwizycji

Pliki te mogą być w formacie zamkniętym, który może być odczytany wyłącznie przez oprogramowanie projektowe tej samej marki, lub uniwersalnym. Jednak tendencja zmierza dziś ku otwartości systemów. Pliki uniwersalne mogą być bowiem odczytane przez ogół programów projektowych.

Plikami uniwersalnymi są STL (Standard Tesselation Language lub Standard Triangle Language) oraz PLY (Polygonal File Format).

Uniwersalny plik STL definiuje siatkę trójkątów, która utworzy obiekt 3D w czerni i bieli, nie przekazujący ani koloru, ani tekstury.

Plik PLY składa się z zestawu wielokątów, który może przenosić informacje takie jak przezroczystość czy kolor. Jednak nie wszystkie programy potrafią jeszcze obsługiwać ten format pliku.

3 Charakterystyka kamer wewnątrzustnych

Przy wyborze kamery wewnątrzustnej należy wziąć pod uwagę kilka parametrów. Wybrana technologia warunkuje dostęp do pewnych modalności (np. brak pudrowania, kolor, rejestracja ciągła). Poniżej przedstawiono główne cechy kamer wewnątrzustnych.

Ergonomia rękojeści

Ergonomia obejmuje rozmiar, kształt kamery, jej wagę, chwyt, wysokość niezbędną na poziomie końcówki, rozmiar głowicy.

Do tego dochodzi równowaga kamery, która jest kluczową cechą gwarantującą optymalną stabilność i manewrowość podczas akwizycji.

Szeroka głowica umożliwia większe pole akwizycji, ale może utrudniać dostęp do niektórych obszarów, zwłaszcza tylnych.

Odległość ogniskowa jest definiowana jako odległość między końcówką kamery a rejestrowanymi powierzchniami. Niektóre marki wymagają kontaktu z zębami, podczas gdy inne zalecają odległość mogącą przekraczać 10 mm, co sprawia, że wycisk optyczny jest delikatny w odcinku tylnym, szczególnie w pozycji dystalno-wargowej.

Najbardziej powszechnym i znanym chwytem jest sposób „piórowy”, ale istnieją też kamery typu „pistoletowego”.

Niedawno opracowano bezprzewodowe wersje kamer, pozwalające uwolnić się od ograniczenia kabla i zapewnić większą swobodę ruchu.

Pudrowanie

Służy do ujednolicenia odbicia światła z rejestrowanych powierzchni (szkliwo, materiały wypełnieniowe, korony).

Niektóre systemy wymagają pudrowania przed pobraniem wycisku, aby ułatwić rejestrację powierzchni zębowych. Inne to zalecają.

Kamery wewnątrzustne „powder-free” mogą sporadycznie wymagać delikatnego pudrowania w szczególnie błyszczących obszarach (odbudowy metalowe).

Trend zmierza jednak w kierunku akwizycji bez pudrowania.

Tryb przechwytywania

Może to być tryb zdjęć lub wideo, jedyną różnicą jest szybkość akwizycji, która jest większa w trybie ciągłym w postaci filmu.

Ten tryb akwizycji pozwala na dużą swobodę ruchu, ale narzucona przez producenta ścieżka skanowania musi być przestrzegana.

Kolor

Większość systemów umożliwia dziś uzyskanie modelu bazowego w mniej lub bardziej realistycznym kolorze. Nadaje to teksturę plikowi 3D, przypominającą tkankę zębową, i ułatwia odczyt niektórych elementów, w szczególności złożonych granic preparacji przydziąsłowych.

Można jednak w każdej chwili przełączyć się na wyświetlanie monochromatyczne, ponieważ to właśnie monochromatyczny model stanowi prawdziwy model roboczy, równoważny modelowi gipsowemu, i pozwala ocenić jakość naszego wycisku. Oba tryby wyświetlania są komplementarne.

Odczyt koloru

Niektóre skanery wewnątrzustne mogą również jednocześnie podawać kolor zębów, a tym samym pomagać praktykowi w doborze koloru.

Format plików

Wcześniej mówiono o plikach zamkniętych, o kontrolowanym otwarciu lub otwartych. Obecnie systemy są coraz bardziej ukierunkowane na eksport w otwartym formacie STL, umożliwiającym pracę na wyciskach z dowolnym oprogramowaniem CAD.

Funkcjonalności oprogramowania

Wszystkie programy związane z kamerami do wycisków optycznych umożliwiają wizualizację dostępnej przestrzeni protetycznej i kontaktów zwarciowych.

Koszt

Amortyzacja kamery optycznej jest trudna do oceny. Obejmuje: koszt zakupu kamery oraz jednostki komputerowej, licencje użytkowania, aktualizacje oprogramowania i wreszcie koszty utrzymania.

Chairside

Niektóre systemy oferują kompletny łańcuch CAD/CAM (akwizycja, CAD, CAM), umożliwiający praktykowi przejście na CAD/CAM bezpośredni, jeśli sobie tego życzy.

Skalowalność

Zakup kamery do wycisku optycznego może być również postrzegany jako pierwszy krok w kierunku konwersji na CAD/CAM bezpośredni, ponieważ dziś wszystkie systemy umożliwiają eksport plików w formacie STL. Praktyk mógłby wyposażyć się w sprzęt tej samej marki lub u innego producenta.

4 Precyzja wycisku optycznego i pojęcie dokładności

Pierwsze pytanie, które nasuwa się na myśl, gdy mowa o wycisku optycznym, brzmi: jaki jest wkład tego ostatniego pod względem jakości i precyzji w porównaniu z technikami konwencjonalnymi i która technika jest najbardziej wiarygodna w różnych sytuacjach klinicznych?

Dokładność jest odpowiednim terminem dla określenia jakości lub precyzji wycisku. Uwzględnia dwa kryteria:

• Poprawność: pomiar stopnia odchylenia między rzeczywistymi wymiarami obiektu a pomiarem wycisku.
• Powtarzalność: pomiar różnic między wynikami uzyskanymi z powtarzanych pomiarów tego samego obiektu za pomocą tego samego systemu wyciskowego.

Przypadek łuków częściowych

Wiele czynników może wpływać na jakość wycisku w klinice. Ocena jakości wycisku cyfrowego opiera się na analizie adaptacji brzeżnej protez wykonanych z obu typów wycisków (cyfrowego i konwencjonalnego) przez te same łańcuchy produkcji CAD/CAM.

Ogólnie adaptacja brzeżna w protetyce jest akceptowalna poniżej 120 µm. Badania in vitro pokazują, że wartości adaptacji brzeżnej koron ceramicznych uzyskanych z wycisków optycznych są równoważne, a nawet lepsze niż te uzyskane z wycisków klasycznych.

Zostało to potwierdzone in vivo w przypadku odbudów pojedynczych lub małych z wartością średnią adaptacji brzeżnej równą 90 µm.

Tak jest również w przypadku odbudów częściowych typu inlay/onlay, których wartości adaptacji brzeżnej uzyskane z wycisku cyfrowego są zadowalające.

Przypadek pełnych łuków

Według danych z literatury aktualnym punktem odniesienia jest wycisk konwencjonalny z elastomerami, ponieważ pozostaje on znacznie lepszy od wycisków cyfrowych, gdy chodzi o pełny łuk. Podaje się również, że dokładność jest lepsza w odcinku przednim niż tylnym, z odchyleniami w płaszczyźnie poziomej i błędami poprawności mogącymi sięgać 170 µm.

To właśnie faza cyfrowej rekonstrukcji umożliwiająca scalenie uzyskanych obrazów w celu odtworzenia pełnego łuku jest wskazywana przez wielu autorów.

Wydaje się zatem, że to właśnie kumulacja błędów powstających podczas fazy rejestracji i cyfrowego przetwarzania obrazów jest źródłem tych istotnych deformacji.

Dlatego, według niektórych autorów, można oczekiwać bardziej wiarygodnych wycisków pełnych łuków w przyszłości dzięki udoskonaleniom oprogramowania, a nie kamer.

Ponadto, według innych autorów, wydaje się, że liczba preparacji jest odpowiedzialna za pogorszenie jakości wycisku cyfrowego. Im jest ona większa, tym bardziej znaczące byłyby różnice między systemami wycisków optycznych.

Przypadek protez na implantach

Trudno jest wyciągnąć wnioski co do jakości wycisków cyfrowych w ramach stałych protez implantoprotetycznych ze względu na brak literatury na ten temat. Niektórzy autorzy podkreślają jednak, że należy przestrzegać kilku kryteriów, aby uzyskać wycisk o jakości równoważnej lub wyższej niż technika konwencjonalna, oraz że musi być stosowany bardzo rygorystyczny protokół. Tym samym jakość wycisku byłaby zależna od operatora i jego doświadczenia.

5 Protokół postępowania przy akwizycji

Po odizolowaniu zębów od wilgoci (śliny, krwi) i wykonaniu pudrowania, jeśli jest konieczne, cienką warstwą bez skupisk, akwizycja może się rozpocząć.

Należy przestrzegać zalecanej przez producenta techniki, czasu, prędkości i trajektorii skanowania. Ruch musi być płynny i szybki, a przede wszystkim należy stopniowo uwolnić się od obserwacji jamy ustnej i skoordynować gesty z tym, co widać na ekranie.

Ujęcie preparacji lub modelu roboczego musi być wykonane w największej osi preparacji, aby było użyteczne i ukazywało niektóre strefy w czytelny sposób. Dla konwencjonalnej preparacji obwodowej strefami tymi są:

• Cała granica przyszyjkowa i linia przejścia
• Preparacja przyszyjkowa
• Linia ograniczająca przygotowaną powierzchnię zęba
• Brodawki i punkty kontaktowe zębów sąsiednich

Jeśli preparacja jest „opto-czytelna” i dobrze rozróżnia się te strefy, CAD i CAM zostaną zoptymalizowane. W przeciwnym razie istnieje duże ryzyko napotkania trudności podczas osadzania z powodu źle zarządzanych punktów kontaktowych lub złej adaptacji przyszyjkowej albo problemów z niedomknięciem lub nadmiarem w zwarciu.

Akwizycja odbywa się w trzech kolejnych etapach:

1. Wycisk preparacji (model roboczy)
2. Wycisk łuku przeciwstawnego (model antagonistyczny)
3. Wycisk relacji zwarciowych poprzez skanowanie wargowej strony interesującego segmentu w zwarciu. Oprogramowanie ustawia wtedy oba łuki w MIC (maksymalnym zwarciu międzyguzkowym), albo automatycznie, albo ręcznie.

6 Zalety i wady

Zalety

Wycisk optyczny pozwala skrócić czas pracy w porównaniu z wyciskiem konwencjonalnym, zwłaszcza przy skanowaniu odcinka, oraz zmniejszyć dyskomfort pacjentów, którzy często uważają klasyczny wycisk za zbyt agresywny.

W niektórych przypadkach złożonych, wymagających wielu wycisków, lub u pacjentów z wysokim ryzykiem odruchów wymiotnych, akwizycja będzie mogła być wykonana stopniowo przy zachowaniu jakości wycisku.

Ponadto wycisk optyczny jest prostszy niż wycisk konwencjonalny dzięki swojemu obiektywnemu charakterowi, w tym sensie, że nie pozostawia miejsca na interpretację i przypadkowość.

Umożliwia on bowiem natychmiastową kontrolę zwrotną preparacji zębów w celu ich walidacji przed wysłaniem i znacznego poprawienia jakości oraz czytelności wycisków przekazywanych do laboratorium.

Ponadto klasyczny wycisk chemiczno-ręczny jest długą manipulacją wymagającą pewnej techniki i doświadczenia.

W przeciwieństwie do wycisku gipsowego, ciężkiego, nieporęcznego, trudnego do przechowywania, nieodtwarzalnego, kruchego i niezachowującego się, wycisk cyfrowy jest niezmienny, nie ulega bowiem zużyciu ani odkształceniu w czasie, a dodatkowo można go powielać, łatwo przechowywać i przesyłać (nośnik cyfrowy, bezpieczne serwery).

Stąd interes w przejściu na wycisk cyfrowy poprzez akwizycję wewnątrzustną. Ponadto jego precyzja jest równoważna, a nawet wyższa niż materiałów konwencjonalnych, zwłaszcza w przypadku odbudów protetycznych pojedynczych lub o niewielkim zakresie.

Wreszcie wycisk optyczny jest doskonałym narzędziem komunikacji, zarówno z pacjentami, aby wyjaśnić im prace protetyczne do wykonania, jak i z technikiem, przy czym wymiana odbywa się w czasie rzeczywistym.

Wady

Chociaż pobranie wycisku cyfrowego ma wiele zalet, istnieją jednak ograniczenia jego stosowania związane głównie z pacjentem, systemem optycznym i oprogramowaniem do przetwarzania danych cyfrowych.

Przepływ śliny może negatywnie wpływać na systemy skanerów wewnątrzustnych, a krwawienie dziąsłowe może maskować część granic preparacji.

Rejestracja preparacji byłaby również utrudniona przez zły dostęp kamery, zwłaszcza w odcinku tylnym, głównie z powodu ograniczenia otwarcia ust, zbyt głębokiej granicy preparacji oraz ruchów pacjenta.

Często mówi się, że kamera rejestruje tylko to, co widzi. Wycisk optyczny byłby prostszy niż klasyczny, ale także bardziej wymagający.

Techniki preparacji muszą być dostosowane do wycisku cyfrowego, a techniki retrakcji dziąsła są mocno zalecane.

Podczas akwizycji cyfrowej istnieją głównie dwa poziomy rozrzutu:

• Powtarzalność surowych chmur punktów (zwłaszcza jeśli skan modelu pochodzi z wycisku fizycznego) w stosunku do skanowanego obiektu.
• Przetwarzanie chmur punktów w stosunku do surowej chmury.

Pudrowanie jest w niektórych systemach i w niektórych przypadkach konieczne, ale może utrudniać precyzję akwizycji, jeśli jest w zbyt grubej warstwie. Optymalna grubość mieści się między 40 µm a 60 µm. Niektóre kamery głównie bezpudrowe zalecają użycie sprayu pudrującego w celu przyspieszenia akwizycji.

Badania in vitro porównujące wycisk cyfrowy z wyciskiem konwencjonalnym wykazały, że obie techniki są równoważne pod względem dokładności. Z kolei wyciski konwencjonalne mają tę zaletę, że generują mniej rozrzutu, a pełne łuki są dziś trudne do wykonania kamerą wewnątrzustną.

7 Jak wybrać kamerę wewnątrzustną?

Przy wyborze skanera wewnątrzustnego, na który lekarz dentysta chce się zdecydować, należy omówić go ze swoim technikiem, aby skierować się na model odpowiadający oczekiwaniom praktyka, ale kompatybilny z łańcuchem laboratorium. Następnie niezbędna będzie faza prób i nauki, aby oswoić się z tym nowym wyposażeniem.

Praktyk może zgubić się w mnogości danych technicznych, czasem trudnych do rozszyfrowania między opisami licznych producentów, a także w najnowszych ewolucjach: systemach bezprzewodowych, rejestracji koloru, modelach kompaktowych.

Przed rozpoczęciem głównymi elementami do rozważenia są:

• Koszt
• Wydajność w zakresie dokładności
• Charakterystyka techniczna: szybkość akwizycji i czas przetwarzania danych (algorytm), rozmiar czujnika (liczba pikseli i powierzchnia akwizycji), odległość ogniskowa (głębia pola…), digitalizacja odlewu / wycisku / łuku zębowego
• Ergonomia urządzenia: czas akwizycji, z pudrowaniem lub bez

Ogólnie kamery odpowiadające aktualnym standardom są wyposażone w akwizycję w strumieniu wideo, w kolorze i bezpudrową.

8 Podsumowanie

Wycisk optyczny rozwija się intensywnie i stanowi poważną alternatywę dla konwencjonalnych technik wyciskowych.

To wiarygodny, szybki i komfortowy sposób akwizycji, który ułatwia komunikację z pracowniami protetycznymi i pacjentami, nawet jeśli jakość digitalizacji pełnego łuku pozostaje dziś jeszcze ograniczona.

Po podbiciu świata protetyki stałej otworzyła się ona na protetykę ruchomą, implantologię i ortodoncję, oferując tym samym kompletne rozwiązania lekarzom dentystom przekonanym do cyfryzacji.