ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТОМАТОЛОГИИ
- Авторы: Гветадзе Р.Ш1, Тимофеев Д.Е1, Бутова В.Г.1, Жеребцов А.Ю1, Андреева С.Н1
-
Учреждения:
- ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России
- Выпуск: Том 22, № 5 (2018)
- Страницы: 224-228
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 04.08.2020
- Статья опубликована: 15.10.2018
- URL: https://rjdentistry.com/1728-2802/article/view/42195
- DOI: https://doi.org/10.18821/1728-2802-2018-22-5-224-228
- ID: 42195
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Ключевые слова
Полный текст
Стремительное развитие стоматологической промышленности во всем мире далеко опережает сегодня другие разделы медицины. Настоящий прорыв в стоматологии инициировали цифровые технологии, которые широко используются на всех этапах ортопедического лечения, а самыми распространёнными среди них являются CAD/CAM-системы (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) [ 1-6]. Благодаря высокому темпу развития компьютерных технологий с каждым годом появляются всё новые возможности применения автоматизированных систем в стоматологии. Сегодня практически все ведущие мировые производители стоматологического оборудования готовы предложить собственную CAD/САМ-систему [7-10]. Область применения стоматологических CAD/CAM-систем не ограничивается одним только изготовлением зубных протезов. Так, разработано несколько CAD/CAM-систем для применения в хирургической практике. Например, система SURGI GUIDE (MATERIALISE, Бельгия) используется для изготовления индивидуальных хирургических шаблонов, облегчающих правильное расположение зубных имплантатов во время операции. CAD/CAM-система NOBELGUIDESOFTWARE (NOBELBIOCARE, SWEDEN) позволяет изготовить реставрацию непосредственно после установки имплантата. Обе системы используют данные, полученные методом компьютерной томографии, специальное программное обеспечение CAD, чтобы определить идеальное размещение реставрации, и технологии CAM для производства шаблонов или рабочих моделей [11-14]. CAD/CAM-системы подразделяются на открытые и закрытые. Под открытой принято понимать систему, допускающую замену любого из её модулей на аналогичный модуль другого производителя, а её интеграция с другими системами осуществляется без особых проблем. Открытость можно рассматривать на разных уровнях иерархии программного и аппаратного обеспечения системы или её составных частей. В некоторых случаях под открытостью системы подразумевают её соответствие современным промышленным стандартам, обеспечивающее возможность интеграции с другими открытыми системами. Также системы подразделяются на врачебные и зуботехнические по методу получения оптического сканирования. Во врачебных системах проводится интраоральное сканирование с последующей передачей информации в виде цифрового файла. В зуботехнических системах сканирование проводится с гипсовых моделей [15]. CAD/CAM-технологии разделяются по методу изготовления на субтрактивные методы - методы вычитания, и аддитивные методы - методы добавления. Cубтрактивные методы используют процессы фрезерования и шлифования с целью удаления излишков конструкционного материала и создания заданной формы протеза. Данный принцип получения протеза и дал название методу - «отнимающий метод» (англ. subtractive). К аддитивным методам относятся: стереолитография, 3D-печать, селективное лазерное спекание и прямая инъекционная печать [16]. Эти методы производства являются альтернативой субтрактивным методам и называются «добавляющими» (англ. additive). Аддитивное производство, называемое 3D-печатью или фаббер-технологиями, именуемые также технологиями быстрого прототипирования (Rapid rototyping) или трехмерной печати, основаны на автоматическом преобразовании электронных CAD-моделей в твердотельные физические объекты с помощью так называемых фабберов - специальных цифровых устройств механической обработки. 3D-печать в настоящее время значительно более эффективна при создании металлических элементов съёмных протезов [17]. Кроме того, 3D-печать подходит для изготовления более массивных деталей и конструкций (например, лицевого протеза и скелетных моделей), что недоступно CAD/CAM-методам, которые более подходят для производства небольших деталей. Аддитивное производство также позволяет делать заготовки из материалов различной консистенции и свойств [18]. В России единой классификации аддитивных технологий пока не существует, и методы разделяют по применяемым материалам, по наличию или отсутствию лазера, по способам формирования слоя, подвода энергии и т. д. При аддитивном методе производства применяют две принципиальные технологии - лазерную и струйную. Лазерные технологии • лазерная печать, когда ультрафиолетовый лазер постепенно засвечивает жидкий фотополимер либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом он затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик; • лазерное спекание, при котором лазер выжигает в порошке из легкосплавного пластика слой за слоем контур будущей детали. После этого лишний порошок стряхивается с готовой детали; • ламинирование, когда деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали. Струйные технологии • застывание материала при охлаждении, когда раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика, капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта; • склеивание или спекание порошкообразного материала, по своей сути то же самое, что и лазерное спекание, только порошок склеивается клеящим веществом, поступающим из специальной струйной головки, при этом можно воспроизвести окраску детали, используя связующее вещество различных цветов [19]. Первый лазер был сконструирован в 1960 г. Майманом и не имел никакого отношения к медицине. В качестве рабочего тела использовался рубин, генерирующий красный луч интенсивного света. В 1964 г. Голдман предложил использовать лазер в области стоматологии, в частности, для лечения кариеса. Для безопасной работы в полости рта позже стали применяться импульсные лазеры. С накоплением практических знаний был открыт анестезирующий эффект этого аппарата В 1968 г. СО2-лазер впервые использовался для проведения хирургии мягких тканей. Стоматологические лазеры с каждым годом получают всё большее распространение в современной стоматологии, эндодонтии, пародонтологии, хирургии, ортодонтии, имплантологии, вытесняя традиционные методы работы скальпелем, электрохирургическими и другими инструментами, а также медикаментозные методы лечения инфекций, вследствие очень высокой клинической эффективности и простоты использования. Применение лазеров в стоматологии открывает новые возможности, позволяя врачу-стоматологу предложить пациенту широкий спектр минимально инвазивных и фактически безболезненных процедур, отвечающих высочайшим клиническим стандартам оказания стоматологической помощи. Технология моделирования методом послойного наплавления (Fusеd Dеpоsition Мodeling, или FDМ) была изобретена Скоттом Крампом (S. Scott Crump), который в 1988 г. запатентовал метод 3D-струйной печати. Метод послойного наплавления создаёт трёхмерные формы не с помощью лазерного луча, а с помощью выдавливания струи нагретого жидкого пластика. Следующим этапом развития 3D-прототипирования стало появление в 2000 г. технологии фотополимерной струйной печати Poly Jet. Суть её заключается в том, что головка принтера наносит послойно слой фотополимера, который затвердевает под действием ультрафиолета. Вначале технология создания трёхмерных объектов называлась быстрым прототипированием. Выражение «3D-печать» было предложено Джимом Бредтом и Тимом Андерсоном в 1995 г., когда они модифицировали плоский струйный принтер так, что он выводил изображения не на бумагу, а в специальную емкость и делал их объёмными [20]. Одним из способов быстрого прототипирования, использующимся в стоматологии, является лазерная стереолитография. Термин «стереолитография» введен в 1986 г. Чарльзом В. Халлом, запатентовавшим метод и аппарат для производства твёрдых физических объектов за счёт последовательного наслоения фотополимерного материала. Метод основан на фотоинициированной лазерным излучением полимеризации фотополимеризующейся композиции (ФПК). С помощью этой технологии спроектированный на компьютере трёхмерный объект синтезируется из жидкой ФПК последовательными тонкими (0,05-0,2 мм) слоями, формируемыми под действием лазерного излучения на подвижной платформе [21, 22]. Как правило, процессор формирования горизонтальных сечений предварительно преобразовывает описание 3D-модели будущего объекта из формата STL-файла в совокупность послойных сечений с требуемым шагом по высоте, массив которых записывается в исполнительный файл с расширением SLI. Данный файл представляет собой набор двумерных векторных данных, обеспечивающих последовательное управление ориентацией луча лазера посредством зеркал в процессе синтеза объекта, команды на включение лазера, перемещение платформы и т. д. [23-25]. Далее включается лазер, воздействующий на те участки полимера, которые соответствуют стенкам целевого объекта, вызывая их затвердевание. После этого вся платформа погружается чуть глубже, на величину, равную толщине слоя. Также в этот момент специальная щетка орошает участки, которые могли остаться сухими вследствие некоторого поверхностного натяжения жидкости. По завершению построения объект погружают в ванну со специальными составами для удаления излишков и очистки. И, наконец, финальное облучение мощным ультрафиолетовым светом для окончательного отвердевания. Как и многие другие методы 3D-прототипирования, SLA требует возведения поддерживающих структур, которые вручную удаляются по завершении строительства [26]. Процесс 3D-печати позволяет экономить значительные средства, а также существенно повышать качество хирургических операций, таких как дентальная имплантация. Помимо создания протезов, коронок, мостов с помощью 3D-печати есть возможность изготовления элайнеров для ортодонтического лечения. Для этого производится сканирование зубов, а на основании его происходит 3D-моделирование и последующая печать элайнеров [27, 28]. Лазерная стереолитография позволяет в кратчайшие сроки (от нескольких часов до нескольких дней) пройти путь от конструкторской или дизайнерской идеи до готовой модели детали. Избирательное лазерное спекание - одна из технологий, которые используются для изготовления керамических или металлических зубных реставраций. Примером могут служить стоматологические системы Medifacturing (BegoMedical AG, Германия) и DigiDent (Hint-ELs, Германия). При этом методе компьютер просчитывает траекторию движения инструмента, как и в других существующих CAD/CAM-системах. Однако система не сошлифовывает, а спекает лучом лазера слой материала, двигаясь по заданной траектории внутри емкости, заполняемой послойно керамическим или металлическим порошком. Каждый последующий слой спаивается с предыдущим [31]. В стоматологии стереолитография нашла своё применение в ортопедии, ортодонтии, имплантологии и челюстно-лицевой хирургии [30-35]. Таким образом, цифровые технологии в настоящее время развиваются и совершенствуются, обеспечивая врачей-стоматологов новыми более эффективными возможностями для лечения пациентов. Востребованность технологий обусловлена высоким качеством изготовления зубных протезов и реставраций: эстетичностью, полным контролем толщины и пространства, геометрической точностью размеров ответственных конструкторско-технологических элементов и формы изделия. Кроме того, аддитивные цифровые технологии снижают расход материалов, уменьшают количество необходимого персонала и существенно сокращают сроки передачи информации от пациента зубному технику и сроки изготовления протезов. Сохранение данных в цифровом формате позволяет повторно воспроизвести протез в случае поломки. Разработка новых материалов и аддитивных технологий является новым научным направлением в стоматологии. Врачи-стоматологи должны быть осведомлены о спектре возможностей, предоставляемых цифровыми технологиями. Своевременная подготовка специалистов, в полной мере владеющих цифровыми технологиями, программным обеспечением, является важным условием обеспечения качества стоматологической помощи.Об авторах
Р. Ш Гветадзе
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России119991, Москва
Д. Е Тимофеев
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России119991, Москва
Валентина Гавриловна Бутова
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России
Email: butova49@rambler.ru
д-р мед. наук. профессор 119991, Москва
А. Ю Жеребцов
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России119991, Москва
С. Н Андреева
ФГБУ «Центральный научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» Минздрава России119991, Москва
Список литературы
- Баршев М.А., Михаськов С.В. Современные CAD/CAM-технологии для стоматологии. Стоматология. 2011; 2: 71-3.
- Ряховский А.Н. Цифровая стоматология. М. ООО «Авантис».2010; 282.
- Цаликова Н.А., Дзгоева М.Г., Фарниева О.А. Компьютерные технологии в ортопедической стоматологии. Владикавказский медико-биологический вестник. 2013; 16(24-25): 98-103.
- CAD/CAM-технология при проектировании и изготовлении зубопротезных конструкций. 2016. http://dentazone.ru/protezirovanie/vidy-uhod/texnologiya-cad-cam.html.
- Santos G., Boksman L., Santos M. CAD/CAM- technology and esthetic dentistry: a case report. Compend. Contin. Educ. Dent. 2013; 34(10): 764-8.
- Werner H., Mörmann W.H., Tinshert J. State of the Art of CAD/CAM Restorations. 20 years of CEREC CAD/CAM - Systems and Materials. Dental Lab. 2006; 3: 139 - 44.
- Ибрагимов Т.И., Цаликова Н.А.Современные компьютерные технологии в ортопедической стоматологии: состояние и перспективы. Вестник ДГМА. 2013; 3(8): 57-9.
- Ханахмедов В.А. Уникальная технология CAD-CAM систем в ортопедической стоматологии для изготовления каркасов несъёмных зубных протезов. Анализ различных CAD-CAM систем. Bulletin of Medical Interne Conferences (ISSN 2224-6150).2018; 8: 46-7.
- Cohen A. Цифровые технологии будущее стоматологии. Зубной техник. 2014; 5:40-42.[Cohen A. Digital technology and the future of dentistry. Dental technician. 2014; 5: 40-2.
- Witkowski S. CAD/CAM in dental technology. Quintessence Dent. Technol. 2005; 28:169-184.
- Bidra A.S., TaylorT.D., Agar J.R. Computer-aided technology for fabricating complete dentures: systematic review of historical background, current status, and future perspectives. J. Prosthetic Dent. 2013; 109(6): 361-6.
- SrinivasanM.CAD/CAM milled removable complete dentures: an in vitro evaluation of trueness. Clin. Oral Investigations. 2017; 21(6): 207-19.
- Rajaa M.M., Farzaneh F.F. Computer-Based Technologies in Dentistry: Types and Applications. J. Dent. Tehran Univers. Med. Sci. 2016; 13(3): 215-22.
- Mendonça A.F. Total CAD/CAM Supported Method for Manufacturing Removable Complete Dentures. Case Reports in Dentistry. 2016. https://www.hindawi.com/journals/crid/ 2016/1259581/. - Date of access: 15.09.2017.
- Наумович С.С., Разоренов А.Н. CAD/CAM системы в стоматологии: современное состояние и перспективы развития. Современная стоматология. 2016; 4 (65): 2-9.
- Swain M.V., Coldea A., Bilkhair A., Guess P.C. Interpenetrating network ceramic-resin composite dental restorative materials. Dental Materials. 2016; 1(32): 34-42.
- Alifui-Segbaya F., Williams R.J., George R. Additive Manufacturing: A Novel Method for Fabricating CobaltChromium Removable Partial Denture Frameworks. Eur. J.P.rosth. Rest. Dent. 2017; 25(2). http://www.ejprd.org/view.php?article _id=876&journal_id=114. - Date of access: 13.08.2017.
- Abduo J., Lyons K., Bennamoun M. Trends in Computer-Aided Manufacturing in Prosthodontics: A Review of the Available Streams. Int. J. Dent. 2014. http://dx.doi.org/ 10.1155/2014 /783948. - Date of access: 19.09.2017.
- Фаббер-технологии. Сайт Отличники.ru [Fabber technology. The Website Otlichnyici.ru ( in Russian). http://www.otlichnici.ru/index.php?id=212.
- Additive manufacturing: opportunities and constraints, Royal Academy of Engineering, May 23, 2013.
- Демкин В.Н., СтепановВ.А., ШадринМ.В. Системы быстрого прототипирования с лазерным сканированием. Научно-технические ведомости СПб. - ГПУ. Физико-математические науки. 2013; 3(177): 136-43.
- Малов И.Е., Шиганов И.Н. Основы послойного синтеза трехмерных объектов методом лазерной стереолитографии: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана.2006.
- Александрова В.В., Зайцева А.А., Тыжненко Д.А. Сканирование и редактирование 3D-объекта для прототипирования на 3D-принтере. Информ.-измер. и упр. системы. 2013; 11(9): 53-7.
- Seitz S.A Combination of Various Technologies in the Fabrication of a Removable Partial Denture - A Case Study. Texas Dent. J. 2016; 133(1): 24.
- Schwindling F.S., Stober T.A Сomparison of two digital techniques for the fabrication of complete removable dental prostheses: A pilot clinical study. J. Prosth. Dent. 2016; 116(5): 756-63.
- Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. Санкт-Петербург: Изд-во политех. универ. 2013; 87 - 96.
- Полховский Д.М. Применение компьютерных технологий в стоматологии. Часть 2. Лекции кафедры ортопедической стоматологии БГМУ. 2012. https://stomport.ru/articles/primenenie-kompyuternyh- tehnologiy-v-stomatologii.-chast-2.
- D-принтеры. Сайт top3d - shop.ru [3d-printers_top3dshop.ru/for-stomatology http://top3dshop. ru/for-stomatology/].
- Слюсар В. Фаббер-технологии. Новое средство трехмерного моделирования (рус.). Журнал «Электроника: наука, технология, бизнес». 2003; 5: 54 - 60.
- Mou S.H., Chai T.,Wang J.S., Shiau Y.Y.Influence of different convergence angles and tooth preparation heights on the internal adaptation of Cerec crowns. J. Prosth. Dent. 2002; 87(3): 248-55.
- Ozan O., Turkyilmaz I., Ersoy A.E., Mc Glumphy E.A.,Rosenstiel S.F. Clinical accuracy of 3 different types of computed tomography-derived stereolithographic surgical guides in implant placement. J. Oral Maxillofac. Surg. 2009; 67(2): 394-401.
- Шустова В.А., Шустов М.А. Применение 3d-технологий в ортопедической стоматологии. [https://speclit.su/image/catalog/978-5-299-00772-5/978-5-299-00772-5.pdf].
- Невзоров А.Ю. Полная адентия: выбор варианта лечения на основе компьютерного моделирования. Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2013; 3(2): 230.
- Cohen A. Цифровые технологии будущее стоматологии. Зубной техник. 2014; 5: 40-2.
- Stols K. CAD/CAM в восстановительной стоматологии. Новое в стоматологии. 2008; 2: 32 - 42.