Wykorzystanie możliwości technologii CAD/CAM na etapie planowania i leczenia – aspekty techniczne

W naszej klinice korzystamy z różnorodnego oprogramowania, które wykorzystywane jest głównie do diagnostyki i planowania leczenia ortognatycznego, implantologicznego i protetycznego, a także do projektów z zakresu stomatologii estetycznej. Wspólnym mianownikiem dla tego rodzaju diagnostyki jest wykorzystywanie złożonych modeli hybrydowych (Ryc. 1). Do tworzenia wizualizacji zabiegu ortognatycznego korzystamy z oprogramowania Dolphin Software Imaging. W skrócie: na bazie tomografii wolumetrycznej tworzymy model głowy pacjenta, który dzięki różnicy w gęstości tkanek jest podzielny, co znaczy, że woksele o wspólnej gęstości tworzą różne powierzchnie odpowiadające np. tkance twarzy lub kośćcowi twarzoczaszki (Ryc. 2).

Kolejnym etapem jest nałożenie na tkanki twarzy grafiki będącej dwuwymiarowym zdjęciem w formacie jpg lub trójwymiarowym w formacie obj. Ze względu na brak uniwersalnego i prostego w użyciu aparatu 3D wykorzystujemy zdjęcia dwuwymiarowe en face. W ten sposób tworzymy maskę twarzy, która łączy obraz twarzy pacjenta z jej kształtem (Ryc. 3). Wieloetapowy proces tworzenia modelu uwzględnia również wyodrębnienie kości szczęki i żuchwy, które w zależności od planowanego zabiegu dzielone są na segmenty kostne (Ryc. 3a).

Ze względu na specyfikę badań CBCT, powierzchnia zębów w takim modelu jest nieodpowiednia, jeżeli chodzi o opracowanie na jej podstawie szyny śródoperacyjnej – szczególnie w przypadku pacjentów noszących metalowe aparaty ortodontyczne i współwystępowania zgryzu głębokiego, gdzie artefakty uniemożliwiają prawidłową analizę badania. W takiej sytuacji wykorzystujemy skany łuków zębowych pobrane skanerem wewnątrzustnym Trios (Ryc. 4). Umożliwia on utworzenie modelu w którym aparat ortodontyczny nie powoduje powstawania artefaktów i który w pełni odpowiada obrazowi w jamie ustnej (Ryc. 5). Oprogramowanie 3Shape umożliwia eksport skanów w formacie STL, które są nakładane na odpowiadające im łuki w modelu (Ryc. 6 i 7).

Po nałożeniu powierzchni STL na model CBCT usuwamy jego część dublującą łuki zębowe. W ten sposób otrzymujemy model hybrydowy, na którym łączą się ze sobą dane z CBCT, skanera wewnątrzustnego oraz zdjęcia fotograficznego (Ryc. 8). Dzięki temu, w jednym miejscu można przeanalizować, jak wyglądają relacje linii twarzy względem położenia kości szczęki i żuchwy oraz pozycji koron zębów, a także jaki wpływ na te relacje będzie miał planowany przez chirurga zabieg. Na jego podstawie można zaprojektować płytkę zgryzową do przeniesienia segmentów szczęki i żuchwy w zaplanowane wcześniej pozycje (Ryc. 9). Zasada tworzenia płytki polega na użyciu pozycji wyjściowej zębów szczęki lub żuchwy i jej zestawieniu z planowaną nową pozycją łuku przeciwstawnego, w ten sposób tworzymy klucz, który śródzabiegowo jest umieszczany pomiędzy łukami i wymusza określone wcześniej zaplanowane przesunięcia odłamów kostnych (Ryc. 10). Po repozycji odłamów są one zespalane i stanowią pozycję wyjściową dla przesunięć łuku przeciwstawnego. Po zaplanowaniu zabiegu z oprogramowania eksportowane są modele STL płytki, na podstawie których możemy wyfrezować lub wydrukować cyfrowy obiekt w postaci fizycznego przedmiotu.

Wizualizacja jest również platformą dla wymiany informacji z pacjentami, dzięki niej można łatwo przedstawić, na czym polega zabieg i w jaki sposób rodzaj zabiegu lub jego zakres przekładają się na zmiany kształtu twarzy pacjenta (Ryc. 11). Na jednym z etapów przygotowania modelu odznacza się punkty kostne i odpowiadające im punkty skórne, dzięki temu przesunięciom segmentów kostnych odpowiadają zmiany kształtu powierzchni twarzy. Prezentacja jest możliwa dla wszystkich 3 płaszczyzn modelu. Pacjent w jednym oknie programu może również zobaczyć różnicę planowanego leczenia wobec stanu wyjściowego.

W naszej klinice posiadamy możliwość frezowania projektowanych elementów na 5-osiowej frezarce RS CNC 5 (Ryc. 12). W zależności od potrzeb możemy używać materiałów: POM, PMMA, CrCo, aluminium, tytan, cyrkon, kostki E-Max, drewno. Każdy model STL jest podstawą do wytwarzania modeli fizycznych (Ryc. 13), a w zależności od metody, drukowanie lub frezowanie podlega jeszcze postprocesingowi (Ryc. 14 i 14a) – stworzeniu pliku produkcyjnego, w którym maszyna ma określone, w jaki sposób ma się poruszać i za pomocą jakich narzędzi ma pracować, żeby wytworzyć dany przedmiot. Zwracam uwagę na część produkcyjną, ponieważ z mojego niewielkiego doświadczenia wynika, że aby planowanie mogło w pełni przełożyć się na wyniki leczenia, wymaga równie precyzyjnie przeprowadzonego etapu produkcji elementów niezależnie, czy mowa o szynach do ortognatyki, czy o rozległych mostach na kilkunastu implantach. Następnie plik wsadowy dla maszyny CNC (Computer Numeric Cutter – komputerowo sterowana frezarka numeryczna) jest przesyłany do oprogramowania sterującego samą frezarką (Ryc. 15). W zależności od materiału oraz skomplikowania geometrii wytwarzanego przedmiotu czas frezowania wynosi od kliku minut dla cyrkonowej czapki do kilkunastu godzin dla mostów na 14 implantach z tytanu.

Kolejnym zastosowaniem modelu hybrydowego jest projektowanie szablonów implantologicznych za pomocą programu Implant Studio (Ryc. 16). Program umożliwia projektowanie pozycji implantu w stosunku do warunków kostnych oraz odbudowy protetycznej na zasadzie a priori. Do utworzenia modelu hybrydowego wymagane są 3 różne składowe: tomografia szczęk pacjenta w okluzji (Ryc. 17) lub w przypadku pacjentów bezzębnych – tomografia pacjenta w protezach i tomografia samych protez tymczasowych (Ryc. 18) oraz modele STL, które mogą pochodzić ze skanera wewnątrzustnego lub laboratoryjnego (Ryc. 19) – w tym przypadku istnieje możliwość wykorzystywania tradycyjnych modeli gipsowych.

Podobnie, jak przy wizualizacji, program importuje tomografię w postaci plików DICOM, następnie trzeba określić potrzebną część badania w celu optymalizacji wielkości danych (Ryc. 20). Kolejno należy zorientować CBCT w stosunku do płaszczyzny zgryzowej, w odniesieniu do której odznacza się przebieg łuku zębowego – na jego podstawie powstaje przekrój podobny do pantomogramu, ale niebędący zdjęciem sumacyjnym, lecz obrazem pojedynczej warstwy. Ten obraz jest punktem odniesienia, względem którego można nawigować przebieg nerwu zębodołowego w 2 płaszczyznach w przypadku planowania zabiegu w żuchwie.

Przebieg nerwu wyznacza się przez odznaczenie kolejnych punktów za pomocą grubej czerwonej linii (Ryc. 21). W każdej chwili można zmieniać jego zadaną średnicę, obejmując przebieg kanału nerwu. Następnie nakładamy model STL na obraz CBCT, gdzie jak w przypadku wizualizacji, należy sparować co najmniej 3 odpowiadające sobie punkty na obu powierzchniach (Ryc. 22). Na modelu STL projektujemy wstępny kształt przyszłej odbudowy protetycznej (Ryc. 23), dzięki temu pozycja implantów, którą zaplanujemy będzie uwzględniała działania protetyka i – tak, jak w przypadku wizualizacji, która stanowiła platformę do wymiany informacji pomiędzy lekarzem a pacjentem, tak wizualizacja implantacji służy do wypracowania pomiędzy chirurgiem a protetykiem optymalnej pozycji implantu na długo przed samym zabiegiem. Wstępnie można określić, czy w danym przypadku istnieje możliwość otrzymania zadowalającego profilu wyłaniania, czy w odcinku przednim możliwa będzie odbudowa za pomocą korony przykręcanej, jak wyglądają relacje pomiędzy długością implantu, wyrostka a wysokością przyszłej odbudowy protetycznej.

Na etapie pozycjonowania implantu możemy wybierać systemy implantologiczne z określonymi długościami i średnicami implantów, definiujemy strefę bezpieczeństwa, w której promieniu nie powinny znajdować się inne struktury anatomiczne i implanty. Na tak zbudowanym modelu hybrydowym mamy możliwość regulacji widoczności wszystkich jego składowych – od kośćca przez skany STL uzębienia po wszystkie składowe implantu oraz przebieg nerwu zębodołowego (Ryc. 24).

Po zaplanowaniu finalnej pozycji implantu przystępujemy do tworzenia szablonu, dla którego możemy określić jego grubość i przebieg. Sam szablon jest złożony z części retencyjnej, która będzie go pozycjonowała na podłożu zabiegowym oraz oczek, w których umieszcza się prefabrykowane metalowe tulejki w zależności od użytego systemu implantologicznego (Ryc. 25 i 25a,b). Zasadą, na której projektowane są pozycje dla tulejek jest tzw. off set, tzn. poziom górnej krawędzi tulejki, która zatrzymuje wiertło podczas wiercenia otworu w kości znajduje się w określonej odległości od poziomu, na jakim znajdzie się początek i koniec wkręconego implantu. Jednocześnie, do pracy z szablonami wykorzystywane są specjalnie do tego dostosowane komplety wierteł implantologicznych, które w części pomiędzy uchwytem a częścią pracującą posiadają cylinder dopasowany średnicą do tulejki w ten sposób, że nie blokuje obrotów wiertła, ale stabilizuje je na tyle, że wymusza wywiercenie otworu w zadanej pozycji. W systemie, na którym pracujemy jest jeszcze podział na tulejki pod implanty „narrow” oraz te przeznaczone pod platformy „standard” i „wide”. W zależności od preferencji, możemy określić, by szablon był wzmacniany dodatkowymi elementami lub regulować wartość retencji szablonu na zębach albo jego grubość.

Efektem planowania jest cyfrowy projekt szablonu oraz opis implantacji, w którym zawarte są wszystkie dane dotyczące pacjenta, zabiegu oraz przekroje, na których pokazano zaplanowany przebieg implantu w 3 płaszczyznach (Ryc. 26). Model szablonu możemy wyciąć z przeźroczystego PMMA lub z bardziej elastycznego materiału. Szablony, które do tej pory wyciąłem, pasowały na tyle dokładnie, że klinowały się na zębach po charakterystycznym kliknięciu, co odpowiadało wprowadzeniu retencji szablonu w podcień.

Program umożliwia również wytwarzanie szablonów dla pacjentów bezzębnych. Podstawę dla uzyskania takiego szablonu stanowi CBCT protezy tymczasowej pacjenta oraz pacjenta w protezach. Punkty odniesienia, dzięki którym można zbudować w takim przypadku model hybrydowy stanowią znaczniki radiologiczne – można je uzyskać w łatwy i szybki sposób, nanosząc punktowo ciepłą gutaperkę. Oprogramowanie posiada możliwość regulacji gęstości tomografii, można więc wyodrębnić z klasycznej tomografii protezy ostry model STL wraz z punktami odniesienia. Taki model zostaje spozycjonowany na podstawie tomografii pacjenta w protezach względem kości szczęki i żuchwy (Ryc. 27). Na jego podstawie możliwe jest wytworzenie szablonu, który będzie z jednej strony powieleniem protezy i będzie zawierał loże pod tulejki wymuszające zaplanowaną pozycję implantów (Ryc. 28). Program umożliwia zgrupowanie wszystkich lub wybranych implantów w łuku w grupy, które będą względem siebie równoległe. Podstawową zaletą takiego rozwiązania to fakt, że pozycje implantów uwzględniają w takim przypadku nie tylko przebieg wyrostka zębodołowego, ale również pozycję koron z użytkowanej protezy, w ten sposób konstrukcja protetyczna zaprojektowana na takiej podstawie przebiega w możliwie optymalnym położeniu względem wyrostka zębodołowego.

Tego typu programy staję się standardem, jeżeli chodzi o skomplikowane przypadki, w których działanie „z ręki” wydaje się niemożliwe, np. pacjenci z brakami w odcinku przednim, gdzie ilość miejsca w kości praktycznie odpowiada wielkości implantu (Ryc. 29 i 29a). Do tej grupy pacjentów należą również osoby z zanikłym wyrostkiem zębodołowym żuchwy, gdzie granice dla wprowadzenia implantu z jednej strony stanowi kanał nerwu, a z drugiej kość zbita żuchwy (Ryc. 30). Program jest też pomocny w diagnostyce w zakresie przeszczepów kości do wyrostka zębodołowego w przypadku pacjentów po urazach komunikacyjnych (Ryc. 31).

Kolejnym zastosowaniem modelu hybrydowego było częściowe wykonanie protokołu DSD za pomocą Dental Designer System. Należy zaznaczyć, że również DSD w swojej istocie wykorzystuje te same zasady, co w przypadku wizualizacji oraz planowania szablonów – chodzi o łączenie cyfrowo uzyskanych obrazów dla analizy i planowania na modelu powstałym przez połącznie fotografii i jej analizę. W swojej pracy podjąłem próbę wykonania nakładek na zęby pacjentki nie poprzez wykonanie mock’up lecz przez wycięcie gotowych nakładek z PMMA (Ryc. 32). Za podstawę przyjąłem analizę przeprowadzoną w tradycyjny sposób za pomocą DSD. Wyniki zostały przeniesione przez skan gipsowego modelu do Dental Designer System, następnie zaprojektowano zblokowane licówki, które jako monolit zostały wyfrezowane z PMMA (Ryc. 33 i 33a).

We wszystkich opisanych przypadkach mamy do czynienia z wykorzystywaniem informacji, jakie otrzymujemy z analizy modeli hybrydowych w zależności od zastosowania. Na ich podstawie można wdrażać do leczenia elementy produkowane w technologii CAM. To widoczny rozwój stomatologii cyfrowej, która jeszcze nie jest powszechna, choć jej zastosowanie z pewnością podnosi jakość diagnozowania, komunikacji z pacjentem i leczenia. W tej dziedzinie każdy rok przynosi wiele nowych rozwiązań mających na celu uproszczenie skomplikowanych procesów i powodujących, że technologie cyfrowe w stomatologii są coraz bardziej spójne i przystępne.