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

Transkrypt

1 _CAD/CAM Wykorzystanie możliwości technologii CAD/CAM na etapie planowania i leczenia aspekty techniczne Beneits of CAD/CAM technology during planning and treatment phase technical aspects Autor_Sebastian Walerzak Streszczenie: W codziennej praktyce stosowanie cyfrowej analizy leczenia staje si coraz popularniejsze nie tylko na poziomie pojedynczych badań, takich jak CBCT czy szeroko poj ta radiologia cyfrowa, lecz r wnie w postaci tworzenia zło onych obiekt w cyfrowych, kt re s zbudowane na bazie ł czenia tr jwymiarowych obiekt w, jak skany w postaci CBCT oraz modeli STL uzyskanych po zeskanowaniu powierzchni z b w pacjenta. Obecnie proces ł czenia danych uzyskanych r nymi metodami staje si coraz prostszy z uwagi na uproszczenie obsługi oprogramowania oraz mo liwo ci techniczne wsp łczesnych komputer w. Niniejszy artykuł ma na celu przedstawienie praktycznych zastosowań modeli hybrydowych. Summary: Using treatment analysis in daily practice is becoming widely known not only on level of single testing like CBCT or general dentistry but also in creating more complex models that are built on the basis of connected CBT and STL data. Nowadays the process of binding these data formats is going to be much simpler than ever due to simplicity of software and hardware development. The aim of this article is to present the practical usage of hybrid models. Słowa kluczowe: Wizualizacja, modele hybrydowe, szablony implantologiczne, nakładanie modeli STL na CBCT, stomatologia cyfrowa. Key words: Visualisation, hybrid models, surgical splints, STL model superimposition to CBCT, dentistry. _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 tomograii 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). Ryc. 1 Kolejnym etapem jest nałożenie na tkanki twarzy graiki 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 22 1_2017

2 _CAD/CAM Ryc. 2 od planowanego zabiegu dzielone są na segmenty kostne (Ryc. 3a). Ze względu na specyikę 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 fotograicznego (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 Ryc. 3 Ryc. 3a Ryc. 4 Ryc. 5 1_

3 _CAD/CAM Ryc. 6 Ryc. 7 Ryc. 8 Ryc. 9 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 izycznego przedmiotu. Wizualizacja jest również platformą dla wymiany informacji z pacjentami, dzięki niej można Ryc _2017

4 _CAD/CAM Ryc. 11 Ryc. 12 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 materiały: POM, PMMA, CrCo, aluminium, tytan, cyrkon, kostki E-Max, drewno. Każdy model STL jest podstawą do wytwarzania modeli izycznych (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. 1_

5 _CAD/CAM 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: tomograia szczęk pacjenta w okluzji (Ryc. 17) lub w przypadku pacjentów bezzębnych tomograia pacjenta w protezach i tomograia 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 tomograię w postaci plików DICOM, następnie trzeba określić potrzebną część badania Ryc. 13 Ryc. 14 Ryc. 14a Ryc _2017

6 _CAD/CAM Ryc. 16 Ryc. 17 Ryc. 18 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. Ryc. 18 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, 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 proilu wyłaniania, czy w odcinku przednim Ryc. 20 1_

7 _CAD/CAM Ryc. 21 Ryc. 22 Ryc. 23 Ryc. 24 Ryc. 25 Ryc. 25a Ryc. 25b 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, deiniujemy 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 inalnej 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 i b). Zasadą, na której projektowane są pozycje dla tu- 28 1_2017

8 _CAD/CAM lejek jest tzw. of 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 tomograii, można więc wyodrębnić z klasycznej tomograii protezy ostry model STL wraz z punktami odniesienia. Taki model zostaje spozycjonowany na podstawie tomograii 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 zawie- Ryc. 27 Ryc. 26 Ryc. 28 Ryc. 29a Ryc. 29b 1_

9 _CAD/CAM Ryc. 30 Ryc. 31 Ryc. 32 rał 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 jest fakt, że pozycje implantów uwzględniają w takim przypadku nie tylko przebieg Ryc. 33 Ryc _2017

10 _CAD/CAM 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 fotograii i jej analizę. W swojej pracy podjąłem próbę wykonania nakładek na zęby pacjentki nie poprzez wykonanie mock up-u, 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. autor Sebastian Walerzak w 2011 r. ukończył kierunek lekarsko-dentystyczny na Warszawskim Uniwersytecie Medycznym, od 6 lat pracuje w "Face Clinic. Centrum Leczenia Wad Zgryzu" w Warszawie. Zajmuje si wykorzystaniem technologii CAD/CAM w leczeniu zespołowym, chirurgii ortognatycznej, projektowaniem odbud w estetycznych oraz wdra aniem nowych rozwi zań z zakresu stomatologii cyfrowej i technik frezowania element w protetycznych. Kontakt: NZOZ Centrum Leczenia Wad Zgryzu Ul. Łuczek 4, Warszawa Tel.: (22) _