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CAD/CAM: l’indispensabile nell’odontoiatria moderna
Introduzione: cenni storici
Sviluppata inizialmente nell’industria aeronautica e automobilistica negli anni 60 per standardizzare la realizzazione di forme ripetitive, l’applicazione del CAD/CAM in odontoiatria era un progetto ambizioso se non fantasioso perché ogni pezzo delle protesi realizzato è unico e specifico per ogni paziente.
François DURET nel 1973 ebbe l’idea di adattare questo concetto alla realizzazione di protesi dentali e per questo viene considerato l’inventore del CAD/CAM dentale di cui ha messo le basi nella sua tesi “L’impronta ottica”.
Grazie ai lavori di F. Duret, è nato il CAD/CAM che ha scosso il settore odontoiatrico.
Da quel momento, questa tecnologia ha continuato a evolversi e perfezionarsi nel settore dell’odontologia, riuscendo a imporsi come uno strumento di lavoro indispensabile nell’epoca digitale.
In questo articolo dedicato al CAD/CAM dentale, la prima parte sarà dedicata alla definizione del procedimento CAD/CAM, dei suoi diversi componenti e delle relative caratteristiche. Verranno quindi esposte le diverse classificazioni del procedimento CAD/CAM dentale, approfondendone le sue applicazioni, i suoi vantaggi e limiti.
Definizione
Il procedimento CAD/CAM (Computer Assisted Design / Computer Assisted Manufacturing) è un insieme di mezzi tecnologici coordinati (CAD, CAM) che consente la registrazione (Acquisizione) in forma digitale dei dati clinici analogici e della modellizzazione virtuale (CAD), quindi la realizzazione materiale (CAM) di un dispositivo medicale su misura.
Riguarda quindi tutte le specialità dell’odontologia che coinvolgono dispositivi medicali su misura.
Flusso digitale e componenti del procedimento CAD/CAM dentale
Il procedimento CAD/CAM dentale completo è formato da 4 fasi separate da interfacce:
1a fase: l’acquisizione dei dati
L’acquisizione consiste nella digitalizzazione dei dati clinici seguita da una fase di elaborazione e può essere effettuata direttamente in bocca con una telecamera intraorale o tramite scansione degli stampi in gesso o delle impronte.
Figura 1 Telecamera intraorale
2a fase: il CAD
Il CAD (progettazione assistita da computer) è un processo di creazione di oggetti virtuali grazie a una rappresentazione grafica che comprende una fase precedente la progettazione delle protesi denominata “post-elaborazione” dei punti ottenuti nella fase di acquisizione tramite impronta ottica. Alla fine di questa fase si ottiene il modello virtuale che viene visualizzato su schermo dopo la digitalizzazione.
3a fase: il CAM
Il CAM (produzione assistita da computer) è un processo di realizzazione degli oggetti, quindi di materializzazione fisica di un oggetto virtuale (creato con il CAM), che consente la generazione di percorsi di lavorazione tramite un software dedicato, in grado di determinare le posizioni degli strumenti durante la fabbricazione.
4a fase: la CNC (macchina a controllo numerico)
È il 4o e ultimo componente del procedimento CAD/CAM dentale, da cui dipende la fabbricazione. Si tratta di una macchina utensile a controllo numerico.
Il procedimento di acquisizione si svolge nel modo seguente:
- Per sottrazione (rimozione di materia): si parla di fabbricazione sottrattiva, in particolare lavorazione per fresatura.
- Per addizione (aggiunta di materia): si parla di fabbricazione additiva, nota con il nome di stampa 3D. I principali procedimenti aggiuntivi di formatura sono: la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM, Fused Deposition Modeling), la micro fusione laser (SLM, Selective Laser Melting) e la sinterizzazione laser (SLS).
Figura 2 Stampante 3D (Tecnica SLA)
| SLA | FDM | SLM | SLS |
| La stereolitografia per fotopolimerizzazione (StéréoLithography Apparatus) | Fused Deposition Modeling | Micro fusione laser selettiva (Selective Laser Melting) | Sinterizzazione laser (Selective Laser Sintering) |
| Procedimento chimico Polimerizzazione progressiva tramite raggio laser di una speciale resina sensibile. Dopo la solidificazione dello strato, il laser continua la scansione del bagno di resina liquida scaldandolo per la polimerizzazione e l’indurimento fino alla formazione dell’oggetto completo per strati successivi. | Procedimento fisico Deposito di filamenti di polimero termoplastico riscaldato alla relativa T° di plasticità strato per strato attraverso un ugello per formare l’oggetto previsto. | Procedimento fisico Deposito di strati successivi con un laser che scansiona un letto di polvere metallica per farla fondere fino alla formazione del pezzo metallico | Procedimento fisico Deposito di strati successivi con un laser che scansiona ogni strato per consentirne la sinterizzazione fino all’ottenimento del modello desiderato |
CAD/CAM diretto, semi diretto o indiretto?
L’evoluzione del CAD/CAM ci consente di distinguere 3 metodi diversi:
Il CAD/CAM diretto
Permette al professionista di realizzare una protesi in una sola seduta. Tutte le fasi sono realizzate nello studio dentistico. L’impronta ottica intrabuccale viene elaborata sul posto fino alla preparazione della riparazione; inlay, onlay, faccetta ceramica, singola corona o ponte provvisorio.
Il CAD/CAM semi-diretto
Richiede almeno un passaggio presso lo studio dentistico; l’acquisizione realizzata dal dentista può essere elaborata nello studio per eseguire il CAD o trasmessa a un laboratorio o centro di lavorazione in linea in tempo reale, consentendo così un’interazione immediata con il fabbricante per la preparazione dell’infrastruttura e dell’aspetto cosmetico.
Il CAD/CAM indiretto
Il dentista realizza un’impronta classica chimico-manuale che trasmette al protesista o al centro di lavorazione. Tutte le fasi del procedimento sono quindi esternalizzate.
Le tecniche semi-diretta e indiretta richiedono il coinvolgimento di laboratori o centri di lavorazione per l’elaborazione delle protesi più complesse con materiali più difficili da lavorare nello studio dentistico.
Procedimento aperto vs procedimento chiuso
Questa nozione definisce la possibilità di intervenire in una fase del procedimento CAD/CAM o di cambiarla in un flusso digitale.
Sistema chiuso o procedimento CAD/CAM “chiuso”
In questo primo caso, tutti i componenti del procedimento sono imposti dal fabbricante. Dopo aver eseguito l’acquisizione, non è possibile alcuna uscita dal procedimento e quindi nessuna esportazione di dati, a parte la fabbricazione finale.
Sistema aperto o procedimento CAD/CAM “aperto”
Il dentista può scegliere di acquistare le diverse fasi da fabbricanti diversi in base alle sue esigenze e caratteristiche specifiche di ogni componente. L’uscita dal procedimento è possibile dopo ogni fase, così come l’esportazione dei file. Questo tipo di sistema permette di modificare completamente una fase o solo alcuni parametri e accedere ai dati ottenuti.
Nozione di compatibilità
È la “compatibilità” tra le varie fasi scelte del procedimento che determina la possibilità dei due sistemi digitali (software o hardware) di scambiare i dati senza modifica delle informazioni. Rappresenta quindi il requisito minimo per consentire l’integrazione di due sistemi digitali consecutivi in uno stesso flusso digitale, nonché un criterio importante nella scelta del procedimento CAD/CAM.
Materiali nella tecnica CAD/CAM
Rispetto alle tecniche classiche, il CAD/CAM offre una serie di materiali più diversificata per soddisfare tutti i tipi di riparazioni. I materiali utilizzati dipendono dal procedimento di fabbricazione adottato, per sottrazione o addizione, e sono principalmente dei materiali estetici; resine, ceramiche di ogni genere (feldspati, vetroceramiche, alluminose, cristalline a base d’allumina o di zircone) e materiali ibridi.
Attualmente, il professionista dispone di blocchi di materiali a tinta piena ma anche di blocchi sfumati in una direzione (Empress CAD Multi…) o più direzioni (MkII Real Life) o anche a trasparenza variabile (Empress CAD e eMax CAD). I fabbricanti propongono inoltre blocchi di ceramiche cristalline tinte.
Il CAD/CAM ha così permesso di evidenziare materiali diversi da leghe metalliche e prodotti utilizzati nella tecnica tradizionale, consentendo così di banalizzare le riparazioni in sola ceramica.
Applicazioni del CAD/CAM
L’impiego della tecnologia CAD/CAM ha permesso di ottenere il miglioramento delle soluzioni terapeutiche esistenti, aprendo la strada a nuove soluzioni.
I settori di applicazione del CAD/CAM vanno dalle riparazioni odontoiatriche alle protesi, passando da implantologia, chirurgia orale ma anche ortodonzia.
Questa tecnica permette la realizzazione di riparazioni indirette (inlay, onlay), di protesi fisse singole e plurime, di inlay-core, di faccette, di protesi fisse sovraimplantari (incollate o avvitate) e anche di protesi provvisorie.
Può essere applicata anche nelle protesi amovibili e protesi amovibili su impianti.
Nella protesi aggiunta, i software dedicati sono in grado di concepire le basi delle protesi complete, i supporti metallici nelle protesi parziali e simulare l’occlusione del paziente su articolatore virtuale.
Viene inoltre utilizzata per la preparazione di protesi maxillo-facciali. Per ogni applicazione, le procedure di fabbricazione e i materiali sono diversi ma il flusso digitale resta praticamente lo stesso.
In implantologia, il CAD/CAM permette di fabbricare dei monconi dentali personalizzati, barre di impianto su misura e guide chirurgiche implantari per guidare i gesti chirurgici durante la posa degli impianti.
In ortodonzia, il CAD/CAM ha permesso lo sviluppo di un nuovo trattamento per la correzione delle malocclusioni tramite sistemi di allineamento invisibili che rappresentano un’alternativa al trattamento ortodontico convenzionale. Tra le soluzioni software sviluppate per l’ortodonzia tramite CAD/CAM si può citare Invisalign®. Questi software consentono di archiviare i modelli digitali ottenuti con impronta ottica, di pianificare i trattamenti realizzando dei set-up e di sfruttare i dati cefalometrici.
Figura 3 Mascherina di allineamento invisibile
Grazie al CAD/CAM, la fase di incollaggio viene ottimizzata tramite preparazione di mascherine di incollaggio indiretto che permettono di trasferire fedelmente e rapidamente la posizione dei bracket ortodontici sui denti del paziente. Il CAD/CAM permette inoltre di preparare le guide di osteotomia e di riposizionamento (nel caso dell’ortochirurgia Lefort, di ricostruzione mandibolare), di preparare le ortesi ODF, gli apparecchi di intercettamento e i modelli…
Figura 4 Mascherina di incollaggio ortodontico indiretto
Quali sono i vantaggi della tecnica CAD/CAM?
Questa tecnologia offre numerosi vantaggi non solo per il dentista, ma anche per il paziente e il protesista.
Per il dentista:
Rapidità, riduzione dei tempi e praticità:
L’utilizzo delle impronte ottiche elimina alcune fasi del procedimento protesico, consentendo un’implementazione rapida ed efficace, con un notevole risparmio di tempo e un protocollo standardizzato con una necessità minima di ritoccare le riparazioni garantendone l’affidabilità.
Aumento di produttività e redditività:
Oltre alla produttività dello studio che risulta ottimizzata grazie alla riduzione dei tempi di fabbricazione, il numero di sedute viene ridotto a una seduta unica con il CAD/CAM diretto. Una garanzia di redditività per lo studio.
Aumento di precisione, regolarità e tracciabilità:
Il protocollo razionale che offre il CAD/CAM, grazie alla riduzione delle fasi del procedimento protesico e quindi dei rischi di errori, migliora la precisione delle riparazioni.
Di conseguenza, il digitale permette di assicurare la regolarità dei dispositivi medicali e di ottimizzarne la tracciabilità.
Arsenale terapeutico arricchito:
Il dentista ha a disposizione nuovi materiali e procedimenti, tra gli altri, la stampa 3D, che gli consente la diversificazione degli atti compiuti e delle cure fornite ogni giorno. La padronanza della tecnica digitale comprende una fase di apprendimento con la manipolazione di nuovi materiali, la conoscenza delle loro proprietà specifiche, indicazioni e limiti, nonché dei nuovi strumenti di lavoro che vanno dalla telecamera intraorale o dallo scanner di impronta (silicone o alginato) alla macchina a comando numerico (CNC) passando dai software CAD/CAM. È così possibile garantire la piena realizzazione del professionista nel lavoro quotidiano.
Maggior appeal del nome:
L’ampia scelta di materiali e le nuove soluzioni terapeutiche offerte dal CAD/CAM consentono al dentista di distinguersi valorizzando il proprio lavoro e il livello tecnico del suo studio e di proporre ai suoi pazienti un’odontoiatria più moderna.
Per il paziente
Trattamenti effettuati di migliore qualità:
Grazie alla tecnica CAD/CAM, i pazienti possono beneficiare oggi di riparazioni non solo di più alto livello estetico, biomimetiche e biocompatibili, ma anche più precise.
La smaterializzazione delle attività in tutto il procedimento protesico impedisce l’accumularsi delle imprecisioni inerenti alle tecniche tradizionali. La disponibilità di nuovi materiali innovativi determina la necessità di elaborare rapidamente norme di sicurezza e qualità del prodotto finale che garantiscano la qualità irreprensibile delle riparazioni elaborate tramite CAD/CAM.
Comfort del paziente:
L’eliminazione della fase di presa dell’impronta fisica (alginato o silicone), spesso considerata troppo aggressiva dai pazienti con la tecnica CAD/CAM, è notevolmente apprezzabile. L’uso di una sola anestesia invece di due, l’eliminazione del provvisorio sono vantaggi innegabili. Le sedute sono più brevi e confortevoli e il loro numero ridotto; grazie al CAD/CAM diretto, alcuni trattamenti possono essere eseguiti in una sola seduta, preparazione compresa.
Costi ridotti
La riduzione dei tempi e la diminuzione delle risorse umane necessarie per fabbricare le riparazioni tramite CAD/CAM, insieme allo sviluppo del settore, si traducono in una diminuzione dei costi.
Vantaggi per il protesista
I vantaggi dello studio sono quelli del laboratorio. Il protesista riceve immediatamente un’impronta digitale di notevole precisione, riducendo così le cause di errori dovute a volte a interpretazioni soggettive, con un aumento della rapidità di esecuzione e di produttività.
Ottimizzazione della comunicazione nel trinomio: paziente-dentista-protesista:
Dentista-Protesista
Nel CAD/CAM semidiretto e indiretto, il dentista comunica con il laboratorio specializzato in tempo reale tramite Internet, concretizzando uno scambio ininterrotto delle due parti nei loro settori di esperienza.
Paziente-Dentista
La comunicazione con il paziente è facilitata grazie al flusso di dati digitali. Queste tecnologie permettono di moltiplicare le interfacce di scambio e di informazioni. La scelta terapeutica e il piano dei trattamenti proposto sono infatti sostenuti da un supporto esplicativo visivo, preciso e intuitivo con immagini visualizzate sullo schermo. I pazienti hanno quindi la possibilità di discutere con il dentista della tinta e della forma dei denti e della tecnica utilizzata. Liberandosi del gergo medico, i pazienti riescono così a progettare virtualmente meglio il risultato finale del loro trattamento e sono rassicurati relativamente alla qualità. Lo studio ha così la possibilità di aumentare la sua credibilità e tra le due parti si stabilisce una relazione di fiducia.
Beneficio ecologico
La riduzione dei volumi dei materiali utilizzati nella tecnica convenzionale e dei rifiuti, in particolare grazie alle impronte ottiche e alla fabbricazione additiva, ha un impatto positivo innegabile sull’ambiente.
I limiti della tecnologia CAD/CAM
Malgrado i numerosi vantaggi citati in precedenza, molti dentisti sono ancora restii ad adottare il CAD/CAM nel loro lavoro quotidiano. Ciò può spiegarsi con i motivi seguenti:
- Costi notevoli di investimento e manutenzione, in particolare per i giovani dentisti o i piccoli studi. Tuttavia, lo sviluppo del settore porterà nel tempo a una riduzione di questi costi.
- Protesista collaboratore non attrezzato
- Mancanza di interesse e tempo necessari per l’apprendimento della tecnica CAD/CAM
- Resa estetica della ceramica lavorata giudicata spesso inferiore alla ceramica stratificata secondo la tecnica tradizionale.
- Indicazioni cliniche limitate
- Per sottrazione (rimozione di materia): si parla di fabbricazione sottrattiva, in particolare lavorazione per fresatura.
- Per addizione (aggiunta di materia): si parla di fabbricazione additiva, nota con il nome di stampa 3D. I principali procedimenti aggiuntivi di formatura sono: la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM, Fused Deposition Modeling), la micro fusione laser (SLM, Selective Laser Melting) e la sinterizzazione laser (SLS).
- Per sottrazione (rimozione di materia): si parla di fabbricazione sottrattiva, in particolare lavorazione per fresatura.
- Per addizione (aggiunta di materia): si parla di fabbricazione additiva, nota con il nome di stampa 3D. I principali procedimenti aggiuntivi di formatura sono: la stereolitografia (SLA), la modellazione a deposizione fusa (FDM, Fused Deposition Modeling), la micro fusione laser (SLM, Selective Laser Melting) e la sinterizzazione laser (SLS).
Conclusione
L’arrivo del CAD/CAM ha rivoluzionato il settore odontoiatrico. Questa tecnologia ha permesso di aprire la strada a diverse nuove possibilità terapeutiche e allo sviluppo di nuovi materiali.
Malgrado il notevole sviluppo avuto, il numero di dentisti attrezzati in Francia resta basso. Per alcuni, la conversione rappresenta una transizione importante che sconvolgerà le loro attività.
Gli innegabili aumenti di precisione, comfort e la riduzione dei tempi per il dentista e per il paziente sono motivi che dovrebbero incitare sempre più dentisti a fare il passo verso un’odontoiatria digitale.
Al momento dell’acquisto di una struttura CAD/CAM dentale, occorre scegliere con attenzione un’attrezzatura adatta in termini di prestazioni, ergonomia e soprattutto di compatibilità.