L’impronta ottica in odontologia

Introduzione

Le prime impronte ottiche risalgono agli anni 80. Attualmente, sostituiscono le impronte convenzionali (o calchi) che presentano alcune limitazioni note e riconosciute, tra cui i restringimenti del materiale di impronta, le lacerazioni, le bolle d’aria che influiscono sulla loro qualità, a cui si aggiungono tutte le fasi di trattamento che subiscono dalla colata e che aumentano sensibilmente la necessità di ritocchi in bocca, se non addirittura il rischio di non riuscita della protesi finale. 

Dalla loro invenzione, TC e telecamere intraorali hanno subito numerose evoluzioni e oggi sono presenti negli studi dentistici con indicazioni per pratiche generalizzate, ma anche nei vari settori dell’odontologia.

Definizione

L’impronta ottica è definita come la proiezione di un segnale luminoso sulle superfici dentali. Il segnale riflesso viene catturato dalla telecamera consentendo di creare il modello in 3D.

L’impronta ottica come 1° anello della catena digitale dentale

L’acquisizione tramite impronta ottica comprende una prima fase di acquisizione dei dati, seguita da una fase di elaborazione. 

Può essere effettuata tramite:

  • Scansione del modello all’interno del laboratorio con uno scanner extra-orale o scanner da tavolo (con o senza contatto) che digitalizza un modello in gesso proveniente da un’impronta o direttamente un’impronta fisica classica.
  • Una telecamera intraorale direttamente in bocca. 

Diversi tipi di impronte ottiche e tecniche di acquisizione

1-Acquisizione extraorale

Si tratta di una tecnica indiretta automatizzata che permette un controllo del posizionamento, della distanza, della velocità e dell’accessibilità delle zone ritentive.  

2-Acquisizione intraorale

È una tecnica di impronta diretta. Si tratta di un’operazione manuale, che quindi dipende dall’operatore e non permette un controllo preciso della distanza, della velocità e dell’accessibilità delle zone ritentive. 

L’acquisizione delle immagini 3D tramite scansione intraorale può avvenire mediante registrazione di immagini successive, il cui inconveniente principale è la velocità di acquisizione, oppure in modalità dinamica (tipo video). L’acquisizione sarà in questo caso molto più rapida (circa 5 min per digitalizzare le due arcate e l’occlusione).

Elaborazione digitale dell’impronta ottica:

Il file proveniente dall’acquisizione delle superfici dentali costituisce il punto di ingresso del procedimento CAD/CAM dentale e consiste in una rappresentazione dello stampo o dell’arcata del paziente sotto forma di insieme, o nuvola, di punti. Tale insieme di punti non è concretamente sfruttabile e richiede una fase di elaborazione con un software dedicato per ottimizzarlo, procedendo a ricalibrazione, riposizionamento, fusione dei punti sovrapposti, pulizia e filtraggio dei punti aberranti e omogeneizzazione delle densità per ridurre la dimensione del file e accelerare l’elaborazione dei dati virtuali. 

File ottenuti all’uscita della fase di acquisizione 

Questi file possono essere di formato proprietario e quindi essere letti solo dai programmi della stessa marca o universali. La tendenza oggi va nel senso dell’apertura dei sistemi. I file universali possono essere infatti letti da tutti i software di progettazione.

I file universali sono STL (Standard Tesselation Language o Standard Triangle Language) e PLY (Polygonal File Format).

Il file universale STL definisce una rete di triangoli che crea un oggetto 3D in bianco e nero senza indicazione di colore e struttura.

Il file PLY è costituito da un assieme di poligoni e può trasferire informazioni come la trasparenza o il colore. Tutti i software non sono tuttavia ancora in grado di gestire questo formato di file.

Caratteristiche delle telecamere intraorali

Nella scelta di una telecamera intraorale vi sono diversi parametri da tenere presente. La tecnologia scelta condiziona l’accesso a determinate modalità (es: assenza di polverizzazione, colore, salvataggio continuo). Di seguito sono indicate le caratteristiche principali delle telecamere intraorali. 

Ergonomia dell’unità portatile

L’ergonomia comprende dimensione, forma della telecamera, massa, impugnatura, altezza necessaria a livello della punta, dimensione della testa.

A ciò si aggiunge l’equilibrio della telecamera che è fondamentale per garantire stabilità e maneggevolezza ottimali durante l’acquisizione. 

Una testa di ampie dimensioni consente un campo di acquisizione più grande, ma può rendere difficoltoso l’accesso a certe zone, soprattutto posteriori. 

La distanza focale è definita come la distanza tra la punta della telecamera e le superfici da registrare. Alcune marche richiedono il contatto con i denti, mentre altre prevedono una distanza che può superare i 10 mm, rendendo l’impronta ottica delicata a livello posteriore soprattutto in disto-vestibolare.

L’impugnatura più comune e più familiare è di tipo a « penna » ma esistono telecamere con impugnatura a « pistola ». 

Recentemente, sono state sviluppate telecamere wireless che permettono di liberarsi dai vincoli dei fili e quindi una maggior libertà di movimento.

Polverizzazione  

Serve a uniformare la riflessione della luce delle superfici da registrare (smalto, materiali di otturazione, corone). 

Alcuni sistemi richiedono una polverizzazione prima di prendere l’impronta, per facilitare la registrazione delle superfici dentali. Altri la consigliano. 

Le telecamere intraorali powder-free possono a volte richiedere una leggera polverizzazione per le zone molto brillanti (riparazioni metalliche).

La tendenza va nel senso di acquisizioni senza polveri.

Modalità di acquisizione (inquadratura)

Può trattarsi di una modalità immagine o video, la sola differenza è la velocità di acquisizione più rapida in modalità continua sotto forma di video.

Questa modalità di acquisizione consente una grande libertà di movimento, ma si deve seguire un percorso di scansione imposto dal produttore.

Colore 

La maggior parte dei sistemi consentono oggi di ottenere un modello master a colori più o meno realistico. Ciò fornisce una struttura al file 3D che assomiglia al tessuto dentale e facilita la lettura di determinati elementi, in particolare i limiti di preparazione iuxta-gengivali complessi.

Tuttavia, è possibile passare in ogni momento alla visualizzazione monocromatica che costituisce il vero modello di lavoro, equivalente al modello in gesso e che può permettere di valutare la qualità dell’impronta. Le due modalità di visualizzazione sono complementari.

Aggiunta della tinta 

Alcuni scanner intraorali possono fornire contemporaneamente il colore dei denti e quindi aiutare il professionista nella scelta della tinta. 

Formato dei file 

In precedenza, si è accennato ai file chiusi, ad apertura controllata o aperti. Oggi i sistemi sono sempre più orientati verso l’esportazione nel formato aperto STL, che consente di lavorare sulle impronte con qualsiasi software CAD. 

Funzionalità del software 

Tutti i software associati alle telecamere per impronte ottiche consentono di visualizzare lo spazio protesico disponibile e i contatti occlusali.

Costo

L’ammortamento di una telecamera ottica è difficile da valutare e comprende: il costo di acquisto della telecamera e dell’unità hardware, le licenze di utilizzo, gli aggiornamenti del software e le spese di manutenzione. 

Chairside: 

Alcuni sistemi prevedono una struttura CAD/CAM completa (acquisizione, CAD, CAM) che consente al dentista di passare al CAD/CAM diretto se lo desidera.

Possibilità di evoluzione

L’acquisto di una telecamera per impronte ottiche può essere inoltre visto come la prima fase di una conversione al CAD/CAM diretto, perché attualmente tutti i sistemi permettono di esportare i file nel formato STL. Il dentista potrebbe dotarsi di materiale della stessa marca o di un altro produttore. 

Precisione dell’impronta ottica e nozione di esattezza

La prima domanda che ci viene in mente quando si parla di impronta ottica è: qual è il suo apporto in termini di qualità e precisione rispetto alle tecniche convenzionali e qual è la tecnica più affidabile nelle diverse situazioni cliniche? 

L’esattezza è il termine appropriato per definire la qualità o precisione di un’impronta. 

Prende in considerazione due criteri: 

  • L’accuratezza: la misurazione del tasso di deviazione tra le dimensioni reali dell’oggetto e la misurazione dell’impronta. 
  • La fedeltà: la misurazione delle differenze tra i risultati ottenuti a partire dalle misurazioni ripetute di uno stesso oggetto con lo stesso sistema di impronta. 

Caso delle arcate parziali  

Diversi fattori possono influenzare la qualità di un’impronta nel caso clinico. La valutazione della qualità di un’impronta digitale si basa sull’analisi dell’adattamento marginale delle protesi provenienti dai due tipi di impronte (digitale e convenzionale) realizzate dagli stessi procedimenti di fabbricazione CAD/CAM. 

A livello generico, l’adattamento marginale nelle protesi è accettabile al di sotto di 120μm. Gli studi in vitro mostrano che i valori di adattamento marginale delle corone ceramiche ottenute da impronte ottiche sono equivalenti se non migliori di quelli ottenuti dalle impronte classiche. 

Ciò è stato confermato in vivo nel caso di riparazioni unitarie o di piccola estensione, con una media dei valori di adattamento marginale pari a 90μm. 

Ciò vale anche per le riparazioni parziali di tipo inlay/onlay i cui valori di adattamento marginale ottenuti con un’impronta digitale sono soddisfacenti. 

Caso delle arcate complete

Dai dati della letteratura, il riferimento attuale è l’impronta convenzionale con elastomeri, in quanto resta significativamente superiore alle impronte digitali quando si tratta di arcate complete. Si segnala inoltre che la precisione è migliore nel settore anteriore rispetto al posteriore, con deviazioni nel piano orizzontale ed errori di accuratezza che possono andare fino a 170μm. 

Tuttavia, è la fase di ricostituzione digitale che permette di unire tra loro le immagini ottenute per ricreare l’arcata completa che viene messa in discussione da vari autori. 

Sembra quindi che all’origine di queste deformazioni sensibili vi sia l’accumulo degli errori durante la fase di registrazione ed elaborazione digitale delle immagini. 

Secondo alcuni autori, quindi, si potrebbe pensare di ottenere impronte di arcate complete più affidabili in futuro grazie al miglioramento dei software piuttosto che delle telecamere. 

Inoltre, secondo altri autori, sembra che il numero di preparazioni sia responsabile dell’alterazione della qualità dell’impronta digitale. Più è grande, più le differenze tra i sistemi di impronta ottica sarebbero significative. 

A livello generale, si considera che le impronte digitali presentino un livello di precisione sufficiente se non superiore alle tecniche classiche nel caso di riparazioni unitarie o poco estese (fino a 3 elementi). Tuttavia, le impronte classiche a elastomeri restano il riferimento per la registrazione di arcate complete, in particolare in presenza di un grande numero di preparazioni. 

Caso delle protesi sovraimplantari 

È difficile fare conclusioni sulla qualità delle impronte digitali nel quadro delle protesi fisse supportate da impianto per la mancanza di letteratura su questo argomento. Alcuni autori sottolineano però che si devono rispettare diversi criteri per ottenere un’impronta di qualità equivalente o superiore alla tecnica convenzionale e che si deve applicare un protocollo molto rigido. La qualità dell’impronta sarebbe quindi dipendente dall’operatore e dall’esperienza. 

Protocollo operatorio di acquisizione

Dopo aver isolato i denti dall’umidità (saliva, sangue) e aver effettuato la polverizzazione, se necessario, depositando uno strato sottile, si può avviare l’acquisizione.  

È necessario rispettare la tecnica, la durata, la velocità e la traiettoria di scansione consigliate dal produttore. Il gesto deve essere fluido e rapido e ci si deve assolutamente svincolare progressivamente dalla bocca e coordinare i gesti con quanto visualizzato sullo schermo.

L’inquadratura delle preparazioni o del modello di lavoro deve essere effettuata sull’asse più grande della preparazione per poter essere utilizzabile e rivelare determinate zone in modo leggibile. Per una preparazione periferica convenzionale tali zone sono:

  • l’intero limite cervicale e della linea di transizione
  • la preparazione cervicale
  • la linea che delimita la superficie dentale preparata
  • le papille e i punti di contatto dei denti adiacenti

Se la preparazione è « optoleggibile » e si distinguono bene queste zone, CAD e CAM saranno ottimizzati. In caso contrario è molto probabile riscontrare difficoltà al momento dell’inserimento a causa dei punti di contatto mal gestiti o di un errato adattamento cervicale o per problemi di sotto o sovraocclusione.

L’acquisizione avviene in tre fasi successive:

  • Impronta delle preparazioni (modello di lavoro)
  • Impronta dell’arcata antagonista (modello antagonista)
  • Impronta dei rapporti occlusali tramite scansione della faccia vestibolare del settore interessato in occlusione. Il software mette quindi le due arcate in OIM (occlusione di intercuspidazione massima) automaticamente o manualmente.

Vantaggi

L’impronta ottica permette di ridurre i tempi di lavoro rispetto all’impronta convenzionale soprattutto per la scansione di settore, nonché il disagio per i pazienti che considerano spesso troppo aggressiva l’impronta classica. 

In alcuni casi complessi che richiedono impronte multiple o nei pazienti ad alto rischio di nausea, l’acquisizione può essere eseguita progressivamente conservando la qualità dell’impronta.

L’impronta ottica è inoltre più semplice dell’impronta classica grazie al suo carattere oggettivo, nel senso in cui non lascia spazio all’interpretazione o al caso. 

Permette in effetti un feedback immediato sulle preparazioni dei denti per convalidarle prima dell’invio e di migliorare nettamente la qualità e la leggibilità delle impronte trasmesse al laboratorio.

Inoltre, l’impronta classica chimico-manuale è una manipolazione lunga che richiede una certa tecnicità ed esperienza.

Contrariamente all’impronta in gesso, pesante, ingombrante, difficile da conservare, non riproducibile, fragile e non conservabile, l’impronta digitale è inalterabile, invariabile, perché non subisce usura né deformazione nel tempo e in più è duplicabile, facilmente archiviabile e trasferibile (supporto digitale, server protetti).

Tutti questi elementi sono punti a favore di un passaggio all’impronta digitale tramite acquisizione intraorale. Inoltre, la sua precisione è equivalente se non superiore ai materiali convenzionali, in particolare per le riabilitazioni protesiche unitarie o di ridotta estensione.

Infine, l’impronta ottica è un eccellente strumento di comunicazione con i pazienti per spiegare loro i lavori protesici da effettuare o con il protesista grazie a uno scambio di informazioni in tempo reale.

Inconvenienti

Benché la presa dell’impronta digitale presenti numerosi vantaggi, sono tuttavia presenti vincoli al suo utilizzo, legati soprattutto al paziente, al sistema ottico e al software di gestione dei dati digitali. 

Il flusso di saliva può influenzare negativamente i sistemi di scanner intraorali e il sanguinamento sulculare può nascondere una parte dei limiti delle preparazioni. 

La registrazione delle preparazioni sarebbe inoltre complicata da una insufficiente accessibilità della telecamera soprattutto a livello posteriore dovuta essenzialmente a una limitazione dell’apertura buccale, un limite di preparazione troppo profondo e dai movimenti del paziente.

Si dice spesso che la telecamera registra solo ciò che vede. L’impronta ottica sarebbe più semplice di quella classica ma è anche più rigorosa.

Le tecniche di preparazione devono essere adattate all’impronta digitale e le tecniche di esclusione gengivale sono molto consigliate.

Durante l’acquisizione digitale, si riscontrano principalmente due livelli di dispersione:

  • La fedeltà dell’insieme dei punti grezzi (in particolare se la scansione del modello deriva da un’impronta fisica) rispetto all’oggetto sottoposto a scansione.
  • L’elaborazione dell’insieme dei punti rispetto all’insieme grezzo.

La polverizzazione è, per alcuni sistemi e in determinati casi, necessaria ma può ostacolare la precisione dell’acquisizione se lo strato è troppo spesso. Lo spessore ottimale è compreso tra 40 µm e 60 µm. Alcune telecamere essenzialmente senza polverizzazione consigliano l’uso di uno spray di polverizzazione per accelerare l’acquisizione. 

Studi in vitro che confrontano l’impronta digitale con quella convenzionale hanno dimostrato che le due tecniche si equivalgono in termini di precisione. Al contrario, le impronte convenzionali hanno il vantaggio di generare meno dispersioni e le arcate complete sono oggi difficili da ottenere con una telecamera intraorale.

Come scegliere la telecamera intraorale?

Al momento di scegliere verso quale scanner intraorale il chirurgo-dentista vuole orientarsi, occorre discuterne con il protesista per scegliere un modello corrispondente alle aspettative del medico ma compatibile con i procedimenti del laboratorio. Sarà quindi necessario passare per una fase di prova e apprendimento per imparare a utilizzare questa nuova apparecchiatura.

Il dentista potrebbe trovarsi spiazzato davanti a un’enormità di dati tecnici a volte difficili da decifrare, tra le descrizioni dei numerosi produttori e gli sviluppi più recenti: sistemi senza fili, registrazione della tinta, modelli compatti.

Prima di lanciarsi, gli elementi principali da considerare sono:

  • Il costo 
  • Le prestazioni in termini di precisione 
  • Le caratteristiche tecniche: velocità di acquisizione e tempo di elaborazione dei dati (algoritmo), dimensione del sensore (n. di pixel e superficie di acquisizione), distanza focale (profondità di campo…), digitalizzazione di stampo / impronta / arcata dentale
  • Ergonomia dell’apparecchiatura: durata dell’acquisizione, con o senza polverizzazione:

A livello generico, le telecamere rispondono agli standard attuali e sono dotate di un’acquisizione in streaming video, a colori e powder-free. 

Conclusione

L’impronta ottica è in pieno sviluppo e rappresenta un’alternativa concreta alle tecniche di impronta convenzionali. 

È un mezzo affidabile, rapido e pratico di acquisizione che facilita la comunicazione con i laboratori di protesi e i pazienti, anche se la qualità di digitalizzazione di un’arcata completa resta oggi ancora limitata.

Dopo aver conquistato il campo delle protesi fisse, si è aperta alle protesi amovibili, all’implantologia e all’ortodonzia, offrendo così soluzioni complete ai chirurgi-dentisti convertiti al digitale.