Использование аддитивных технологий в клинической стоматологии
И. К. Луцкая
д. м. н., профессор БелМАПО (Минск)
Применение передовых методов работы в стоматологии характеризует быстрое внедрение инновационных предложений, способствующих повышению престижа специальности. Большой интерес у практикующих врачей вызывают аддитивные технологии, включающие способы послойного наращивания и синтеза объектов [7]. Широкое применение получили фаббер-технологии – современные методы производства, основанные на поэтапном формировании изделия путем добавления материала на платформу или заготовку [5]. Аддитивные технологии начали развиваться в 1980-х как методы производства деталей, основанные не на их механической обработке, а на послойном изготовлении изделий в виде трехмерной модели и непосредственного получения готовых функциональных образцов, которые не требуют механической пост-обработки.
Технологии аддитивного производства совершили значительный рывок в развитии благодаря быстрому совершенствованию электронной вычислительной техники и программного обеспечения процессов [2].
Наиболее заинтересованные отрасли в применении аддитивных технологий – это авиакосмическая, автомобиле- и машиностроение, медицина в части протезирования, то есть те области, в которых существует потребность изготовления высокоточных изделий и их прототипов в кратчайшие сроки [1, 4]. Преимуществом аддитивных технологий следует считать возможность одновременного изготовления значительного числа мелких объектов сложного дизайна в течение единого цикла.
В стоматологии аддитивные технологии могут использоваться в различных разделах от изготовления ортопедических конструкций до хирургических лицевых имплантатов. Так, перспективным направлением считается моделирование индивидуальных зубных протезов (коронок, мостов). С помощью 3D принтеров изготавливают инструменты для хирургических вмешательств: скальпели, щипцы, зажимы и т.д., что повышает качество оперативной работы. Возможности аддитивных технологий заключаются в создании конструкций необходимой геометрической формы [1, 2]. В области имплантологи воспроизведение оптимальной текстуры тканей челюсти в шаблонах улучшает процесс остеоинтеграции устройств.
Изготовление хирургических шаблонов 3-D способами нашло широкое применение во многих специализированных учреждениях благодаря способности точного позиционирования инструментов при высоком качестве, обеспеченном аддитивной технологией. При этом сохраняется строгая индивидуализированность каждой детали [3, 7].
Наиболее широко в стоматологии используют биосовместимые материалы, такие как хирургическая сталь, титановые сплавы, что обусловлено коррозийной стойкостью этих металлов и способностью создавать защитный оксидный слой [1, 3].
В технологии селективного лазерного сплавления используются мелкие порошки, что позволяет создавать высокую геометрическую точность и упругость, отвечающую показателям костной ткани [2, 8].
Первой областью применения в стоматологии стало изготовление хирургических шаблонов в имплантологии (методом стереолитографии). Затем была разработана технология лазерного спекания каркасов из неблагородных металлов. Возможность изготавливать детали сложной конфигурации в небольшом количестве представляет большой интерес для стоматологов. Специалисты считают, что сочетание аддитивных технологий и субтрактивной обработки обеспечивает экономически выгодное исполнение образцов с высокой точностью последующей фиксации.
В стоматологии используются различные аддитивные технологии, главным образом стереолитография (SLA), техника облучения через маску (DLP), Polyjet-техника и лазерные технологии (SLS, SLM) [7].
В технике лазерной стереолитографии объект формируется послойно из специального жидкого фотополимера, затвердевающего под действием лазерного излучения. Существует вариация данной технологии – SLA-DLP, в которой вместо лазера используется DLP-проектор (в этом случае слой формируется сразу целиком, что позволяет ускорить процесс печати).
При селективном лазерном спекании (SLS) объект формируется из порошкового материала путем его плавления под действием лазерного излучения [3, 6].
Электронно-лучевая плавка (SLD/DMLS) – способ, когда объект формируется путем плавления металлического порошка электронным лучом в вакууме.
3D-печать аналогична технологии SLS: объект формируется из порошкового материала путем склеивания, с использованием струйной печати для нанесения жидкого клея [2, 7, 8].
Цель настоящего исследования – анализ опыта работы для оценки перспектив дальнейшего внедрения аддитивных технологий в стоматологии.
Материал и методы
В качестве примера использования аддитивных технологий в области стоматологии приводим производство хирургических шаблонов для установки внутрикостных имплантатов с последующим моделированием ортопедических конструкций. Стандартный процесс изготовления шаблонов можно разделить на следующие шаги:
1 шаг. При первом посещении врача-ортопеда, пациенту выдаётся направление на КЛКТ (Конусно-лучевая компьютерная томография) исследование, что позволит построить компьютерную 3D модель костных тканей, зубного ряда и расположения нервных каналов в челюсти пациента. Все эти данные используются для планирования расположения имплантатов (рис. 1).
Рис. 1а. При первом посещении врача-ортопеда, пациенту выдаётся направление на КЛКТ (конусно-лучевая компьютерная томография) исследование.
Рис. 1б. При первом посещении врача-ортопеда, пациенту выдаётся направление на КЛКТ (конусно-лучевая компьютерная томография) исследование.
Рис. 1в. При первом посещении врача-ортопеда, пациенту выдаётся направление на КЛКТ (конусно-лучевая компьютерная томография) исследование.
2 шаг. При помощи интраорального (внутриротового) сканера создается 3D модель зубного ряда с мягкими тканями, что позволяет визуально точно определить уровень расположения десны.
3 шаг. При помощи специализированного программного обеспечения совмещаются эти две 3D модели в один 3D объект для дальнейшей работы (рис. 2).
Рис. 2а. При помощи интраорального (внутриротового) сканера создается 3D модель.
Рис. 2б. Специализированное программное обеспечение совмещает модели в один 3D объект, моделируется предполагаемая ортопедическая конструкция для детального представления прохождения шахт винтов фиксации изделия к имплантатам.
4 шаг. На совмещённом 3D объекте моделируется предполагаемая ортопедическая конструкция для детального представления о прохождении винтами фиксации изделия к имплантатам специальных шахт-каналов в кости.
5 шаг. Производится моделирование хирургического шаблона с использованием данных, полученных на предыдущих шагах, а именно, выбранной системы имплантатов, плана лечения и анатомических особенностей челюстной области пациента.
6 шаг. Файл смоделированного с помощью компьютерной программы хирургического шаблона отправляется на 3D печать.
7 шаг. В отпечатанный хирургический шаблон вставляются металлические гильзы, которые выполняют роль направляющих каналов и ограничителей для хирургических фрез при прохождении костных тканей (рис. 3).
Рис. 3. Хирургический шаблон для установки имплантатов, выполненный методом 3D печати.
8 шаг. Контроль изделия, очистка, проверка на предмет качественной фиксации во рту пациента. Если результат работы соответствует заданным требованиям, то проводят подготовку шаблона для использования в операции установки имплантатов.
Результаты исследования
Первым этапом работы являлась профессиональная гигиена и санация полости рта пациента. Обязательным требованием для выполнения хирургического вмешательства служила качественная индивидуальная гигиена полости рта.
Оценка временнЫх показателей трудозатрат приводится на примере практической работы стоматологической клиники ООО «СитиДентаМед» города Жодино Минской области. Хирургические шаблоны выполнялись посредством 3D печати в зуботехнической лаборатории ООО «ЦифроЛаб». Период времени, необходимый для выполнения шагов со второго по шестой, составляет порядка 2-х часов. Более того, скорость выполнение этапов зависит от навыков ортопеда и хирурга по работе с интраоральным сканером, а также от владения программным обеспечением по обработке 3D моделей и моделированию хирургического шаблона. На выполнение шестого шага (3D печати) требуется от 2 до 3 часов в зависимости от размеров изделия, качества печати и аддитивной технологии, использованной в 3D принтере. На постпечатную обработку, это шаги 7-8, затрачивается порядка 30 минут и дополнительно понадобится 45 минут на дезинфекцию (автоклавирование) изделия. Суммарное время на изготовление одного хирургического шаблона, таким образом, составляет порядка 6-7-ми часов, начиная от визита пациента к ортопеду на выполнение сканирования челюстей до получения готового хирургического шаблона для проведения операции имплантации.
Приводим конкретные клинические примеры протезирования на имплантатх, выполненные на базе 8-й стоматологической поликлиники г.Минска, с предварительным изготовлением шаблонов способами 3D печати (рис. 4, 5, 6, 7).
Рис. 4а. Шаблоны на нижнюю челюсть изготовлены способом 3D печати.
Рис. 4б. Шаблоны на верхнюю челюсть изготовлены способом 3D печати.
Рис. 5а. Имплантаты установлены внутрикостно на нижней челюсти.
Рис. 5б. КЛКТ нижней челюсти с установленными имплантатами.
Рис. 6а. При помощи шаблона установлены имплантаты на верхней челюсти.
Рис. 6б. КЛКТ-снимок с установленными имплантатами на верхней челюсти.
Рис. 7а. Протезирование на имплантатах с использованием для облицовки протезов керамической массы высоких сортов.
Рис. 7б. Постоянный несъёмный протез на беззубой нижней челюсти.
Заключение
Проведенные исследования подтверждают данные о том, что на базе аддитивной технологии возможно изготавливать штучные специализированные изделия для достижения точной навигации в области хирургической стоматологии. Данная процедура способна обеспечить существенное снижение вероятности возникновения ошибок при проведении операций по установке зубных имплантатов и значительно повысить качественный показатель на всю комплексную работу по установке ортопедической конструкции.
Луцкая Ирина Константиновна, д. м. н., профессор, заведующая кафедрой терапевтической стоматологии БелМАПО, Беларусь, Минск
Lutskaya I.K., dms, professor, Head of the Department of Therapeutic Dentistry Belorussian Medical Academy of Postgraduate Education, Belarus, Minsk
г. Минск, ул. П. Бровки 3, кор. 3
Тел: +(375) 17-334-72-86
e-mail: [email protected]
Use of additive technologies in clinical dentistry
Аннотация. В статье описано исследование цель которого – анализ опыта работы для оценки перспектив дальнейшего внедрения аддитивных технологий в стоматологии.Его результат подтверждают данные о том, что на базе аддитивной технологии возможно изготавливать штучные специализированные изделия для достижения точной навигации в области хирургической стоматологии.
Annotation.
The article describes a study, the purpose of which is to analyze the work experience to assess the prospects for the further implementation of additive technologies in dentistry. Its result is confirmed by the data that on the basis of additive technology it is possible to produce piece specialized products to achieve accurate navigation in the field of surgical dentistry.
Ключевые слова: аддитивные технологии; постоянный несъемный протез; исследования.
Key words: additive technologies; permanent fixed prosthesis; research.
Литература
- Бабкин, А. В. Применение отечественных имплантатов из пористого титана в хирургии позвоночника / А.В. Бабкин // Перспективы развития аддитивных технологий в Республики Беларусь: сб. докл. Междунар. науч.-практ. симп. (Минск, 30 мая 2018 г.) / Нац. акад. наук Беларуси, ГНПО порошковой металлургии ; редкол.: А.Ф. Ильющенко
(гл. ред.) [и др.]. – Минск: Беларуская навука, 2018.- 117с. : ил. – С. 18-23. - Григорьев, С.Н. Перспективы развития инновационного аддитивного производства в России и за рубежом / С.Н.Григорьев, И.Ю. Смуров // Инновации.- 2013.- Т.10, №180.- С. 76-72.
- Илющенко, А. Ф., Талако Т.Л., Лецко А.И. Аддитивное производство металлических изделий медицинской техники/ А.Ф. Илющенко, Т.Л. Талако, А.И. Лецко // Перспективы развития аддитивных технологий в Республики Беларусь: сб. докл. Междунар. науч.-практ. симп. (Минск, 30 мая 2018 г.) / Нац. акад. наук Беларуси, ГНПО порошковой металлургии ; редкол.: А.Ф. Ильющенко (гл. ред.) [и др.]. – Минск: Беларуская навука, 2018.- 117с. : ил. – С. 9-18.
- Пористые имплантаты в хирургии позвоночника. Методические рекомендации /
И.К. Раткин [и др.]. – Новокузнецк: Всерос. науч.-практ. центр имплантатов с памятью формы, 1998.- 36 с. - Слюсар, В.И. Фаббер-технологии: сам себе конструктор и фабрикант // Конструктор. – 2002.- — №1.- С. 5-7.
- Смуров, И.Ю. Экспериментальное аддитивное прямое производство с помощью лазера / И.Ю. Смуров, И.А. Мовчан, И.А. Ядройцев … [и др.] // Вестник МГТУ «Станкин».- 2012.- №2(20).
- Schwelger J. 3 D-печать в стоматологии / J. Schwelger, J.F. Guth, J. Turpl // Новое в стоматологии.- 2018.- №1.- С. 12-15.
- Singh, S. Material issues in additive manufacturing: A revier / S. Singh,
Ramakrishna, R. Singh // Jornal of Manufacturing Processes.- 2017.- Vol. 25.- P. 185-200.
Поделитесь с коллегами!
