Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 3D-ТЕХНОЛОГИЙ В ИЗГОТОВЛЕНИИ СЪЁМНЫХ ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ

Аствацатрян Л.Э. 1 Гажва С.И. 1
1 ФГБОУ ВО «НижГМА» Минздрава России (Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородская государственная медицинская академия» Министерства здравоохранения Российской Федерации)
В данном обзоре специальной отечественной и зарубежной литературы обсуждается вопрос о возможностях и перспективах использования цифровых технологий в стоматологии. Сделан акцент на реальных достижениях в области изготовления частичных и полных стоматологических съёмных протезов с использованием различных методик и алгоритмов, показаны их преимущества и недостатки. Обсуждается эффективность цифровых технологий на начальных этапах протезирования – внутриротового сканирования и виртуального моделирования съёмных протезов. Дана подробная характеристика сильным и слабым сторонам применения систем CAD / CAM для изготовления базисов съёмных протезов и искусственных зубов. Приводятся примеры использования аддитивного производства или 3D-печати на этапах изготовления съёмных протезов различных конструкций. Производится сравнение 3D-печати и технологии CAD / CAM в вопросе эффективности создания съёмных зубных протезов.
съёмное протезирование
cad / cam
виртуальный оттиск
3D моделирование
3d печать.
1. Невзоров А.Ю. Полная адентия: выбор варианта лечения на основе компьютерного моделирования [Электронный ресурс] // Бюллетень медицинских интернет-конференций. – 2013. – Т. 3, № 2. – С. 230. – Режим доступа: https://elibrary.ru/download/elibrary_18820608_65519082.pdf. (дата обращения: 15.09.2017).
2. A Combination of Various Technologies in the Fabrication of a Removable Partial Denture - A Case Study / S. Seitz [et al.] // Texas Dental Journal. – 2016. – Vol. 133, № 1. – P. 24.
3. Наумович С.С. Cad/cam системы в стоматологии: современное состояние и перспективы развития / С.С. Наумович, А.Н. Разоренов // Современная стоматология. – 2016. – № 4 (65). – С. 2-9.
4. 3D printing in dentistry / A. Dawood [et al.] // British Dental Journal. – 2015. – Vol. 219, № 11. – P. 521-529.
5. Bidra A.S. Computer-aided technology for fabricating complete dentures: systematic review of historical background, current status, and future perspectives / A.S. Bidra, T.D. Taylor, J.R. Agar // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2013. – Vol. 109, № 6. – P. 361-366.
6. Shape Optimization for Additive Manufacturing of Removable Partial Dentures - A New Paradigm for Prosthetic CAD/CAM [Electronic resource] / J. Chen [et al.] // PLoS ONE. – 2015. – Mode of access: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0132552. – Date of access: 15.09.2017.
7. Additive Manufacturing Techniques in Prosthodontics: Where Do We Currently Stand? A Critical Review / N. Alharbi [et al.] // The International Journal of Prosthodontics. – 2017. – Vol. 30, № 5. – P. 474-484.
8. Rajaa M.M. Computer-Based Technologies in Dentistry: Types and Applications / M.M. Rajaa, F.F. Farzaneh // Journal of Dentistry of Tehran University of Medical Sciences. – 2016. – Vol. 13, № 3. – P. 215-222.
9. Total CAD/CAM Supported Method for Manufacturing Removable Complete Dentures [Electronic resource] / A.F de Mendonça [et al.] // Case Reports in Dentistry. – 2016. – Mode of access: https://www.hindawi.com/journals/crid/2016/1259581/. – Date of access: 15.09.2017.
10. Torabi K. Rapid Prototyping Technologies and their Applications in Prosthodontics, a Review of Literature / K. Torabi, E. Farjood, S. Hamedani // Journal of Dentistry, Shiraz University of Medical Sciences. – 2015. – Vol. 16, № 1. – P. 1-9.
11. CAD/CAM milled removable complete dentures: an in vitro evaluation of trueness / M. Srinivasan [et al.] // Clinical Oral Investigations. – 2017. – Vol. 21, № 6. – P. 2007-2019.
12. Accuracy of CAD-CAM-fabricated removable partial dentures [Electronic resource] / C. Arnold [et al.] // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2017. – Mode of access: http://www.thejpd.org/article/S0022-3913(17)30305-0/fulltext. – Date of access: 15.09.2017.
13. Computer-aided fabrication of a zirconia 14-unit removable dental prosthesis / J. Grösser [et al.] // International Journal of Computerized Dentistry. – 2014. – Vol. 17, № 4. – P. 307-316.
14. Complete denture fabrication using piezography and CAD-CAM: A clinical report [Electronic resource] / C. Ohkubo [et al.] // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2017. – Mode of access: http://dx.doi.org/10.1016/j.prosdent.2017.04.013. – Date of access: 17.09.2017.
15. Schwindling F.S. A comparison of two digital techniques for the fabrication of complete removable dental prostheses: A pilot clinical study / F.S. Schwindling, T. Stober // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2016. – Vol. 116, № 5. – P. 756-763.
16. Removable partial dentures: use of rapid prototyping / J.M. Lima [et al.] // Journal of Prosthodontics. – 2014. – Vol. 23, № 7. – P. 588-591.
17. Alifui-Segbaya F. Additive Manufacturing: A Novel Method for Fabricating Cobalt-Chromium Removable Partial Denture Frameworks [Electronic resource] / F. Alifui-Segbaya, R.J. Williams, R. George // European journal of prosthodontics and restorative dentistry. – 2017. – Vol. 25, № 2. – Mode of access: http://www.ejprd.org/view.php?article_id=876&journal_id=114. – Date of access: 13.08.2017.
18. Abduo J. Trends in Computer-Aided Manufacturing in Prosthodontics: A Review of the Available Streams [Electronic resource] / J. Abduo, K. Lyons, M. Bennamoun // International Journal of Dentistry. – 2014. – Mode of access: http://dx.doi.org/10.1155/2014/783948. – Date of access: 19.09.2017.
19. Beguma Z. Rapid prototyping - when virtual meets reality / Z. Beguma, P. Chhedat // International Journal of Computerized Dentistry. – 2014. – Vol. 17, № 4. – P. 297-306.
20. Stansbury J.W. 3D printing with polymers: Challenges among expanding options and opportunities / J.W. Stansbury, M.J. Idacavage // Dental Materials. – 2016. – Vol. 32, № 1. – P. 54-64.
21. A review of computer-aided design/computer-aided manufacture techniques for removable denture fabrication / M.S. Bilgin [et al.] // European Journal of Dentistry. – 2016. – Vol. 10, № 2. – P. 286-291.
22. Preliminary Clinical Application of Removable Partial Denture Frameworks Fabricated Using Computer-Aided Design and Rapid Prototyping Techniques / H. Ye [et al.] // The International Journal of Prosthodontics. – 2017. – Vol. 30, № 4. – P. 348-353.
23. A preliminary study on the forming quality of titanium alloy removable partial denture frameworks fabricated by selective laser melting / Y. Liu [et al.] // Chinese journal of stomatology. – 2017. – Vol. 52, № 6. – P. 351-354.
24. Loney R.W. Digital scanning to aid guiding plane and rest seat preparations for removable partial dentures [Electronic resource] / R.W. Loney, C.J. Lee, P. Michaud // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2017. – Mode of access: http://dx.doi.org/10.1016/j.prosdent.2017.01.020. – Date of access: 18.09.2017.
25. Варианты использования 3D-сканирования в ортопедической стоматологии / А.В. Юмашев [и др.] // Вестник новых медицинских технологий. – 2015. – № 1. – С. 2-6.
26. Mansour M. The Use of Digital Impressions to Fabricate Tooth-Supported Partial Removable Dental Prostheses A Clinical Report / M. Mansour, E. Sanchez, C. Machado // Journal of Prosthodontics. – 2016. – Vol. 25, № 6. – P. 495-497.
27. Intraoral scanning of hard and soft tissues for partial removable dental prosthesis fabrication / M.T. Kattadiyil [et al.] // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2014. – Vol. 112, № 3. – P. 444-448.
28. Wu J. Use of intraoral scanning and 3-dimensional printing in the fabrication of a removable partial denture for a patient with limited mouth opening / J. Wu, Y. Li, Y. Zhang // The Journal of the American Dental Association. – 2017. – Vol. 148, № 5. – P. 338-341.
29. Fabrication of a definitive obturator from a 3D cast with a chairside digital scanner for a patient with severe gag reflex: a clinical report / J. Londono [et al.] // The Journal of Prosthetic Dentistry. – 2015. – Vol. 114, № 5. – P. 735-738.

Цифровая стоматология растет во всей общей стоматологической практике. Компьютерное моделирование позволяет рассчитывать поведение зубочелюстных сегментов в зависимости от индивидуальных особенностей состояния полости рта. Рассчитываются перемещения, углы поворота и наклона зубов в зависимости от модуля сдвига костной ткани, координаты и проекции приложенных сил, жевательное давление различных участков протеза. Это позволяет создать уникальную, наиболее подходящую пациенту конфигурацию частичного или полного съёмного протеза. За счет применения компьютерных моделей повышается эффективность работы стоматологов, а пациенты с адентией получают возможность улучшить качество жизни [1].

Цифровые оттиски, программное обеспечение CAD / CAM и их фрезерные устройства, 3D-принтеры регулярно уже используются некоторыми частными стоматологическими клиниками. Пациенты указывают, что они остаются удовлетворены на протяжении всего курса лечения, и особенно конечным результатом. Технологии будущего продолжают развиваться и будут более широко использоваться в съемном протезировании и других областях стоматологии [2; 3].

Трехмерная печать была воспринята как разрушительная технология, которая изменит производство, быстро приближаясь к принятию в качестве наиболее гибкой технологии обработки, которая может быть применена к пластиковым, металлическим, керамическим, бетонным и другим строительным материалам. Однако, пользуясь огромной универсальностью, связанной с фотополимеризацией, а также с возможностью выбора из множества полимеров, трехмерная печать преимущественно нацелена на производство полимерных деталей и моделей. Используемая в аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности, искусстве и дизайне, 3D-печать становится предметом большого интереса в медицине. Технология получила особый резонанс в стоматологии наряду с технологиями 3D-визуализации и моделирования, такими как компьютерная томография и внутриротовое сканирование, а также с относительно большой историей использования технологий CAD / CAM в стоматологии, она будет приобретать все большее значение. Использование 3D-печати включает в себя изготовление направляющих для дентальных имплантатов, производство физических моделей для протезирования, ортодонтии и хирургии, изготовление зубных, краниомаксиллофациальных и ортопедических имплантатов, а также изготовление копий и каркасов для имплантатов и стоматологических реставраций [3; 4].

Относительно изготовления съёмных зубных протезов компьютерные технологии ещё только постепенно внедряются в стоматологическую практику. Отсутствует обобщённая информация об историческом прошлом, текущем статусе и перспективах на будущее. Пока ещё только появляется научная литература, связанная с цифровыми технологиями изготовления съёмных протезов. Значительные успехи этих технологий постепенно приводят к их всё большей коммерческой доступности с более короткими клиническими протоколами [5-8].

Внедрение технологии автоматизированного проектирования / автоматизированного производства (CAD / CAM) в производство зубных протезов приносит несколько преимуществ процессу изготовления, обеспечивая лучшую предсказуемость желаемых результатов и высокую точность крепления зубного протеза, главным образом потому, что фрезерование блоков полиметилметакрилата устраняет усадку акрилового базиса. Кроме того, наблюдается снижение пористости по сравнению с традиционно обработанным протезом, и, следовательно, снижается удержание Candida albicans на базисе зубного протеза [9].

Системы автоматизированного проектирования / автоматизированного производства (CAD / CAM) основываются исключительно на методах вычитания, которые заключаются в разрезании, выпиливании, фрезеровании из сборного блока с использованием боров, сверл или алмазных дисков [10]. По заявлению многих авторов, использование методов автоматизированного проектирования и автоматизированного производства (CAD / CAM), особенно быстрого прототипирования, обещает более эффективный метод для создания съёмных протезов [5; 9; 11; 12]. Интеграция цифрового моделирования, оптимизация вычислений и свободное создание формы обеспечивает более эффективную клиническую адаптацию. Ожидается, что индивидуальный оптимальный дизайн протезов минимизирует боль, дискомфорт и потенциально уменьшит долговременную резорбцию альвеолярного гребня [6].

Описана техника для изготовления протеза по технологии CAD / CAM полностью без воскового моделирования. Использование быстрого компьютерного прототипирования позволяет всем сторонам оценить критерии успеха до выпуска готовой конструкции, обеспечивая контроль за результатами [9]. Быстрое прототипирование представляет собой индивидуальное моделирование конструкций на компьютере в специализированных программах, это быстро развивающийся метод, который может сыграть значительную роль в возможной замене гипсовых стоматологических моделей. Виртуальные стоматологические модели, созданные с помощью методов быстрого прототипирования, считаются клинически приемлемыми с точки зрения точности и воспроизводимости и могут быть подходящими для применения в ортопедической стоматологии [10].

В системах CAD / CAM виртуальный артикулятор является основным инструментом для решения вопросов функциональных аспектов окклюзии. С введением виртуальных артикуляторов ожидается яркое будущее, и в цифровой стоматологии произойдут революционные изменения [8]. Клинические отчеты демонстрируют, что «цифровой» протез может быть эффективным и точным, устраняя или заменяя шаги, которые могут привести к осложнениям. Поскольку это новый подход, дальнейшие исследования должны быть направлены на изучение стабильности цвета, методов окрашивания и прочности связи между гарнитурными зубами и базисом протеза. Необходимо контролируемое клиническое исследование для определения того, являются ли «цифровые» зубные протезы CAD / CAM более совершенными по сравнению с обычными методами для съемных протезов [9; 11-15]. В настоящее время опубликовано лишь несколько клинических отчетов без клинических исследований. Использование технологии CAD / CAM при изготовлении съемных протезов может привести к лучшим результатам с точки зрения удовлетворенности пациентов в краткосрочной перспективе. Выводы из клинических отчетов требуют подтверждения более крупными контролируемыми достоверными испытаниями [14; 15]. В исследовании на сравнение шероховатости полных съёмных протезов, изготовленных по технологии CAD / CAM, инжекционным литьём и традиционно способом, было выявлено, что у всех трех исследованных методов показатели шероховатости, по-видимому, остаются в пределах клинически приемлемого диапазона. Дополнительные исследования оправданы по аспектам, связанным с выбором материалов, экономической эффективности, клинической эффективности, результатам, ориентированным на пациента [7; 9; 11].

Ohkubo C. с соавт. привели пример клинического создания полных съёмных протезов нижней челюсти пациента с тяжелой резорбцией альвеолярного гребня, пространство для протезов регистрировалось с использованием техники пьезографии. После сканирования с использованием программного обеспечения для автоматизированного дизайна зубных рядов выполнялось виртуальное расположение гарнитурных зубов в базисе протеза. Базис протеза фрезеровался из блока полиметилметакрилатной пластмассы с использованием автоматизированного производства (CAD / CAM), а гарнитурные зубы протеза были соединены с базисом полимерным клеем. Используя описанную технику пьезографии, физиологически соответствующие полные съёмные протезы были изготовлены на основе концепции нейтральной зоны [14].

Schwindling F.S. и Stober T. в своём исследовании провели сравнение двух способов изготовления полных съёмных протезов: фрезерованием полиметилметакрилата по технологии CAD / CAM и традиционным методом литья полиметилметакрилата. Как они выяснили, оба типа протезов могут быть изготовлены без серьезных осложнений. В процессе изготовления произошли лишь незначительные осложнения, преимущественно эстетические. В вопросах, касающихся функциональных аспектов, не обнаружено выраженной разницы. Окончательный эстетический результат оценивался как очень хороший. Полные съёмные протезы, изготовленные с использованием цифровой технологии, отвечали клиническим требованиям. Однако авторы констатируют, что для подтверждения результатов этого исследования необходимы дополнительные клинические и лабораторные испытания [15].

Несмотря на то что технология CAD / CAM для изготовления металлических каркасов для съёмных протезов ещё очень нова [16], аддитивное производство (АП), часто называемое 3D-печатью, уже в настоящее время показывает, что оно может быть значительно более эффективным при создании металлических элементов съёмных протезов. Отмечается, что AП предлагает значительные преимущества с точки зрения скорости производственных процессов, однако стоимость и другие аспекты данной технологии всё ещё остаются препятствием [17]. По сравнению с CAD / CAM обработкой этот метод является более экономичным, поскольку материальные потери сведены к минимуму, и любой неиспользованный материал полностью или частично можно использовать повторно для дальнейшей обработки. Кроме того, 3D-печать подходит для изготовления более массивных деталей и конструкций (например, лицевого протеза и скелетных моделей), что недоступно CAD / CAM методам, которые более подходят для небольших деталей. Аддитивное производство также позволяет изготавливать заготовки с различными консистенциями и свойствами материала [18]. Частыми методиками создания ортопедических конструкций в стоматологической практике являются стереолитография, моделирование методом наплавления, фрезерование, лазерное спекание [3; 19; 20]. С появлением метода селективного лазерного наплавления металлические каркасы, в том числе титановые и из КХС для съёмных протезов могут быть непосредственно изготовлены на 3D-принтере, тем самым опуская стадию литья [10; 17; 19].

Каждая часть структуры каркаса должна быть выполнена надлежащим образом в процессе проектирования. Из-за разнообразия частей и их нерегулярных форм трехмерное проектирование каркасов частичных съёмных протезов занимает много времени и весьма сложно в исполнении. По этой причине исследователи искали правильный алгоритм и программное обеспечение для трехмерного проектирования каркасов на протяжении многих лет. Основные шаги для изготовления каркасов частичных съёмных протезов с помощью компьютерного моделирования: во-первых, оттиски получают с использованием традиционного способа или цифровым методом. Сканирование осуществляется с помощью цифрового сканера. Путь введения протеза определяется в цифровой форме, а затем компоненты каркаса проектируется в специальных 3D-редакторах стоматологами или лаборантами. Наконец, металлические каркасы печатаются на 3D-принтере [21].

Ye H. с соавт. провели исследование, в котором каркасы частичных съёмных протезов были разработаны и изготовлены непосредственно с использованием технологии быстрого прототипирования (БП) и селективного лазерного наплавления (СЛН), и пришли к выводу, что каркасы (БП / СЛН) могут соответствовать клиническим требованиям с удовлетворительной ретенцией и стабильностью и без нежелательных вращательных моментов. Хотя средний разрыв между точкой окклюзионного покоя и соответствующей точкой покоя каркасов БП / СЛН был немного больше, чем у каркасов традиционного литья (P <0,05), он был приемлемым для клинического применения. Каркасы частичных съёмных протезов могут быть разработаны и изготовлены непосредственно с использованием цифровых технологий с приемлемыми результатами в клиническом применении [22].

Схожие результаты наблюдались и в исследованиях Liu Y.F. с соавт. о каркасах из титанового сплава. Общее среднее отклонение каркаса из титанового сплава, изготовленного по технологии СЛН, составляло 0,089 ± 0,076 мм, среднеквадратическая ошибка составляла 0,103 мм. В каркасах не было обнаружено видимых пор, трещин и других внутренних дефектов. Каркас полностью подходит к гипсовой модели [23]. Стоит отметить, что точность аддитивной техники зависит от толщины слоя и ширины отверждающего луча. Чем тоньше слои и более узкий луч, тем точнее конечный продукт. Однако увеличение количества слоев и уменьшение диаметра луча будет экспоненциально увеличивать время изготовления. Меньшие размеры частиц, большая плотность порошка, более высокая интенсивность лазера, уменьшенная скорость сканирования и меньшая толщина слоя будут способствовать увеличению плотности продукта. Однако это следует сопоставить с потенциальным риском повышенной погрешности измерений, так как большая мощность лазера и более низкая скорость сканирования могут привести к большим искажениям [18].

Ещё одним преимуществом цифрового типа производства в стоматологии является возможность получения цифрового оттиска, что также позволяет значительно сократить время пребывания пациента на приёме и общую трудоёмкость процесса [24; 25]. Снятие оттисков является критическим шагом в изготовлении съемного зубного протеза. Описана методика получения оттисков с помощью автоматизированного проектирования и компьютерного анализа цифрового трёхмерного оттиска полости рта [24; 26]. Интраоральный сканер используется для сканирования твердых и мягких тканей для создания стереолитографического файла, который впоследствии импортируется в компьютерную программу для цифрового / виртуального проектирования съемного протеза зубов [27]. Особенно данная технология будет полезна в работе с пациентами с затруднённым открыванием рта [25; 28]. Также эта методика показана для пациентов с повышенным рвотным рефлексом; она оказалась более удобной альтернативой для пациента и более точным методом, позволяющим клиницисту фиксировать детали твердого и мягкого нёба для изготовления съёмных протезов [29]. Сами пациенты отдают предпочтение сканированию полости рта, нежели обычному методу снятию оттисков, если у них есть возможность выбирать, и воспринимают они продолжительное внутриротовое сканирование более позитивно, чем традиционный способ получения оттисков, с использованием слепочных масс [25].

Wu J. с соавт. продемонстрировали соединение методик интраорального цифрового оттиска с компьютерным прототипированием и 3D-печатью каркаса частичного съёмного протеза. В отличие от традиционного метода, эта интеграционная система имеет потенциал для разработки индивидуального стоматологического протеза, так как практически полностью автоматизирует процесс изготовления конечной конструкции и сокращает использование расходных стоматологических материалов [28].

В заключение стоит отметить, что цифровые технологии имеют ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с традиционными методами ортопедической стоматологии. Но, к сожалению, цифровые технологии пока весьма медленно внедряются в стоматологическую практику. Связано это прежде всего с высокой стоимостью оборудования и в некоторых случаях с консервативными взглядами самих стоматологов и недоверием к компьютерным технологиям. Однако постепенное появление новых игроков на рынке с развитием 3D-технологий в стоматологической науке и, как следствие, увеличение предложения должны увеличить доступность данных технологий и оборудования. Исходя из этого ожидается, что в будущем неизбежно повсеместное использование цифровых технологий в стоматологической практике, и в изготовлении съёмных протезов в частности.


Библиографическая ссылка

Аствацатрян Л.Э., Гажва С.И. СОВРЕМЕННЫЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 3D-ТЕХНОЛОГИЙ В ИЗГОТОВЛЕНИИ СЪЁМНЫХ ЗУБНЫХ ПРОТЕЗОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 5.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=27071 (дата обращения: 23.04.2019).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252