Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 18
1.1. Понятие CAD/САМв промышленности и медицине 18
1.2. История развития технологии CAD/САМ в стоматологии 22
1.3.Основные модули и этапы работы CAD/САМ систем
стоматологического назначения 27
1.3.1. Получение цифрового слепка. Контактные и бесконтактные методы измерения профиля поверхности 29
1.3.1.1. Сканирование на основе технологии структурированного света 32
1.3.1.2. Лазерное сканирование
1.3.2. CAD-модуль. Программное обеспечение. Обработка и преобразование цифровой информации. Конструирование реставрации 34
1.3.3. САМ-модуль. Автоматизированное изготовление реставрации 36
1.4. Обзор конструкционных материалов для технологии CAD/C AM ... 40
1.4.1. Керамические материалы для автоматизированной обработки 41
1.4.1.1. Стоматологическая силикатная керамика 43
1.4.1.2. Оксидная керамика, инфильтрируемая стеклом 46
1.4.1.3. Поликристаллическая оксидная керамика
1.4.2. Металлы и сплавы 51
1.4.3. Пластмассы и композитные материалы 52
1.4.4. Нанокерамика 53
1.5. Клиническая эффективность цельнокерамических зубных протезов, изготовленных методом CAD/САМ 55
1.5.1. Критерии клинической оценки качества несъемных конструкций зубных протезов 55
1.5.2. Точность прилегания реставрации и краевая адаптация 58
1.5.3.Выживаемость цельнокерамических реставраций. Причины осложнении лечения с использованием цельнокерамических конструкции с каркасом из диоксида циркония 62
1.5.4. Причины нарушения целостности протезов с каркасом из диоксида циркония. Влияние механической и температурной обработки каркасов зубных протезов из метастабильного тетрагонального диоксида циркония на
их свойства 64
1.6. CAD/САМ системы в стоматологии 71
1.6.1. Краткий обзор современных CAD/САМ систем, представленных на стоматологическом рынке, их классификация по концептуальному признаку 71
1.6.2. Системы, коммерчески доступные в настоящее время, имеющие внутриротовое сканирующее устройство. Характеристика внутриротовых сканеров CAD/САМ систем 77
1.6.3. Современные тенденции развития CAD/САМ технологии в
стоматологии 81
ГЛАВА II. Клиническое исследование 84
2.1. Общая схема проведения и характеристика объектов клинического исследования 84
2.2. Методики клинического исследования
2.2.1. Методики обследования, постановки диагноза и общие принципы подготовки зубов к протезированию 86
2.2.2. Методика изготовления керамических реставраций с помощью CAD/САМ системы CEREC 3D 88
2.2.3. Методика изготовления мостовидных протезов с каркасом из диоксида циркония при помощи CAD/САМ систем 90
2.2.4. Методы клинической оценки реставраций, изготовленных методом CAD/САМ 91
2.3. Результаты клинического исследования 95
ГЛАВА III. Экспериментальные исследования 112
3.1. Исследование влияния поверхностной абразивной обработки и температурного воздействия на свойства стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония 112
3.1.1. Обоснование схемы исследования 112
3.1.2. Материалы исследования 116
3.1.3. Методики исследования
3.1.3.1. Определение прочности образцов YZP при трехточечном изгибе 118
3.1.3.2. Сканирующая электронная микроскопия 120
3.1.3.3. Методика качественного и количественного рентгенофазового анализа поверхности образцов YZP 121
3.2. Результаты исследования влияния механического абразивного и температурного воздействия на свойства иттрий-стабилизированного диоксида циркония 125
3.2.1. Результаты оценки прочности образцов YZP при трехточечном изгибе 125
3.2.2. Результаты сканирующей электронной микроскопии 129
3.2.3. Результаты РФА 130
ГЛАВА IV. Разработка первой российской cad/сам системы OptikDent 135
4.1. Общая информация о системе. Обоснование схемы исследования 135
4.2. Оптимизация внутриротовой 3D камеры системы OptikDent для работы в клинике ортопедической стоматологии 138
4.2.1. Разработка методики получения оптического слепка с помощью внутриротовой 3D камеры системы OptikDent 138
4.2.2. Разработка и оптимизация дизайна камеры и рабочих характеристик 140
4.2.3. Экспериментальные исследования метрологических характеристик внутриротовой 3D камеры российской CAD/САМ системы OptikDent 142
4.3. Оптимизация программного обеспечения 147
4.3.1. Создание дентальной базы данных (виртуального каталога зубов для проектирования реставраций) 147
4.3.2. Оптимизация интерфейса компьютерной программы системы OptikDent
4.4. Этап автоматизированного изготовления реставрации с помощью фрезерного блока системы OptikDent 166
4.5. Оценка краевого прилегания реставраций, изготовленных при помощи CAD/САМ системы OptikDent 168
Обсуждение результатов исследований 172
Выводы 202
Практические рекомендации 204
Список использованных источников
- Обзор конструкционных материалов для технологии CAD/C AM
- Методики обследования, постановки диагноза и общие принципы подготовки зубов к протезированию
- Методика качественного и количественного рентгенофазового анализа поверхности образцов YZP
- Экспериментальные исследования метрологических характеристик внутриротовой 3D камеры российской CAD/САМ системы OptikDent
Введение к работе
Актуальность темы
Приоритеты современной стоматологической науки складываются под влиянием возрастающих требований к эстетике реставраций при сохранении их функциональности и долговечности. Компьютерные технологии находят широкое применение во всех сферах жизнедеятельности человека, в том числе - в медицине. Создаются научные основы компьютерного моделирования лечебных технологий для реабилитации больных с патологией зубочелюстной системы, что позволяет поднять качество оказываемой помощи на новый уровень (Олесова В.Н.и др., 2010).
Одним из символов инновационного развития стоматологии последних лет является технология компьютерного проектирования и автоматизированного изготовления зубных протезов, для обозначения которой существует общепринятая аббревиатура - CAD/CAM. Одной из причин популяризации технологии в стоматологии является критическая оценка существующих традиционных методов изготовления протезов без использования CAD/CAM систем. В качестве преимуществ новой технологии перед традиционными можно отметить сокращение этапности протезирования, возможность создания непрямых керамических реставраций в режиме chair side (у кресла пациента) в течение одного-двух часов (Лебеденко И. Ю. и др., 2002; Ретинская М.В. и др., 2006, 2007, Антоник M.М, 2012; Mormann W., 2008). Значительным преимуществом является также наиболее прогрессивный способ обработки стандартных заготовок конструкционных материалов при помощи метода холодного фрезерования без изменения их исходных свойств. CAD/CAM технологии дают возможность стандартизации и унифицирования всех производимых в зуботехнической лаборатории манипуляций и используемых конструкционных материалов (Риккер P., 2009; Ряховский А.Н., 2010). В то же время, значительный интерес со стороны стоматологической индустрии стимулирует создание новых материалов для автоматизированной обработки, что влечет за собой также и популяризацию самой технологии ( Giordano R., 2003; Tinschert J.et al., 2004; Witkowski S., 2005). Созданные специально для машинной обработки новые материалы - такие как метастабильный тетрагональный диоксид циркония - призваны сочетать в себе прочность металла и эстетику керамики (Хван В.И., 2010, 2012).
Вместе с тем, эффективность применения стоматологических автоматизированных систем по-прежнему является предметом дискуссий. Это вызвано разноречивыми данными о точности краевого прилегания, функциональности и эстетике компьютерных реставраций (Sailer I. et al., 2006, 2007; Fritzler W., Dieker H., 2010). В доступной литературе нами не найдена единая классификация CAD/CAM материалов с алгоритмом их выбора для тех или иных конструкций. Результатом этого является появление сомнительного всеобъемлющего термина «безметалловая керамика», а также использование различных керамических материалов не по назначению, следствием чего, в свою очередь, является дискредитация самой технологии CAD/CAM.
Одной из причин отказа от применения CAD/CAM технологий являются сообщения о поломках цельнокерамических реставраций или сколах облицовки с каркасной поликристаллической керамики на основе диоксида циркония (Румянцев М.А., 2007; Яковлев Д.И., 2010.) Вызывают ряд вопросов разночтения в рекомендациях по изготовлению каркасных цельнокерамических реставраций. Пескоструйная обработка по-прежнему является популярным средством, используемым для увеличения шероховатости поверхности и обеспечения дополнительного сцепления облицовки и каркаса, а также для повышения адгезионной прочности при фиксации на цемент. Согласно теории, возникающие при этом микротрещины вызывают фазовый переход от метастабильной тетрагональной структуры решетки в моноклинную. Он сопровождается увеличением объема на 4 - 5%. Это способствует блокировке трещины путем создания сжимающих напряжений, однако меняет соотношение фаз. После поверхностной абразивной обработки рекомендуется проведение так называемого «регенерирующего» обжига. Однако, высокотемпературное воздействие может способствовать обратному фазовому переходу, снятию блоков расширения и дальнейшему распространению трещины [Kosmac T. et al., 2000; Sundh A. et al., 2005]. Анализ специальной литературы для уточнения химической составляющей этой проблемы выявляет диаметрально противоположные взгляды на качество влияния абразивной и температурной обработки на тетрагональный диоксид циркония. В связи с этим, необходимо выявить характер и степень влияния пескоструйной обработки и обработки образцов Y-TZP при помощи алмазного инструмента на их прочностные свойства и фазовое состояние, а также целесообразность проведения «регенерирующего» обжига с целью восстановления исходных свойств материала и фазового состояния Y-TZP. Исследование этой проблемы может снять ряд вопросов, связаных с нарушением целостности цельнокерамических зубных протезов.
Главным ограничением в популяризации технологии CAD/CAM является высокая стоимость как самих систем, так и их конечного продукта. По мнению основоположников CAD/CAM направления в стоматологии(Strub J.R. et al., 2006; Mormann W., 2006, 2012), перспективы развития данной технологии заключаются в более широком использовании прямого внутриротового сканирования и открытости систем с возможностью внешнего экспорта и импорта полученных данных. Это подтверждается современными тенденциями дополнения лабораторных CAD/CAM систем внутриротовыми сканерами, ускоряющими процесс получения информации. Вместе с тем, дополнение системы интраоральным сканером, являющимся сложным оптическим устройством, особенно в условиях работы в полости рта, значительно повышает ее стоимость. В связи с этим назрела необходимость создания российского стоматологического CAD/CAM комплекса с учетом современных тенденций, при этом более доступного, чем зарубежные аналоги.
Степень разработанности темы
В современной научной литературе теме применения компьютерных технологий в стоматологии уделяется достаточно внимания, однако большинство исследований носят фрагментарный характер. Проблема использования цифровых технологий в стоматологии нашла свое отражение в работах российских исследователей: Вафина С.М., 2002; Левицкого В.В., 2008; Ряховского А.Н, 2010; Антоник М.М., 2012 и др. Вопросы разработки и применения конструкционных материалов для автоматизированной обработки освещены в работах Румянцева М.А., 2007; Хван В.И., 2010; Апресян С.В., 2012 и др. Однако, актуальность и социальная значимость данной работы обусловлена потребностью российской стоматологии в доступном современном отечественном CAD/CAM комплексе, а также обобщении и систематизации имеющихся данных о методиках и материалах для автоматизированного изготовления зубных протезов.
Цель исследования:
Повышение эффективности ортопедического лечения пациентов с применением систем компьютерного моделирования и изготовления протезов на основании анализа результатов клинического применения технологии, создания первой отечественной стоматологической CAD/CAM системы, разработки рекомендаций по совершенствованию технологического процесса изготовления каркасных цельнокерамических реставраций.
В соответствии с поставленной целью нами решался ряд частных задач, определивших структуру исследования.
1.Изучить принципы работы и основные функции существующих стоматологических CAD/CAM систем, на основе мета-анализа отечественных и зарубежных литературных источников дать их современную классификацию по концептуальному признаку, выявить основные тенденции развития CAD/CAM направления в стоматологии. Дать рекомендации по выбору модели применения CAD/CAM технологии в стоматологической клинике, а также различных конструкционных материалов для автоматизированной обработки.
2. Оценить клиническую эффективность различных конструкций фрезерованных керамических зубных протезов, установить возможные причины неудачных исходов их применения.
3. В эксперименте исследовать влияние различных видов воздействия в процессе технологической обработки на прочностные свойства стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония( на примере стандартных заготовок фирмы Vita, Германия) и целостность зубных протезов:
определить характер воздейстия поверхностной абразивной обработки на прочностные характеристики стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония, фазовый состав обработанной поверхности и его коэффициент термического линейного расширения;
исследовать влияние дополнительного «регенерирующего» обжига на свойства керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония, определить целесообразность его применения с целью восстановления исходных свойств, фазового состояния материала и его коэффициент термического линейного расширения.
4. По результатам эксперимента дать рекомендации по технологии изготовления зубных протезов с каркасом из стоматологической керамики на основе метастабильного тетрагонального диоксида циркония.
5. Разработать и внедрить в клиническую практику отечественную CAD/CAM систему для изготовления зубных протезов:
формирование концепции открытого интерфейса с возможностью экспорта и импорта цифровых данных;
разработать интраоральную камеру для использования в условиях стоматологической клиники на базе опытного образца сканера системы OptikDent;
разработать программное обеспечение системы OptikDent.
6. Оценить качество цельнокерамических зубных протезов, изготовленных с использованием разработанной системы.
Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:
1.Определены тенденции развития CAD/CAM направления в стоматологии, дана современная классификация CAD/CAM систем. Обобщены и систематизированы данные о материалах для изготовления зубных протезов методом CAD/CAM.
2.Разработана концепция первой отечественной врачебной CAD/CAM системы с внутриротовой камерой, программным обеспечением и фрезерным модулем для изготовления керамических зубных протезов и возможностью импорта и экспорта полученных данных; создана компьютерная программа получения измерительных данных при помощи внутриротового оптического сканера, их реконструкции и 3D визуализации в CAD/CAM системе OptikDent, подтвержденная свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012610772.
3.Впервые с использованием комплекса методов – исследования прочности при изгибе (ISO 6872), метода рентгеновской дифракции кристаллических тел, сканирующей электронной микроскопии - исследовано изменение прочностных свойств и фазового соcтава диоксида циркония (на примере образцов фирмы Vita, Германия) при различных видах воздействий в процессе технологической обработки.
4. Получены новые данные о повышении прочностных свойств диоксида циркония после пескоструйной обработки и обработки алмазным инструментом относительно контроля и снижении прочности после дополнительного высокотемпературного обжига.
5. Выявлено, что в процесе абразивной обработки имеет место локальное изменение фазового состава обработанной поверхности диоксида циркония и непрогнозируемое локальное изменение коэффициента термического расширения.
6. В ходе диссертационного исследования разработан усовершенствованный способ препарирования зубов под несъемный мостовидный зубной протез, защищенный патентом на изобретение № 2445044.
7. С помощью усовершенствованной методики оценки прецизионности керамических реставраций(решение о выдаче патента на изобретение «Способ клинической оценки точности изготовления несъемных зубных протезов» № 2012127156/14(042054) от 23.04.2013 ) получены доказательства клинической эффективности разработанной CAD/CAM системы OptikDent.
Теоретическая и практическая значимость работы
Разработана и внедрена в клиническую практику отечественная система для автоматизированного изготовления керамических зубных протезов. Внутриротовая камера разработанной системы «OptikDent» может быть использована как в качестве самостоятельного модуля с возможностью экспорта полученных измерительных данных, так и в составе системы. Разработанный эргономичный дизайн внутриротовой камеры соответствует требованиям дезинфекции неинвазивного инструментария. Точность получения измерительных данных соответствует требованиям, предъявляемым к внутриротовым сканерам.
Создана дентальная база данных для виртуального проектирования реставраций с использованием естественных зубов и фантомных зубов фирмы «Frasaco», Италия. Разработана программа обработки полученных измерительных данных и интерфейс программы виртуального конструирования реставраций. Фрезерный блок системы «OptikDent» позволяет изготавливать прецизионные керамические реставрации зубов.
На основании проведенного экспериментального исследования стоматологической керамики на основе диоксида циркония разработаны и научно обоснованы практические рекомендации по изготовлению каркасных керамических зубных протезов.
Собственными клиническими исследованиями с использованием 8 клинических критериев оценки системы USPHS подтверждена высокая эффективность лечения керамическими зубными протезами с использованием CAD/CAM технологий по всем параметрам: целостность реставрации, краевое прилегание, вторичный кариес, анатомическая форма, цветовое соответствие, интерпроксимальные контакты, окклюзионные контакты, состояние маргинальной десны.
Даны рекомендации по выбору схемы использования CAD/CAM технологии в стоматологических клиниках различного уровня. На основании собственных исследований и анализа литературных данных разработаны рекомендации по выбору материала при автоматизированном изготовлении цельнокерамических зубных протезов.
Методология и методики исследования
В работе использовали комплекс методов: исследование механических свойств керамики при трехточечном изгибе, сканирующая электронная микроскопия, рентгеновская дифрактометрия с качественным и количественным фазовым анализом, клинические методы, метод оценки точности прилегания реставраций с помощью цифровой микроскопии, методы оценки метрологических характеристик интраоральной камеры с помощью тестовых объектов, статистические методы.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Применение CAD/CAM технологий при изготовлении несъемных конструкций зубных протезов позволяет добиться высокой эффективности ортопедического лечения.
2. Механическая абразивная обработка каркасной стоматологической керамики на основе диоксида циркония влияет на прочность материала при изгибе с тенденцией ее повышения, однако непрогнозируемо меняет фазовый состав и коэффициент термического линейного расширения (КТЛР) обработанной поверхности, что в свою очередь может явиться причиной сколов керамической облицовки с каркасов зубных протезов.
3. Высокотемпературный обжиг каркасов из стоматологической керамики на основе диоксида циркония, практикуемый после различных видов их абразивной обработки, влияет на прочность материала при изгибе с тенденцией ее снижения, однако нормализует фазовый состав обработанной поверхности.
4. Разработанная первая отечественная CAD/CAM система OptikDent является стоматологическим комплексом для автоматизированного изготовления одиночных керамических реставраций и состоит из модуля для проведения внутриротового сканирования протезного поля, программного обеспечения для 3D визуализации и виртуального конструирования реставраций, модуля для фрезерования зубных протезов из стандартных заготовок керамики.
Степень достоверности и апробация результатов
Результаты экспериментального исследования изменения свойств керамики на основе диоксида циркония после четырех видов технологической обработки на примере образцов фирмы VITA(Германия) соотносятся с данными других исследователей химической составляющей проблемы : Guazzato M. et al., 2005; Ishgi А., 2006 и др. Достоверность результатов клинического исследования подтверждается достаточным числом пациентов (193 чел.) с изготовлением 522 протезных единиц с применением технологии CAD/CAM. Результаты диссертационной работы внедрены в лечебную работу ортопедического отделения стоматологической поликлиники ФПДО МГМСУ им. А.И.Евдокимова. Материалы исследования используются в педагогическом процессе кафедры ортопедической стоматологии ФПДО МГМСУ им. А.И. Евдокимова и кафедры ортопедической стоматологии СОГМА при проведении практических занятий, семинаров и лекций на циклах усовершенствования врачей-стоматологов, обучении студентов, ординаторов и аспирантов.
Личный вклад автора
Автором лично разработана и обоснована структура исследования, проведено клиническое исследование с участием 193-х пациентов, анализ результатов проведенного ортопедического лечения с использованием CAD/CAM технологий, экспериментальные исследования, разработаны рекомендации по изготовлению керамических реставраций с каркасом из керамики на основе диоксида циркония. Автор лично принимала участие в разработке российской CAD/CAM системы OptikDent. Автором лично изучены принципы работы и основные функции существующих стоматологических CAD/CAM систем, дана их современная классификация по концептуальному признаку, выбору схемы применения CAD/CAM технологии в стоматологической клинике и выбору конструкционных материалов для автоматизированной обработки при изготовлении реставраций зубов.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научных и научно-практических конференциях, совместном заседании сотрудников кафедр ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, пропедевтической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, факультетской ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, госпитальной ортопедической стоматологии МГМСУ им. А.И.Евдокимова, общей практики и подготовки зубных техников МГМСУ им. А.И.Евдокимова, лабораторрии материаловедения НИМСИ МГМСУ им. А.И.Евдокимова.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 29 работ, из них 13 статей в журналах перечня, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 1 патент на изобретение, 1 решение на выдачу патента на изобретение.
Обзор конструкционных материалов для технологии CAD/C AM
Разрабатываются способы получения и ориентации компьютерных трехмерных моделей зубов и зубных рядов, измерения высоты фиссур, бугров, формы их скатов, способы контроля одонтопрепарирования [Ибрагимов Т.И., Большаков Г.В., Габучян А.В., 2012; Ибрагимов Т.И., Большаков Г.В., Габучян А.В. и др.., 2012].
Адекватным аналогом английской аббревиатуры CAD/CAM применительно к стоматологии является: системы компьютерного проектирования и автоматизированного изготовления реставраций.
Поскольку САПР уже активно использовались в производстве в начале 80-х годов, считалось, что CAD/САМ системы стоматологического назначения будут представлять собой упрощенный вариант промышленных. Однако в действительности производство стоматологических CAD/CAM систем не являлось ни простым, ни легким по нижеследующим причинам:
1) Общая стоимость, время работы и качество произведенного конечного продукта CAD/CAM систем должны быть на уровне по сравнению с традиционными методиками, а в идеале - превосходить их по всем параметрам, чтобы заменить их в повседневной лабораторной и клинической практике.
2) Морфология опорных, а также рядом стоящих зубов и зубов антагонистов должна быть точно оцифрована для создания качественных реставраций. Однако было достаточно трудно распознать тонкие края отпрепарированных зубов с использованием сканеров, доступных на тот момент. Таким образом, развитие точных и компактных сканеров и связанного с ними программного обеспечения было необходимо для выполнения этой сложной и деликатной задачи.
3) Кроме того, поскольку реставрация должна быть не только адаптирована по линии препарирования, но и гармонировать с естественными зубами, а также восстанавливать окклюзионный контакт, необходимо сложное программное CAD обеспечение. 4) Необходима точная, но деликатная механическая обработка хрупких керамических материалов с учетом сложных геометрических форм реставраций, что требует использования высококлассного САМ оборудования с программным обеспечением для контроля траектории и скорости подачи инструмента. Кроме того, размеры обрабатывающего блока должны быть ограничены для установки в стандартном стоматологическом кабинете или лаборатории [Mormann W.H., 2006; Miyazaki D.T., Hotta Y.,2009].
5) Наконец, в отличие от массового производства промышленных деталей, каждая реставрация индивидуальна и неповторима. Следовательно, удельное количество временных и интеллектуальных затрат несопоставимо больше. Однако, несмотря на вышеперечисленные сложности, CAD/CAM системы постепенно нашли признание в стоматологическом сообществе [Лебеденко И.Ю., Перегудов А.Б., Вафин СМ., 2002; Вольвач СИ., 2003; Ретинская М.В. и др., 2006; Mormann W.H., 2006; Miyazaki D.T., Hotta Y., 2009].
Возможности современных CAD/CAM систем - это результат длительной эволюции, которая еще не достигла своего пика. Начало развития стоматологических систем пришлось на конец 70-х годов 20-го столетия. Разработчиками ставились задачи: стандартизировать процесс конструирования реставраций, свести к минимуму субъективный человеческий фактор, дав четкое цифровое выражение параметрам моделировки; совершенствовать и унифицировать стоматологические конструкционные материалы путем использования стандартных заготовок; снизить временные и трудовые затраты на изготовление реставраций зубов [Duret F., Blouin J.L., Duret М., 1988; Хегенбарт Э., 2002].
Признанными родоначальниками считаются несколько систем-пионеров, которые внесли первый весомый вклад в развитие CAD/CAM технологий в стоматологии. В литературе встречаются сведения о разработчиках из США J.M.Young и B.R. Altschuler, которым принадлежали теоретические выкладки об использовании лазерной голографической оптики для отображения поверхности зубов [Altschuler B.R., 1973; Young J.M., Altschuler B.R., 1977; Mormann W.H., 2004].
Доктор Франсуа Дюре был первым практиком в области стоматологических CAD/САМ систем [Duret F., Preston J.D., 1991]. С 1971 года он стал работать над проектом, способным изготавливать коронки с функциональной формой жевательной поверхности. Сканирование было основано на принципе лазерной голографической оптики. Коронки проектировались с учетом функциональных движений и фрезеровались при помощи станка с числовым программным управлением. На изготовление одной реставрации уходило около четырех часов. Первый прототип системы Duret был представлен на конференции Entretiens Garancieres во Франции в 1983 году. Позже Sopha Duret стала системой Sopha Bioconcept . Система не нашла широко признания из-за сложности всех производимых операций и дороговизны, но оказала влияние на последующее развитие стоматологических CAD/САМ систем в мире [Miyazaki D.T., Hotta Y., 2009]. В начале 1980-х годов доктором W. Mormann совместно с инженером М. Brandestini была разработана CEREC system (Университет г. Цюрих), первый производитель Siemens Dental Corp., Benshein (Германия), в последующем SIRONA (Германия) [Mormann W.H., Brandestini M., Lutz F. et al., 1989, Mormann W.H., 2006]. Для внутриротового оптического сканирования использовался структурированный свет. Система была ориентирована на изготовление керамических вкладок. Для фрезерования использовались алмазные диски. Несмотря на то, что окклюзионную поверхность врачу приходилось формировать вручную при помощи бора и наконечника, краевое прилегание керамических реставраций было удовлетворительным, и система нашла признание у стоматологов. Появление ее было поистине инновационным, поскольку она пропагандировала принцип chair side - изготовление керамических реставраций непосредственно у кресла пациента. Когда эта система была заявлена, быстро распространился термин CAD/САМ для стоматологии [Ngo Н., 1998; Touati В., Miara Р., Nathanson D., 2000; Mormann W.H., 2004]. В разработанной позже системе CEREC 2 получали уже двухмерный оптический слепок. Один из двух дисков, использовавшихся ранее во фрезерном блоке, был заменен на алмазную фрезу, что значительно улучшало качество изготавливаемых реставраций и позволило фрезеровать коронки. Однако двухмерное изображение объекта было недостаточно информативно, и для вычисления высоты бугорков и фиссур реставрации по-прежнему были необходимы сложные математические расчеты.
Появление изометрии в CEREC 3 стало прорывом в прикладной цифровой стоматологии. Разработанная упрощенная программа моделировки стала доступна самому широкому кругу пользователей. Благодаря использованию двух фрез различной формы и диаметра, фрезерование стало еще более точным и деликатным, соответственно расширялся также и спектр конструкционных материалов. В настоящее время CEREC-технология является достойной альтернативой традиционным методам изготовления реставраций [Лебеденко И.Ю., Перегудов А.Б., Вафин СМ., 2000; Трезубов В.Н., Арутюнов С.Д., 2003; Ретинская М.В. и др., 2006].
Методики обследования, постановки диагноза и общие принципы подготовки зубов к протезированию
По мнению ряда авторов, керамические материалы, которые преимущественно используются в CAD/САМ системах, отличает высокий уровень биологической совместимости, низкая теплопроводность, безукоризненная долговременная эстетика, низкий уровень вероятности аллергических реакций [Anusavice K.J., 1993]. Значительным преимуществом керамических реставраций является также возможность адгезивной фиксации. Thordrup M., Isidor F., Hursted-Bindslev P., 1994; Schug J. et al., 1995; Moermann W.H., Schug J., 1997; Sturdevant J.R., Bayne S.C., Heymann H.O., 1999; Parsell D.E., Anderson B.C. et al., 2000; Reiss В., Walther W., 2000 и другие исследователи отмечают долговечность CAD/CAM реставраций и соответствие всем общепризнанным клиническим требованиям. Однако, в качестве основных причин неудачного лечения, чаще всего называют нарушение краевого прилегания и нарушение целостности реставрации.
Одним из важнейших критериев в оценке реставраций, изготовленных, в том числе, и при помощи CAD/САМ систем является точность прилегания [Клемин В.А., Борисенко А.В., Ищенко П.В., 2008; Клемин В.А., Борисенко А.В., 2009]. Несоответствие фиксированной реставрации твердым тканям может повлиять на сопротивление ее разрушению и снижать ее долговечность, кроме того, вызывать другие известные побочные эффекты, такие как травмы прилегающих тканей, растворение цементирующего агента, появление вторичного кариеса и даже пульпита. Все вышеперечисленное может привести к выходу из строя реставрации. Существующие методы оценки прилегания можно разделить на клинические и неклинические. Оценку плотности краевого прилегания реставрации к зубу, возможно, проводить по фотографиям, выполненным при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) [Брандон Д., 2006]. Методом оценки прилегания реставраций in vitro является методика, использованная В.В. Корнеевым в 1998 году: реставрация припасовывается на модели и одновременно получается силиконовая маска коррегирующим оттискным материалом, затем внутрь силиконовой маски заливается воск; после отвердевания воска коронка удаляется, а силиконовая маска с восковой подложкой разрезается в сагиттальной плоскости. Толщину пленки силикона измеряют в 6 зонах при помощи оптического микроскопа с точностью измерения 1 мкм. Похожие методики были использованы другими авторами [Holmes J.R. et al., 1989; Suarez M.J., 2003]. С помощью данного метода исследования оценивают точность краевого прилегания ортопедических конструкции, изготовленных из различных материалов, включая цельнокерамические.
Для адекватной оценки краевой адаптации протезов необходимо опираться на допустимые пределы значений. Если Christensen G. (1966) утверждал, что клинически приемлемы значения от до 40 мкм, то в более поздних исследований доказывается приемлемость зазора до 100 мкм [Hunter A J., Hunter A.R., 1990; Chaffee N. et al., 1991; Duret F., Preston J., 1991; Sorensen J.A. et al., 1992; May K.B. et al., 1998; Tinschert J. et al., 2001; Ellingsen L.A., Fasbinder D.J., 2002; Ariko K., 2003; Hertlein G. et al., 2003].
McLean и VonFraunhofer предложили приемлемый зазор в пределах 120 мкм [McLean J.W., VonFraunhofer J.А., 1971], так как уменьшение зазора без учета толщины цемента ведет к завышению реставрации. По мнению Leinfelder К., O Neal S.J. и ряда других ученых, предельно допустимый зазор между краем реставрации и тканями зуба составляет 100 мкм [Leinfelder K.F., Isenberge В.Р., Essig М.Е., 1989; O Neal S.J., Miracle R.L., Leinfelder K.F., 1993].
В случае изготовления ее методом CAD/CAM, точность прилегания зависит от точности цифрового слепка, возможностей программного обеспечения и САМ-модуля. Точность сканирования зависит от типа сканера и его назначения. Наиболее чувствительными считаются тактильные сканеры. Точность оптических стационарных сканеров, как правило, выше, чем внутриротовых. Это объясняется наличием нескольких датчиков, расположенных под определенным углом друг к другу, большим количеством ракурсов съемки и отсутствием ограничения габаритных размеров. Точность сканирования большинства существующих на стоматологическом рынке систем достаточна для обеспечения высокой прецизионности изготовленных реставраций, хотя качество сканирования не всегда соответствует заявленному [Ряховский А.Н., 2010]. Одной из возможностей программного обеспечения является изменение величины клеевого шва и краевого зазора [Kern М., Luthard R.G., 2002]. Например, в системе CEREC в меню настроек устанавливается параметр Spacer, который действует на внутренней поверхности реставрации и в дополнение к нему - параметр «клеевой шов», определяющий расстояние между краем реставрации и краем полости [Эндер А., Мерманн В., 2005]. Величина устанавливаемого зазора регулируется, в зависимости от вида цемента, используемого для фиксации. Кроме того, одной из стандартных возможностей программного обеспечения является режим просмотра сечений реставрации, что позволяет визуально оценить плотность ее прилегания к модели зуба.
Точность прилегания реставрации зависит также от технологии механической обработки стандартных заготовок конструкционного материала. В современных системах, использующих 4-5 осевые фрезерные модули, существует возможность выбора оптимального угла атаки инструмента, что повышает не только точность фрезерования, но и структуру обрабатываемой поверхности [Ряховский А.Н., 2010; Kern М., Luthard R.G., 2002].
Таким образом, исходные технические характеристики большинства современных CAD/САМ систем позволяют не только обеспечить достаточную прецизионность реставрации, но и регулировать параметры прилегания реставрации к твердым тканям зуба по всей площади.
Исследование in vitro, проведенное Naert I., Van Der Donck A., Beckers L. (2005), в котором было изучено прилегание коронок, изготовленных методом Ргосега, где был заложен цементный шов величиной 50 мкм, выявило средние значения для прилегания: по окклюзионной поверхности -77 мкм; по краю реставрации - 34 мкм; по внутреннему углу уступа - 135 мкм; по аксиальной стенке - 60 мкм. В клиническом исследовании тех же авторов, где было изготовлено 300 одиночных реставраций Ргосега отличные результаты краевого прилегания составили 80,4%, хорошие - 96,7%. При оценке точности прилегания конструкций на основе диоксида циркония в большинстве случаев они соответствовали допустимым нормам до 100 мкм. Это подтверждают Bindl A., Mormann W.H. (2005), Komine F. et al. (2007), Beuer F. et al. (2009) и другие исследователи.
На точность краевого прилегания оказывают существенное влияние субъективные факторы, такие как препарирование и финишная обработка зуба, качество получения цифровой информации. Так препарирование без учета рекомендаций производителя (острые грани, излишняя конусность, или, наоборот, параллельность стенок зуба) может сказаться на припасовке реставрации. Komine F., Iwai Т., Kobayashi К. с соавт., (2007) придают данным, создание аксиогингивального угла 90 не давало хороших результатов, в то время как увеличение конвергенции стенок и сглаживание внутреннего аксиогингивального угла улучшало прилегание. Это объясняется особенностями сканирования зубов.
Включение метастабильного диоксида циркония в спектр конструкционных материалов значительно расширило возможности CAD/САМ систем. Высокая прочность при изгибе (более 1 ГПА) и ударная вязкость 9-10 МН/м позволяет материалу выдерживать значительные нагрузки. Основная причина успеха материала основывается, безусловно, на том, что спектр показаний для цельнокерамических реставраций может быть увеличен за счет высокого показателя нагрузки на конструкции из диоксида циркония. Ряд исследований [Rosentritt М., Behr М., Handel С, 2004] сообщает, что усталость диоксида циркония практически не развивается в течение 5 лет. Это было подтверждено тестами в симуляторах жевания с 1,2 млн. жевательных циклов. Средняя нагрузка при поломке после симуляции 5-летней жевательной активности составила 1512 Н, а в контрольной группе, не подвергавшейся симуляции жевания, цифра составила 1600 II [ван дер Цель Д.М., 2007].
Однако существует понятие «старения керамики». Под этим термином в приложении к керамике на основе диоксида циркония понимают прогрессирующую спонтанную трансформацию метастабильной тетрагональной фазы в моноклинную [Sato Т., 1985]. Известно, что старение керамики вызывают влага и температура около 200С. Деградация проявляется увеличением шероховатости материала, появлением поверхностных микротрещин и в результате - снижением прочности [Chevalier С, 2006]. По разным данным по результатам наблюдения от 2 до 5 лет поломки каркасов составили до 7% изготовленных коронок и мостовидных протезов.
Методика качественного и количественного рентгенофазового анализа поверхности образцов YZP
Производство материала для целей стоматологии - ШР (Hot Isostatic Pressed) и CIP (Cold Isostatic Pressed) - горячее и холодное изостатическое прессование. Это методика промышленного изготовления блоков, при которой частицы материала находятся в жидкости для равномерного распределения давления. Такой метод изготовления обеспечивает равномерную трехмерную усадку в случае необходимости синтеризации-спекания - каркаса, если он отфрезерован из «мягкого» предварительно спеченного блока.
Диоксид циркония, стабилизированный иттрием - высокопрочный материал. Значение прочности при изгибе составляет 900 - 1200 МПа, вязкость разрушения - 9 - 10 МПа х ml/2 [Christel P. et al., 1989], рекомендован для изготовления каркасов одиночных коронок и мостовидных протезов [Luthardt R.J. et al., 2004]. Варианты обработки: 1. Мягкая машинная (CAD/САМ) - неспеченный (зеленый) и полуспеченный. 2. Твердая машинная (CAD/САМ) - полностью спеченный.
В зеленой фазе проводится сухое фрезерование карбидными фрезами. В предварительно спеченной фазе заготовки фрезеруются карбидными фрезами с водяным охлаждением. Для обработки полностью синтеризированного диоксида циркония используют алмазный инструмент с водяным охлаждением. Несмотря на высокую прочность материала, существуют ограничения при моделировании каркасов мостовидных протезов: площадь сечения коннектора - 9 - 12 мм, высота соединительных звеньев 3 мм. Минимальная толщина каркаса - 0,4 - 0,5 мм [Witkowski S., 2005].
Каждый из вариантов обработки имеет свои преимущества и недостатки. Обработка заготовки в «мягком» полуспеченном состоянии снижает износ фрез и время фрезерования. Объем отфрезерованного каркаса увеличен на 20 - 30% с учетом будущей усадки. Процесс изготовления реставраций из предварительно спеченной оксидной керамики чреват возможными деформациями, особенно при большой протяженности конструкций [Komine F. et al., 2005], так как каркас проходит многоступенчатый процесс спекания.
Фрезерование заготовок в твердом агломерированном состоянии требует больших временных затрат и расхода фрез [Вольвач СИ., 2004; Ряховский А.Н., 2009].
Преимущественно обрабатываются предварительно спеченные блоки YZP (Lava, ЗМ Espe Dental AG, Seefeld; Cercon, DeguDent, Hanau; Cerec InLab, Sirona Dental Systems, Bensheim; Procera AUZirkon, Nobel Biocare, S-Goteborg).
Заготовки в зеленой фазе производят: Cercon Base (Cercon), Lava Frame (Lava), ZirkonZahn , Xavex G 100 Zirkon (Etkon); в предварительно спеченной фазе: In Ceram YZ-Cubes (Cerec InLab), ZS-Blanks (Everest), Hint-Els Zirkon TZP-W, DC-Shrink (Precident DCS); в полностью спеченной фазе производят: DC-Zirkon (Precident DCS), Z-Blanks (Everest), Zirkon TM, Pro 50 (Cynovad), ШР Zirkon (Etcon).
В настоящее время находят применение новые модификации диоксида циркония, позволяющие использовать его без нанесения облицовочной керамики. Это вызвано желанием избегать многослойности конструкций, чреватой нарушением соединения между слоями и сколами облицовки. Прозрачный диоксид циркония, представленный различными производителями (Prettau Zirkon, Zirkonzahn; inCoris TZI, Sirona; FC, Metoxit; KATANA Zirconia ML, Kuraray Noritake Dental и др.), имеет твердость, позволяющую изготавливать конструкции - антагонисты естественных зубов. Заготовки имеют варианты цвета, их можно индивидуализировать окрашиванием. Каждый диск для фрезерования KATANA Zirconia ML имеет также 4 слоя, разные по степени окраски, позволяющие лучше имитировать дентин и эмаль зубов (http://www.lmtmag.com).
Металл стали использовать для автоматизированного изготовления протезов на заре развития стоматологических CAD/САМ систем. Система Ргосега начала свой путь именно с изготовления каркасов из титана методом искро-эррозионной обработки. Титан давно и успешно используется в стоматологии. Это прочный, легкий и биосовместимый материал, обладающий к тому же низкой теплопроводностью и устойчивостью к жевательной нагрузке. Отрицательным свойством его является высокая температура плавления (1670С) и высокая реактивность с компонентами атмосферного воздуха при расплавлении. Для того, чтобы избежать образования пресловутого альфа-слоя при его литье необходимо использование специальных паковочных масс, тиглей и литейных установок с использованием защитного инертного газа. При этом титан достаточно легко фрезеруется. Преимущества фрезерования каркасов перед литьем не ограничиваются только технологическими сложностями последнего. Многие исследователи подчеркивают преимущества фрезерованных металлических каркасов. Прежде всего, это более высокая плотность микроструктуры, отсутствие недоливов, пор и трещин, больше возможностей регулировать толщину без дополнительной ручной доработки.
Для фрезерования используются стандартные заготовки, как чистого титана, так и его сплавов. Добавление в сплав А1 и Nb увеличивает его прочность. В таком виде металл имеет двухфазную структуру альфа-бета. Это способствует получению более разнообразных механических свойств, так как альфа фаза является более мягкой и пластичной, а бета фаза обладает большей жесткостью [Ван Нурт Р., 2004]. Так фирма Hint Els в своих рекомендациях к использованию стандартных заготовок указывает, что для изготовления каркасов большой протяженности при отсутствии 3-х и более зубов целесообразно применять именно легированный титан (TiAlNb).
Кроме метода фрезерования, титан и его сплавы возможно использовать в виде порошка для SLS - селективного лазерного спекания (Hint EUs, Германия; Bego Medifacturing, Германия). Это аддитивная технология, при которой каркас спекается послойно благодаря сплавлению частиц между собой лазерным лучом, управляемым компьютерной программой. Таким образом, образуется плотная структура, обладающая высокими физико-механическими свойствами, с шероховатой поверхностью, что улучшает адгезию облицовочной керамики. В среднем длительность изготовления реставрации 72 часа [Вольвач СИ., 2003].
Со-Сг хуже поддается фрезерованию, чем титановый сплав. Но он также обладает высокими прочностными характеристиками, производится в виде порошка для лазерного спекания и стандартных заготовок для фрезерования. Фрезерование металлов производится карбидными фрезами с масляным охлаждением.
Экспериментальные исследования метрологических характеристик внутриротовой 3D камеры российской CAD/САМ системы OptikDent
Клиническое исследование, проведенное с целью ознакомления с процессом изготовления зубных протезов с использованием различных классов CAD/САМ систем продемонстрировало их высокую эффективность. Поскольку одним из распространенных контраргументов к использованию автоматизированных систем в стоматологии является недостаточная прочность керамики для машинной обработки, параллельно с основным исследованием оценивались также свойства материалов.
В частности, одной из основных причин отказа от использования диоксида циркония, в качестве каркасного материала, для изготовления несъемных конструкций зубных протезов являются данные о частых поломках протезов и сколах облицовочной керамики. Проведенное нами клиническое исследование подтвердило эффективность использования материала в рамках клинических показаний при условии строгого соблюдения технологического процесса изготовления протезов. Все мостовидные протезы, изготовленные нами из YZP, сохранили целостность в течение более 2-х лет наблюдения. Однако имели место случаи обращения пациентов в клинику с жалобами на поломки оксидциркониевых каркасов и дефекты керамической облицовки изготовленных ранее протезов. Существование этой проблемы подтверждается также многочисленными литературными данными.
Подробное изучение технологического процесса выявило некоторые разночтения в рекомендациях, как производителей, так и мастер-техников, специализирующихся на работе с диоксидом циркония. В процессе изготовления каркасов присутствуют элементы абразивной обработки.
Пескоструйная обработка является популярным средством, используемым , для достижения оптимального сцепления каркаса с керамической облицовкой за счет увеличения шероховатости поверхности [Luthardt R.G. et al., 1999; Aboushelib M.N. et al., 2005, 2006]. С целью улучшения фиксации протеза практикуется также пескоструйная обработка внутренней поверхности каркаса.
При припасовке полностью спеченного оксидциркониевого каркаса зачастую необходима его коррекция, которая должна проводиться алмазными борами с соответствующей маркировкой при обильном водяном охлаждении. После нее обычно рекомендуется проведение так называемого «регенерирующего» или «регенерационного» обжига. Однако, согласно теории, абразивная обработка сопровождается образованием трещин, которые блокируются в материале за счет фазового Т-М перехода с локальным расширением материала. Образование сжимающих напряжений за счет этих «подушек дистракции» препятствует распространению трещин. Последующее высокотемпературное воздействие может способствовать обратному фазовому переходу, снятию блоков расширения и дальнейшему распространению трещины [Kosmac Т. et al., 2000; Sundh A., Molin М., Sjogren G., 2005]. Изучение специальной литературы, для уточнения химической составляющей этой проблемы, выявило диаметрально противоположные взгляды на результат влияния абразивной и температурной обработки на полностью синтеризированный тетрагональный диоксид циркония.
В связи с этим, нами было проведено исследование, целью которого являлось: выявление характера и степени влияния пескоструйной обработки и обработки образцов YZP при помощи алмазного инструмента на их прочностные свойства и фазовое состояние, а также целесообразности проведения «регенерирующего» обжига с целью восстановления исходных свойств материала и фазового состояния YZP.
Разрушение керамического материала может происходить как в результате распространения трещины единичного дефекта микроструктуры, так и после коалесценции множественных дефектов. Наибольший интерес в практическом приложении имеют такие характеристики каркасного материала после дополнительной механической обработки как сопротивление изгибу и трещиностойкость.
Методика оценки трещиностойкости проводится с помощью создания надреза на образце с последующим разрушением в испытательной машине. Однако не вполне ясно, как взаимосвязаны характеристики материала, измеряемые на образцах, определяемые при помощи создания на образце надреза-макротрещины, с поведением в условиях эксплуатации материалов, содержащих дефекты лишь на микроуровне [Баринов СМ., Шевченко В.Я., 1996]. В связи с этим, для исследования была избрана методика определения другой значимой величины - прочности при изгибе керамического материала. Испытания при изгибе наиболее широко распространены в практике испытаний на прочность керамических материалов. Лабораторные испытания прочности на изгиб для керамики проводятся, чаще всего, с помощью «3-точечных», «4-точечных» и биаксиальных нагрузочных тестов.
В 3-точечном тесте на прямоугольный образец, расположенный на двух опорах, по центру действует нагрузка сверху. Прочность вычисляется по максимальной нагрузке, при которой происходит разлом при данной длине и ширине образца, расстоянии между точками нагрузки и температуре [Cranmer D.C., Richerson D.W., 1998]. Испытаниям на 3-точечный изгиб подвергаются образцы в форме балок прямоугольного поперечного сечения.
Метод сканирующей электронной микроскопии дает возможность достигать значительных увеличений при визуальном анализе объектов, позволяет наблюдать объекты размера существенно меньше 1 мкм -ограничение оптической микроскопии. Он позволяет зафиксировать изменения в структуре материала, происходящие на микроскопическом уровне после различных воздействий.
![Оптимизация ортопедического лечения пациентов с включенными дефектами зубных рядов керамическими мостовидными зубными протезами [Электронный ресурс]](/i/i/4414/206174.png "Оптимизация ортопедического лечения пациентов с включенными дефектами зубных рядов керамическими мостовидными зубными протезами [Электронный ресурс] Румянцев Михаил Алексеевич")
