Цифровые технологии в имплантологии. Использование настольного 3D принтера Form 2.

Руководство от компании FormLabs

Аннотация

Компьютерное планирование дентальной имплантации и использование хирургического шаблона обеспечивают высокую точность установки дентальных имплантатов и делают более предсказуемые результаты ортопедического лечения. Однако не все врачи применяют данную методику из-за высокой стоимости доступного в продаже оборудования для изготовления шаблонов. Был разработан протокол использования хирургических шаблонов, изготовленных CAD/CAM методом и напечатанных биосовместимым материалом на недорогом 3D принтере. В процессе разработки применяли смолу Dental SG Resin фирмы FormLabs и настольный 3D принтер Form 2, который использует технологию лазерной стереолитографии (SLA). Представлен клинический случай, проведенный согласно данному протоколу. Отклонение между планируемым и окончательным положением имплантата оказалось клинически незначимым и в пределах средних значений точности для 3D технологий, применяемых в настоящее время в стоматологии. Данные результаты говорят о том, что хирургические шаблоны могут быть напечатаны с высокой степенью точности на Form 2 и могут использоваться для установления дентальных имплантатов в таком положении, чтобы достичь приемлемых клинических результатов.

Сведения об авторах

Дэниел Уитли (Daniel Whitley , DDS) получил диплом врача-стоматолога в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл после присвоения степени бакалавра по биологии. Доктор является членом Американской стоматологической ассоциации (ADA), Академии общей стоматологии (AGD), стоматологического сообщества Северной Каролины и штата Нью-Йорк (NCDS, 5DDS), входит в состав комиссии стоматологического общества Индианы (East Central Dental Society), а также является членом Международной ассоциации дентальной имплантации (ICOI). Область интереса CAD/CAM технологии и цифровая стоматология, применение которых улучшает облуживание пациента. В настоящее время доктор ведет прием в частной клинике в городе Гринвилл (Северная Каролина).

Сомпоп Бенкарит (Dr. Sompop Bencharit, DDS, MS, FACP) является членом Американского колледжа ортопедической стоматологии (ACP). Он один из немногих ученых-клиницистов, который является и сертифицированным специалистом, и доктором наук. Занимается структурной биологией, специализируется на рентгеновской кристаллографии. Область его исследования направлена на изучение структурной биологии при возникновении заболеваний, в частности роль мембранных белков, участвующих в построении костей и сосудов, а также изучение протеомики и состава кишечной флоры. Доктор является членом редакционной коллегии или рецензентом в многочисленных научных и стоматологических журналах, таких как PLOS ONE и Scientific Reports.

Авторы хотели бы выразить благодарность Gideon Balloch , Meghan Maupin , Eric Arndt и Timur Senguen за их вклад в данную работу. Фотографии Rob Chron.

Введение

Правильное использование хирургических шаблонов может улучшить клинические результаты посредством проведенного детального предоперационного планирования и точной установки тела имплантата. Во время планирования может применяться протетически ориентированное позиционирование, которое определяет необходимое положение дентального имплантата, а конусно-лучевая томография (КЛКТ) – для оценки топографии, состояния костной ткани и выявления витальных структур. Использование шаблонов может помочь врачам избежать принятия некоторых решений во время, до или после операции, а также сократить операционное время.

Кроме того, применение шаблонов обеспечивает более высокую точность имплантации по сравнению с установкой от руки. В случаях проведения имплантации с ручной установкой отклонение между планируемым и фактическим положением имплантата находится в промежутке от 2 до 2,5 мм и может достигать 8 мм. Как показали исследования, даже у самых опытных хирургов в большинстве случаев окончательное положение имплантата отличается от идеального. Знание этого поможет предотвратить ряд нежелательных последствий (от ятрогенных до эстетических).

В результате были разработаны различные модели шаблонов с направляющим ключом для сверления и последующим установлением тела имплантата в соответствии с желаемым результатом. Существуют три основных вида шаблонов: шаблон с опорой на костную ткань, шаблон с опорой на рядом стоящие зубы и шаблон с опорой на слизистую оболочку.

Виды хирургических шаблонов :

· Шаблон с опорой на костную ткань (non-limiting guide). Модель дает хирургу представление об оптимальном протетическом положении, но не о направлении и контроле глубины сверления.

· Шаблон с опорой на рядом стоящие зубы (partially restricting guide). Модель позволяет добиться более высокой точности, так как полностью направляет пилотное сверло, но следующие затем по размеру сверла устанавливаются вручную.

· Шаблон с опорой на слизистую оболочку (completely limiting guide). Полностью обеспечивает направление и контроль глубины, поэтому с помощью него достигается самый точный результат. Выделяют два распространенных метода изготовления данных шаблонов: путем переноса протетического плана на гипсовую модель и с помощью технологии CAD/CAM (компьютерный дизайн/производство под управлением компьютера).

Данные шаблоны полностью обеспечивают направление и контроль глубины сверла.

Изготовлены при помощи программы по данным КЛКТ и внутриротовых снимков пациента.

После зондирования области последующей имплантации и проведения рентгенологического исследования изготавливаются хирургические шаблоны (cast-based guides) в зуботехнической лаборатории на гипсовой модели при помощи метода горячей формовки.

Хирургические шаблоны, выполненные с помощью CAD/CAM технологии (CAD/CAM guides), изготавливаются по данным КЛКТ пациента и по шаблону окончательной ортопедической конструкции. После составления плана лечения также могут быть получены оптические слепки пациента.

Объединение данных КЛКТ и внутриротового оптического сканирования способствует детальному и точному предоперационному планированию.

Преимущества CAD/ CAM шаблонов

Существуют данные, что при использовании CAD/CAM шаблонов достигается высокая точность положения установленного дентального имплантата, по сравнению с имплантацией методом «свободной руки», а также шаблонами, изготовленными в лаборатории. Показано, что при имплантации с простыми шаблонами среднее значение отклонения в позиции планируемого и размещенного имплантата составляет 1,5 мм, а значение наклона – 8˚.Сравнительно с направляющими шаблонами CAD/CAM: отклонение 1 мм в планируемой позиции и 5˚ - в величине наклона. Отмечается, что можно добиться расположения имплантата с точностью до 0,1 мм.

Поскольку с помощью данных КЛКТ пациента, обработанных специализированным программным обеспечением, проводится грамотное предхирургическое планирование, продолжительность операции снижается, а результаты имплантации улучшаются. При этом лечение становится менее инвазивным, более быстрым и предсказуемым, что улучшает качество протезирования. В конечном счете, это дает уверенность хирургам в успешности проведения дентальной имплантации.

Несмотря на значительные преимущества CAD/CAM шаблонов в практике они применяются не так часто. Это связано с высокой стоимостью оборудования для 3D печати, что и ограничивает его применение.

Мы решили продемонстрировать, как с помощью настольного 3D принтера можно изготовить точные хирургические шаблоны и добиться приемлемых клинических результатов. Для этого рассмотрим клинический случай, при проведении которого использовали 3D принтер Form 2 и биосовместимую фотополимерную смолу Dental SG фирмы FormLabs.

Исследование точности

Для того чтобы CAD/CAM шаблоны соответствовали требованиям, они должны быть изготовлены в очень узких пределах допустимых значений. В настоящее время считается, что при напечатанной модели направляющий шаблон будет плотно припасован на зубные ряды или беззубые челюсти в том случае, если 80% от их окклюзионной поверхности и хирургической конструкции попадают в диапазон +/- 100 мкм (микрон) при условии, что модель шаблона правильно разработана. Сначала мы решили убедиться в том, что можно достичь данного этапа, используя смолу Dental SG на принтере Form 2, прежде чем количественно оценивать припасовку во время проведения клинического исследования.

В целях подтверждения того, что напечатанные шаблоны соответствуют или превосходят данный стандарт, был изготовлен набор из 6 хирургических шаблонов (4 полных и 2 частичных). Всего произведено 84 шаблона, которые были оцифрованы с помощью ортодонтического сканера 3Shape D900.

После сканирования сравнивали каждую модель со своим STL файлом и составили карту-схему, отображающую разницу показателей, используя измерительный прибор фирмы 3Shape (Convince Analyzer). Для гарантии того, что в подсчетах использовали наиболее важные участки шаблонов, были вовлечены только окклюзионные участки и хирургические конструкции.

В среднем приблизительно 93% от данных участков были в пределах допустимого диапазона +/- 100 мкн, который явно превышает уровень требуемого стандарта. Интервал распределения показывает, что значение 95% изготовленных таким образом шаблонов находится в области допустимых, учитывая среднеквадратическое отклонение измерений (+/-5%). Эти данные указывают на то, что использование принтера Form 2 в сочетании с полимером Dental SG, а также правильное выполнение манипуляций на заключительных этапах приведет к практическому применению направляющих шаблонов.

Клинический случай

Проводилось лечение, на основе которого необходимо определить можно ли с помощью данного уровня печати достичь приемлемых клинических результатов.

Анамнез и клиническое обследование

Пациентка в возрасте 26 лет обратилась за консультацией. Основная жалоба звучала следующим образом: “Я хочу сделать что-то более постоянное в месте отсутствующего зуба и увеличить маленький зуб на другой стороне”. Объективно: первичная адентия зуба 1.2., недостаток места в области зуба 2.2. В анамнезе проведенное раннее ортодонтическое лечение, после которого был установлен ретейнер на зубы 1.1. и 2.1 для сохранения места в области отсутствующего зуба для последующей имплантации и изготовлена пластинка с замещающим зубом в области 1.2 в эстетических целях. Составлен план лечения, который включал имплантацию зуба 2.3, изготовление винира на зуб 2.2 и композитную реставрацию зубов 1.3 и 1.1. План был одобрен пациенткой. Мы решили, что в то время когда будет проводиться имплантация, будет проведена санация полости рта на наличие кариозных поражений зубов.

Планирование лечения: оценка эстетики улыбки, снятие слепков, анализ рентгеновских снимков

Мы определили идеальные размеры латерального резца с учетом эстетики улыбки и провели wax-up моделирование зуба. Пациентка получила направление на КЛКТ исследование (аппарат Sirona Orthophos XG 3D, Sirona Dental; Bensheim, Germany). Верхний и нижний зубные ряды были разобщены на 3-4 мм в области жевательных поверхностей зубов, чтобы не произошел возможный скол реставраций.

Предоперационное обследование

Пациентка, с первичной адентией зуба 1.2, хочет заместить дефект с использованием имплантата.

Анализ КЛКТ проводился в программе планирования Blue Sky Bio’s implant treatment planning software. Минимальная толщина альвеолярного гребня составила 5-6 мм. Предположить исход имплантации без костной подсадки было бы очень трудно, если не использовать направляющее сверло. Напротив, применение высокоточных 3D-шаблонов, с направляющими для хирургических фрез, дает уверенность в том, что мы можем провести имплантацию с предсказуемым результатом.

Анатомические структуры, положение имплантата и модель хирургического шаблона

В программе создали виртуальный имплантат, имитирующий размеры используемого имплантата (Zimmer Eztetic 3.1 mm x 11.5 mm, Zimmer Biomet Dental, Palm Beach Gardens, FL). Аналогичным образом была смоделирована коронка по измерениям воскового зуба. Мы выбрали данный имплантат, поскольку необходимо сохранить максимальное количество кости в области тонкого альвеолярного отростка во фронтальном участке, к тому же получится избежать инвазивных и дорогостоящих манипуляций, добиваясь при этом хорошей эстетики.

После того, как все данные обследования пациента были загружены в программу дооперационного планирования, составили план проведения имплантации. Виртуальный имплантат установили в идеальную позицию по отношению к зубу 1.2 и wax-up. Моделирование участка шаблона было произведено с возможным достижением оптимальной стабильности, используя мезиально и дистально расположенные зубы от беззубого участка. Использовали те параметры, которые совпадали с размером сверла (Zimmer Guided Kit’s 22 мм drill).

Провели оптическое сканирование зубных рядов аппаратом Cerec Omnicam (Sirona Dental; Bensheim, Germany). Затем отформатировали изображения в .STL формат для работы в программе (Blue Sky Plan 3; Blue Sky Bio; Grayslake, IL, USA).

Самое высокое разрешение .STL файла было получено программой Blue Sky Bio. Плата взималась только при экспортировании файла и составляла от 1 400 – 2 800 рублей в зависимости от объема. Стоимость у других программ отличается.

Анализ КЛКТ в программе планирования имплантации показывает участок минимальной толщины костной ткани (5-6 мм).

Моделирование хирургического шаблона:

определение наклона для направляющей фрезы и позиционирование направляющей рукоятки.

Этапы изготовления, сборки и стерилизации

Электронная форма хирургического шаблона импортируется в бесплатную программу PreForm (Formlabs) для подготовки к 3D печати. Шаблон расположили в программе таким образом, чтобы сила «вычерчивания» сечения объекта была небольшая, но при этом излишки полимера удалялись. Фиксирующие пины были расставлены не на окклюзионных поверхностях - это сделано для точной припасовки шаблона. Затем пины были осторожно удалены, чтобы на следующем этапе обеспечить свободное прохождение металлических фрез. Полностью подготовленная форма была отправлена на печать, на изготовление которой ушло 10,49 мл полимера.

После завершения печати шаблон забирают с платформы и помещают на 20 минут в две емкости, содержащие 91% изопропиловый спирт. Даем высохнуть. На окончательном этапе устанавливают направляющую втулку из нержавеющей стали, которая совпадает с размером ключей Zimmer (Size A).

В конце шаблон упаковывают в крафтпакет и автоклавируют.

Окончательная модель радиологического шаблона перед перенесением на модель.

Хирургический шаблон был напечатан с помощью фотополимера на принтере Form 2, помещен в изопропиловый спирт, затем была проведена финишная обработка, вмонтирована направляющая металлическая гильза и осуществлена стерилизация.

Ход операции

Пациентке назначен четырехдневный курс антибиотиков Азитромицин по 500 мг в день, который начала за один день до операции. В предоперационной подготовке назначили полоскание 0,12% хлоргексидином глюконатом в течение 1 минуты. Произведена инфильтрация 1 карпулы раствора 4% септокаина в разведении 1:100 и 1 карпулы 2% раствора лидокаина в разведении 1:50 в области зуба 1.2 с вестибулярной и небной сторон.

Предварительно припасовав шаблон в полости рта пациентки и, убедившись в его стабильном положении, по направляющей втулке было сформировано отверстие (ложе). Во время сверления использовался ключ с сечением 2,85 x 22 мм с ирригацией 9% раствора хлорида натрия.

Далее шаблон вынимают и проверяют состояние костных структур на наличие фенестраций или дегистенций. Проделав отверстие на необходимое расстояние, установили имплантат с помощью наконечника (крутящий момент мотора в 30 Нсм). После этого сделали контрольный снимок установленного имплантата, чтобы удостовериться в его полном прохождении в кость.

Изготовили конструкцию, состоящую из временного абатмента (Zimmer) и пластмассовой коронки с соответствующей формой, и установили непосредственно в имплантат. После некоторого времени пациентка была направлена на повторное КЛКТ. Она продолжала носить ретенционную пластинку с замещающим зубом по указанию ортодонта, но произвели коррекцию аппарата, поскольку необходимо было снизить давление искусственного зуба на область установленного имплантата. Пациентку отпустили и дали рекомендации.

Обследование после операции

Получены положительные результаты. Выполнено повторное КЛКТ для проверки запланированного и конечного положения имплантата.

Dr . Whitley, Dr . Bencharit

Обсуждение

Для оценки клинических результатов операции имплантации мы сравнивали дооперационный план позиции имплантата и окончательное положение имплантата. Постоперационные снимки КЛКТ накладывались на первоначальный план в программе Blue Sky Bio. Плотность снимков регулировалась таким образом, чтобы имплантат отображался в одном окне, а зубы в другом. Такая постановка позволяет накладывать два снимка друг на друга по соответствующим зубам.

Анализ отклонения посредством наложения снимков между изначально спланированным и финальным фактическим положением имплантата выявил точное позиционирование. Вследствие эффекта рассеивания металла на изображении в КЛКТ, точную степень отклонения было сложно определить. Максимальное отклонение позиции имплантата в точке введения составило 0.23 мм. Максимальное отклонение по длинной оси имплантата -2,5°. Апикальные измерения не проводились, так как происходило искажение изображения как в области выходного отверстия в винте, так и при его отсутствии в виртуальном цилиндре имплантата.

В большинстве клинических исследований операций по хирургическому шаблону CAD/CAM, изготовленному на 3D принтере, окончательная точность позиционирования имплантата считалась успешной в рамках ожидаемых границ.

Планируемый (красный) имплантат.

Фактический (зеленый) имплантат.

Используемый в ходе операции напечатанный шаблон сравнили с хирургическим шаблоном модели .STL, преобразованном в программу планирования на наличие ошибок, связанных с работой принтера. Наложение планируемой и фактической модели показало, что максимальное отклонение положения в шаблоне составляет 0,1 мм. Исходя из этого, мы сделали вывод, что из 0,23 мм максимального отклонения позиции имплантата в точке введения, значение 0,1 мм было связано с процессом печати на принтере. Оставшийся процент ошибок исходил из других источников.

Самое главное, что точность установки имплантата была достаточна высокая - удалось добиться хорошего клинического результата у пациентки. Причем постоперационной снимок КЛКТ показал сохранение толщины костной ткани при надлежащей глубине установки имплантата.

Кроме того, применение хирургического шаблона сокращает время операции, при этом не определяется ось сверления и не осуществляется репозиции тканей. Таким образом, стандартная 60 минутная процедура занимает по времени только 20 минут.

Факторы, приводящие к ошибкам при изготовлении хирургических шаблонов:

· качество внутриротовых снимков

· качество КЛКТ

· точность расчетов в программе планирования

· разрешение принтера

· допустимые значения размеров фрез

· человеческий фактор

· движения пациента, во время получения снимков

Заключение

Как показывает практика, высокая стоимость производства хирургического шаблона ограничивает его использование. Чаще всего не было необходимости в переносе плана шаблона в зуботехническую лабораторию для окончательного моделирования и его производства. Цена зависела от лаборатории и сложности случая и составляла 31 500 – 63 000 рублей.

Результаты ясно дают понять, что технологический процесс может быть не затратным, при этом точность изготовляемых хирургических шаблонов достаточно высокая. Стоимость принтеров Form 2, по сравнению с другим оборудованием для 3D печати, применяемым в настоящее время в стоматологической практике, значительно ниже последних (420 000 р и 3 150 000 рублей соответственно). А небольшие габариты настольного принтера позволяют использовать его даже в стоматологическом кабинете.

Хирургические шаблоны могут быть изготовлены и по доступной цене. В нашем исследовании стоимость производства одного шаблона составила всего лишь 3 765.35 рублей.

Стоимость материалов для изготовления хирургического шаблона

Модель шаблона, отправленная на экспорт в программу планирования имплантации - 2 394 рублей*

Фотополимер Dental SG Resin (11 мл) - 605 рублей

Оригинальный контейнер (на 1 шаблон) - 123.75 рублей**

Направляющая втулка из нержавеющей стали (многоразовая) - 642.60 рублей

Общая стоимость производства - 3 765.35 рублей

* Цены зависят от выбранной программы планирования. Стоимость экспорта одного шаблона в программе Blue Sky Bio варьирует от 1 400 – 2 800 рублей в зависимости от объема покупки.

** Вычисление проведено путем разделения общей стоимости контейнера (9 900 рублей) на объем печати 80 шаблонов, используя один контейнер.

Самое главное, что при данных затратах на производство, качество хирургических шаблонов остается на должном уровне.

Клинический случай показал возможность точной установки имплантата в окончательное положение, находящееся в пределах допустимых значений, которые достигались при использовании предыдущих версий систем 3D печати, что в итоге дает хорошие результаты в лечении пациента.

Вы можете приобрести 3D-принтер FormLabs Form 2 в iGo3D по специальной цене!

Компания iGo3D является официальным партнером компании FormLabs, а также единственным дистрибьютором на территории Российской Федерации, Республики Беларусь и Казахстане.

Наши группы в социальных сетях:

VKontakte

Facebook

Instagram

Ваша команда iGo3D