Digitaaliset jäljennökset

Historiaa

Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM) -teknologia on ollut käytössä teollisuudessa yli 50 vuotta. Se sai alkunsa 1950-luvulla, kun käyttöön otettiin numeerisesti ohjatut laitteet. Hammaslääketieteessä CAD/CAM-teknologia on 1980-luvulta lähtien mahdollistanut sen, ettei yksinkertaisissa hoidoissa ole tarvinnut käyttää perinteisiä jäljennöksiä. Tri Francois Duret esitti väitöskirjassaan vuonna 1973 ajatuksen laitteesta, joka voisi "lukea" preparoitua hammasta ja valmistaa sitten siihen sopivan proteettisen rakenteen. Vuonna 1983 hän jätti Yhdysvalloissa patenttihakemuksen, jossa kuvattiin kyseistä prosessia ja laitetta (2), ja Association dentaire de France -järjestön kokouksessa Pariisissa 1985 hän valmisti ja sovitti kruunun vaimolleen tätä tekniikkaa käyttäen (3). Samaan aikaan hammaslääkäri Werner Mörmann ja sähköinsinööri Marco Brandestini kehittivät järjestelmän, joka vuonna 1987 tultaisiin esittelemään ensimmäisenä kaupallisena, hammaslääketieteelliseen käyttöön tarkoitettuna CAD/CAM-järjestelmänä (4).

CAD/CAM-järjestelmän käyttö vastaanotolla

Digitaaliset jäljennösjärjestelmät voidaan jakaa kahteen ryhmään. Ensimmäiseen kuuluvat ainoastaan jäljennöksen tekemiseen tarkoitetut järjestelmät ja toiseen järjestelmät, joilla voidaan sekä ottaa jäljennös että valmistaa proteettinen rakenne. Käytettäessä ensinnä mainittuun ryhmään kuuluvaa järjestelmää digitaalinen tiedosto lähetetään laboratorioon, joka valmistaa toivotunlaisen proteettisen rakenteen. Jälkimmäisen tyyppisissä järjestelmissä hammaslääkäri käsittelee itse digitaalisen tiedoston ja voi valmistaa proteettisen rakenteen paikan päällä järjestelmään kuuluvan jyrsimen avulla. Tällaisissakin järjestelmissä on tosin myös mahdollisuus lähettää tiedosto hammasteknikolle proteettisen rakenteen valmistusta varten. Tämä voi olla aiheellista esimerkiksi silloin, kun kyseessä on implantti- tai siltatyö.

Jäljennösjärjestelmät

Seuraavaksi esittelemme viisi markkinoilla nykyään olevaa, erilaista digitaalista jäljennösjärjestelmää: Lava C.O.S., CEREC, E4D, iTero ja Trios. Lava C.O.S., iTero ja Trios ovat itsenäisiä järjestelmiä, joita ei ole kytketty jyrsimeen. Toiseen ryhmään kuuluvat CEREC ja E4D, joissa on ohjelmistot restauraatioiden valmistamiseksi ja jotka on yhdistetty jyrsimeen. Digitaalisen jäljennöksen ottamisessa käytetään intraoraaliskanneria. Se kuvaa preparoidun hampaan, viereiset hampaat ja vastakkaisen leuan sekä useimmiten myös rekisteröi purennan. Eri laitteet käyttävät erilaisia tekniikoita digitaalisen kuvan valmistamiseksi. Jotkut järjestelmät vaativat titaanidioksidijauheen käyttöä preparoidun hampaan tai preparoitujen hampaiden kontrastin lisäämiseksi skannauksen yhteydessä. Itse skannaus kestää useimmiten vain 3–4 minuuttia.

Skannauslaite on sijoitettu hammaslääkärin tuolin viereen siten, että käyttäjä voi seurata skannauksen etenemistä näytöltä. Kun skannaus on valmis, järjestelmä työstää saadun tiedon algoritmien avulla virtuaaliseksi 3D-malliksi. Malli rakentuu kuvatun alueen referenssipisteiden perusteella. Nämä pisteet yhdistetään, ja näin saadaan kuva, jossa on sekä leveys-, korkeus- että syvyysulottuvuus. Kun käyttäjä on tarkistanut, että skannaus on oikein rekisteröity, pelkästään jäljennöksen tekemiseen tarkoitetuista järjestelmistä lähtee eteenpäin tiedosto, jonka avulla proteettisen rakenteen työmalli tai runkorakenne valmistetaan. Niissä järjestelmissä, joihin kuuluu sekä jäljennöslaite että jyrsin, skannausprosessi itsessään on edellä kuvatun kaltainen. Käyttäjän on tarkistettava digitaalinen malli varmistaakseen, että kaikki tärkeät yksityiskohdat ovat mukana ja sen jälkeen merkittävä preparointiraja (kuva «»2). Tämän jälkeen järjestelmä tekee ehdotuksen proteettiseksi rakenteeksi (kuva «»3). Laitteen käyttäjän on tarkistettava rakenne-ehdotuksen ääriviivat, kontaktit, paksuus ja anatomia. Valmis, hyväksytty restauraatioehdotus lähetetään jyrsimen työstettäväksi (kuva «»4). Laitteen kammioon sijoitetaan tarkoituksenmukainen jyrsintäaihio, ja valmistus voi alkaa. 5–20 minuutin jälkeen proteettinen rakenne on sovitusta vaille valmis. Lopuksi restauraatio värjätään ja kiiltopoltetaan, minkä jälkeen se voidaan sementoida.

Kuva 2. Skannattu preparoitu hammas, johon on merkitty preparointiraja. Kuvakaappaus: Jan Kirkedam.

Kuva 3. Valmis rakenne-ehdotus. Purupinnat on merkitty sinisellä. Kuvakaappaus: Jan Kirkedam.

Kuva 4. Jyrsintäaihioon sijoitettu rakenne-ehdotus. Kuvakaappaus: Jan Kirkedam.

Jäljennöslaitteiden tekniset toimintaperiaatteet

Skannerit käyttävät tietojen keräämisen kahta eri tekniikkaa: video- tai still- kuvaa.

Stillkuvat voidaan ottaa joko triangulaation tai rinnakkaisen konfokaaliskannauksen avulla (5). Kolmiulotteisen mallin luovat tekniikat perustuvat erilaisiin valolähteisiin ja tapoihin käyttää valoa. Eri järjestelmien yhtäläisyyksien ja eroavaisuuksien ymmärtäminen ei ole aivan helppo tehtävä, koska eri valmistajat ovat kehittäneet omat tekniikkansa. Lisäksi jokaisella valmistajalla on omat kuvauksensa näistä tekniikoista, mikä sekin vaikeuttaa vertailua (taulukko « Katsaus käytettävissä olevista järjestelmistä ja niiden tärkeimmät tekniset peruspiirteet (11).»1).

Valmistuslaite/jyrsin

Valmistuslaite jyrsii aihiosta valmiin proteettisen rakenteen. Proteettisten konstruktioiden valmistuksessa voidaan nykyään käyttää monia erilaisia keraameja ja polymeerisiä materiaaleja. Valmistusprosessia kuvataan tarkemmin toisessa artikkelissa.

Käyttöaiheet

Digitaalista jäljennöstekniikkaa voidaan käyttää apuna useimpien hampaisiin tehtävien korvaavien rakenteiden valmistuksessa. Niissä järjestelmissä, jotka ainoastaan ottavat jäljennöksiä, on valmistajien mukaan varsin vähän rajoituksia. Näilläkin järjestelmillä on kuitenkin haasteellista skannata hampaita, jotka on preparoitu fasadeja tai kruunuja varten, koska nämä edellyttävät erillisiä työmalleja. Toinen haastava tehtävä on juurikanavien jäljentäminen nastaa varten.

Digitaalinen jäljennös lähetetään hammasteknikolle aivan kuten perinteinen jäljennöskin. Niissä järjestelmissä, joissa on jyrsin, käyttöaiheita rajoittavat jyrsintäaihioiden tyyppi ja koko sekä jyrsimen kapasiteetti. Nämä rajoitukset pätevät kuitenkin vain, jos hammaslääkäri haluaa tehdä kaiken itse. Myös jyrsimen sisältävissä järjestelmissä digitaalinen jäljennös on mahdollista lähettää hammasteknikolle, joka voi valmistaa vaativampia proteettisia töitä (taulukko «Eri järjestelmien käyttöaiheet.»2). Kaikki järjestelmät on mahdollista kytkeä KKTT-laitteeseen kolmannen osapuolen ohjelmiston kautta esimerkiksi implanttihoidon yhteydessä.

Käyttäjäkokemukset

Käyttäjäkokemukset ovat suhteellisen samanlaisia riippumatta järjestelmästä. Kaikkiin järjestelmiin kuuluu intraoraalinen skannauslaite, jota aloittelijankin on suhteellisen helppo käsitellä. Laitteet ovat erikokoisia, ja tästä syystä kokematon käyttäjä pääsee joillakin laitteilla alkuun helpommin kuin toisilla; mutta kuten yleensäkin, harjoitus tekee mestarin, ja totuttelemalla kaikki järjestelmät saa toimimaan tyydyttävästi. Eri järjestelmien ohjelmistot ja käyttöliittymä asettavat nekin erilaisia vaatimuksia laitteen käyttäjälle. Vuonna 2012 tehty tutkimus (13) osoitti, että kokokeraamisten kruunujen, jotka oli valmistettu Lava C.O.S.-, CEREC AC Bluecam- ja iTero-laitteilla tehtyjen digitaalisten jäljennösten avulla, tarkkuus oli samalla tasolla kuin perinteisten jäljennösten avulla tehdyissä kruunuissa. Artikkelissa todetaankin, että digitaalisia jäljennöstekniikoita voidaan pitää kliinisenä vaihtoehtona perinteisille jäljennöksille kiinteiden proteettisten rakenteiden valmistuksessa. Toisessa tutkimuksessa vuonna 2013 (14) todettiin, että koko leuasta otetut perinteiset jäljennökset olivat tarkempia ja niihin oltiin tyytyväisempiä kuin vastaaviin digitaalisiin jäljennöksiin. Tutkimuksen tarkoituksena oli testata uudentyyppistä referenssiskanneria, jota käytettäisiin tutkimaan intraoraaliskannereilla tehtyjen jäljennösten oikeellisuutta ja tarkkuutta. Lee työtovereineen (15) puolestaan osoitti, että hammaslääkäriopiskelijat, joilla ei ollut kokemusta digitaalisesta tai perinteisestä jäljentämisestä, käyttivät vähemmän aikaa implanttien jäljentämiseen digitaalisella kuin perinteisellä menetelmällä, ja lisäksi heidän tekemiensä digitaalisten jäljennösten laatu oli parempi kuin perinteisten silikonijäljennösten.

Kaikissa digitaalisissa jäljennösjärjestelmissä on etunsa ja haittansa, mutta useimmat järjestelmät pystyvät tuottamaan laadultaan tyydyttäviä kolmiulotteisia tiedostoja, joita voidaan käyttää hammasteknisten töiden valmistuksessa – joko digitaalisesti (CAD/CAM) tai fyysisten mallien avulla tapahtuvissa valmistusprosesseissa. Digitaalisten jäljennösjärjestelmien edut ja haitat on esitetty taulukossa «CAD/CAM-järjestelmien edut ja haitat. Taulukko on mukaelma teoksen Aktuel Nordisk Odontologi 2010 luvusta "Optiske intraorale avtrykk" (16).»3.

Päätelmät

Digitaaliset jäljentämislaitteet eivät vielä ole laajalti käytössä. Todennäköisesti suhteellisen korkeat investointikustannukset ovat syy siihen, että näitä järjestelmiä ei vielä ole kaikilla hammaslääkärivastaanotoilla Pohjoismaissa. Kuten muidenkin teknisten laitteiden, tulevat näidenkin hinnat kuitenkin todennäköisesti laskemaan tulevaisuudessa.

Valittavana on laitteita, jotka ainoastaan ottavat jäljennöksiä, sekä laitteita, jotka sekä ottavat jäljennöksen että valmistavat proteettisen rakenteen. E4D ja CEREC ovat tavarantoimittajien mukaan ainoat ns. "all-in-one"-järjestelmät. Pelkästään jäljennöksiä ottava laite on voitava yhdistää toisen valmistajan jyrsimeen, mutta tällöin hammaslääkärin on itse huolehdittava siitä, että järjestelmät toimivat yhdessä. Tällä hetkellä ei ole tavarantoimittajia, jotka tarjoaisivat eri valmistajan jäljennöslaitteen ja jyrsimen ja takaisivat niiden saumattoman integraation.

Pelkästään jäljennösten ottamiseen tarkoitettua laitetta käyttäessä voi vapaammin valita halutun proteettisen rakenteen, kun taas "all-in-one"-järjestelmässä käyttäjä on sidottu niihin aihioihin, joita juuri asianomaiseen jyrsimeen on saatavissa.

Kuten muillakin elämänalueilla, myös hammaslääketieteessä digitalisaatio saa yhä enemmän jalansijaa; hyvinä esimerkkeinä tästä ovat anestesia ja röntgenkuvaus. On luonnollista, että myös protetiikka kehittyy tähän suuntaan. Digitaalinen jäljentäminen ja CAD/CAM-järjestelmät ovat jo mullistaneet hammastekniikkateollisuuden, ja hyvin monet hammasteknikot ovat investoineet pöytäskannereihin saadakseen jäljennökset ja mallit digitaaliseen muotoon.

On jo lähes 30 vuotta siitä, kun CEREC tuli markkinoille. Digitaalisten jäljennösjärjestelmien kehitys on kiihtynyt viime vuosina, ja nyt on kenties tullut aika ottaa vielä yksi askel eteenpäin – siirtyä hammaslääketieteessäkin digitaaliseen arkeen.

Sanastoa

STL: Standard Tesselation Language tai STereoLithography, digitaalinen tiedostomuoto

SLA: StereoLithogrAphy; additiivinen valmistusmenetelmä, jossa malli rakennetaan ultraviolettivalolla kovetetusta resiinistä

CAD: Computer-Aided Design, mallin suunnittelu tietokoneen avulla

CAM: Computer-Aided Manufacturing, mallin valmistus tietokoneen avulla

CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, digitaalinen anturityyppi

CBCT: Cone Beam Computed Technology (suom. kartiokeilatietokonetomografiateknologia); lääketieteellinen kuvantamismenetelmä, jota käytetään röntgenkuvauksessa

Jyrsintäaihio: esimerkiksi maasälpäposliinista tehty aine, josta proteettinen rakenne muotoillaan jyrsimessä

Algoritmi: tarkka kuvaus rajallisesta määrästä työvaiheita ongelman tai useiden ongelmasarjojen ratkaisemiseksi.

Digital Impressions

When lost teeth or tooth substance with indirectly manufactured restorations are replaced, an impression must be taken. Nowadays, digital intra-oral impressions can be taken for most of the common restorations. On the basis of the digital impression some restorations can be manufactured in-office while others have to be made by a dental technician.

Systems of digital impression are based on video or picture-capturing technology. The collected data are used to produce virtual working models and prosthetic constructions.

Some of the advantages of taking a digital impression are the absence of impression material in the patient´s mouth, elimination of possible sources of handling error, and easy archiving. The greatest disadvantages so far have been high investment cost, low product variety, and limited level of indication.