L’impression 3D en odontologie
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Introduction : Aperçu historique
Initialement développée dans l’industrie aéronautique et automobile dans les années 60 afin de standardiser la réalisation de formes répétitives, l’application de la CFAO en dentisterie était un projet ambitieux voire chimérique car chaque pièce prothétique réalisée est unique et propre à chaque patient.
C’est François DURET en 1973 qui a eu l’idée de transposer ce concept à la réalisation de prothèses dentaires et fut alors de ce fait l’inventeur de la CFAO dentaire dont il a posé les bases dans sa thèse « L’empreinte optique ».
Grâce aux travaux de F. Duret, la CFAO a vu le jour et a chamboulé le monde de la dentisterie.
Dès lors, cette technologie n’a cessé d’évoluer et de se perfectionner dans le domaine de l’odontologie pour s’imposer comme un outil de travail incontournable à l’ère du numérique.
Dans cet article dédié à la CFAO dentaire, la première partie sera consacrée à la définition de la chaine CFAO, ses différents composants et leurs caractéristiques. Ensuite, nous allons exposer les différentes classifications de la chaine CFAO dentaire détailler ses applications, ses avantages et ses limites.
Définition
La chaine CFAO dentaire (Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur) ou CAD/CAM (Computer Assisted Design / Computer Assisted Manufacturing) est un ensemble de moyens technologiques coordonnés (CAO, FAO) permettant l’enregistrement (Acquisition) sous forme numérique des données cliniques analogiques et la modélisation virtuelle (CAO) puis la réalisation matérielle (FAO) d’un dispositif médical sur-mesure.
Elle concerne donc toutes les spécialités de l’odontologie impliquant des dispositifs médicaux sur mesure.
Flux numérique et composants de la chaine CFAO dentaire
Une chaîne CFAO dentaire complète est constituée de 4 maillons séparés par des interfaces :
1ermaillon : L’acquisition des données
L’acquisition consiste en la numérisation des données cliniques suivie d’une étape de traitement. Elle peut se faire directement en bouche par une caméra intra-orale ou par scannage des moulages en plâtre ou encore des empreintes.
Figure 1 Caméra intra-orale optique
2èmemaillon : La CAO
La CAO (conception assistée par ordinateur)est un processus de création d’objets virtuels grâce à une représentation graphique. Elle comporte une étape préalable à la conception des prothèses appelée « post-traitement » des points obtenus lors de l’étape d’acquisition par empreinte optique. A l’issue de cette étape on obtient le modèle virtuel qui s’affiche à l’écran après la numérisation.
3èmemaillon : La FAO
La FAO (fabrication assistée par ordinateur) est un processus de réalisation d’objets donc de matérialisation physique d’un objet virtuel (créé par CAO). Elle permet la génération des parcours d’usinage par un logiciel dédié qui détermine les positions des outils lors de la fabrication.
4èmemaillon : La MOCN (Machine-outil à commande numérique)
C’est le 4èmeet dernier composant de la chaine CFAO dentaire, responsable de la fabrication. C’est une machine-outil programmable équipée d’une commande numérique.
Le procédé de fabrication se fait soit :
- Par soustraction (par enlèvement de matière) : on parle de fabrication soustractive principalement l’usinage par fraisage.
- Par addition (par ajout de matière) : on parle de fabrication additive plus connue sous le nom d’impression 3D. Les principaux procédés additifs de mise en forme sont : la stéréolithographie (SLA), la Fused Deposition Modeling (FDM), la Micro-fusion laser (SLM) et le frittage laser (SLS).
Figure 2 Imprimante 3D (Technique SLA)
| SLA | FDM | SLM | SLS |
| La stéréolithographie par photopolymérisation (StéréoLithography Apparatus) | Fused Deposition Modeling | Micro-fusion laser sélective (Selective Laser Melting) | Frittage laser (Selective Laser Sintering) |
| Procédé chimique Polymérisation progressive par rayon laser d’une résine spéciale sensible. Une fois la couche solidifiée le laser continue à balayer le bain de résine liquide en le chauffant pour la polymériser et la faire durcir jusqu’à la formation de l’objet complet par couches successives. | Procédé physique Dépôt de filament de polymère thermoplastique chauffé à sa T° de plasticité couche par couche à travers une buse pour former l’objet escompté. | Procédé physique Dépôt de couches successives associé à un laser qui balaye un lit de poudre métallique pour le faire fondre jusqu’à la formation de la pièce métallique | Procédé physique Dépôt de couches successives associé à un laser qui balaye chaque couche pour permettre son frittage jusqu’à l’obtention du modèle souhaité |
La CFAO dentaire directe, semi directe ou indirecte ?
L’évolution de la CFAO nous permet de distinguer 3 méthodes différentes :
La CFAO directe
Permet au praticien de réaliser une prothèse en une seule séance. Toutes les étapes sont réalisées au sein du cabinet. L’empreinte optique intra-buccale est traitée sur place jusqu’à la confection de la restauration ; inlay, onlay, facette céramique, couronne unitaire ou encore bridge provisoire.
La CFAO semi-directe
Passe par au moins une étape au cabinet dentaire ; l’acquisition réalisée par le praticien pouvant être traitée au cabinet pour faire la CAO ou transmise à un laboratoire ou un centre d’usinage en ligne en temps réel ce qui permet une interaction immédiate avec le fabricant pour la confection de l’infrastructure ainsi que du cosmétique.
La CFAO indirecte
Le praticien réalise une empreinte classique chimico-manuelle, qu’il transmet au prothésiste ou au centre d’usinage. Toutes les étapes de la chaine sont donc externalisées.
Les techniques semi-directe et indirecte font appel à des laboratoires ou à des centres d’usinage pour l’élaboration de restaurations plus complexes avec des matériaux plus difficiles à travailler en cabinet dentaire.
Chaine ouverte versus chaine fermée
Cette notion définit la faculté d’intervenir dans un maillon de la chaine CFAO ou de le changer dans un flux numérique.
Système fermé ou chaine de CFAO « fermée »
Dans ce premier cas tous les composants de la chaine sont imposés par le fabricant. Une fois l’acquisition effectuée, aucune sortie de la chaine et donc aucun export de données n’est possible mis à part la fabrication finale.
Système ouvert ou chaine de CFAO « ouverte »
Le praticien a le choix d’acquérir les différents maillons de fabricants différents en fonction de ses besoins et des caractéristiques spécifiques de chaque composant. La sortie de la chaine est possible après chaque étape et l’export de fichiers également. Ce type de système permet de modifier un maillon en entier ou certains paramètres et d’accéder aux données obtenues.
Notion de compatibilité
C’est la « compatibilité » entre les différents maillons choisis de la chaine qui désigne la faculté de deux systèmes numériques (logiciel ou matériel) à échanger des données sans altération de l’information. Ceci représente le minimum requis pour que l’intégration de deux systèmes numériques consécutifs dans un même flux numérique soit possible. Elle représente un critère important dans le choix de la chaine CFAO.
Quels matériaux en technique CFAO ?
Comparée aux techniques classiques, la CFAO offre une palette de matériaux plus variée afin de satisfaire tous les types de restaurations. Les matériaux utilisés dépendent du procédé de fabrication adopté par soustraction ou addition et sont principalement des matériaux esthétiques ; résines, céramiques de toute sorte (feldspathiques, vitrocéramiques, alumineuses, cristallines à base d’alumine ou de zircone) et matériaux hybrides.
Aujourd’hui, le praticien dispose de blocs de matériaux de pleine teinte mais aussi de blocs dégradés selon une direction (Empress CAD Multi…) ou plusieurs directions (MkII Real Life) ou encore à translucidité variable (Empress CAD et eMax CAD). Les fabricants proposent aussi des blocs de céramiques cristallines teintées.
Ainsi, la CFAO a permis de mettre en avant des matériaux autre, que les alliages métalliques et produits utilisés en technique traditionnelle ce qui a permis de banaliser les restaurations tout-céramique.
Quelles applications de la CFAO ?
L’utilisation de la technologie CFAO a abouti à l’amélioration des solutions thérapeutiques existantes et a ouvert la voie à de nouvelles solutions.
Les domaines d’applications de la CAD/CAM vont de la dentisterie restauratrice, la prothèse en passant par l’implantologie, la chirurgie orale mais aussi l’orthodontie.
Cette technique permet la réalisation de restaurations indirectes (inlays, onlays), de prothèses fixées unitaires et plurales, d’inlay-cores, de facettes, de prothèses fixées supra-implantaires (collées ou vissées) et même de prothèses provisoires.
Elle trouve aussi son application dans les prothèses amovibles et prothèses amovibles sur implants.
En prothèse adjointe, les logiciels dédiés sont à même de concevoir les bases de prothèses complètes, les châssis métalliques en prothèse partielle et de simuler l’occlusion du patient sur articulateur virtuel.
Elle est aussi utilisée pour la confection de prothèses maxillo-faciales Pour chaque application les procédés de fabrication et les matériaux diffèrent mais le flux numérique reste sensiblement le même.
En implantologie, la CFAO permet de fabriquer des piliers individualisés, des barres implantaires sur mesure et des guides chirurgicaux implantaires pour guider le geste chirurgical lors de la pose d’implants.
En orthodontie la CFAO a permis le développement d’un nouveau traitement pour la correction des malocclusions par des gouttières d’alignement dites invisibles qui représente une alternative au traitement orthodontique conventionnel. Parmi les solutions logicielles développés pour l’orthodontie par CFAO nous pouvons citer Invisalign®. Ces logiciels permettent d’archiver les modèles numériques obtenus par empreinte optique, de planifier les traitements en réalisant des set-up et d’exploiter les données céphalométriques.
Figure 3 Gouttière invisible d’alignement
Grâce à la CFAO, l’étape de collage est optimisée par la confection de gouttière de collage indirect permettant de transférer fidèlement et rapidement la position des brackets orthodontiques sur les dents du patient. La CAD/CAM permet également de confectionner les guides d’ostéotomie et de repositionnement (dans le cas d’ortho-chirurgies Lefort, de reconstruction mandibulaire), de confectionner les orthèses ODF, les appareils d’interception et les modèles…
Figure 4 Gouttière de collage orthodontique indirect
Quelles applications de la CFAO ?
Cette technologie offre d’innombrables avantages non seulement pour le dentiste mais aussi pour le patient et le prothésiste.
Pour le praticien :
Rapidité, gain de temps et confort :
L’utilisation d’empreintes optiques élimine un certain nombre d’étapes de la chaine prothétique. Cela permet une mise en œuvre rapide et efficace et donc un gain de temps considérable et un protocole standardisé avec un besoin moindre de retoucher les restaurations tout en garantissant la fiabilité.
Gains de productivité et de rentabilité :
Outre la productivité au cabinet qui se trouve optimisée grâce au raccourcissement des délais de fabrication, le nombre de séances est réduit à une séance unique en CFAO directe. Ceci est un gage de rentabilité au quotidien pour le cabinet.
Gain de précision, régularité et traçabilité :
Le protocole rationnel qu’offre la CFAO par une réduction des étapes de la chaine prothétique et donc des risques d’erreurs, améliore la précision des restaurations.
Par ailleurs, le numérique permet d’assurer la régularité des dispositifs médicaux et d’optimiser leur traçabilité.
Arsenal thérapeutique enrichi :
Le praticien a de nouveaux matériaux et procédés à sa disposition, entre autres l’impression 3D, ce qui lui permet la diversification des actes accomplis et des soins prodigués au quotidien. La maitrise de la technique numérique passe par une phase d’apprentissage avec la manipulation de nouveaux matériaux, la connaissance de leurs propriétés spécifiques, indications et limites, ainsi que des nouveaux outils de travail allant de la caméra intra-orale ou le scanner d’empreinte (silicone ou alginate) à la machine-outil à commande numérique (MOCN) en passant par les logiciels de CFAO. Cela permet l’épanouissement du praticien au quotidien.
Image de marque améliorée :
Le large éventail de matériaux et les nouvelles solutions thérapeutiques qu’offre la CFAO permet au praticien de se démarquer en valorisant son travail et le plateau technique de son cabinet et de proposer à ses patients une dentisterie plus moderne.
Pour le patient
Des traitements prodigués de meilleure qualité:
Grâce à la technique CAD/CAM les patients bénéficient aujourd’hui de restaurations non seulement plus esthétiques, biomimétiques et biocompatibles mais aussi plus précises.
La dématérialisation des tâches tout au long de la chaîne prothétique évite le cumul d’imprécisions inhérentes aux techniques traditionnelles. En raison de l’émergence de nouveaux matériaux innovants, il est nécessaire d’élaborer rapidement des normes de sécurité et de qualité du produit final ce qui garantit la qualité irréprochable des restaurations élaborées par CFAO.
Confort du patient :
L’élimination de l’étape d’empreinte physique (alginate ou silicone) souvent jugée trop agressive par les patients en technique CFAO est très appréciable. Le recours à une seule anesthésie au lieu de deux, l’élimination de provisoire sont des avantages indéniables. Les séances sont plus courtes et confortables et leur nombre s’avère réduit ; certains traitements pouvant se faire en une séance unique préparation comprise grâce à la CFAO directe.
Coût réduit
Le raccourcissement des délais et la diminution des ressources humaines nécessaires pour fabriquer les restaurations par CFAO, associés au développement du marché, se traduisent par la diminution de leur coût.
Avantages pour le prothésiste
Les avantages du cabinet deviennent ceux du laboratoire. Le prothésiste reçoit instantanément une empreinte numérique d’une grande précision ce qui réduit les sources d’erreurs dues parfois à des interprétations subjectives ce qui permet l’augmentation de la rapidité d’exécution et de la productivité.
Optimisation de la communication dans le trinôme : Patient-praticien-prothésiste :
Praticien-Prothésiste
En CFAO semi-directe et indirecte, le praticien communique avec le laboratoire spécialisé en temps réel via internet d’où un échange intéressant des deux parties dans leurs domaines d’expertise.
Patient-Praticien
La communication avec le patient est facilitée grâce au flux de données numériques. Ces technologies permettent de multiplier les interfaces d’échange et d’information.En effet, le choix thérapeutique et le plan de traitement proposé sont argumentés par un support explicatif visuel précis en toute simplicité avec des images affichées à l’écran. Les patients ont alors la possibilité de discuter de la teinte et la forme des dents et de la technique utilisée avec le praticien.En s’affranchissant du jargon médical, les patients arrivent à mieux projeter virtuellement le résultat final de leur traitement et sont rassurés quant à la qualité de celui-ci. Ainsi, le cabinet gagne en crédibilité et une relation de confiance s’établit entre les deux parties.
Bénéfice Ecologique
La baisse des volumes de matériaux utilisés en technique conventionnelle et des déchets notamment grâce au recours aux empreintes optiques et à la fabrication additive, a un impact positif indéniable sur l’environnement.
Les limites de la technique CFAO
En dépit des nombreux avantages cités précédemment bon nombre de praticiens restent toutefois réticents à l’adoption de la CFAO dans leur pratique quotidienne. Ceci peut s’expliquer par les motifs suivants :
- Coût d’investissement et de maintenance exubérants surtout pour les jeunes praticiens ou les petits cabinets. Néanmoins, le développement du marché mènera à terme à une diminution de ces coûts.
- Prothésiste partenaire non équipé
- Manque d’intérêt et de temps nécessaires à l’apprentissage de la technique CFAO
- Rendu esthétique de la céramique usinée maquillée souvent jugé inférieur à la céramique stratifiée selon la technique traditionnelle.
- Indications cliniques limitées
Bénéfice Ecologique
L’avènement de la CFAO a révolutionné le monde du dentaire. Cette technologie a permis d’ouvrir la voie à de nouvelles possibilités thérapeutiques ainsi qu’au développement de nouveaux matériaux. Malgré l’essor considérable qu’elle a connu, le nombre de dentistes équipés en France reste faible. Pour certains, la conversionreprésente une transition importante qui viendra bouleverser leurs pratiques.
Les gains indéniables de précision, de temps et de confort pour le praticien ainsi que pour le patient sont des motifs qui devraient inciter de plus en plus de dentistes à sauter le pas vers une dentisterie numérique. Lors de l’acquisition d’une chaine de CFAO dentaire, il faut bien veiller à choisir un équipement adapté en termes de performances, d’ergonomie et surtout de compatibilité.
