Projektować, ciąć, drukować. Technologia 3D w stomatologii

Lekarze dentyści coraz śmielej sięgają po rozwiązania technologii 3D. Wydrukowane dzięki technologii 3D protezy kończyn, naczynia krwionośne czy fragmenty kości twarzoczaszki, nikogo już nie zaskakują – pisze Lucyna Krysiak.

Projekty opierające się na tej technice są też wykorzystywane w stomatologii. Jak daleko w tym do codziennej praktyki dentystycznej?

Tytanowe rusztowanie

Wskutek urazów czy chorób, np. nowotworów, może dojść do zaniku struktury kostnej szczęki i żuchwy. Najczęściej jednak to efekt wczesnej utraty zębów oraz braku wystarczająco wczesnej rekonstrukcji uzębienia z zastosowaniem implantów. W takiej sytuacji tkanka kostna nie jest fizjologicznie obciążana podczas żucia i ulega stopniowemu zanikowi. Jej kondycję może pogarszać stosowanie ruchomych protez osiadających, ponieważ opierają się one na podłożu kostnym, uciskają i z czasem powodują jego zanik, wówczas nie ma miejsca, aby wszczepić implanty zębowe.

Zanik kostny może się pogłębiać, co wpływa na estetykę profilu twarzy pacjenta i zgryz, a może też skutkować pojawieniem się np. schorzenia stawów skroniowo-żuchwowych i bólu podczas żucia. Specjaliści chirurgii szczękowo-twarzowej z SE + Studia Stomatologii Estetycznej w Krakowie pod kierunkiem dra Radosława Witkowskiego realizują projekt (finansowany ze środków unijnych w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego) z wykorzystaniem innowacyjnej technologii CAD/CAM w projektowaniu i druku 3D specjalnej siatki służącej do odbudowy kostnej fragmentów żuchwy i szczęki.

– Metoda ta zakłada przygotowanie tytanowego rusztowania (siatki) zaprojektowanego indywidualnie dla każdego pacjenta, wydrukowanego w technologii 3D, dzięki czemu odbudowywana kość zyskuje anatomiczny kształt. To rozwiązanie pozwala na odtworzenie jej w trójwymiarowych zanikach, trudnych z perspektywy rekonstrukcji – wyjaśnia dr Radosław Witkowski, który uzupełnienia kostne żuchwy lub kości szczękowej w technologii CAD/CAM wykonał już u 60 pacjentów. Podkreśla, że projekt zakłada opracowanie takiej metody leczenia, która będzie mogła zostać wdrożona powszechnie w gabinetach dentystycznych. Zastrzega jednak, że by z tą technologią móc trafić „pod strzechy”, trzeba jeszcze opracować procedury postępowania, które staną się standardem.

Leczenie zaniku kostnego w technologii 3D składa się z kilku etapów. Najpierw określana jest wielkość i kształt siatki tytanowej, która po zaprojektowaniu i wydrukowaniu z użyciem technologii CAD/CAM jest umieszczana w szczęce lub żuchwie pacjenta. Jednocześnie następuje odbudowa ubytków kostnych przy użyciu materiałów kościotwórczych, które układane są we wnętrzu siatki mającej za zadanie nadania kształtu rekonstruowanej kości. Okres wgajania rusztowania (siatki) i odbudowy trwa od 4 do 6 miesięcy, w zależności od tego, jak jest rozległa.

Blok kostny frezowany 3D

Leczenie z wykorzystaniem technologii CAD/CAM jest mniej inwazyjne i możliwe u osób nawet z bardzo zaawansowanym zanikiem. Chirurgia stomatologiczna poszła jednak jeszcze dalej. W rekonstrukcji zaników kostnych zastosowano personalizowany przeszczep kostny w trójwymiarowej rekonstrukcji twarzoczaszki.

Nadzorująca projekt prof. Marzena Dominiak, kierownik Katedry i Zakładu Chirurgii Stomatologicznej UM we Wrocławiu, wraz z prof. Tomaszem Gedrange, specjalistą ortodontą z Uniwersytetu Technicznego w Dreźnie, podkreślają, że jest to zupełnie nowatorskie podejście do problemu rekonstrukcji ubytków kostnych twarzoczaszki. Z założenia takie ubytki powstają najczęściej jako wynik procesów genetycznie uwarunkowanych (np. deformacje szczękowo-twarzowe, hipodoncja) lub nabytych (np. zębopochodne procesy zapalne, urazowe czy też nowotworowe), które prowadzą do utraty kości i zębów o różnym stopniu zaawansowania i rozległości.

– Niezależnie od przyczyny, jest wiele metod rekonstrukcji, ale są one obciążone różnymi niepowodzeniami i nie doprowadzały do całkowitej poprawy i rehabilitacji powstałych zmian. Metoda personalizowanej rekonstrukcji kości wyrostka zębodołowego w trzech wymiarach z wykorzystaniem frezowanych bloków allogennych, m.in. jako element przygotowujący pacjenta do leczenia ortodontycznego w przypadkach granicznych lub jako leczenie komplikacji powstałych w trakcie terapii, umożliwiła pionową odbudowę kości przy istniejącym uzębieniu i jest to pierwsze w świecie tego rodzaju rozwiązanie – tłumaczy prof. Marzena Dominiak i dodaje, że obecnie jest to jedyna metoda, która prowadzi do strukturalnej i czynnościowej odbudowy kości z zachowaniem jej pierwotnej architektury i struktury.

Odbudowana zostaje zarówno struktura zbita i gąbczasta w objętości i wymiarze maksymalnie zbliżonych do warunków morfologicznych. Metoda ta przeszła pięć lat obserwacji klinicznych, jest rekomendowana w renomowanym czasopiśmie „Journal of Healthcare” i opatentowana przez prof. Marzenę Dominiak i prof. Tomasza Gedrange patentem międzynarodowym. – Można ją zastosować przy pojedynczych i mnogich brakach zębowych czy nawet bezzębiu, a krótki czas zabiegu i wysoka precyzja przekładają się na jej bardzo wysoką skuteczność, bez objawów ubocznych w postaci obrzęków czy też dolegliwości bólowych – podsumowuje prof. Marzena Dominiak. Jej twórcy otrzymali za ten projekt prestiżową nagrodę „Złoty Skalpel 2020”.

Systemy CAD/CAM w protetyce

Nowatorskie technologie poszerzają możliwości rekonstrukcji protetycznych. Prof. Beata Dejak, kierownik Zakładu Protetyki Katedry Stomatologii Odtwórczej UM w Łodzi, mówi, że dzięki nim prace protetyczne można wykonać z szerokiej gamy materiałów, np. ceramiki miękkiego dwutlenku cyrkonu do synteryzacji, twardego dwutlenku cyrkonu, ceramiki tlenku aluminium, ceramiki dwukrzemianu litu, ceramiki szklanej, ceramik złożonych, tytanu, stopów tytanu, stopów chromowo-kobaltowych, kompozytów, tworzyw sztucznych. Szczególnie ciekawym jest dwutlenek cyrkonu, który jest wytrzymały, twardy i gładki, w wielu sytuacjach mogący zastępować metal, ma biały kolor spełniający walory estetyczne i jest obojętny dla organizmu.

Systemy CAD/CAM (komputerowego wspomagania projektowania i wspomagania produkcji) składają się ze skanerów, komputerów ze specjalnym oprogramowaniem oraz obrabiarek numerycznych CNC. Do synteryzacji miękkiego, sprasowanego tlenku cyrkonu dodatkowo potrzebny jest piec. – Początkowo w technologii CAD/CAM można było wykonywać tylko wkłady oraz rdzenie koron i mostów. Obecnie można wytwarzać korony i mosty, licówki, uzupełnienia wewnątrzkoronowe (inlay, onlay, overlay), elementy precyzyjne: zasuwy, zatrzaski, belki, korony teleskopowe, łączniki i suprastruktury implantologiczne, tymczasowe prace, woskowanie, szyny zgryzowe, protezy szkieletowe, a nawet protezy całkowite – wylicza prof. Beata Dejak.

Wykonanie korony na bazie tlenku cyrkonu wymaga wprowadzenia do programu danych pacjenta, określania zęba filarowego, podania rodzaju uzupełnienia i materiału. Model z opracowanym zębem jest skanowany. W programie CAD projektowana jest wirtualna korona. Dane przesłane są do frezarki numerycznej, gdzie w ciągu 15 minut korona zostaje wycięta z bloczka fabrycznego tlenku cyrkonu i poddana synteryzacji, czyli spiekaniu. Na koniec można ją licować ceramiką fluoroapatytową. – Nie twierdzę, że każdy gabinet dentystyczny ma stojący przy fotelu system CAD/CAM, ale coraz częściej gabinety współpracują z laboratoriami i zlecają im wykonanie potrzebnych uzupełnień – zaznacza prof. Beata Dejak.

Cyfrowa ortodoncja

Technologie 3D znalazły także szerokie zastosowanie w ortodoncji. Światowy Dzień Zdrowia Ortodontycznego, obchodzony w maju 2021 r. we Wrocławiu, przebiegał pod znakiem nowych trendów w tej specjalności oraz nowoczesnych narzędzi cyfrowych stosowanych w leczeniu wad zgryzu za pomocą skanowania 3D i cyfrowego projektowania. Stosując cyfrowe rozwiązania, lekarze dentyści mają możliwość stworzenia symulacji 3D leczenia ortodontycznego, dzięki czemu mogą zobaczyć spodziewane, finalne położenie zębów pod koniec leczenia czy porównać kilka planów leczenia.

Porównują wtedy zarówno położenie zębów oraz czas leczenia – w leczeniu nakładkowym – co jest równoznaczne z liczbą nakładek, które otrzymuje pacjent. – W przypadku leczenia nakładkowego (przezroczyste, zdejmowane nakładki stosowane w prostowaniu zębów, produkowane przy wykorzystaniu technologii cyfrowej i 3D) najwięcej czasu zajmuje etap planowania leczenia, ale dzięki niemu staje się ono bardziej zdalne i cyfrowe, a liczba wizyt jest mniejsza niż w przypadku tradycyjnych aparatów. Leczenie nakładkami może być także bezpieczniejsze dla szkliwa zębów. Pacjenci szukają aparatów wygodnych, estetycznych, o przewidywalnych efektach – przekonywał na spotkaniu we Wrocławiu dr n. med. Maciej Cićkiewicz, specjalista ortodonta.

Mówiąc o rozwiązaniach cyfrowych w ortodoncji, atrakcyjna z punktu widzenia pacjenta jest wizualizacja efektów leczenia – narzędzia cyfrowe, takie jak skanery wewnątrzustne, umożliwiają wykonanie trójwymiarowego skanu zębów pacjenta, a specjalne oprogramowanie CAD pozwala lekarzom stworzyć modele 3D i szczegółowo zaplanować każdy etap leczenia. W efekcie pacjent może poznać jego planowane rezultaty i dopasować je do indywidualnych potrzeb jeszcze przed otrzymaniem aparatu.

Maciej Cićkiewicz zauważa, że nowoczesna ortodoncja zmierza w kierunku technologii 3D, a także możliwości zdalnego leczenia – pod opieką lekarza prowadzącego, ale z użyciem narzędzi cyfrowych oraz wykorzystaniem sztucznej inteligencji, która na podstawie obróbki protokołów leczenia i warunków u pacjenta może pomóc lekarzowi w podjęciu decyzji, jakie rozwiązanie należy przyjąć.

Lucyna Krysiak