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Guida pratica all'uso delle tecnologie 3D in Odontoiatria.


Un odontoiatra "moderno" evidentemente non può rifiutare di traslare la sua attività da sistemi tradizionali a sistemi 3D-oriented. Negli ultimi anni la tecnologia 3D ha letteralmente invaso il settore medico soprattutto quello odontoiatrico dove l'applicazione del 3D è da sempre maggiormente sentita.

Questa evoluzione ha portato con se anche una certa confusione, una certa instabilità decisionale e, soprattutto, una mancanza di informazioni realmente utili al medico odontoiatra circa questa tecnologia.

Normalmente infatti si pensa che il 3D in odontoiatria sia ancora in fase di avviamento, che non si sia ancora affermato concretamente. Forse questo è solo una scusa per autoconvincersi a ritardarne l'adozione nel proprio studio e cambiare approccio alla professione.

Con questa guida vogliamo cercare di fare un po di chiarezza, di fornire informazioni pratiche utili ai medici odontoiatri che ci seguono. Cerchiamo di identificare i problemi, di dare delle risposte anche sugli aspetti legati ai prezzi degli strumenti. Cerchiamo inoltre di capire come indirizzare le scelte e quali sono i prodotti e i materiali che ruotano intorno al 3D che potrebbero essere di interesse odontoiatrico in senso stretto.

Ci sono stampanti 3D che costano 3.000 euro e altre che ne costano 80.000. Perchè? Quali sono le differenze? Come si può capire se il sistema commerciale che ruota intorno a questi temi ci sta fagocitando e come possiamo controllare attivamente questo processo? Cercheremo di spiegarlo in questa guida che non vuole avere la pretesa di essere completamente esaustiva ma vuole dare indicazioni utili e precise.

Prima di tutto: cosa serve davvero per iniziare a lavorare con il 3D?

LO SCANNER


Innanzitutto uno SCANNER. Parlando di scanner si apre un mondo infinito di proposte, di informazioni e di confusione perpetua. Andiamo per gradi.

Esistono due tipo di scanner: scanner intraorali e scanner da tavolo (desktop scaner). Le differenze le conosciamo ma è meglio ribadirle:

  • Lo scanner intraorale è uno strumento utilizzato in real-time all'interno del cavo orale del paziente per "catturare" fotogrammi di precisione che ricostruiscono la cavità orale del paziente in 3D virtuale su un computer. E' ad uso del medico odontoiatra.

  • Lo scanner da tavolo è invece uno scanner fisso che può stare su una normale scrivania e che serve per scansionare impronte e parti in gesso. E' prevalentemente ad uso dell'odontotecnico.

Ci sofferemermo sugli scanner intraorali perchè sono direttamente utilizzati dai medici odontoiatri.

Quanto costano gli scanner intraorali? Il costo di uno scanner intraorale varia dai 15.000€ ai 50.000 €. Come si fa a scegliere lo scanner intraorale giusto? Chiaramente non è facile rispondere a questa domanda. Lo scanner giusto si sceglie valutando le caratteristiche principali di questi strumenti e facendo un paragone tra di esse preferendo, in fine, quella che meglio combacia con le Vostre esigenze. Quali sono queste caratteristiche?

  • Velocità di Acquisizione: parliamo di un oggetto che dovrà essere impiegato direttamente su un paziente e quindi il tempo di acquisizione è fondamentale. Uno scanner veloce è quello che riesce a minimizzare tutti i problemi tecnici riscontrabili durante l'acquisizione delle immagini quali sanguinamenti, presenza di oggetti metallici, superfici riflettenti.

  • Dimensioni della testa di scansione: non necessariamente una testa di scansione più grande vuol dire risultati migliori. Anzi, potrebbe essere più facile accedere a punti stretti con uno scanner con una testa di scansione più piccola. Allo stesso tempo però una testa di scansione grande riesce a catturare più superficie orale e quindi riduce i tempi di scansione. In questo caso vale il compromesso tra i due parametri.

  • Ergonomia dello scanner: una buona ergonomia facilità il processo di scansione. Il peso ridotto riduce le difficoltà della scansione e aumenta la fluidità del movimento da parte dell'operatore.

  • Cattura delle immagini: a volte può capitare di dover ripassare su zone già scansionate per riempire dei buchi createsi sulla mesh durante la scansione. Scanner che minimizzano questa problematica, ovviamente, sono da preferire.

  • Acquisizione della texture: può essere interessante preferire uno scanner che consente di acquisire, oltre alla geometria del cavo orale, anche la texture e il colore della parte anatomica scansionata. Non tutti gli scanner consentono questa applicazione.

Quali sono le principali aziende che producono scanner intraorali?

3Shape, Sirona, Carestream, Planmeca, Dental Wings, 3M, GC, Align, Condor, Fona, Adin sono le più importanti aziende produttori di scanner per odontoiatria.

Questa immagine, recuperata dal sito http://www.cerecdigest.net/2017/04/14/ids-2017-intraoral-scanners-review-revised/ riporta una comparazione molto dettagliata di varie tipologie di scanner intraorali che sono stati testati e confrontati. Il voto totale indica il risultato della comparazione effettuata.


IL SOFTWARE

Il modello 3D ottenuto dallo scanner intraorale necessita di essere lavorato digitalmente attraverso opportuni software CAD. Il software CAD infatti è un altro elemento imprescindibile nello studio dell'odontoiatra moderno, direi 2.0 o evoluto, come preferite.

I software CAD usati in odontoiatria permettono di compiere una grandissima varietà di azioni e di lavori sui modelli virtuali. Esistono software utilizzati in ambito protesico, chirurgico e ortodontico. Questi software permettono di salvare il modello processato in un formato (chiamato .stl) che potrà essere poi inviato ad una stampante 3D per la produzione additiva. Quali sono questi software? Ne esistono tantissimi, quasi tutti richiedono l'acquisto di licenze di utilizzo a parte rare eccezioni. Le licenze di questi software hanno un costo che varia dai 3.000€ ai 6.000€ con fee annuali che variano in base al produttore.

Alcuni dei software in commercio a pagamento:

ZfX Dental Cad Design Software - Zimmer Biomet Dental System - 3Shape

Lava Design 7 Cad Software - 3M Ceramill Mind Cad Software - AmmanGirrbach GmBH

DentCAD Dental CADCAM Suite - Delcam

DentMill Dental CADCAM Suite - Delcam

dWOS Dental Software - Dental Wings Inc.

InLab Software 4.2 - Dentsply Sirona CAD/CAM

Preciso CAD Software - Jensen Dental

NobelProcesareTM Software - Nobel Biocare

Tizian Creativ RT CAD Software - Schutz Dental

dentalCreate! CAD Software - Smart Optics

dentProgress Software - Smart Optics

Straumann CARES Visual Software - Straumann USA

Software free:

Blue Sky Plan (di cui abbiamo parlato qui) - BluSkyBio

LA STAMPANTE 3D


Passiamo ora alla Stampante 3D. Anche qui, vi assicuro, gran confusione!

Esistono diverse tecnologie di stampa 3D. Negli ultimi anni ne sono nate molte, ognuna con differenti caratteristiche. Chiaramente non tutte le stampanti 3D sono adatte a lavorare nel settore dentale, se non altro perchè si tratta di un settore biomedico in cui un ruolo fondamentale lo giocano i materiali di stampa.

Non elencheremo tutte le tecnologie di stampa 3D ma solo quelle che interessano, nello specifico, l'odontoiatria che sono principalmente 3: SLA (Stereolitografia), DLP e PolyJet.

SLA (Stereolitografia)


Sono stampanti che utilizzano un fascio laser lineare proiettato su un piatto trasparente al cui interno è contenuta una resina fotosensibile, contenente cioè dei fotoattivatori che a contatto con il raggio laser ad una determinata lunghezza d'onda, permettono la polimerizzazione della resina su un piatto metallico sul quale si costruirà l'oggetto stampato.

Di seguito una bellissima illustrazione tratta dal sito (https://i.materialise.com/3d-printing-technologies/stereolithography) sul funzionamento della tecnologia SLA.


La stampante stereolitografica presenta le seguenti caratteristiche:

  • Dimensioni contenute tanto da poter stare su una comune scrivania;

  • Adeguata accuratezza;

  • Buona quantità di materiali stampabili;

  • Facile da usare;

  • Sporca l'ambiente di lavoro a causa del maneggiamento continuo della resina.

Il costo di una stampante SLA di qualità si aggira intorno a € 4.000,00 Consiglio di fare un giro sul sito della FormLabs cliccando qui.

DLP (Digital Light Processing)


E' una tecnologia molto simile alla SLA, utilizza sempre resine fotosensibili come materiale di stampa. A differenza della SLA la DLP non utilizza un fascio laser per polimerizzare il materiale ma un una proiettore HD. La principale differenza è sicuramente nel tempo di realizzazione degli oggetti: la tecnologia DLP tende ad essere più veloce della stereolitografia perchè la resina colpita dal fascio luminoso proveniente dal proiettore HD solidifica contemporaneamente in tutti i punti che appartengono allo stesso layer di costruzione. Nel caso della stereolitografia invece i punti che solidificano sono solo quelli sottoposti al raggio laser che ha dimensioni decisamente piccolissime. La stampante DLP presenta le seguenti caratteristiche:

  • Dimensioni contenute tanto da poter stare su una comune scrivania;

  • Accuratezza decisamente adeguata alla maggior parte delle applicazioni odontoiatriche;

  • Buona quantità di materiali stampabili;

  • Facilità di utilizzo;

  • Costo della macchina abbastanza elevato;

  • Area di stampa ridotta;

Il costo medio di una stampante DLP di qualità si aggira intorno a € 12.000,00

Consiglio di fare un giro sul sito della Envisiontec cliccando qui.

POLYJET


Questa è una tecnologia di stampa che lavora concettualmente in maniera simile alla stampante cartacea: depone gocce di resina sul piatto di stampa per mezzo di una serie di microugelli.

Di seguito un'illustrazione schematica, recuperata dal sito https://i.materialise.com/3d-printing-technologies/polyjet-printing che permette di capire il funzionamento della tecnologia polyjet (la linea rossa è la resina che viene depositata sul piatto di stampa attraverso ugelli di stampa della macchina).


La stampante POLYJET presenta le seguenti caratteristiche:

  • Presenta un'area di stampa normalmente molto grande che garantisce un rendimento elevato;

  • Tecnologia di stampa abbastanza veloce;

  • Possibilità di stampare multimateriale per modelli dimostrativi;

  • Elevato costo della macchina;

  • Dimensioni dell'ingombro della macchina elevate;

  • Disponibilità di materiali biocompatibili

Il costo di una stampante POLYJET di qualità parte dai € 40.000.

Consiglio di fare un giro sul sito della Stratasys cliccando qui.

Come orientarsi nella scelta di una stampante?

Quando parliamo di stampa 3D in odontoiatria entrano normalmente in gioco termini quali "risoluzione", "accuratezza", "riproducibilità". E' forse proprio qui che si genera la confusione più grande tra non esperti del settore. Cerchiamo di indicare una strada per fare chiarezza.

LA RISOLUZIONE e L'ACCURATEZZA

La risoluzione è la parte più piccola che una stampante riesce a stampare su un determinato piano (xy). La stampante 3D lavora in tre direzioni (x, y, z) e ha due risoluzioni diverse: una che riguarda la "finezza" con cui la stampante si muove sull'asse z (cioè in verticale) e l'altra la "finezza" con cui la stampante si muove sul piano xy. La prima risoluzione (quella relativa all'asse z) è facilmente individuabile perchè dipende in gran parte dalla meccanica che muove il piatto di stampa in z (layer height), la seconda è più difficilmente individuabile e normalmente non riportata sulle specifiche tecniche delle macchine.

L'accuratezza si può definire come la vicinanza delle misure del pezzo stampato alle misure del pezzo reale. Spesso si pensa che una stampante con una buona risoluzione, con un bassissimo spessore del layer e con un'adeguata dimensione dello spot laser sia anche una stampante con un'alta accuratezza: sbagliato! L'accuratezza è un dato a sè che dipende da altre variabili. L'accuratezza, e cioè la capacità di una stampante di produrre un pezzo il più possibile vicino (in termini dimensionali) a quello reale, dipende dal materiale di stampa, dalle condizioni ambientali in cui si stampa (temperatura dell'ambiente di stampa), dalle impostazioni di stampa e da altri vari parametri. Può quindi succedere che una stampante può essere accurata con un materiale e meno accurata con un altro. E' anche da considerare che non tutte le applicazioni odontoiatriche richiedono la stessa accuratezza. L'accuratezza richiesta dalla stampa di ponti e corone sarà diversa rispetto a quella richiesta in ortodonzia (ad esempio).

Prima di acquistare una stampante è necessario chiedere al fornitore di stampare un vostro caso clinico di prova ed effettuare voi stessi le misurazioni sul prodotto stampato per capire se, quella stampa in quel materiale con quella macchina, soddisfa le vostre aspettative. Quasi tutti i fornitori si rendono disponibili a questo tipo di confronto (perlomeno quelli convinti di ciò che vendono).

I MATERIALI


Le aziende che producono stampanti 3D orientate al settore dentale sono alla continua ricerca di materiali biocompatibili e utilizzabili professionalmente dagli operatori del settore. Esistono varie tipologie di materiali attualmente disponibili e molte stampanti possono utilizzare solo materiali proprietari, prodotti cioè, solo dall'azienda che produce la stampante stessa. Altre stampanti invece sono "open" ossia possono utilizzare materiali che producono anche altre aziende. La differenza tra queste due casistiche non è nella stampante in sè ma nel software installato all'interno della stampante stessa: le stampanti open infatti hanno un software che consente di agire sui parametri di esposizione del laser sulla resina potendo quindi adattare la stampante a qualsiasi tipo di resina (più o meno). Le stampanti che possono usare solo materiali proprietari invece hanno un software con preset impostati solo sui materiali che produce l'azienda stessa. Per il dentale esistono diversi tipi di materiale: materiali biocompatibili che possono rimanere a contatto con le mucose per diverse ore, materiali resistenti ad alte temperature per la termoformatura di allineatori dentali, materiali calcinabili per la fusione a cera persa e materiali che garantiscono alta risoluzione (con parametri di viscosità controllata) per produzioni di elementi dentali che richiedono precisione.

Le aziende più importanti che producono stampanti 3D per il dentale sono:

FormLab, DWS, Envisiontec, Stratasys e, ultimamente, anche Sharebot ha inserito nel proprio catalogo una macchina DLP in grado di stampare numerosi tipi di resine. Tutte queste aziende hanno in catalogo materiali adatti ad essere utilizzati nel settore dentale e svolgono un costante lavoro di ricerca e sviluppo per produrre materiali sempre più performanti e che arriveranno certamente nei prossimi anni a produrre denti definitivi che possono rimanere nel cavo orale a vita.

Quali sono le valutazioni da fare prima di passare al 3D?

Benchè il passaggio da un sistema di lavoro tradizionale ad un sistema di lavoro digitale sembra ormai quasi scontato per le realtà che operano nel settore dentale è bene valutare tutti i fattori che sono implicati in questo passaggio soprattutto per capire la reale convenienza di una transizione di questo tipo.

Quali sono i fattori che bisognerebbe considerare per valutare l'adozione della tecnologia 3D nel proprio workflow?

  1. Il costo iniziale della stampante che includa anche un adeguato periodo di training ( 3 o 4 giorni di training di un esperto del settore sono più che sufficienti per imparare ad usare bene una macchina).

  2. Il costo del software CAD che può essere molto oneroso se si scelgono soluzioni "facilitate". Software con sistemi di disegno guidati "passo-passo" hanno generalmente curve di apprendimento molto basse ma costi molto alti. Software leggermente più complessi da imparare generalmente hanno costi inferiori (vedi il software free Sky Blue Plan menzionato sopra). In questo caso un buon videocorso o qualche ora di affiancamento con un esperto CAD può risolvere il problema e farvi risparmiare un bel po di soldi.

  3. Costi dei materiali per unità prodotta. Per le SLA Desktop come la FormLabs2 1L di resina biocompatibile ha un costo di € 450,00 mentre 1L di resina non biocompatibile ma adatta ad applicazioni dentali costa circa € 230,00.

  4. Costo della manutenzione della macchina. Nel caso di macchine DLP o SLA è da considerare una periodica sostituzione del piatto di stampa (quando si inizia a intravedere una patina opaca che si forma sul piatto). A titolo esemplificativo un piatto di stampa di una stampante SLA o DLP costa intorno ai € 80,00 max e 100,00. Normalmente le macchine desktop SLA o DLP non hanno bisogno di grandi interventi di manutenzione e l'intervento di un tecnico è effettivamente molto limitato nel tempo.

Il tempo di ritorno dell'investimento per studi odontoiatrici che decidono di ponderare bene le loro scelte in termini di 3D (software adeguati, scanner adeguato e stampante adeguata) è limitato a pochi mesi considerato il costo esiguo delle stampanti 3D desktop che sono allo stesso tempo economico e altamente performanti per le esigenze dentali.

In Conclusione...

In questa guida abbiamo dato un bel po di informazioni ma, come avrete notato, non è stato possibile stabilire perchè uno studio odontoiatrico dovrebbe acquistare una stampante da € 5.000 piuttosto che una da € 80.000. Le differenze ci sono, sono tante e partono dai volumi di stampa e finiscono con la disponibilità di materiali performanti e alte precisioni. Perchè non è stato possibile indirizzare una scelta? Perchè tutto dipende dalla vostra applicazione. Per il vostro studio una stampante Desktop potrebbe garantirvi risultati addirittura superiori rispetto a stampanti di tipo industriale. Il tutto dipende da qual'è il vostro obiettivo e quali sono le vostre aspettative. Con questa breve guida abbiamo dato indicazioni che possono gettare le basi per effettuare una scelta consapevole, ragionata e soprattutto indipendente da influenze esterne che spesso hanno caratteristiche "commerciali".

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