CAD/CAM - Технологии будущего? Что делать сегодня

CAD/CAM - Технологии будущего? Что делать сегодня?

Данная публикация написана в ответ на запросы руководителей стоматологических клиник об обоснованности и необходимости приобретения и внедрения 3-хмерных технологий.

Появившееся в лексике стоматологов около 5-6 лет назад словосочетание CAD \CAM до сих пор для большинства стоматологов остается чем-то неопределенным.

«Что-то новое», «какая-то новая 3-хмерная технология», да станок такой - такие комментарии услышали мы на последней стоматологической конференции Нет, конечно были и люди знающие - которые попытались сформулировать что – « это такой станок, который точит….»

Такая ситуация сложилась отчасти от того, что технологии действительно новые, пришедшие в стоматологию из промышленности не имеют устоявшейся стоматологической терминологии, а каждый производитель привносит в информационный поток новые наименования своих продуктов - без систематизации подходов.

Поэтому для начала небольшая справка.

СПРАВКА

Идея применения компьютеров для обработки данных и создания расчетов для проектирования в промышленных масштабах зародилась еще в 50-х года с появлением ЭВМ. Такая идея получила название САПР – Система Автоматизированного Проектирования. Это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают в результате вычисления и составления математических моделей на компьютере (в начале развития из называли ЭВМ).

CAD – computer Aided Design - общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники. Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия, а также исполнение производственных чертежей изделия.

CAM – Computer Aided Manufacturing - общий термин для обозначения программного обеспечения управления промышленного оборудования - станков с ЧПУ. ( числовым программным управлением). Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD.

Более простым языком - CAD - компьютерная помощь в дизайне - программа черчения, CAM - компьютерная помощь в производстве.

Данные системы начали формироваться после 1963 года и с ростом числа компьютеров, уменьшения из стоимости стали применяться в различных сферах как производства, так и иных областях - дизайн интерьеров, моделирование одежды и прочее. Самый большой рывок пришелся на 90-е годы, когда Intel выпустила процессор Pentium Pro, а Microsoft — систему Windows NT. В России, даже в промышленности, программы типа AutoCAD стали массово применяться только в 2000-х.

Как же такая технология применяется в стоматологии и какие в связи с этим возникают вопросы.

Задача врача всегда только одна – восстановление здоровья путем восстановление функций организма человека. Для стоматолога такая задача сводиться к восстановлению – формы, цвета и прочности зуба, а так же интеграция каждого зуба в окклюзию ( или восстановлении самой окклюзии).

Этот принцип действителен для всех применяемых технологий. Именно поэтому этапы работы ортопедического лечения не зависимо от применяемой технологии сводятся к следующим:

1.  Снятие оттиска

2.  Создание модели для создания фрагмента (части) и восстановление

3.  Изготовления восстанавливаемой части (протеза)

4.  Адаптация – фиксация изготовленного протеза в полости рта

При применении ручного труда на каждом из этапов есть факторы риска влияющие на результат. Эти факторы связанны как с человеческим фактором при самом изготовлении, так и с особенностями полости рта и материалов, применяемых для этих целей. Один из важных этапов - сохранение достоверных параметров – измерение размеров оттиска и создание точной модели. Традиционные стоматологические методики многоэтапны и не точны.

Задачами внедрения новых технологий в стоматологии всегда были:

- сохранение точности анатомических параметров

- применение материалов позволяющих менять форму при сохранении прочности –на прямое давление, на излом, на стирание.

ДОСТОВЕРНОСТЬ, ПОДКОНТРОЛЬНОСТЬ, СТАБИЛЬНОСТЬ КАЧЕСТВА ЛЕЧЕНИЯ, СКОРОСТЬ ИСПОЛНЕНИЯ РАБОТ - главное, что гарантируют CAD\CAM технологий.

Выше упомянутые программы САМ – программы для дизайна - дают большие возможности по «проектированию» зуба. Модель, созданная в такой системе, может быть показана под любым углом, сохранена в нескольких вариантах, при этом не надо все начинать сначала - отдельные элементы чертежа могут быть пересмотрены, заменены, а вся модель в целом — перестроена заново..Но для создания работающей анатомической модели, требуется внесения исходных данных - размеры все плоскостей и составляющих. Такой достоверный перенос стал возможен с помощью трехмерных сканеров – оборудования, фиксирующего внешние размеры объекта. На настоящий момент существуют два типа сканеров - лазерные и оптические. В первом применяется лазерный луч, во втором камеры. Применения луча уже говорит о том, что луч должен пройти по всем поверхностям и иметь доступ ко всем малодоступным точкам – это уменьшает достоверность и увеличивает время сканирования. Оптический сканер дает более высокую точность и скорость сканирования, но более подвержен воздействию окружающей среды (пыль, мелкие частицы) и более дорогостоящий.

Перенося данные в компьютер мы можем творить – убирать, добавлять, измерять. Но в последующем такое виртуальное творение необходимо материализовать - произвести в каком –то материале. Способов такого воспроизведения несколько – печать модели на трехмерном принтере. Такая печать возможна из полимерных материалов разной прочности, либо фрезерование – вытачивание модели из заготовки. Заготовки, опять таки, могут быть различными – полимеры, металл, циркон и прочее.

Итак, нам нужно понимать этапность:

– получение цифровых данных - размеров - сканирование.

- виртуальное изменение имеющихся данных - моделировка

- изготовление из виртуальной модели – модели реальной.

Важно знать, что каждый указанный этап технически делается при помощи различной программы, даже если они интегрированы в один компьютер.

Необходимо понимать на каких этапах стоматологических технологий мы применяем CAM и CAD программы, и как они совмещаются ( или не совмещаются) друг с другом.

ЕЩЕ немного технических данных …

Перенос – «оцифровка» - данных сканерами происходит с помощью программы, то есть результатом должен быть некий файл , в формате который может быть преобразован программой моделирования.

Программа моделирования после обработки данных так же должны выдать файл, который дает параметры новой модели для изготовления. Формат этого файла также должен быть адаптирован к станку, который будет или печатать, или «вырезать» - фрезеровать. При этом у станка должна быть программа, которая даст «указания» - как именно вырезать данную модель – сначала внутреннюю поверхность, а потом внешнюю или наоборот. Все это необходимо знать и понимать, так как каждый раз работа происходит с ИНДИВИДУАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ ПАЦИЕНТА, и не смотря на наличие заложенных в программе алгоритмов - это отдельная работ человека – оператора. Нестыковка фалов и форматов может обнаруживаться сразу – они просто не будут взаимодействовать, а может выражаться в изменении масштабов и размеров с которыми работают программы - это мы узнаем только после того когда протез не «сядет» во рту пациента.

Самый распространенный формат файла, выдаваемый сканерами называется STL. Единое название формата совсем не отражает того, что файл смогут прочитать любые программы. Здесь мы подошли к главному вопросу - ЗАКРЫТЫЕ и ОТКРЫТЫЕ CAD/CAM СИСТЕМЫ.

Фактически рассматриваемая нами система производства стоматологических изделий ( протезы, вкладки, и прочее) состоит из компьютерных программ: CAD и CAM, и оборудования: сканер и фрезер. Производство и разработка и того, и другого - совершенно разные процессы. Поэтому в промышленности одни производят сканера – разного размера сканирования, разной точности, другие производят трехмерные принтеры, третьи фрезерные станки, четвертые - программы для дизайна, пятые - программы для управления станками. Наиболее адаптивными для стоматологии стали поставщики часовой промышленности, так как в часовой индустрии, как и в стоматологии важны – точность и малый размер. В промышленности каждый из поставщиков работает с заводом изготовителем, и специалисты дают технические обоснования и состыковывают их между собой.

Желание стоматологов воспользоваться новыми технологиями сталкивается с необходимостью специальной подготовки, поэтому некоторые производители стоматологического оборудования решили снять проблемы со стоматологов и создавать единые технологические системы производства с применением всех описанных выше этапов. Так на рынок вышли SIRONA c продуктом CEREC, Delfin с системой ORCA, DEGUDENT системой CERCON DEGUDENT и другие.

ЗАКРЫТЫЕ CAD/CAM СИСТЕМЫ. Единая система означает объединение всех разделов оснащения технологии – и оборудования, и программ, но для защиты такие системы предполагают встроенные ограничения использования данных - как для принятия, так и передачи информации. В чем преимущества таких систем - они отлажены, процессы синхронизированы, нет необходимости в совмещении этапов работы.. В чем же недостатки таких систем - их закрытость ограничивает стоматолога в расширении возможностей, привязывает к монопольному поставщику, что значительно удорожает закупку расходных материалов для производства. Применять иные заготовки в данных системах невозможно, так как он «зачипованы» - блокируют работу оборудования при использовании – «не родных» заготовок. Вводиться ограничение по загрузке «чужих» библиотек имплантантов, «чужих» программных пакетов для моделирования. Но так же важным является их функциональные возможности - так как они создаются для небольших форматов производства, то в себестоимость, как правило, заложены не самая высокая производительность (и по скорости, и по износостойкости) и точность – не самая высокая. Такой компромисс вызван затратами - иначе стоимость такого оборудования выросла в разы. Для сравнения приведем пример с соковыжималкой - домашняя на один стакан, и промышленная для ресторана выдерживают разные нагрузки, служат разный срок и отжимают по разному.

ОТКРЫТЫЕ CAD/CAM СИСТЕМЫ. Как правило, системами назвать их можно относительно - это либо сканеры, либо программы, либо трехмерные принтеры, либо фрезеры - при применении которых производитель максимально адаптировал их к совмещению с иным оборудованием и компьютерными программами. К ним относятся программы EXOCAD, DentCAD, фрезерные станки DATRON, RODERS, ROLAND, сканера IMETRIC 3D и OPEN TECHNOLOGY. Их недостатком, с одной стороны, является первоначальная необходимость подбора взаимно совместимых приборов и программ, но это одновременно можно назвать и преимуществом, так как это позволяет подобрать необходимые пользователю параметры - по функциям по применяемым программам, по применяемым материалам. Первоначальный этап потребует больших затрат для подготовки, но зато в последующей долгосрочной работе дает более широкие возможности для загрузки новинок, расширения спектра технологий, так как все такие производители заинтересованы в широкой интеграции в свои продукты всего нового, что появляется на рынке. Но основным преимуществом открытых систем является то, что вы можете внедрять новые 3-хмаерные технологии постепенно - без больших вложений и этапно интегрируя новые организационные изменения в клинику и лаборатории. Наличие централизованных стоматологических фрезерных центров и центров трехмерной печати и интернет связи упрощает и удешевляет такое внедрения.

Наконец-то про стоматологию …

И так, на каких этапах и для чего нужны все эти промышленные штучки….

Начнет с конца - что именно мы можем получить на выходе из фрезерного станка:

- колпачок

- каркас протеза (металлический или циркониевый) - от 1 до 14 единиц

- протез из циркона (без облицовки)

- пластмассовую коронку

- восковую модель

- хирургический шаблон

- индивидуальный абатмент

- индивидуальный имплантант

- замок

- винир

- вкладку

Что может произвести трехмерный принтер:

- полную модель

- восковую модель

- хирургический шаблон

- пластмассовую коронку

Таким образом, в зависимости от необходимости в каждом конкретном клиническом случае вы может, имея сканер, варьировать работу:

ЭТАПЫ	Традиционный способ изготовления	Технология от сканирования модели	Технология от сканирования слепка	Технология при сканирования зуба в полости рта ( ВНИМАНИЕ _ ОГРАНИЧЕНИЕ СКАНИРОВАНИЯ ПО ТОЧНОСТИ 2 ЕЛИНИЦЫ)
Фиксация исходных индивидуальных анатомических данных	Снятие слепка	Снятие слепка	Снятие слепка	Сканирование в полости рта
Перенос данных на общую модель	Создание гипсовой модели	Создание гипсовой модели	Создание виртуальной модели - сканирование слепка
Создание модели протеза	Создание разборной модели, создание и пр.	Сканирование гипсовой модели,
Подготовка прототипа к изготовлению протеза	Создание модели для литья	Виртуальная моделировка протеза	Виртуальная моделировка протеза	Виртуальная моделировка протеза
Изготовление каркаса	Литье	Фрезерование или печать	Фрезерование или печать	Фрезерование или печать
Подготовка каркаса	Обработка металла	Обжиг при применении циркония	Обжиг при применении циркония	Обжиг при применении циркония
Облицовка каркаса

В данной таблице мы прописали этапы не обозначая уровень ТОЧНОСТИ, риски переделок, недочетов, а главное - ЗАТРАТ ВРЕМЕНИ.

Применяя CAD CAM технологии, все выше перечисленные этапы приобретают новое звучание, и в зависимости от выбранного подхода могут варьироваться.

Если вы еще не решили, какой принтер или фрезер вам необходим. Или даже не готовы купит сканер, то возможно начать с приобретения программы для моделировки. В таком случае – вы отправляете модель к партнеру, который сканирует вашу модель и присылает вам файл для моделировки. Вы решаете вопрос конструкции. После проведения моделировки – отправляете файл в фрезерный центр и получаете готовое запрашиваемое изделие. Несомненно важен вопрос совместимости программ и местоположение вашего партнера ( центр трехмерной печати ли фрезерный центр). На настоящем этапе большинством клиник идут по модели развития рынка Европы – покупают сканер и программу, отправляют готовую модель в фрезерный центр и ждут изделие. Такая схема организации работы наименее затратная при сохранении высокого качества, так как с одной стороны врач сам дает задание, а с другой стороны фрезерные центра как правило имеют мощные и точные станки с возможностью применения разного материала. В случае, если в выбрали универсальную – открытую программу, то вы можете работать с разными фрезерными центрами, или менять их.

Внедрение технологий CAD/CAM значительно изменит организационную структуру работы клиники и лаборатории. При этом приведем некоторые данные

ИНФОРМАЦИЯ - « НА ПОЛЯХ».

Для работы зуботехнической лаборатории по традиционной технологии необходимо -

- 24 кв. м. площади ( гипсовочная -. полимеризационная – 7 кв. м., литейка 6 кв. м., рабочее место зубного техника 7 кв. м.) СанПиН), склад хранения материалов

- 2 зубных техника (литейщик, «керамист»)

- оборудования на сумму не менее 1000 000 руб.

- расходный материал без стоимости материала самого протеза – 50 000 ежемесячно

При этом выполнение работы происходит в течение 5-10 дней, уровень качества целиком зависит от работника.

Для работы зуботехнической лаборатории по технологии фрезерования по трехмерному моделированию необходимо:

- 14 кв. м. (рабочее место зубного техника и гипсовочная) (СанПиН)

- наличие сканера с программой с доступом к интернету (стоимость 600 000 руб.)

- расходный материал без стоимости материала самого протеза – 5 000 р. ежемесячно

- 1 зубной техник

--

На вопрос, почему все стоматологи не переходят на новую технологию, ответим - технология действительно новая и не успела получить развития по следующим факторам:

1)  ДЕФИЦИТ ДОСТОВЕРНОЙ ИНФОРМЦИИ (не рекламы)

2)  Окончательный этап – фрезерование - требует вложения в дорогостоящее оборудование. Для окупаемости технология рассчитана на массовый поток заказов.

3)  при возможности приобрести сканер и программы ( так как они требуют меньших вложений, чем фрезер) руководители сталкиваются с отсутствием знаний у врачей, и отсутствием на рынке специалистов по работе с программами

4)  требуется изменение ментальности зубных техников, изменение их квалификации,

5)  новая технология приведет к сокращению рабочих мест, что не приветствуется зубными техниками, много лет работающими в стоматологии. Исчезновение со временем специальности «литейщик « в зуботехнической лаборатории потребует как переквалификации работников, так и отказ от имеющегося оборудования.

Рынок уже показал, что изделия - протезы, изготовленные по технологии фрезерования каркасов с применением трехмерного виртуального моделирования может обходиться пациенту в идентичную цену, как и традиционные, но при более высокой точности, качестве, и значительном сокращении времени.

Новые технологии уже здесь! Сегодня или через 2 года начинать их применять - решать вам. С точки зрения бизнеса - подхода два - либо заработать на «новом», пока это не стало обыденным, либо не рисковать и подождать, когда это новое подешевеет. Учитывая, что все, что связано с компьютерами – становиться доступнее, но фактически не дешевеет (так как появляются более продвинутые модели) - второй вариант менее перспективен.

Ну, а если забыть про бизнес - то ВРАЧ не может не освоить метод, который значительно лучше поможет его пациенту…