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ESTUDIO EXPERIMENTAL IN-VITRO
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1 UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID FACULTAD DE ODONTOLOGÍA ESTUDIO EXPERIMENTAL IN-VITRO DE TRES ESCÁNERES CAD/CAM EXTRAORALES Máster en Ciencias Odontológicas Ana Ochoa de Olza Amat Director: G. Pradíes Ramiro Madrid Septiembre 2012
2 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Índice: 1.INTRODUCCIÓN Consideraciones previas Antecedentes históricos de la tecnología CAD/CAM Método de funcionamiento Escaneado 3D Tipos de escáneres 3D en la industria Contacto Máquina de medición por coordenadas Brazo articulado Combinación de CMM y brazo articulado No contacto (óptico) Escáneres de luz estructurada Escáneres de luz láser Tipos de escáneres CAD/CAM en Odontología: Escáneres de luz estructurada/blanca:
3 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Escáneres de luz láser Escáneres de contacto Principales escáneres extraorales de uso dental Consideraciones técnicas sobre los archivos CAD Nube de puntos: Malla poligonal: Modelo paramétrico: Concepto de exactitud, precisión y resolución Exactitud Precisión Resolución Sistema de coordenadas JUSTIFICACIÓN y OBJETIVOS MATERIAL Y MÉTODO Escáneres analizados Shape D Imetric IScan D
4 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Renishaw incise TM Variables estudiadas Resolución Discrepancia promedio Desviación estándar Discrepancia externa media Discrepancia interna media Discrepancia externa máxima Discrepancia interna máxima Mapa de color Discrepancia en nueve puntos de un corte virtual sagital Análisis estadístico RESULTADOS DISCUSIÓN Sobre los tres escáneres en conjunto Comparación con otros estudios Valoración de los datos en su conjunto
5 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Resumen final CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA
6 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales INTRODUCCIÓN
7 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Consideraciones previas La tecnología CAD/CAM en Odontología forma una parte importante dentro de la sistemática de diagnóstico, plan de tratamiento y realización de muchos procedimientos rehabilitadores en la actualidad. Algunos autores afirman que algunos procedimientos como los colados en prótesis se han quedado obsoletas 1. Aunque se siguen usando las técnicas convencionales, hay que reconocer que el CAD/CAM ha abierto un abanico enorme de posibilidades dentro de los recursos de los que dispone el clínico para sus tratamientos. La tecnología digital maneja información 3D de la boca y tejidos anejos del paciente y está siendo utilizada cada vez más en la Odontología actual para la confección de prótesis, entre otras cosas, con todo tipo de materiales. Estos modelos virtuales permiten su manipulación a la hora de realizar todo tipo de diagnósticos y diseños terapéuticos y promueve que haya una comunicación interactiva entre los dentistas y el laboratorio además de disminuir el riesgo de pérdida y daño de los datos Antecedentes históricos de la tecnología CAD/CAM Los antecedentes de la tecnología CAD/CAM en Odontología se remontan a 1971 cuando François Duret describió el funcionamiento de un sistema CAD/CAM de uso odontológico y desde entonces su sistema ha ido evolucionando. 3, 4 La palabra CAD/CAM es el acrónimo inglés de computer aided design/computer aided manufacturing. Significa diseño asistido por ordenador/fabricación asistida por ordenador 5. François Duret fabricó coronas con la forma funcional de la cara oclusal del diente utilizando unos sistemas determinados. Éstos comenzaban con una impresión óptica, seguido del diseño de la corona considerando los movimientos funcionales y terminaban con la fabricación de la corona utilizando una maquina determinada. Más tarde desarrolló el sistema Sopha que tuvo un impacto en el desarrollo posterior del sistema CAD/CAM 6. Sin embargo,
8 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales este sistema se desarrolló demasiado pronto para aplicarse en Odontología debido a la falta de precisión en la digitalización, la potencia del ordenador y los materiales, etc. 7 En 1980, la tecnología CAD/CAM realizaba restauraciones dentales. 8, 9 Andersson eligió como material el titanio (por su biocompatibilidad). En aquella época, el titanio no se podía fundir y, por ello, las restauraciones dentales se fabricaban mediante otro proceso. En 1982, Andersson desarrolló la parte CAM del proceso de fabricación, utilizando la combinación de la electroerosión y el fresado. En ese mismo año, cementó la primera corona de titanio 9. Andersson vio en seguida que la comercialización del proceso iba a ser cara y que la fabricación final requeriría de la digitalización. Esto suponía el desarrollo del proceso de diseño CAD. Terminó en el desarrollo de Procera en A su vez, en 1980 Mörmann centró su interés en las restauraciones que presentaban el mismo color que el diente. Quería que los dentistas pudiesen fabricar inlays mediante el escaneado intraoral y que se utilizaran los datos del CAD para realizar la restauración cerámica. Por ello, desarrolló el sistema CEREC. Fue una innovación, pues el paciente obtenía su 3, 6, 9 restauración el mismo día. Mörmann y Brandestini tuvieron éxito al realizar la restauración tipo inlay mediante la tecnología CAD/CAM. Digitalizaron la cavidad directamente en boca utilizando una cámara intraoral compacta. Técnicamente es menos difícil en comparación con los pilares de la corona. El diseño y la fabricación de los inlays se realizan utilizando una máquina compacta desde el sillón dental. Esta aplicación fue una innovación, pero estaba limitada a los inlays y a la morfología oclusal (que era my genérica y sin detalles) 7. El término de CAD/CAM comenzó a utilizarse a nivel odontológico al introducirse el sistema CEREC a nivel mundial. La idea original de la fabricación de la restauración en clínica sigue vigente. 10 Se han publicado estudios de este sistema con resultados satisfactorios a largo plazo
9 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Con la digitalización, los pasos para la fabricación de una corona han disminuido. Duret y cols propusieron la primera generación del sistema CAD/CAM 7 : Con un escáner intraoral se hace la impresión óptica. Con los datos se reconstruye en el monitor una imagen en 3D con la morfología óptima de la corona. La corona final se fabrica fresando un bloque utilizando una máquina de control numérico. 7 Basado en el desarrollo del sistema del laboratorio de Duret, en 1980 a nivel mundial muchos laboratorios desarrollaron un sistema para fabricar las coronas con una anatomía oclusal. De todas formas, fue difícil digitalizar los pilares intraoralmente y de modo preciso utilizando un escáner intraoral directo. Por ello, se decidió preparar un modelo de escayola para comenzar con el proceso de CAD/CAM para la fabricación de coronas, especialmente
10 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales para el uso a nivel del laboratorio. Fue así como aparecieron los escáneres extraorales. Esto supuso la segunda generación de sistema CAD/CAM 7 : Figura 1: Segunda generación CAD/CAM Distintos sistemas digitales acabaron desarrollándose como las sondas de contacto, el láser con sensor PSD (Position Sensitive Device: dispositivo sensible a la posición) y los escáneres láser con cámara CCD (dispositivo de carga acoplada). También se desarrolló un software sofisticado de CAD y unas máquinas CAD/CAM compactas. Como consecuencia, se pudieron realizar restauraciones tanto metálicas como de cerámica con la segunda generación de los sistemas CAD/CAM. 7
11 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Ya que las cerámicas industriales de elevada resistencia no estaban disponibles para los laboratorios dentales, la aplicación de CAD/CAM en un centro de procesamiento innovación en la historia de la tecnología dental 7. fue la La tercera generación: Figura 2: Tercera generación CAD/CAM En esta generación, la aplicación de CAD/CAM está limitada a los procedimientos de laboratorio. Por ejemplo, aunque se fabrique una estructura de zirconio mediante el proceso de CAD/CAM, la restauración final se completaba de modo convencional utilizando la tecnología dental manual con técnicos dentales. De todas formas, el sistema CAD/CAM actual presenta una serie de ventajas: los nuevos materiales son seguros, estéticamente aceptables y duraderos, ha aumentado la eficiencia en el procedimiento del laboratorio, la fabricación de la restauración es rápida y ha aumentado la calidad de la restauración en cuanto al ajuste, la duración mecánica y la predictibilidad. Estas ventajas benefician a los pacientes. 7
12 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Debido a la rápida evolución de las nuevas tecnologías, especialmente la tecnología óptica, existen nuevos escáneres intraorales disponibles. La aplicación de los sistemas CAD/CAM evoluciona hacia una cuarta generación. Existen por lo menos cuatro sistemas de escáneres intraorales en el mercado. Además de las herramientas para la fabricación de las restauraciones, la tecnología está disponible para comunicarse con los pacientes, el diagnóstico, el plan de tratamiento y la cirugía guiada. La Odontología digital está siendo clave para el futuro de la profesión 7 Imagen 4: Cuarta generación CAD/CAM Figura 3: Cuarta generación CAD/CAM En 1995, Charles J. Goodacre utilizó una serie de procedimientos clínicos para facilitar la fabricación de prótesis completas y prótesis implantosoportadas. Estos mismos procedimientos se pueden adaptar también a la fabricación de prótesis completas con la tecnología CAD-CAM. 9
13 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Actualmente es posible escanear la morfología de las arcadas y transferir los datos digitales a un software de CAD donde se pueden colocar los dientes adecuadamente de manera virtual. Posteriormente, el técnico de un laboratorio dental exporta la forma básica de los dientes a la fresadora para poder fabricar las prótesis completas superiores e inferiores. 14 Además de esta técnica clínica, el prototipo de programa CAD (Programa de Arreglo de Dientes en 3D) fue desarrollado por Goodacre en Este tipo de software se creó con 4 propósitos: 1- Controlaran su diseño y su uso. 2- Que los estudiantes visualizaran los distintos tipos de esquemas oclusales que se pueden crear para las prótesis completas mediante la producción de los movimientos mandibulares. 3- Que los estudiantes supieran modificar los dientes antes de su envío al laboratorio. 4- Que la facultad desarrollara una librería de arreglos dentales aceptables o inapropiados para poder asesorar al estudiante. Este programa se utilizó por primera vez con los estudiantes de segundo en la Universidad de Loma Linda en el año Un estudio clínico describió la primera prótesis parcial removible (PPR) de cromo-cobalto producida con el sistema CAD/CAM y con las tecnologías de prototipado rápido. El proceso requiere el escaneado óptico del modelo del paciente. En investigaciones previas se utilizaron tecnologías CAD similares para realizar PPR mediante un sistema de prototipo rápido. Este caso utilizó la fusión selectiva por láser para fabricar el esquelético de cromo-cobalto. Se terminó la prótesis utilizando los métodos convencionales del laboratorio dental. Los resultados fueron comparables a una PPR obtenida por el método convencional 15. En otro estudio, una paciente de 75 años presentaba ausencia bilateral de sectores posteriores. Se le tomaron impresiones para obtener los modelos de escayola. Se escaneó el modelo del paciente con un escáner de luz blanca y se fabricó mediante el prototipado rápido.
14 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Los resultados obtenidos fueron satisfactorios. Aunque presentaba cierta porosidad, no impedía que hubiese una adecuada funcionalidad Método de funcionamiento El diseño asistido por ordenador (CAD), es la utilización de un sistema informático para la creación, el análisis, la modificación o la optimización de un diseño. 17 En la industria se empezó a utilizar en la década de los 60. Su finalidad es aumentar la productividad de la fase de diseño, mejorar su calidad, mejorar la comunicación en el diseño y crear una base de datos con vistas a la fabricación. El diseño CAD produce un archivo informático. Éste generalmente está preparado para su impresión en 3D o para el mecanizado posterior. El diseño CAD se puede utilizar para diseñar figuras y curvas en un espacio bidimensional o superficies, curvas y cuerpos sólidos en un espacio tridimensional. En el caso de la Odontología, el escaneado convierte el diente preparado en una imagen tridimensional. 5 La fabricación asistida por ordenador (CAM) es la fabricación de piezas mediante máquinas-herramienta controladas por ordenador. 18 Una máquina herramienta es un tipo de máquina que se utiliza para dar forma a materiales sólidos, principalmente metales. El moldeado de la pieza se realiza por la eliminación de una parte del material, que se puede realizar por arranque de viruta, por estampado, corte o electroerosión. El propósito principal de la fabricación CAM es crear un proceso de fabricación más rápido y que sea más preciso y más repetible y se basa en un diseño CAD previo. Figura 4: Máquina herramienta
15 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales En oposición a la fabricación CAM, que es por eliminación de material, está la fabricación por adición de un objeto tridimensional mediante la superposición de capas. 19 Los tres tipos con los que nos encontramos son: 1. Deposición de material fundido: una tobera muy fina va depositando material fundido, ya sea plástico o metal, en forma de filamento. La pieza se produce por la superposición de capas formadas de esta manera, que se endurece nada más ser depositado. 2. Agregación de material granular: se va fundiendo de manera selectiva y capa a capa. El material está en forma granular. Al fundirse, las partículas sueltas quedan unidas. Comprende la sinterización láser, que puede ser de metales o plásticos, la fundición por haz de electrones y la impresión por inyección de material aglutinante. 3. Fotopolimerización: en una batea de resina líquida fotopolimerizable con luz ultravioleta, un láser ultravioleta va polimerizando capas de forma secuencial hasta formar la pieza. Recibe el nombre de estereolitografía. También se denomina así para otros materiales como el yeso. 1.4 Escaneado 3D El escaneado 3D es el análisis de un objeto para recabar información de su superficie obteniendo un modelo digital tridimensional del mismo. Se realiza mediante escáneres 3D. Fuera del ámbito odontológico se utilizan en el diseño industrial, la ortopedia, la ingeniería inversa, la impresión 3D, la fabricación CAD, el control de calidad y en la documentación cultural de objetos. 20 Figura 5: Escaneado en 3D Figura 7: Imagen 3D
16 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales En el campo dental el ordenador traduce la información del escaneado en un mapa tridimensional de la boca del paciente. Luego el operador diseña la forma de la restauración utilizando el ordenador. El diseño de la restauración es utilizado por la máquina de fresado para crear la forma del material de restauración. 5 El propósito de cualquier escáner 3D es crear una nube de puntos que represente la superficie del objeto que se quiere escanear. Estos puntos se utilizan para extrapolar la forma del objeto, en un proceso llamado reconstrucción. Los escáneres 3D se parecen a las cámaras fotográficas. Como las cámaras, tienen un campo de visión en forma de cono y no pueden recoger información de superficies que estén ocultas. El escáner recoge, en cada imagen que toma, información de la distancia de cada punto de la superficie del objeto dentro de su campo de visión. Normalmente con un solo escaneado no se puede obtener toda la superficie del modelo, por lo que se realizan varios, incluso cientos, de escaneados para poder registrar toda la superficie del objeto. Todos estos escaneados han de llevarse a un sistema de referencia de coordenadas común, proceso que recibe el nombre de alineamiento, y que conlleva la fusión de los escaneados para obtener un modelo completo del objeto. 1.5 Tipos de escáneres 3D en la industria servir. Hay muchos tipos de escáneres 3D, en función de las aplicaciones para las que van a Contacto Los primeros escáneres en aparecer en la industria en general fueron los escáneres de contacto. Siguen teniendo vigencia, siendo los más precisos, pero los más lentos. Los escáneres de contacto utilizan siempre algún tipo de sonda, que toca puntualmente la superficie que se quiere medir o es arrastrada por ella.
17 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Estos escáneres no se ven afectados por las características ópticas de la superficie del objeto, pero se pueden ver afectados por las características físicas del objeto. Si se quiere medir un objeto blando como la goma o la silicona en el caso del campo odontológico, éste se puede deformar y distorsionar el escaneado. 21 Debido a la necesidad de contacto con toda la superficie el objeto, estos escáneres tienden a ser lentos. Figura 8: Clasificación tipos de escaneados Pueden ser de tres tipos: Máquina de medición por coordenadas También llamada CMM, por sus siglas en Inglés de coordinate measuring machine. Consiste en una superficie horizontal amplia, generalmente de mármol, con un brazo robótico que se mueve por unos carriles en los tres ejes del espacio. Dicho brazo generalmente termina en una sonda acabada en una bola de rubí o de metal. Dicho brazo se mueve manual o automáticamente hasta entrar en contacto con el objeto que se quiera medir, registrándose en qué posición del espacio está situado el brazo en ese momento, con una precisión de micras.
18 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 9: CMM Se monta la máquina sobre una base de mármol porque supone una gran masa con mucha inercia térmica que se ve poco afectada por los cambios de temperatura externos y por tanto se contrae o dilata muy poco. Si no fuera así serían más imprecisas. Se utiliza generalmente para hacer mediciones sobre la forma y dimensiones de un objeto y compararlas con las dimensiones del diseño CAD. La precisión de una CMM es normalmente de 1-2 micras, un orden de magnitud más que la precisión de un escáner óptico, al menos en el eje X-Y, a día de hoy. 22 En el eje Z (profundidad) pueden llegar a tener una exactitud similar. Sin embargo, la velocidad de escaneado de una CMM es lenta. En el tiempo en el que un escáner óptico mide millones de puntos, una CMM mide una docena de ellos. Al medir una cantidad menor de puntos, también tiene dificultades para medir objetos intrincados con formas complejas Brazo articulado Se trata de un brazo articulado con una sonda en un extremo y sensores angulares muy precisos en las articulaciones. A partir de la orientación de esas articulaciones se reconstruye la posición de la punta de la sonda. Es útil para medir formas libres u objetos intrincados.
19 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 10: Brazo articulado Combinación de CMM y brazo articulado Son aparatos como una CMM pero cuyo brazo, en vez de ser rígido, es un brazo articulado No contacto (óptico) Los escáneres de no-contacto utilizan siempre algún tipo de radiación electromagnética, generalmente luz, para realizar sus mediciones. Estos escáneres, en comparación con los de contacto, son muy rápidos y no distorsionan la superficie escaneada, puesto que lo único que contacta con ella es la luz emitida. Sin embargo la luz sí se puede ver afectada por la superficie. Las superficies traslúcidas devuelven luz al escáner no sólo por reflexión, sino también por refracción, lo que puede alterar la medición. También pueden verse afectados por las superficies muy brillantes 22. Pueden realizar mediciones de punto en punto, captar una línea (generalmente los escáneres láser) o una superficie entera. Éstos últimos recogen mucha más información en el
20 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales mismo tiempo y pueden ser, por tanto, más precisos 22. Además no presentan el problema de tener que alinear unas líneas con otras, como en el caso de los que proyectan una única línea. En éste último caso, se necesita de otro sistema de referencia para combinar correctamente esas líneas. Por eso los escáneres láser van montados con frecuencia en el brazo de una CMM o se tienen que combinar con la fotogrametría Escáneres de luz estructurada Los escáneres ópticos proyectan un patrón de luz, que puede ser de distintos colores. Reciben el nombre de escáneres de luz estructurada. Aunque lo normal es que se trate de luz blanca o azul, también pueden llegar a ser de luz verde o roja. La diferencia estriba en que la luz ambiente puede influir en la lectura del escáner si la luz para la que está preparado es del mismo color. El color del objeto también influye en el escaneado 23. Un haz láser proyectado sobre una superficie roja apenas se verá. Lo mismo ocurre con un escáner de luz azul sobre una superficie azul. Un escáner de luz blanca, al tener un espectro más amplio, se ve menos afectado por esto, pero aun así tendrá dificultades con un objeto completamente negro. Figura 11: Método luz estructurada
21 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Para trabajar más rápido, estos escáneres proyectan muchas franjas paralelas de luz al mismo tiempo, de manera que se obtiene mucha información en poco tiempo. Este aumento en la cantidad de información además hace que sean por lo general más precisos que el resto 24, 25 de escáneres ópticos Escáneres de luz láser Estos escáneres funcionan proyectando un punto de luz sobre el modelo y observando mediante una cámara la altura a la que queda ese punto para deducir por triangulación la altura a la que se sitúa el punto del modelo que se está observando. Para ahorrar tiempo, en realidad lo que se proyecta es una línea de luz láser, no sólo un punto. Estos escáneres producen menos reflejos en la superficie que los de luz estructurada 24. Figura 12: Método luz láser Escáneres de microscopía confocal y holografía confocal. Se trata en realidad de un subtipo de los escáneres de luz estructurada o del láser. Es una técnica óptica utilizada para aumentar la resolución y el contraste mediante iluminación puntual y un cono para eliminar la luz ajena a la fuente de luz del aparato 26. La ventaja principal es que permite leer detalles estrechos del modelo de estudio.
22 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tipos de escáneres CAD/CAM en Odontología: Todo proceso CAD/CAM en Odontología comienza con la digitalización de la superficie sobre la que va a ir la restauración. Para poder pasar el diente preparado a una imagen virtual, existen distintos métodos de digitalización disponibles 27, que son derivados de los que existen en la industria para otras aplicaciones. El sistema CAD/CAM se puede clasificar en dos tipos según el método de producción. El sistema directo en clínica es el que escanea la preparación directamente en boca y fabrica la restauración allí mismo o de forma indirecta enviando los datos al laboratorio. El más conocido mundialmente de fabricación in situ es el sistema CEREC, aunque también son conocidos los sistemas Sopha y DentiCAD 5. Con este sistema se eliminan la toma de impresión y el vaciado 7, 27, 28. Disminuyendo así dos pasos que influyen en la precisión del resultado final 27. Sin embargo, nos encontramos con el área reducida de la boca que hace que se introduzcan más errores 25. Entre los intraorales nos encontramos con Lava C.O.S, itero, E4D y CEREC AC, que han ido mejorando a lo largo del tiempo. Se han publicado estudios de estos sistemas con buenos resultados Al principio se utilizaban para los inlays y onlays, sin embargo actualmente también se aplican en coronas y puentes 7. Los métodos de escaneado indirecto escanean el modelo hecho a partir de una impresión. Muchos de estos sistemas producen estructuras que requieren a un técnico dental para añadir la cerámica estética para la individualización y caracterización de la restauración. En estos sistemas se escanea el modelo en el laboratorio dental y se envía la información al centro de fresado. Después de realizarse el fresado, se envía nuevamente al laboratorio, donde se agrega por el recubrimiento estético cerámico. Tiene la ventaja de que todas las estructuras se fabrican en un único sitio, en un ambiente industrial, logrando un control de calidad óptimo 5, 28.
23 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Los escáneres extraorales se dividen en: ópticos y mecánicos. Los ópticos pueden ser de tipo láser o de luz blanca 3. Figura 13: Clasificación escáneres 1.61 Escáneres de luz estructurada/blanca: Ejemplos de este tipo de escáner son Lava Scan de 3M, Imetric 3D, KaVo, etc. Estos escáneres, en comparación con los de luz láser, tienen en principio su mayor exactitud debido a que cuentan con más información, al disponer de multitud de bandas que se van orientando con distintas angulaciones, al contrario que los de luz láser, que proyectan una única banda de luz. Se ven afectados por las superficies brillantes o traslúcidas, con lo que generalmente es necesario utilizar un espray para eliminar los brillos del modelo Escáneres de luz láser Algunos ejemplos de este tipo de escáner son: 3Shape, Wieland Zeno, Cynoprod, etc.
24 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Hay autores que afirman que este tipo de escáneres produce menos reflejos en la superficie del modelo, que es algo perjudicial para el escaneado 25. El método de CAD/CAM óptico más utilizado es el sistema CEREC. Se diseñó para aunar en una única unidad móvil los procesos de escaneado óptico y fabricación de la restauración dirigida por ordenador. Su gran versatilidad permite el empleo de numerosos materiales. En 2001 surgió el sistema Cerec In-Lab ampliando el rango de materiales. 32 En cuanto al tiempo de escaneado nos encontramos con varias posibilidades. El escáner VIVID700 tarda 0,6 segundos en cada escaneo. Esto se debe a que emite un haz láser en horizontal al objeto y lo escanea con un espejo galvánico. En total son 25 segundos para obtener el modelo entero 33. Otros escáneres con los que nos encontramos son el DentaScope (3D Alliance) y D200 (3Shape). Ambos son una línea de laser de triangulación. En un estudio se comprobó que tanto uno como otro tenían una precisión adecuada, sin embargo era mayor en Dentascope 28. Para que haya una precisión adecuada, ser requiere que estén entre 50-75μm. En ambos escáneres los resultados están por debajo de estas cifras, según el fabricante 28. Las ventajas de los escáneres extraorales ópticos son 34 : - De fácil instalación, reproducible y seguro - No hay contacto mecánico entre el objeto y las unidades de detección, no hay que tener en cuenta la dureza y la forma del objeto. Esto es importante para el campo de 3, 34 la prótesis - Para una medición se requiere poco tiempo (5 segundos) - El sistema es económico y se puede utilizar una cámara CCD normal y un ordenador personal - La precisión del sistema es altamente satisfactoria, aunque no hay suficientes estudios que lo verifiquen - La reproductibilidad es asequible para estudios longitudinales
25 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Disminuye el error del operador obteniendo así una mayor precisión 35 cuenta 34 : Para poder utilizar el escáner óptico hay una serie de requisitos que hay que tener en - Para poder realizar la triangulación se requiere un ángulo de 60⁰ entre la línea perpendicular a la superficie que se mide y el campo de visión de la adquisición primaria - Se debe realizar en un ambiente neutral y estable, con luz tenue y sin ningún tipo de vibración 8 - Se deben evitar materiales transparentes, reflectivos, difusivos o negros, porque es difícil adquirir los datos de estos objetos. De todas formas se soluciona aplicando una capa fina de material blanco que sea mate y que contenga óxido de titanio 36 o aerosoles micropigmentados 25. En cuanto a las desventajas 34 : - Software requiere un aprendizaje especial - Adquisición y mantenimiento - Requiere un software determinado para analizar los datos 35 - No presenta una precisión adecuada en los surcos y fosas 37, debido a que en objetos 38, 39 oscuros o grandes ángulos el escáner no es capaz de leerlo - Dificultad del escaneo por los dientes adyacentes, la encía y la saliva que no permiten una buena visualización de la línea de terminación 7 Varios ejemplos de escáneres extraorales ópticos son: LASER Cerec (Sirona) Cicero (Cicero Dental Systems B.V.) Cercon (Dentsply) LUZ BLANCA Everest (Kavo) Digident (Digident GmbH)
26 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Escáneres de contacto En cuanto a los escáneres mecánicos, también llamados de contacto, obtenemos el modelo mediante el método convencional. Éste se digitaliza explorando la superficie del objeto mediante contacto físico, mientras el modelo es sujetado por un soporte. La restauración es diseñada en el ordenador y fabricada con distintas máquinas de procesamiento 7. Es necesario escanear muy bien la preparación y el dispositivo debe tener una posición concreta con respeto al diente 8. Dos ejemplos de este tipo son el escáner Procera Forte, de Nobel Biocare y el Renishaw Dental Scanner, ambos fabricados por Renishaw. El Dr. Andersson desarrolló el sistema de Procera (primer escáner mecánico) alrededor de Su método de funcionamiento es mediante un brazo articulado que acaba en una bola palpadora (sonda de lectura) de pequeño tamaño que va haciendo círculos por el exterior del modelo, registrando la posición del palpador muchas veces por segundo. Cada posición registrada se traduce en unas coordenadas del punto en cuestión que se está midiendo. Al realizar el tallado hay que tener en cuenta que la línea de terminación debe ser en chamfer aplanado, ya que el escáner no puede leer los ángulos agudos, de modo que las terminaciones marginales, como el hombro recto, quedan totalmente descartadas. Por otro lado, es imprescindible biselar los ángulos vivos que se forman entre las caras axiales y la cara oclusal o incisal de los dientes tallados. También es necesario pulir perfectamente la preparación para que no haya errores en la lectura del escáner 40. La principal ventaja que presentan es que no se ven influidos por las características ópticas de la superficie que escanean, por lo que no les afectan los brillos de la superficie. No es necesario echar ningún espray a la superficie del modelo para eliminar los reflejos de luz. Otras ventajas que presentan los escáneres mecánicos son 41 :
27 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Económico en comparación con los ópticos - Fácil de manejar - Tiempo de escaneo: 5 minutos en total (modelo superior e inferior) En cuanto a las desventajas 21 : - Difícil medir los materiales suaves y flexibles debido a que se puede modificar la superficie o producir la deformación del objeto por el contacto entre ambos - Zonas retentivas de menos de 2,5mm. de ancho y 0,5mm. de profundidad no las puede medir 39 - Mayor tiempo de escaneado respecto a los escáneres ópticos, tanto láser como de luz visible 42. Los errores que se cometen en la medición con estos escáneres se deben a la geometría de los objetos (líneas de terminación muy finas, zonas retentivas muy profundas y morfologías oclusales complejas 39 ) y se dice que son comparables a los escáneres ópticos. El contacto entre el escáner mecánico y la superficie del modelo es en un punto 3, 21. Si la curvatura del objeto es igual al radio de la bola puede haber un área de contacto en vez de un punto. Si es menor de 0,5mm se disminuye mucho el error 21. Figura 14: Escáner mecánico
28 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Al digitalizar los modelos, la medición debe presentar un número suficiente de puntos con suficiente precisión para definir la superficie y especialmente la línea de preparación. Esto significa que se necesitan un número determinado de puntos esparcidos sobre la superficie para que el software pueda crear una superficie completa y precisa con la reproducción de detalle suficiente. Esto es importante sobre todo para la línea de terminación 27, 28, 35. Al principio de la existencia del sistema Procera, la información digital se enviaba al laboratorio dental Procera Sandvik AB en Estocolmo. Antes de remitir las restauraciones al odontólogo, se coloreaba y vitrificaba en el laboratorio dental según las necesidades. En marzo de 2009 se presentó en Colonia (Alemania) la última versión del sistema que permite la digitalización óptica mediante la microscopía confocal Principales escáneres extraorales de uso dental. Además de los tres escáneres con los que se ha realizado este estudio, existen muchos más escáneres de laboratorio en el mercado Cendres Metaux Es un escáner de luz estructurada de tipo LED en franjas. Hay tres tipos: 103, 103a y 103i, que poseen una exactitud de entre 5 y 20μm, según el fabricante Ceramill También es un escáner abierto de luz estructurada en forma de bandas. Comercializado por AmannGirrbac. Existen dos modelos: map100 y map300 y ambos tienen una exactitud de 20μm 44, 45.
29 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Cono Scan 4000 Se trata de un escáner abierto de holografía confocal. Originalmente fabricado por Optimet, se comercializa también por Nobel Biocare bajo el nombre de Nobel Procera Optical Scanner, siendo el escáner de su sistema Procera en la actualidad 46, Cyno Prod i3.5 Es un escáner láser abierto cuya exactitud, según el fabricante es de 20µm y una resolución de 30µm. Fabricado por Numeq Inc DentalScan Es un láser de luz blanca con una precisión de 15μm según el fabricante, que es Shining3D USA Inc Kavo Everest Scan II Se trata de un escáner de luz estructurada blanca con proyección de bandas. La empresa fabricante Breuckman afirma que tiene una precisión de 10μm 50, Maestro 3D Este escáner también es de luz estructurada blanca con proyección de bandas y es abierto. Según el fabricante tiene una precisión de 10μm 52. Está comercializado por Age Solutions y Simple3Dent Openscan 100 Es un escáner láser abierto fabricado por la empresa LaserDenta. Tiene una precisión de 20μm según el fabricante. Está comercializado directamente por Laserdenta y por Centraldental, Italor y Cardent International Inc 54.
30 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales ReVeng Dental Se trata de un escáner abierto de luz estructurada con una exactitud de 5 µm y una precisión de 2 µm, según el fabricante. Open Techologies es el fabricante e Iddentic se encarga de la comercialización Scansystem DentalVision Es un escáner abierto de luz estructurada que tiene una exactitud de 10μm y una resolución de entre 20 y 30 µm, según el fabricante. Está comercializado por Sweden & Martina 56, Scan Fit Es un escáner abierto fabricado por GT-Medical Shape Grabber Shape Grabber comercializa un escáner láser llamado Ai210D 3D Dental Laser Scanner y afirma que posee una exactitud de 40 µm Sirona ineos Blue Se trata de un escáner abierto de luz estructurada azul comercializado por Sirona 60. Mehl y cols realizaron un estudio según el cual tiene una exactitud de 19μm Solutionix Rexcan DS2 Este escáner de luz estructurada blanca, fabricado y comercializado por Solutionix, posee una exactitud de 10μm, según el fabricante. En España las empresas que se encargan de comercializarlo son Sariki Metrología y MeditDental ZirkonZahn S600 Este escáner utiliza la tecnología de la luz estructurada blanca en franjas de luz y posee una exactitud según el fabricante, que es Polygon Company, de 10μm 63.
31 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Zfx La casa Zfx comercializa dos escáneres, el Zfx Scan III, que es el anteriormente mencionado Solutionix, y Zfx Evolution, que es un escáner de luz estructurada verde y tiene una exactitud de 9μm 64 según el fabricante. 1.7 Consideraciones técnicas sobre los archivos CAD La información de un diseño CAD se recoge en un archivo informático que puede tener más de 70 formatos 65, pero en lo que a este estudio concierne son importantes tres: Nube de puntos: Se trata de un archivo que contiene las coordenadas cartesianas los puntos que representan la superficie externa de un objeto. Las nubes de puntos son creadas generalmente por los escáneres 3D. Estos dispositivos miden de forma automática una gran cantidad de puntos en la superficie de un objeto, que registran en forma de archivo de nube de puntos Figura 15: Nube de puntos de un toroide
32 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Malla poligonal: Las nubes de puntos son difíciles de inspeccionar y de manejar, por lo que se suelen convertir en modelos de malla poligonal, que unen los puntos de la nube de puntos formando triángulos, cuadriláteros u otros polígonos complejos. Su formato de archivo informático es.stl, que recibe su nombre de la estereolitografía (STereoLithography). Existe otro acrónimo más utilizado hoy en día para el archivo.stl que es Standard Triangle Language. Figura 16: Ejemplo de malla poligonal El formato STL describe sólo la forma de la superficie del modelo, sin ninguna representación de color ni textura. Se utiliza tanto en la fabricación CAD como en la impresión 3D Modelo paramétrico: Es un formato de datos en el que la superficie o el volumen de un objeto se descompone en áreas (teselas 66 ) que puedan ser definidas por la misma fórmula matemática, dando lugar a una superficie continua, al contrario que el formato STL, que produce polígonos basados en una nube de puntos. El formato principal en el que se expresan los archivos de imagen parametrizados es el codificado como IGES (.igs ), que es un formato neutral de datos que permite el intercambio
33 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales digital de información entre sistemas de diseño asistido por computadora (CAD) 67. Recibe su nombre de Initial Graphics Exchange Specification. Figura 16: Modelo paramétrico 8. Concepto de exactitud, precisión y resolución Exactitud Es la capacidad de un instrumento de acercarse al valor de la magnitud real 68. Suponiendo varias mediciones, no se trata del error de cada una, sino de la distancia a la que se encuentra la medida real de la media de las mediciones. Exactitud es la cercanía del valor experimental obtenido al valor exacto de dicha medida. El conocimiento del valor exacto de una magnitud física es un concepto utópico, ya que es imposible conocerlo sin incertidumbre alguna.
34 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Precisión Es la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión. Una medida común de la variabilidad es la desviación estándar de las mediciones y la precisión se puede estimar como una función de ella 68. Figura 17: Precisión y exactitud Resolución La resolución de una imagen es cuánto detalle puede observarse en esta. Tener mayor resolución se traduce en obtener una imagen con más detalle. La resolución expresa el número de píxeles que forman una imagen de mapa de bits. La calidad de una imagen, también depende de la resolución que tenga el dispositivo que la capta. El número de píxeles que contenga una imagen dependen de cuántos píxeles utilice el sensor CCD de la cámara para captar la imagen. 69 En el caso de un escáner 3D, se trata del número de puntos que es capaz de medir por unidad de superficie. Cuanta más resolución tenga, será capaz de detectar características más pequeñas de un objeto. Esos puntos detectados hay que referenciarlos respecto a un sistema de coordenadas.
35 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Sistema de coordenadas Un sistema de coordenadas es un sistema que utiliza uno o más números (coordenadas) para determinar unívocamente la posición de un punto o de un objeto geométrico 70. Se las suele representar con letras, como por ejemplo «la coordenada-x». Un ejemplo corriente es el sistema que asigna longitud y latitud para localizar coordenadas geográficas. Existen muchos sistemas de coordenadas, pero el más utilizado y que concierne más a este estudio es el sistema de coordenadas cartesianas. En un espacio euclídeo (el espacio tridimensional ordinario), un sistema de coordenadas cartesianas se define por dos o tres ejes ortogonales (perpendiculares entre sí) igualmente escalados, dependiendo de si se trata de un sistema bidimensional o tridimensional. El valor de cada una de las coordenadas de un punto es igual a la proyección ortogonal del vector de posición de dicho punto sobre un eje determinado.
36 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales JUSTIFICACIÓN y OBJETIVOS
37 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales La confección de una restauración protésica con tecnología CAD/CAM indirecta consta de varias fases clínicas y de laboratorio: la toma de impresiones, el escaneado extraoral, el diseño por software de la restauración, el mecanizado de la misma y el postprocesado correspondiente. Cada nueva fase va añadiendo un error parcial a la anterior de forma que la suma de errores de todas las fases es el error total del proceso 71. A la hora de realizar una restauración CAD/CAM los tres procesos potenciales de error que le son exclusivos en comparación con una técnica de fabricación convencional son 72 : 1. El escaneado de la superficie sobre la que se va a hacer la restauración. 2. El diseño CAD de la restauración a partir de esos datos. 3. El mecanizado de la restauración (CAM) Distintos estudios han analizado los errores cometidos en las distintas fases del proceso CAD /CAM. Así, se encuentran estudios que evalúan la exactitud y la precisión del mecanizado y la cifran en 15.5 µm 72, 1 a 68 µm 73, 52.6 a 142 µm 74. También nos encontramos con publicaciones sobre el error introducido en el tratamiento informático de los datos procedentes de los escáneres, que puede estar entre 2 y 5 µm 24, 25. Y por supuesto, también hay publicaciones sobre la exactitud y la precisión del escaneado 3, 21, 23, 25, 27, 28, 33, 42, 71, Sin embargo, muchos de estos estudios no presentan una referencia espacial fiable con la que comparar los escaneados 3, 21, 27, 42, 79, Teniendo en cuenta que la fase de escaneado supone la primera fase específica de la tecnología CAD/CAM parece razonable analizar si dicha etapa puede o no ser dependiente del instrumento de medición que se utilice. Por ello, se consideró que la evaluación y comparación de la fiabilidad de lectura de distintos escáneres de uso frecuente en los laboratorios dentales, podía ser de utilidad científica.
38 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Este trabajo de fin de Máster en Ciencias Odontológicas supone el principio de un estudio más amplio que se llevará a cabo y en el que se analizará el comportamiento de 7 escáneres distintos. Para la realización de este trabajo, se consideró solamente la utilización de los 3 escáneres más representativos en base a la consecución de los siguientes objetivos: 1. Determinar la resolución, (en puntos/mm 2 ) precisión (en μm ) y exactitud (en μm.) de 3 escáneres extraorales utilizados para la realización de restauraciones CAD/CAM 2. Comparar los resultados de resolución de los 3 escáneres extraorales estudiados, señalando si existen diferencias estadísticamente significativas entre ellos. 3. Comparar los resultados de precisión y exactitud obtenidos por cada uno de los escáneres, señalando si existen diferencias estadísticamente significativas entre ellos. 4. Evaluar la fiabilidad de cada escáner en función de las distintas áreas topográficas representadas en la probeta patrón. 5. Comparar entre los tres escáneres utilizados, los resultados obtenidos en las distintas áreas topográficas de la probeta patrón, señalando si existen diferencias estadísticamente significativas entres ellos. Teniendo en cuenta los objetivos propuestos en el apartado anterior se proponen las siguientes hipótesis nulas de trabajo: 1) No existen diferencias estadísticamente significativas entre los distintos escáneres evaluados a nivel de la precisión que presentan. 2) No existen diferencias estadísticamente significativas entre los distintos escáneres evaluados a nivel exactitud que presentan.
39 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales ) No existen diferencias estadísticamente significativas en la fiabilidad de medición que cada uno de los escáneres obtienen en las distintas zonas topográficas estudiadas por ellos. 4) No existen diferencias estadísticamente significativas en la fiabilidad de medición intraescáner e interescaner para cada una de las zonas topográficas estudiadas.
40 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales MATERIAL Y MÉTODO
41 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Para iniciar este estudio se confeccionó un modelo maestro con la forma de un diente tallado. Se diseñó mediante el programa Rhinoceros 4.0 SR, utilizado en diseño CAD, con unas características geométricas determinadas para que se ajustara a las necesidades del estudio. El modelo presentaba: Zonas de superficie lisa. Zonas de cantos vivos. Zonas curvas. Una acanaladura. El modelo era premolar superior, aunque se simplificó para que tuviera una geometría sencilla..sus características fueron: Hombro redondeado de 0.6 mm de radio en todo el contorno. 5 o de convergencia oclusal. 5 mm de altura desde el hombro hasta la superficie oclusal. Canaladura en la superficie oclusal de 1.2 mm de diámetro. Figura 18: Esquema del premolar superior
42 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Dicho diseño se utilizó para confeccionar el modelo maestro mediante el mecanizado de un disco de 10 cm de diámetro y 18 mm de grosor de un material llamado PEEK. El PEEK (polieteretercetona) (Ketron Peek 1000) es un material termoplástico parcialmente cristalino, que combina buenas propiedades mecánicas, de resistencia a la temperatura y resistencia química. Se utiliza generalmente para reemplazar al PTFE (politetrafluoretileno teflón) cuando se necesita más resistencia a la compresión o al desgaste y como sustituto de componentes de metal. Es un material que se emplea en la industria en general, y más aun en los sectores de alta tecnología como los de la industria aeroespacial, nuclear, química, eléctrica y alimenticia. La característica más útil para este estudio fue su estabilidad dimensional y su resistencia al desgaste, haciendo que el modelo maestro se mantuviera inalterable durante este estudio. Además posee un color neutro con un valor alto (es de color claro), similar al de la escayola piedra mejorada, lo que facilitó el escaneado de los escáneres ópticos. Sus características son las siguientes 80 : - Rango de temperatura de trabajo -60ºC +250ºC. - Muy alta resistencia mecánica, rigidez y dureza. - Resistencia sobresaliente a la corrosión química y a la hidrólisis. - Buena resistencia a la fluencia, incluso a temperaturas elevadas. - Alto límite de fatiga. - Alta tenacidad. - Muy buena resistencia al desgaste. - Muy buena estabilidad dimensional. - Resistencia intrínseca a la llama. - Muy bajo nivel de humo durante la combustión. - Buenas propiedades dieléctricas y de aislamiento eléctrico. - Resistencia excepcional a los rayos de alta energía. - Esta aprobado por la FDA para contacto con alimentos.
43 Im Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 9: Fresado del premolar Figura 21: Premolar terminado El mencionado disco de PEEK se fresó con la forma diseñada del modelo maestro en la fresadora VENTURE VDM 11.4, empleada en centros de fresado en Odontología para el mecanizado de distintos materiales CAD-CAM. distintos: Posteriormente dicho modelo maestro se escaneó con tres escáneres de laboratorio 1. 3Shape D640 (láser) 2. Imetric IScan D101 (luz estructurada blanca) 3. Renishaw incise (táctil) 3.1 Escáneres analizados Shape D640 Se trata de un escáner láser. Consta de dos cámaras de 1.3 Megapíxeles y un sistema de movimiento del modelo en tres ejes, que le permite realizar movimientos de rotación y traslación del mismo, pudiendo escanear así 350º de una esfera. 81
44 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 23: Movimiento en tres ejes Figura 22: Escáner 3Shape Es un sistema abierto, lo que quiere decir que sus escaneados tienen un formato STL sin encriptar, pudiéndose utilizar posteriormente para diseñar y mecanizar el trabajo con aparatos que no sean de 3Shape. El software correspondiente a los escáneres de 3Shape permite realizar los siguientes tipos de trabajos: Coronas individuales Puentes de 2 a 14 dientes Coronas telescópicas Estructuras para prótesis mixta Carillas Incrustaciones Onlays Coronas sobre implantes Pilares de implantes Aparatos de ortodoncia Encerados Estructuras de prótesis removibles Estructuras de prótesis híbridas Barras para sobredentaduras Férulas para cirugía guiada Modelos estereolitográficos Férulas de descarga Los tiempos de escaneado (según el fabricante) serían los siguientes:
45 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Diente unitario: 40 s, generando puntos Puente de 3 piezas: 4 minutos, generando puntos Modelo completo: 5 minutos, generando puntos Imetric IScan D101 Es un escáner de luz estructurada blanca 82. Su cámara tiene 1.3 Megapíxeles y tarda entre 1 y 2 minutos por elemento escaneado. También en un sistema abierto. Su software permite realizar las siguientes aplicaciones: Coronas individuales Puentes de 2 a 14 dientes Incrustaciones Onlays Coronas sobre implantes Pilares de implantes Encerados Estructuras de prótesis removibles Estructuras de prótesis híbridas Modelos estereolitográficos 83, Renishaw incise TM Este escáner lee la superficie de la preparación recorriéndola, mediante un movimiento en espiral, con una punta palpadora de rubí de 1 mm de diámetro, que va montada en un brazo articulado.
46 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 24: Escáner Imetric Figura 25: Bola palpadora El tiempo de escaneado para un diente es de tres minutos. El sistema permite la fabricación de las siguientes opciones rehabilitadoras: Estructuras de coronas individuales, tanto de alúmina como de zirconio. Pilares para implantes, también tanto de alúmina como de zirconio. Estructuras de puentes de zirconio tanto parciales como de arcada completa. Estructuras de puentes de alúmina de 2 a 4 piezas. Estructuras de puentes sobre implantes, tanto de titanio como de zirconio. Carillas. Como característica adicional, su software permite calcular la resistencia de las estructuras diseñadas para anticipar las zonas problemáticas.
47 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 26: Escáner Renishaw Figura 27: Procera Forte Se realizaron 10 escaneados con cada escáner, calibrando cada escáner antes de cada serie. De dichos escaneados se obtuvo un archivo en formato.stl por cada vez que se utilizó cada escáner con el modelo maestro. Como se hicieron 10 escaneados con cada escáner, se obtuvieron 10 archivos STL de cada uno de ellos, 30 en total. Para poder comparar dimensionalmente esos archivos con el modelo maestro, se 3, 27, confeccionó un modelo de referencia CAD (MRC, término utilizado en varias publicaciones 79, 85 ) mediante una máquina de medición por coordenadas. Una CMM es un instrumento de medición directa que utiliza un puntero o palpador físico con el que el operador puede ir tocando el objeto y enviando coordenadas a un fichero de dibujo. El puntero va unido al sistema de registro de coordenadas mediante un brazo o codificador.
48 Ç Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales La CMM utilizada en este estudio fue una Global Performance , con número de serie 955, cuyo fabricante es Hexagon Metrology. Figura 28: CMM Figura 29: CMM Figura 30: Cabezal tesastar-m
49 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Se empleó un cabezal tesastar-m, con un sensor SP25M, con un vástago de 20 mm de longitud y una sonda (punta palpadora) de rubí de 1 mm de diámetro. Figura 31: Cabezal tesastar-m Figura 32: Cabezal tesastar-m De acuerdo con la norma ISO , posee un error máximo permitido longitudinal (MPE E ) de L / 1000 µm y un error máximo permitido de esfericidad (MPE P ) de 1.7 µm. Teniendo en cuenta que la longitud máxima de la probeta dentro del área estudiada fue de 7.68 mm, nos da que el error máximo de la CMM en nuestro estudio es de 1.52 µm (= *7.68/1000). En el caso del error máximo permitido de esfericidad (MPE P ), éste no supera las 1.7 µm respecto a la esfericidad de una esfera calibrada de diámetro entre 10 y 50 mm. Con la CMM se obtuvo un MRC en formato.iges, que como ya se ha comentado es un formato de diseño CAD en el que la superficie se representa por parches que puedan ser definidos por la misma fórmula matemática. maestro. Gracias a todo lo anterior, la CMM obtuvo una versión digital fiel a la realidad del modelo A continuación se fueron comparando con el MRC cada uno de los archivos obtenidos a partir los escáneres, para ver las discrepancias. Ello se hizo con el programa Geomagic Qualify , que se utiliza en ingeniería para el análisis CAD en 3D y en Metrología. Este programa
50 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales permite elegir completamente los parámetros que se quieren estudiar a la hora de hacer la comparación. Figura 33: Programa Geomagic Para ver la discrepancia entre MRC y STLs de los escáneres primero se tuvo que alinear cada STL con el MRC, mediante un procedimiento (algoritmo) matemático llamado best-fit alignment, que incluye el mismo programa. Esto relaciona ambos archivos entre sí de manera que queden alineados de la mejor manera posible. Figura 34: Discrepancia entre MRC y STL
51 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Para cada STL, una vez alineado con el MRC, se determinó la orientación del plano oclusal del MRC mediante tres puntos en su superficie. Se tomó otro plano paralelo al plano oclusal y situado a 5.5 mm en sentido apical de éste. Este segundo plano quedaba situado a 0.5 mm del margen de la preparación, puesto que el modelo maestro medía 5 mm desde la cara oclusal al hombro. Se desecharon todos los puntos situados más apicalmente de ese plano, tanto del MRC como del STL. Figura 35: Área total del premolar A partir de ahí se pudo comparar la nube de puntos de cada archivo STL con el IGES del MRC. En concreto lo que se estudió fue la distancia de los puntos de cada nube de puntos a la superficie del MRC. Se dio signo positivo a la discrepancia de los puntos del STL que quedaron por fuera de la superficie del MRC y valor signo negativo a la discrepancia de los puntos que quedaron por dentro.
52 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Variables estudiadas De cada escaneado se estudiaron las siguientes variables, con las medidas expresadas en milímetros: Resolución Es el número de puntos/mm 2 que obtuvo cada STL. En primer lugar se tomó el número de puntos totales de cada STL en el área de medida y se dividió entre mm 2, que era la superficie del MRC una vez cortado, para así obtener el valor en puntos/mm Discrepancia promedio Fue la distancia media de cada punto de la malla del STL al MRC. Es un dato general de toda la superficie del modelo, que ignora si la discrepancia tenía signo positivo (el punto del STL estaba por fuera del MRC) o negativo (el punto estaba hacia dentro del MRC). Es decir, es la media del valor absoluto de la distancia de cada punto del STL al MRC Desviación estándar La cantidad que se aleja de la media de las discrepancias entre MRC y STLs. Indica la distribución de las discrepancias entre STL y MRC respecto al promedio. Es lo que nos indica la precisión Discrepancia externa media Promedio de desviación de todos los puntos del STL que quedan por fuera del MRC Discrepancia interna media Promedio de desviación de todos los puntos del STL que quedan por dentro del MRC.
53 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Discrepancia externa máxima Desviación máxima de signo positivo entre MRC y STL. Corresponde con el máximo valor que mide por fuera el STL con respecto al MRC Discrepancia interna máxima Discrepancia máxima de signo negativo entre MRC y STL. Corresponde con el máximo valor que mide por dentro el STL con respecto al MRC Mapa de color Muestra con colores la discrepancia entre MRC y STL. Ejemplo: El color verde representa las zonas donde la discrepancia estuvo entre -10 µm y +10 µm. Los colores fríos indican los valores en los que el STL estuvo por dentro del MRC y los cálidos indican las zonas en las que el STL estuvo por fuera del MRC Figura 36: Muestra de discrepancia entre MRC y STL
54 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Discrepancia en nueve puntos de un corte virtual sagital Por último, se analizó la discrepancia que había a lo largo de un corte realizado a la superposición del MRC y el STL en sentido vestíbulo-lingual. Se estudiaron los nueve puntos representativos que se ven en la imagen. Seis correspondían a cantos vivos y cinco a zonas de curvatura suave. En la imagen de cada corte, los recuadros que señalan a cada uno de los puntos indicaban en el valor D la distancia entre el MRC y el punto más cercano del STL. En el ejemplo remarcado con los círculos rojos de la imagen, la discrepancia es de -39 µm Los puntos estudiados en el corte virtual de cada escaneado se numeraron del 1 al 11, en orden consecutivo de izquierda a derecha de cada imagen. Correspondiendo a las siguientes zonas: Punto 1: límite de la preparación del muñón en el lado izquierdo. Punto 2: centro de la zona curva del hombro redondeado en el lado izquierdo. Punto 3: centro de la pared axial de la preparación del lado izquierdo. Punto 4: vértice generado entre la pared axial y la cara oclusal de la preparación en el lado izquierdo Punto 5: vértice generado entre la cara oclusal de la preparación y la acanaladura oclusal de la probeta en el lado izquierdo. Punto 6: punto más declive de la acanaladura oclusal. Punto 7: vértice generado entre la cara oclusal de la preparación y la acanaladura oclusal de la probeta en el lado derecho. Punto 8: El vértice generado entre la pared axial y la cara oclusal de la preparación en el lado derecho. Punto 9: centro de la pared axial de la preparación del lado derecho. Punto 10: centro de la zona curva del hombro redondeado en el lado derecho.
55 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Punto 11: límite de la preparación del muñón en el lado derecho. Los puntos medidos en los cortes virtuales se agruparon según su naturaleza para analizarlos (en la imagen de ejemplo se muestran por colores): Tipo 1 (color azul claro): Zonas de cantos vivos hacia fuera de la preparación. Se agruparon los puntos 1, 4, 8 y 11. (disc 14811)
56 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tipo 2 (color verde): Zona curva del hombro: Se agruparon los puntos 2 y 10. (disc210) Tipo 3 (color amarillo): Zona de las paredes axiales: Se agruparon los puntos 3 y 9. (disc39) Tipo 4 (color rojo): Zona de cantos vivos hacia dentro de la preparación. Es la intersección entre la canaladura y la superficie oclusal. Se agruparon los puntos 5 y 7.(disc57)
57 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tipo 5 (color azul oscuro): Zona más declive de la canaladura. Es el punto 6 solamente. (disc6) 3.3 Análisis estadístico Con los datos obtenidos se realizó en primer lugar una estadística descriptiva consistente en la media, desviación estándar, mínimo, máximo, mediana (Q2) y cuartiles (Q1 y Q3). Para las zonas de los cortes, se estudiaron estas variables tanto con su signo como en valor absoluto. Posteriormente se realizó la estadística inferencial. La Hipótesis Nula (H 0 ) suponía que no había diferencias entre las distintas zonas o escáneres estudiados. En primer lugar se realizaron pruebas de normalidad (Kolmogorov-Smirnov) y una vez obtenidos los resultados de dicho test se procedió a la realización de las correspondientes pruebas no-paramétricas.
58 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Para la comparación entre los distintos escáneres se realizó la prueba de Kruskal-Wallis. Las discrepancias de las cinco zonas de los cortes se interpretaron en valor absoluto. Para la comparación entre las distintas zonas del corte virtual se realizó la prueba de rangos signados de Wilcoxon para medidas repetidas, corregida con la técnica de Bonferroni. Para esta prueba se tuvo en cuenta el signo de los valores de las cinco zonas de los cortes, no su valor absoluto. Todas las pruebas estadísticas se realizaron con un nivel de significación del 95%.
59 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales RESULTADOS
60 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tabla 1: Estadística descriptiva de los datos de los tres escáneres en conjunto Variable Media (con signo) Media del valor absoluto Desv típica Mín Q1 Q2 Q3 Máx. Resolución (mm) Discrepancia promedio (μm) 40,8 3 36,8 37,2 41,6 42,9 48,1 DE de la discrepancia (μm) 46,9 2, Discrepancia externa media (μm) 22,2 7, Discrepancia interna media (μm) -46,9 1, Discrepancia externa máxima (μm) 202,2 107, Discrepancia interna máxima (μm) -340, , Discrepancia tipo 1 (μm) -40,7 40,7 12,4-63,5-48,3-39,8-33,5-20,8 Discrepancia tipo 2 (μm) 21,1 21,1 21 1,5 5,5 13,5 43,5 89 Discrepancia tipo 3 (μm) 6,3 8,2 16, , Discrepancia tipo 4 (μm) -17,1 37,7 58,3-173, ,5 32 Discrepancia tipo 5 (μm) 53,7 53,7 29, ,
61 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Variable Tabla 2: estadística descriptiva de los datos del escáner 3Shape Media (con signo) Media del valor absoluto Desv típica Mín Q1 Q2 Q3 Máx Resolución (mm) 8812,3 516, Discrepancia promedio (μm) 42,1 0,9 40,9 41,2 42,2 42,8 43,5 DE de la discrepancia (μm) 46,6 0, Discrepancia externa media (μm) Discrepancia interna media (μm) Discrepancia externa máxima (μm) Discrepancia interna máxima (μm) 21,7 0, ,2 0, ,7 132, , Discrepancia tipo 1 (μm) -39,1 39,1 4,6 33, ,8 42,5 46 Discrepancia tipo 2 (μm) 13,3 13,2 4,8 5,5 9,5 13, ,5 Discrepancia tipo 3 (μm) 0,8 2,7 2 0,5 1 2,3 4 7 Discrepancia tipo 4 (μm) 12,5 12,5 2, ,8 13 5,5 Discrepancia tipo 5 (μm) , ,
62 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Variable Tabla 3: estadística descriptiva de los datos del escáner Imetric Media (con signo) Media del valor absoluto Desv típica Mín Q1 Q2 Q3 Máx Resolución (mm) 7771,5 213, Discrepancia promedio (μm) 43,3 2,2 39,5 42,1 43,1 43,9 48,1 DE de la discrepancia (μm) 50,2 1, Discrepancia externa media (μm) Discrepancia interna media (μm) Discrepancia externa máxima (μm) Discrepancia interna máxima (μm) 28,2 9, , ,7 97, ,2 42, , Discrepancia tipo 1 (μm) ,1 37,5 48,3 55,3 61,8 63,5 Discrepancia tipo 2 (μm) 45,8 45,8 18,2 14,5 43,5 44, Discrepancia tipo 3 (μm) 8,6 12,6 26,1 0 0, Discrepancia tipo 4 (μm) , ,5 17,5 21 Discrepancia tipo 5 (μm) ,
63 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Variable Tabla 4: estadística descriptiva de los datos del escáner Renishaw Media (con signo) Media del valor absoluto Desv típica Mín Q1 Q2 Q3 Máx Resolución (mm) , Discrepancia promedio (μm) DE de la discrepancia (μm) Discrepancia externa media (μm) Discrepancia interna media (μm) Discrepancia externa máxima (μm) Discrepancia interna máxima (μm) Discrepancia tipo 1 (μm) Discrepancia tipo 2 (μm) Discrepancia tipo 3 (μm) Discrepancia tipo 4 (μm) Discrepancia tipo 5 (μm) 37,1 0,3 36,8 36, ,2 37,7 43,8 0, ,6 0, ,3 0, ,3 98, ,6 32, , ,9 28,9 7,5 20,8 22, ,5 4 4,3 4,3 1,5 1,5 3,5 4 5,5 6,5 9,5 9,5 0,7 8,5 9 9, ,8 87,5 55,3 26, , , ,
64 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 37: Diagrama de color de 3Shape Figura 38: Diagrama de color de Imetric
65 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 39: Diagrama de color de Renishaw Figura 40: Ejemplo de corte virtual de 3Shape (mm)
66 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Figura 41: Ejemplo de corte virtual de Imetric (mm) Figura 42: Ejemplo de corte virtual de Renishaw (mm)
67 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Resolucion Discrepanci a Tabla 5: Resultados de la prueba de Kolmogorov-Smirnov disc_max_s disc_max_i Discrepanci DE disc_sup disc_inf up nf a tipo 1 Discrepanci a tipo 2 Discrepanci a tipo 3 Discrepanci a tipo 4 Discrepanci a tipo 5 3Shape D640 1,92 746,17 0,16 0,04 12,27 8,13 84,31 330,54 923,25 86,61 259,72 254,32 Imetric 129,24 386,86 89,22 0,00E+00 72, ,45 483,09 10,48 0,02 645,01 310,31 Renishaw 419,33 48,47 0 0,16 0,04 268, ,35 872,33 204,5 573,69 549,59 En las siguientes tablas las medias con idéntica letra no difieren de manera estadísticamente significativa. Tabla 6: Prueba de Kruskal Wallis para la variable resolución Escáner Media Grupos de significación Imetric 7771,5 A 3Shape 8812 B Renishaw C Tabla 7: Prueba de Kruskal Wallis para la variable discrepancia Escáner Media Grupos de significación Renishaw 37,1 A 3Shape 42,1 B Imetric 43,2 B Tabla 8: Prueba de Kruskal Wallis para la variable DE Escáner Media Grupos de significación Renishaw 43,8 A 3Shape 46,6 B Imetric 50,2 B
68 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tabla 9: Prueba de Kruskal Wallis para la variable disc. sup. Escáner Media Grupos de significación Renishaw 16,6 A 3Shape 21,7 B Imetric 28,2 C Tabla 10: Prueba de Kruskal Wallis para la variable disc. inf. Escáner Media Grupos de significación Renishaw 48,3 A Imetric 47,2 A 3Shape 45,2 B Tabla 11: Prueba de Kruskal Wallis para la variable disc. max. sup Escáner Media Grupos de significación 3Shape 18,97 A Imetric 204,7 A Renishaw 212,3 A Tabla 12. Prueba de Kruskal Wallis para la variable disc. max. inf. Escáner Media Grupos de significación Imetric 346,2 A 3Shape 340 A Renishaw 336,6 A
69 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tabla 13: Puntuaciones de Wilcoxon (Sumas de rango) para la variable tipo1 Escáner Media Grupos de significación Imetric 540 A 3Shape 39,1 B Renishaw 28,9 B Tabla 14: Puntuaciones de Wilcoxon (Sumas de rango) para la variable tipo2 Escáner Media Grupos de significación Renishaw 4,3 A 3Shape 13,3 B Imetric 045,8 B Tabla 15:Puntuaciones de Wilcoxon (Sumas de rango) para la variable tipo3 Escáner Media Grupos de significación 3Shape 2,7 A Imetric 12,6 A Renishaw 9,5 B Tabla16: Puntuaciones de Wilcoxon (Sumas de rango) para la variable tipo4 Escáner Media Grupos de significación 3Shape 12,5 A Imetric 12 A Renishaw 87,5 A
70 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Tabla 17: Puntuaciones de Wilcoxon (Sumas de rango) para la variable tipo5 Escáner Media Grupos de significación Renishaw 31 A 3Shape 48 B Imetric 82 B *En la siguiente tabla, los valores < 0,05 presentan diferencias entre esas zonas. *Prueba de rangos signados de Wilcoxon para la comparación entre zonas del corte virtual (p-valor) 3Shape D640 Imetric Renishaw Dif 1-2 0,02 0,02 0,02 Dif 1-3 0,02 0,02 0,02 Dif 1-4 0,02 0,02 0,645 Dif 1-5 0,02 0,02 0,02 Dif 2-3 0,02 0,02 0,02 Dif 2-4 6,016 0,39 0,98 Dif 2-5 0,02 2,73 0,02 Dif 3-4 0,02 0,84 0,098 Dif 3-5 0,02 0,059 0,02 Dif 4-5 0,02 0,02 0,039
71 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Diagrama 1: Resolución
72 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Diagrama 2: Discrepancia Promedio
73 Estudio Experimental in vitro de 3 escáneres CAD/CAM extraorales Diagrama 3: Desviación Estándar
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID FACULTAD DE ODONTOLOGÍA Departamento de Estomatología I (Prótesis Bucofacial) TESIS DOCTORAL Estudio experimental in vitro de la fiabilidad de seis escáneres extraorales

References: resolución 
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