歯科用CAD/CAMシステム

歯科用CAD/CAMシステムとは、口腔内に装着される修復物や補綴物の設計及び加工に用いられる複数の装置をCADやCAMの技術を用いて統合したシステムのことで、CAD/CAMとはComputer-aided design/Computer-aided manufacturingの略である。

歯科治療の際に口腔内に装着される修復物や補綴物は、そのほとんどが、手作業により製作されてきた。その製作工程の一部をコンピュータ制御の機器に置き換える一連のシステム。

これにより、作業の効率化がはかられ、品質のバラツキを抑えることが可能となり、また、従来は利用できなかった材料の利用を可能にするといったメリットがある。

1. 開発の経緯
--------

1970年代に南カリフォルニア大学のFrançois Duretが歯科の分野にCAD/CAM技術の考えを持ち込んだのが始まりと考えられるが，一般に発売された商用機としては1985年にスイス・チューリッヒ大学のWerner H. Mörmann教授らのグループが、ドイツ・シーメンス社と共同で開発して世に送り出したCERECシステムが最初と考えられている。当初このシステムでは、う蝕になった歯を部分的に削ったのち、そこに当てはめるセラミックス製のインレーを診療中にその場で製作できることが特徴で、当時としては極めて先進的なものであった。

2. システムの構成
----------

計測装置、設計装置、加工装置の3つの部分から構成されるものが多い。

2.1. 計測装置
---------

計測装置には、従来通りの印象採得を行った後に石膏作業模型を製作し、これを3次元スキャンするタイプのものと、プローブを直接口腔内に装入して切削した歯牙をスキャンするものとがある。前者の計測装置に利用される技術には、接触式プローブ、非接触レーザースポット、ラインレーザー、パターン光など様々なものがあるが、後者では大量のデータを瞬時に取得しやすいパターン光が用いられることが多い。

2.2. 設計装置
---------

専用の3次元CADを主体としたもので、個々の歯冠形状の基本データを持ち、それを変形させて支台歯に適合させていく設計手法をとるものが多い。一部のシステムでは、極めて多数の歯の形状データに基づいて、設計すべき空間に最適の歯の形状を自動で提示する機能を搭載したものも登場している。

2.3. 加工装置
---------

ボールエンドミルを用いて、ミリング加工により材料を成形するものが多い。システム開発メーカーが自社で個々の加工を請け負う場合は、工場内に大型のマシニングセンタを設置して加工を行うケースも増えている。一方、この方式は、切削加工そのものの特徴を反映して、装置の剛性が高い大型機では極めて高い精度を確保しつつ高速で加工できる反面、卓上の小型の装置では加工時間が長くなり、量産には向かない。また材料の無駄が多いという欠点をもっている。

その他、ミリング以外の加工方法として、鋳造用のロストワックスパターンや部分床義歯のメタルフレームの製作用として一部で付加造形/付加製造法が導入されている。いわゆる3Dプリンターと呼ばれている装置で、生産効率を上げ易いことから今後利用の伸びが期待される。

3. 材料
-----

3.1. 樹脂系材料
----------

鋳造用のパターンとして、エンジニアリングワックスやPMMAが用いられる。後者は暫間被覆冠／プロビジョナルレストレーション用としても利用される。また、日本国内においては、2014年にハイブリッドレジンから切削加工で製作する「CAD/CAM冠」が小臼歯に対して保険適用になったことから、複合合成材料であるハイブリッドレジンの需要が急速に高まるとともに、ラボに対するCAD/CAMシステム普及のきっかけになるものと思われる。さらに今後、海外を中心にいわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックのひとつであるPEEKなどの活用が検討されている。

3.2. 金属系材料
----------

コバルトクロム、チタンなどが利用される。前者はメタルボンドのメタルフレームや部分床義歯の一部として、後者はクラウン、ブリッジ、インプラントの一部などで用いられる場合が多い。

3.3. セラミック系材料
-------------

従来の歯科用陶材、アルミナス陶材、ジルコニアセラミックスの3種類に大別される。特に、高強度を有するジルコニアセラミックスでは、多くの場合、その高強度ゆえに完全焼結後の切削加工が困難であり、半焼結体の状態で加工が施される。このため、その後の焼結プロセスにおいておよそ20%程度の収縮を生じるが、手作業に拠る製作工程でこの収縮量を補償するのは困難であった。そこで、コンピュータシミュレーションの力を借りて初めてこの問題の解決をみることとなり、ジルコニアセラミックスの普及が歯科用CAD/CAMシステムの世界的普及の大きな要因となっている。日本国内では、健康保険制度の兼ね合いからジルコニアセラミックスの普及は海外ほどには達していないが、原材料となるジルコニアの高純度粉末は日本がその大半を世界に供給していると言われている。

4. 国内／世界で稼働している主なシステム
---------------------

2011年の時点で，この分野への参入企業の数は世界的に増加して数多くのシステムが発表あるいは販売されている．その中でも特徴的なのは，従来は歯列石膏模型を計測してCADに取り込んでいたものが，口腔内で直接，光学印象を採得する方式に替わろうとしている点である．歯列石膏模型を計測する手法は今だ主流であるが，既に計測システムの淘汰・統合の動きが始まっている．また，加工機についても，従来は価格や性能からオーバースペックと考えられていたマシニングセンタが歯科専用機としてチューニングされて登場したり，中間加工品であるロストワックスパターンの作製のために，3Dプリンターが多く利用されるようになるなどの動きが見られる．下記に主だったシステムの名称を挙げる．

4.1. 光学印象を採得するシステム
------------------

Sirona CERECPlannmeca E4D Technologies3M ESPE Lava™ Chairside Oral Scanner C.O.S®CADENT iTero®3Shape TRIOS®Trophy 3DI Pro

4.2. 模型を計測するシステム
----------------

デジタルプロセス株式会社　DORADeguDent Cercon®NobelProcera ScannerStraumann® CARES® Scan CS23M ESPE Lava™ Scan STKaVo ARCTICA/EVEREST 3Shape 3D ScannerDental Wings 3D ScannerDelcam iMetric

4.3. 大型加工機／ミリングセンター／アウトソーシング
----------------------------

ジーシー　GM-1000松浦機械製作所 　金属光造形複合加工機 LUMEX Avance-25パナソニック 　C-ProSystem ミリングセンターノーベルバイオケア　幕張プラントStraumann® CARES®3M ESPE Lava™ CNC 500WIELAND Dental ZENOTEC 6400 L5DMG ULTRASONIC 10 / 20EOS EOSINT M280DENTSPLY Compartis®

4.4. 小型加工機
----------

ローランドDG　DWX-50/DWX-4デジタルプロセス株式会社　WAXYクラレノリタケ　カタナシステムDWX-50Nジーシー　Aadva ミル LW-1/LD-1WIELAND Dental Zenotec miniDeguDent Cercon® brain expertSirona CEREC MC XLenvisionTEC Perfectory®3D Systems Projet™ DP-3000Zirkonzahn 5-TECKaVo ARCTICA/EVERESTTrophy CAM

4.5. 義歯を含むトータルソリューション
---------------------

Sensable Technologys intelifit®

5. 脚注
-----

5.1. 注釈
-------

5.2. 出典
-------

6. 参考文献
-------

7. 関連項目
-------

歯科技工士
3Dデンチャー