Стоматологическая CAD/CAM

Стоматологическая CAD/CAM (Computer-Aided Design / Computer-Aided Manufacturing) — это технология автоматизированного проектирования и изготовления стоматологических реставраций (коронок, вкладок, виниров, мостовидных протезов, абатментов и каркасов) с использованием цифровых методов. В отличие от традиционных лабораторных методов, основанных на снятии слепков и ручном литье или прессовании керамики, CAD/CAM позволяет создавать реставрации из цельных блоков высокопрочной керамики или композитных материалов с высокой точностью и повторяемостью.

История развития

Ранние предпосылки

Идея автоматизированного изготовления зубных протезов возникла в середине XX века. В 1960-х годах швейцарский стоматолог Франсуа Дюре (François Duret) начал эксперименты с использованием фотограмметрии и фрезерных станков. В 1973 году он впервые изготовил коронку с помощью компьютера, однако технология была слишком дорогой и несовершенной для клинического применения.

Первые коммерческие системы

Первая коммерчески успешная система CAD/CAM в стоматологии была разработана в 1980-х годах швейцарской компанией Sirona Dental Systems (ныне Dentsply Sirona). В 1987 году была представлена система CEREC 1 (Chairside Economical Restoration of Esthetic Ceramics). Она позволяла врачу прямо в кресле пациента отсканировать зуб, спроектировать реставрацию и изготовить её из керамического блока. Система использовала инфракрасную камеру для получения оптического оттиска и фрезерный блок с двумя осями.

Развитие в 1990–2000-х годах

В 1990-х годах появились более совершенные системы: CEREC 2 (1994) с улучшенной камерой и трёхосевым фрезерованием, а затем CEREC 3 (2000) с отдельным блоком сканирования и фрезерования. Параллельно развивались лабораторные системы, такие как Procera (Nobel Biocare, Швеция), которая использовала технологию сканирования гипсовых моделей и фрезерования каркасов из оксида циркония. В начале 2000-х годов внедрение CAD/CAM в зуботехнические лаборатории стало массовым благодаря снижению стоимости оборудования и появлению доступных блоков из диоксида циркония.

Современный этап

С 2010-х годов наблюдается активное развитие внутриротового сканирования (интраоральные сканеры), облачных платформ для проектирования и сетевых фрезерных центров. Технология стала доступна не только крупным клиникам, но и небольшим стоматологическим кабинетам. Появляются системы, работающие с полимерными материалами (PEEK, PEKK) и гибридной керамикой.

Классификация систем CAD/CAM

По месту изготовления

• Кресловые (Chairside) системы — всё оборудование (сканер, компьютер, фрезерный блок) находится в стоматологическом кабинете. Реставрация изготавливается за одно посещение (обычно 60–90 минут). Примеры: CEREC (Dentsply Sirona), Planmeca FIT, Carestream CS 3600.
• Лабораторные системы — сканирование и проектирование выполняются в зуботехнической лаборатории, а фрезерование — на отдельном станке или в удалённом фрезерном центре. Реставрация изготавливается в течение нескольких дней. Примеры: exocad (программное обеспечение), Wieland Zenotec, Roland DWX.

По типу фрезерования

• Сухое фрезерование — используется для блоков из полимерных материалов, композитов и мягкой керамики. Не требует охлаждающей жидкости.
• Влажное фрезерование — применяется для блоков из стеклокерамики (например, литий-дисиликат) и диоксида циркония. Охлаждение водой предотвращает перегрев и растрескивание материала.

По количеству осей

• 3-осевые станки — фреза движется по трём осям (X, Y, Z). Подходят для простых геометрий (коронки, вкладки).
• 4-осевые станки — добавляется вращение заготовки вокруг одной оси. Позволяют обрабатывать более сложные формы.
• 5-осевые станки — полная свобода движения фрезы. Используются для изготовления мостовидных протезов, каркасов и абатментов со сложной анатомией.

Устройство и принцип работы

Основные компоненты

1. Интраоральный сканер — устройство для получения цифрового оттиска полости рта. Сканирует препарированный зуб, соседние зубы и антагонисты. Современные сканеры работают на принципе структурированного света или лазерной триангуляции.
2. Программное обеспечение CAD — позволяет создать виртуальную 3D-модель реставрации. Врач или техник задаёт контуры, окклюзионные контакты, толщину стенок. Современные программы (например, CEREC SW, exocad, 3Shape Dental System) включают библиотеки анатомических форм и алгоритмы автоматического построения.
3. Программное обеспечение CAM — преобразует CAD-модель в траекторию движения фрезы (G-код). Оптимизирует скорость, глубину реза и расход материала.
4. Фрезерный станок — выполняет механическую обработку блока. В кресловых системах используется компактный станок с одной или двумя фрезами. В лабораториях — промышленные станки с автоматической сменой инструмента.
5. Блоки материалов — стандартизированные заготовки цилиндрической или прямоугольной формы. Изготавливаются из керамики, композитов, полимеров или металлов (для фрезерования титановых абатментов).

Процесс изготовления

1. Сканирование — получение цифрового оттиска. В кресловом режиме — интраоральным сканером; в лабораторном — сканированием гипсовой модели или слепка.
2. Проектирование — в CAD-программе создаётся реставрация. Врач корректирует прилегание, окклюзию и эстетику.
3. Фрезерование — станок вырезает реставрацию из блока. Типичное время — 10–30 минут для коронки.
4. Обработка — удаление остатков материала (штамб), шлифовка, полировка, нанесение глазури. Для стеклокерамики требуется кристаллизация в печи (обжиг при 800–900 °C).
5. Фиксация — в кресловом режиме реставрация фиксируется на цемент в тот же день.

Материалы для CAD/CAM

Керамические материалы

• Диоксид циркония (ZrO₂) — высокопрочная керамика (прочность до 1200 МПа). Используется для каркасов коронок и мостовидных протезов, а также для монолитных реставраций. Различают кубический (полностью стабилизированный) и тетрагональный (частично стабилизированный) диоксид циркония.
• Литий-дисиликат (например, IPS e.max CAD) — стеклокерамика с прочностью до 400 МПа. Обладает высокой эстетикой (прозрачность, флуоресценция). Используется для одиночных коронок, виниров, вкладок.
• Полевошпатная керамика — классический материал для керамических вкладок и коронок (например, Vitablocs Mark II). Уступает по прочности, но хорошо полируется.
• Гибридная керамика — композит с керамическим наполнителем (например, Enamic). Сочетает прочность и упругость, легко обрабатывается.

Полимерные материалы

• PEEK (полиэфирэфиркетон) — высокотемпературный полимер, используется для временных и постоянных коронок, абатментов.
• PMMA (полиметилметакрилат) — акриловый полимер для временных реставраций и диагностических моделей.
• Композитные блоки — например, Lava Ultimate, Paradigm MZ100. Содержат керамический наполнитель, обладают высокой эстетикой и износостойкостью.

Применение

Клинические случаи

• Одиночные коронки — наиболее частый случай. CAD/CAM позволяет изготовить коронку из керамики за одно посещение.
• Вкладки и накладки — реставрации полостей жевательных зубов. Цифровое проектирование обеспечивает точное прилегание.
• Виниры — эстетические накладки на передние зубы. Изготавливаются из литий-дисиликата или полевого шпата.
• Мостовидные протезы — каркасы из диоксида циркония фрезеруются как единое целое, что исключает пайку или литьё.
• Абатменты — индивидуальные титановые или циркониевые абатменты для имплантатов.
• Временные реставрации — из PMMA или композита на период лечения.

Преимущества

• Точность — цифровой оттиск исключает искажения, свойственные слепочным материалам. Допуск прилегания составляет 20–50 мкм.
• Скорость — кресловые системы позволяют завершить лечение за одно посещение (от 60 минут).
• Эстетика — использование высококачественных керамических блоков обеспечивает естественный цвет и прозрачность.
• Прочность — материалы CAD/CAM (особенно диоксид циркония) превосходят по прочности традиционные фарфоровые и металлокерамические реставрации.
• Воспроизводимость — при потере реставрации можно изготовить идентичную по сохранённой цифровой модели.

Недостатки и ограничения

• Стоимость оборудования — кресловая система стоит от 3 до 8 миллионов рублей (на 2024 год), что делает её недоступной для многих клиник.
• Ограничения по материалам — не все материалы подходят для фрезерования (например, некоторые виды керамики требуют прессования).
• Необходимость обучения — врач должен освоить работу с CAD-программой, что требует времени.
• Качество поверхности — после фрезерования требуется дополнительная обработка (шлифовка, полировка, глазурование).
• Ограничения по размеру — блоки имеют стандартные размеры, что ограничивает изготовление крупных реставраций (например, мостов на 4–5 единиц).

Критика и перспективы

Критика

Некоторые специалисты отмечают, что CAD/CAM-реставрации уступают по эстетике ручным работам из-за отсутствия индивидуальной послойной окраски. Кроме того, высокая стоимость оборудования и расходных материалов ведёт к удорожанию лечения для пациента. Существуют опасения по поводу долговечности кресловых реставраций — по данным исследований (например, Joda et al., 2018), выживаемость коронок из литий-дисиликата через 5 лет составляет 94–97%, что сопоставимо с традиционными методами.

Перспективы

• Цифровой протокол «от сканирования до фиксации» — интеграция CAD/CAM с 3D-печатью для изготовления временных реставраций и моделей.
• Искусственный интеллект — автоматическое проектирование реставраций на основе анализа окклюзии и анатомии.
• Новые материалы — разработка блоков из градиентной керамики (с переменными свойствами по толщине) и биоактивных стеклокерамик.
• Снижение стоимости — удешевление интраоральных сканеров и фрезерных станков, что расширит доступность технологии.

Источники

1. Duret F., Blouin J.L., Duret B. «CAD/CAM in dentistry». Journal of the American Dental Association, 1988.
2. Mormann W.H. «The evolution of the CEREC system». Journal of the American Dental Association, 2006.
3. Rekow E.D. «Dental CAD/CAM: a review of the current state of the art». Journal of Prosthetic Dentistry, 2006.
4. Joda T., Ferrari M., Brägger U. «A systematic review of the survival of CAD/CAM crowns». Clinical Oral Investigations, 2018.
5. Beuer F., Schweiger J., Edelhoff D. «Digital dentistry: an overview of recent developments for CAD/CAM generated restorations». British Dental Journal, 2008.
6. ГОСТ Р 57516-2017 «Стоматология. Системы CAD/CAM. Общие требования».