La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
Introduction :
La prothèse unitaire fixée seule ou sur implant est le domaine dans lequel la prise d’empreinte et l’usinage restent les plus utilisés, deux chosent que aujourd’hui l’avènement du numérique a considérablement modifié leur étapes et les procédés de l’élaboration des prothèses dentaires.
Bien des choses ont changé depuis les recherches de François Duret sur l’empreinte optique, et de fait ; l’invention de la CFAO en Odontologie.
Pour bien comprendre les évolutions de la CFAO dentaire, il faut connaître le mode de fonctionnement de celle-ci.
I : Rappel de la prothèse unitaire fixée (les couronnes) :
La prothèse fixée unitaire peut avoir deux sortes de pilier support : un pilier naturel dentaire ou un pilier artificiel implantaire. Cela est fonction de l’utilisation, comme support de base, d’une racine naturelle ou artificielle (implant).
Les couronnes sont des prothèses de type fixées, par opposition à amovible. Ce sont des pièces prothétiques qui vont recouvrir la partie coronaire de la dent pour rétablir la morphologie esthétique et fonctionnelle.
Elles peuvent être unitaires ou plurales (dans le cas de prothèses à pont) et être réalisées sur le tissu dentaire restant après préparation ou sur un faux moignon prothétique métallique ou céramique.
On parle de prothèse fixée car la couronne va être solidarisée à la dent ou au faux-moignon par scellement ou collage (ou vissage dans le cas de prothèse sur implant).
Différents matériaux peuvent être utilisés pour réaliser une couronne, en fonction du matériau utilisé un gradient esthétique va être proposé au patient et par association un gradient économique :
Couronnes coulées (CC) : les moins esthétiques donc les moins onéreuses, elles sont réalisées par coulée d’un alliage semi précieux en fusion. Anciennement on utilisait l’or pour ce type de couronne, aujourd’hui, compte tenu du coût de l’or, un alliage type Nickel Chrome ou Cobalt Chrome sera préféré (dans le cas d’allergie au Nickel)
Couronnes mixtes : elles associent deux matériaux, un matériau support (alliage ou métal) et un matériau cosmétique esthétique (la céramique), on distingue :
Les Couronnes à Incrustation Vestibulaire (CIV), seule la face vestibulaire est recouverte d’une coquille de résine (ancien) ou céramique. Elles sont un compromis esthétique/coût, on les évitera tout de même à la mandibule ou la partie métal seule sera visible.
Les Couronnes Céramo Métalliques (CCM), une chape coulée recouvre entièrement la surface dentaire ou le faux moignon, sur cette chape est rajoutée la céramique cosmétique. La couronne est plus esthétique qu’une CIV car seule une bande métallique linguale/palatine peut-être visible, le reste est cosmétique. Elle est donc plus onéreuse qu’une CIV.
Couronnes Céramo Céramiques (CCC) : elles sont entièrement composées de céramique, la chape en céramique très résistante (Zircone le plus souvent) et la partie cosmétique plus esthétique par-dessus. Ce sont les plus esthétiques mais les plus chères.
Quelle que soit le type de couronne mise en place, seul le gradient esthétique est susceptible de varier, comme toute reconstruction mise en bouche, la couronne doit rétablir la fonction et répondre aux impératifs bio-fonctionnels de la cavité buccale.
II : NOTION SUR LA CFAO
Définition :
Le sigle CFAO est l’abréviation de Conception et Fabrication Assistées par Ordinateur,
En anglais CAD/CAM (Computer-Aided Design/Manufacturing)
On utilise cet acronyme pour désigner la combinaison
de la CAO (Conception Assistée par Ordinateur)
et FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur), qui Consiste en l’utilisation des outils numériques au service de la chaîne numérique allant de la modélisation à la fabrication des prothèses
Cette technologie utilisée à la fois en laboratoire et en cabinet dentaire peut être appliquée aux inlays, onlays, facettes, inlay-cores, prothèses fixes (unitaires et plurales), prothèses fixes sur implants (collées ou vissées).
Pour chaque famille, les procédés de fabrication diffèrent mais les processus numériques restent sensiblement les mêmes.
La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
Figure 2 : Une partie du musée de la CFAO (le premier système connu Hennson)
Matériaux utilisés en CFAO dentaire :
Figure 3 : matériaux usinables par CFAO dentaire
Les matériaux disponibles sont plus nombreux que ceux qu’offrait la méthode traditionnelle, et les plus souvent utilisés en prothèse conventionnelle sont accessibles à la CFAO, cependant, tous les systèmes actuels de FAO sur le marché ne donnent pas accès à tous les matériaux.
1-les métaux :
Les métaux sont soit usinés à partir de blocs ou de disques soit mis en forme par des
Techniques au laser, en CFAO, le titane et le Cobalt – Chrome sont les plus utilisés.
2-les céramiques :
En effet, c’est pour les céramiques que la CFAO a apporté le maximum de recherche en développant surtout les céramiques à haute résistance.
Toutes les prothèses en céramique doivent avant tout respecter certaines normes, comme la
Norme ISO 6872.
Les céramiques utilisables pour la CFAO en fonction de la nature chimique de leur phase cristalline :
2.1 Les céramiques feldspathiques :
Figure 5 : Plot de céramique feldspathique pour l’usinage avec vue en transparence de la future
Prothèse.
Ce type de céramique est indiqué pour la fabrication des couronnes unitaires du secteur antérieur.
2.2 Les vitrocéramiques : On utilise ces blocs pour les couronnes unitaires antérieures sur dents pulpées
Figure 6 : Plots de vitrocéramique pour l’usinage.
2.3. Les céramiques infiltrées :
2.3.1 IN CERAM SPINELL(MgAL2O4)
C’est une céramique très translucide, avec d’excellentes propriétés optiques pour les dents antérieures très lumineuses.
2.3.2 IN CERAM ALUINA(AL203)
Cette céramique est surtout utilisée pour la réalisation d’infrastructures pour couronnes unitaires.
2.3.3 IN CERAM ZIRCONIA (33% De Zr et 66% D’alumine)
Elle est surtout utilisée pour cacher un support coloré, ou par exemple un inlay-core, ou dans le cas où les propriétés mécaniques doivent être renforcées (Infrastructures unitaires postérieures, petits bridges).
2.4 Les céramiques polycristalines :
C’est l’exemple parfait de matériaux qui n’étaient pas accessibles avant l’apparition de la CFAO, On distingue dans cette catégorie, l’Alumine et la Zircone.
2.4.1 L’ALUMINE PURE
Ce sont des blocs d’alumine pure pré frittée.
Elle est utilisée pour les couronnes unitaires et les petits bridges
2.4.2 LA ZIRCONE PURE : ZrSiO4
– LA ZIRCONE TZ
Exemples de pièces prothétiques en zircone obtenues par CFAO à partir d’un bloc.
-LA ZIRCONE HIP
Elle est dite pure : son taux de zircone est au minimum de 93,6%
3-les composites :
Les matériaux en résine composite étaient classiquement utilisés en restauration directe au fauteuil avec comme limite leur utilisation en postérieur liée à leur faible résistance. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été accomplis dans l’amélioration de leurs propriétés permettant leur utilisation en postérieur dans les secteurs molaires.
Avec le développement de la CFAO, leurs indications ont été élargies d’un matériau de restauration directe à un matériau usinable sous forme de bloc composite pour la fabrication de pièces prothétiques indirectes type facette, inlay, onlay et couronne.
Fonctionnement de la CFAO dentaire :
1.1 Principes généraux de la CFAO dentaire
La CFAO dentaire est constituée de trois étapes :
• L’empreinte :
1◦ empreintes conventionnelles :
Il faut savoir que si on veut avoir recours à la CFAO, on peut faire une empreinte conventionnelle mais il faudra associer cette technique à une empreinte numérique dans un second temps (souvent scanner de table).
2◦ empreintes numériques :
▪ empreintes numériques optiques :
• intra-orales
• scanner de table : le but est de scanner un modèle en plâtre ou une empreinte conventionnelle
▪ empreintes numériques mécaniques : palpeurs
• La Conception Assistée par Ordinateur CAO : Le logiciel reçoit l’empreinte de la préparation, soit en format de fichier ouvert (STL), soit en format de fichier fermé, spécifique à la marque utilisée. Son but est de modéliser la future prothèse (inlay, couronne, bridge…) grâce à un logiciel de CAO et en tenant compte de plusieurs paramètres : occlusion, points de contacts avec les dents adjacentes, hauteur prothétique disponible, choix du matériau…
• La Fabrication Assistée par Ordinateur FAO : Le fichier contenant la pièce prothétique modélisée est envoyé à la machine-outil qui va pouvoir la fabriquer de différentes manières : par soustraction ou bien par addition.
1.2 Conception Assistée par Ordinateur, notions de système ouvert et fermé :
– format libre : c’est le format STL qui veut dire StéréoLithographie ou Surface Tesselation
Language. Ce format de fichier pourra être utilisé de manière universelle par différents logiciels de CAO. On parle donc de système ouvert.
– format propriétaire : le fichier n’est alors utilisable que par le logiciel de la même marque que la caméra intra orale. On parle donc de système fermé.
Mais il est parfois possible d’acheter un logiciel supplémentaire, permettant de convertir ces fichiers propriétaires en format STL (comme pour le système CEREC avec le logiciel SIRONA Connect permettant d’ouvrir les fichiers). On parlera donc de système « semi-ouvert ».
Les fonctionnalités des logiciels de CAO sont globalement similaires : il est possible de modifier la forme de la future prothèse, d’agrandir et de changer l’orientation du modèle virtuel, de tracer les limites des préparations, de régler les points de contacts occlusaux et avec les dents adjacentes, d’estimer l’épaisseur du matériau prothétique.
CAO d’une prothèse d’après Zheng et al. (2011)
1.3 Fabrication Assistée par Ordinateur :
Après avoir modélisé la future pièce prothétique grâce au logiciel de CAO, il faut maintenant la fabriquer. Pour cela, il y a différentes techniques : soit les méthodes soustractives, soit les méthodes additives. Nous allons présenter le fonctionnement de chacune des techniques.
1.3.1. Méthode soustractive : Usinage
Les techniques de fabrication par soustraction fonctionnent selon un principe simple : un bloc de matériau est usiné par une machine-outil. Celle-ci possède plusieurs axes sur lesquels sont fixées des fraises, permettant de modeler la pièce souhaitée. Dans notre domaine, le nombre d’axes varie de 3 à 5.
Plus la machine-outil possède d’axes, plus elle sera rapide car plusieurs types de fraises pourront usiner le bloc de matériau. C’est pourquoi les machines-outils à 3 axes sont capables d’usiner des couronnes, des barres simples, des bridges et des chapes. Les machines-outils à 4 axes peuvent usiner des piliers implantaires, en plus de tous les autres éléments précédemment cités. Les machines à 5 axes peuvent également usiner des pièces prothétiques complexes et plusieurs piliers implantaires en même temps.
Les matériaux usinables par ces machines-outils sont nombreux : alumine, Zircone, vitrocéramique, Cobalt-Chrome, Titane, résines, cire….
Ça permet une fabrication rapide des pièces prothétiques, avec une précision très satisfaisante.
1.3.2. Méthodes additives :
La fabrication additive consiste en la mise en forme d’un objet par ajout de matière par empilement de couches successives (contrairement à l’usinage qui met en forme un objet par enlèvement de matière). On parle dans ce cas de « fabrication directe » car on forme une pièce directement à partir de sa représentation numérique 3D, sans passer par un moule ou par l’usinage d’un bloc.
Il existe plusieurs méthodes de fabrication additive :
a. Les imprimantes 3D :
Elles permettent le modelage par dépôt sélectif en jets multiples d’une cire durcie par chauffe ou d’une résine photosensible liquide durcie par polymérisation UV.
-b. La Stéréolithographie :
Elle consiste en le modelage par polymérisation UV sélective d’un mélange cire/résine liquide photosensible contenue dans une cuve.
-c. La Microfusion (ou Frittage Laser) :
Le procédé consiste à fondre la poudre selon les paramètres géométriques définis à partir du fichier CAO, puis la poudre fondue est solidifiée rapidement formant des cordons de matière solide. Cette technique est aujourd’hui la plus adaptée pour la fabrication d’armatures et de châssis en métaux durs, car plus rapide et plus rentable que le procédé de fonderie ou d’usinage.
Les indications de ces méthodes de fabrication sont nombreuses : elles peuvent aussi bien être utilisées pour fabriquer des prothèses provisoires (en cire ou en résine) que pour fabriquer des prothèses d’usage (en métal, composite, céramique…). L’avantage majeur de ces techniques est la possibilité de fabriquer une multitude de formes, permettant à la pièce prothétique de s’adapter parfaitement.
1.4. Les différentes chaînes numériques :
1. CFAO « directe », « semi-directe » ou « indirecte » :
En CFAO directe
Le praticien réalise au cabinet et en une seule séance la restauration. L’empreinte optique intra-buccale est traitée sur place, par le praticien qui réalise la restauration également sur place, à l’aide d’une unité d’usinage à commande numérique. Cette technique ne permettant qu’un usinage de pleine masse de blocs de céramique ou de matières synthétiques, la machine du praticien fabrique en méthode directe des inlays, onlays, facettes céramiques, couronnes unitaires ou bridges
Conception des couronnes :
. La conception numérique demande de posséder un logiciel dédié, ainsi que de s’équiper d’une usineuse. L’offre prothétique est un peu plus limitée que dans le cas de la CFAO semi-directe. Mais rien n’empêche au praticien d’adresser l’empreinte optique au laboratoire de prothèse (via internet) et lui déléguer ainsi tout ou partie de la phase de modélisation et de fabrication. Ce travail peut être très facilement réalisé en un temps court et avec des résultats qualitatifs équivalents et parfois supérieurs à ceux obtenus en laboratoire utilisant les techniques conventionnelles.
En CFAO semi-directe, l’empreinte optique enregistrée par le praticien est envoyée via internet à un laboratoire ou à un centre d’usinage partenaire.
La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
La numérisation de la situation clinique au cabinet dentaire par l’intermédiaire d’une caméra d’empreinte optique intra-orale. Le praticien prend une empreinte optique au cabinet, il vérifie celle-ci et fait parvenir le fichier avec sa commande au prothésiste par un envoi de fichier numérique. Le laboratoire va concevoir l’élément prothétique numériquement à partir de l’empreinte optique, ensuite il usinera la pièce, la finira. Il ne restera plus au praticien qu’à poser l’élément prothétique.
En CFAO indirecte :
Les laboratoires peuvent être équipés d’un système CAO ou FAO ou les deux CFAO. Dans le premier cas le laboratoire va scanner le modèle en plâtre et élaborer la pièce prothétique qu’il va envoyer à un laboratoire d’usinage FAO qui réalisera la pièce dans un choix non exhaustif de matériaux : céramique feldspathique, zircone, titane, céramique hybride, chrome cobalt etc. …
Chaine de CFAO indirecte
Dans le cas où le laboratoire est équipé d’un système de CFAO : il scannera le modèle en plâtre ou utilisera une empreinte numérique réalisée au cabinet dentaire. Il concevra une pièce prothétique assistée par ordinateur et logiciel de modélisation .il usinera ensuite cette pièce le plus souvent en zircone .La « full zircone » : consiste en la réalisation d’une prothèse totalement en zircone, particulièrement solide parfaitement indiqué en secteur postérieur pour des éléments unitaires et des bridges.
La zircono-céramique: le prothésiste réalise une armature en zircone toujours assistée par ordinateur, cette pièce sera usinée dans un disque de zircone et après frittage, le prothésiste finira la prothèse grâce une technique de céramique conventionnelle. Cette technique permet la réalisation de prothèse très esthétique et est donc particulièrement adaptée aux réalisations antérieures. Pour la numérisation des modèles en plâtre, il existe différents types de scanner : par balayage lumineux ou par prise successive de cliché.
L’apport de la chaine CFAO en pratique quotidienne :
La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
Tableau. 1.4. Tableau comparatif des étapes entre les différentes méthodes de CFAO face à la méthode classique ; en rouge, les étapes de laboratoire
La CFAO tout au long de son cheminement (empreinte optique, CAO, FAO) tend à diminuer le risque d’imprécisions et offre de nombreux avantages :
Au niveau de l’empreinte optique intra orale :
– le confort du patient et du praticien
– s’abstenir de matériaux à empreinte, de leur stockage (imprécision indirecte liée au milieu), de leur désinfection, de leurs variations dimensionnelles et des erreurs liées à leur manipulation
– l’analyse (agrandissement) et les possibilités de correction de la préparation au cours de l’empreinte grâce au modèle virtuel unitaire
– début de la chaîne prothétique numérique dès l’empreinte en technique directe et semi-directe
– précision de l’empreinte et stockage des données numériques de manière archivable et inaltérable (pas de variations dimensionnelles)
– durée faible de 2 à 5 min
– envoi des données possible, rapide et facile par internet.
– peut faciliter la prise de teinte, lorsqu’elle présente un spectrocolorimètre intégré
– utilisation possible dans le domaine implantaire, directement sur le pilier de cicatrisation, ou en
utilisant un système spécifique sur la tête implantaire (scanbody)
Apport du scanner :
La digitalisation du modèle en plâtre est une évidence ; il ne s’agit que de passer d’un modèle réel à un modèle virtuel, grâce au scanner. Cette vision est étroite du modèle en plâtre n’est ni plus ni moins qu’une sorte de stockage d’information sous une forme réelle et palpable.
Aujourd’hui, stocker le modèle sous forme numérique grâce au scanner sur une clef USB est un acte similaire à celui de couler le modèle réel en plâtre mais la finalité ou le résultat est très différent.
Ce sont dans les deux cas une mémorisation de la forme de la bouche. Dans le premier cas, c’est un modèle non reproductible.
Alors que dans l’autre cas c’est une mémoire accessible, reproductible à l’infini et stockable en une infinité d’unités identiques modulables mais pouvant toujours revenir à son état initial Deux mémorisations surfaciques, deux disponibilités différentes.
Apport du système STL :
Fichiers PLY et STL d’une empreinte optique du bas
Ça permet une collaboration constante entre le dentiste et le prothésiste :
Lorsque la prothèse est modélisée, celle-ci retourne dans le cabinet, en sens inverse mais dans un fichier interprétable par une machine-outil située dans le cabinet (pas sous forme réelle) et c’est le prothésiste qui, à distance, pilote l’usinage pour la réalisation finale donc en résumé : Autrefois, notre travail était transmis aux laboratoires sous la forme d’un modèle en plâtre et ne revenait que sous la forme d’une prothèse terminée.
Au niveau de la CAO :
– s’abstenir de la coulée des modèles, des risques infectieux, des variations dimensionnelles.
– création et conservation des modèles virtuels
– possibilité de reproduire tous les gestes traditionnels sur le logiciel de CAO
– contrôle permanent de la conception de la future prothèse
– rapidité d’exécution
Au niveau de la FAO :
– traçabilité des matériaux utilisés
– usinage rapide et précis et possibilité de faire des séquences au laboratoire
– usinage de la zircone possible
– protocole reproductible
– possibilité en technique directe de réaliser la restauration en une seule séance
– possibilité de produire un modèle de travail physique pour ouvrir les possibilités aux cas complexes.
Les techniques indirectes
Occupent une place très importante de l’activité omni-pratique du chirurgien-dentiste au cabinet.
Ces techniques permettent une plus grande longévité, esthétique et précision par rapport aux méthodes directes mais elles imposent une étape intermédiaire de laboratoire pour la réalisation de la pièce prothétique (facette, inlay, onlay ou couronne) et la mise en place d’une restauration provisoire.
L’interposition de l’étape de laboratoire et la mise en place d’une restauration provisoire, peuvent-être sources de problèmes.
En multipliant le nombre de séance et en passant par une étape intermédiaire, on augmente les risques d’erreurs car on envoie différentes informations au prothésiste par l’intermédiaire de divers matériaux ayant des propriétés et des degrés de précisions différents.
Empreinte de la/les préparation(s) et ses limites, dents adjacentes.
Empreinte de l’arcade antagoniste
Rapport inter arcade.
C’est dans ce cadre que s’inscrit la CFAO. Les systèmes de mesure, de conception et de fabrication réunis en un seul lieu (le cabinet dentaire) vont permettre au praticien de réaliser lui-même la pièce prothétique.
Dans le système « tout en un » ou chairside, la participation du prothésiste n’est plus nécessaire. Ceci impose une nouvelle dynamique dans la chronologie de soins et une nouvelle organisation du soin au fauteuil.
Comme nous l’avons vu, les restaurations indirectes traditionnelles se réalisent en minimum 3 étapes, deux au fauteuil et une au laboratoire de prothèse :
Au fauteuil 1ère séance : préparation, empreinte, rapport inter arcade, choix de teinte, mise en place de la prothèse provisoire.
Au laboratoire : coulée des modèles en plâtre, montage en articulateur/occluseur, réalisation de la pièce prothétique et finition.
Au fauteuil 2ème séance : dépose de la restauration/dent provisoire, essayage de la pièce prothétique, scellement ou collage.
Avec le système CFAO direct, le praticien réalise en une seule séance l’ensemble de ces étapes
Installation du patient, anesthésie et préparation de la dent
Empreinte optique et conception de la pièce par ordinateur avec le patient au fauteuil, choix de la teinte
Fabrication de la pièce prothétique par l’unité de fabrication, le patient patiente en salle d’attente.
Eventuellement maquillage et glaçage de la pièce, finitions
Essayage de la pièce et collage en bénéficiant des effets de l’anesthésie
Ceci apporte de nombreux avantages pratiques et de confort pour le patient :
Une seule séance sans déficit esthétique ou inconvénients liés aux provisoires
Une seule anesthésie
Nouveauté technologique (robotique)
Pour le praticien :
Gain de temps
Une seule anesthésie
Pas d’obturation provisoire
Pas d’intermédiaire (coursier, prothésiste)
On peut noter toutefois que les maquillages et glaçages nécessitent une certaine expérience, le prothésiste peut donc participer à la conception pour améliorer l’esthétique finale de la pièce prothétique.
Conclusion :
La séance unique est un des avantages majeurs de la CFAO, c’est la mise en application d’une dentisterie moderne : en fonction des exigences du patient, de la communication et de la confiance qui peut s’établir avec l’équipe soignante, ainsi que de la rapidité de mise en œuvre, cette technologie constitue un outil précieux ! Avec des séances plus efficaces et confortables, les patients ont la sensation d’un traitement « sur mesure » et réellement personnalisé.
Comme tout nouveau procédé, son usage demande un apprentissage, en particulier sur le choix des matériaux. Mais on peut dire qu’aujourd’hui, ce type de restauration élaboré par CFAO répond aux critères de qualité et de fiabilité attendus, dans le respect des « connaissances médicales avérées ».
Une bonne hygiène bucco-dentaire Le détartrage régulier chez le dentiste La pose d’un implant dentaire Les radiographies dentaires Le blanchiment dentaire Une consultation chez le dentiste Le dentiste utilise une anesthésie locale pour minimiser la douleur