La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
Introduction
La prothèse unitaire fixée, qu’elle soit seule ou sur implant, est un domaine où la prise d’empreinte et l’usinage restent des étapes centrales. L’avènement du numérique a considérablement transformé ces procédés, modifiant les étapes de fabrication des prothèses dentaires.
Depuis les recherches pionnières de François Duret sur l’empreinte optique, la CFAO (Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur) en odontologie a révolutionné le secteur. Pour comprendre ces évolutions, il est essentiel de掌握 le fonctionnement de la CFAO dentaire.
Rappel de la prothèse unitaire fixée (les couronnes)
La prothèse fixée unitaire repose sur deux types de piliers : un pilier naturel (dentaire) ou un pilier artificiel (implantaire), selon l’utilisation d’une racine naturelle ou artificielle (implant).
Les couronnes, prothèses fixes par opposition aux prothèses amovibles, recouvrent la partie coronaire de la dent pour restaurer son esthétique et sa fonctionnalité. Elles peuvent être unitaires ou plurales (ponts) et sont réalisées sur le tissu dentaire préparé ou sur un faux-moignon prothétique en métal ou céramique.
Les couronnes sont solidarisées à la dent ou au faux-moignon par scellement, collage ou vissage (dans le cas des implants). Les matériaux utilisés influencent l’esthétique et le coût des couronnes, offrant un gradient esthétique et économique :
Types de couronnes
- Couronnes coulées (CC) : Les moins esthétiques et les moins coûteuses, réalisées par coulée d’un alliage semi-précieux (Nickel-Chrome ou Cobalt-Chrome, en cas d’allergie au Nickel). Autrefois, l’or était utilisé, mais son coût élevé a conduit à son remplacement.
- Couronnes mixtes :
- Couronnes à Incrustation Vestibulaire (CIV) : Seule la face vestibulaire est recouverte d’une coquille de résine (anciennement) ou de céramique. Elles offrent un compromis esthétique/coût, mais sont évitées à la mandibule où le métal peut être visible.
- Couronnes Céramo-Métalliques (CCM) : Une chape coulée recouvre entièrement la dent ou le faux-moignon, sur laquelle est ajoutée une céramique cosmétique. Plus esthétiques que les CIV, elles laissent une bande métallique linguale/palatine visible, mais sont plus coûteuses.
- Couronnes Céramo-Céramiques (CCC) : Entièrement en céramique, avec une chape résistante (souvent en zircone) et une couche esthétique. Ce sont les plus esthétiques, mais aussi les plus chères.
Quel que soit le type de couronne, l’esthétique varie, mais toutes doivent restaurer la fonction et répondre aux impératifs bio-fonctionnels de la cavité buccale.
Notion sur la CFAO
Définition
Le sigle CFAO désigne la Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (en anglais CAD/CAM, Computer-Aided Design/Manufacturing). Il combine :
- CAO (Conception Assistée par Ordinateur) : Modélisation numérique des prothèses.
- FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) : Fabrication automatisée des prothèses à partir de modèles numériques.
Cette technologie, utilisée en cabinet dentaire et en laboratoire, s’applique aux inlays, onlays, facettes, inlay-cores, prothèses fixes (unitaires ou plurales) et prothèses sur implants (collées ou vissées). Les procédés de fabrication varient selon les familles de prothèses, mais les processus numériques restent similaires.
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
La CFAO offre une gamme de matériaux plus large que les méthodes traditionnelles. Bien que les matériaux conventionnels soient accessibles, tous les systèmes FAO ne permettent pas d’utiliser tous les matériaux disponibles.
Les métaux
Les métaux sont usinés à partir de blocs ou de disques, ou mis en forme par des techniques laser. En CFAO, le titane et le Cobalt-Chrome sont les plus utilisés.
Les céramiques
Les céramiques ont bénéficié des avancées majeures de la CFAO, notamment avec le développement de céramiques à haute résistance. Toutes doivent respecter des normes, comme la norme ISO 6872.
Les céramiques feldspathiques
Figure 5 : Plot de céramique feldspathique pour l’usinage avec vue en transparence de la future prothèse
Indiquées pour les couronnes unitaires du secteur antérieur en raison de leurs propriétés esthétiques.
Les vitrocéramiques
Figure 6 : Plots de vitrocéramique pour l’usinage
Utilisées pour les couronnes unitaires antérieures sur dents pulpées.
Les céramiques infiltrées
In-Ceram Spinell (MgAl2O4)
Céramique très translucide avec d’excellentes propriétés optiques, idéale pour les dents antérieures lumineuses.
In-Ceram Alumina (Al2O3)
Utilisée pour les infrastructures de couronnes unitaires.
In-Ceram Zirconia (33% Zr et 66% Alumine)
Employée pour masquer un support coloré (ex. inlay-core) ou renforcer les propriétés mécaniques (infrastructures unitaires postérieures, petits bridges).
Les céramiques polycristalines
Matériaux rendus accessibles par la CFAO, comme l’alumine et la zircone.
L’alumine pure
Blocs d’alumine pré-frittée pour couronnes unitaires et petits bridges.
La zircone pure (ZrSiO4)
- Zircone TZ : Exemples de pièces prothétiques obtenues par CFAO à partir d’un bloc.
- Zircone HIP : Taux de zircone ≥ 93,6%, utilisée pour sa haute résistance.
Les composites
Les résines composites, traditionnellement utilisées pour les restaurations directes, ont vu leurs propriétés s’améliorer, permettant leur usage en secteur postérieur. Avec la CFAO, elles sont usinées sous forme de blocs pour fabriquer des facettes, inlays, onlays et couronnes.
Fonctionnement de la CFAO dentaire
Principes généraux de la CFAO dentaire
La CFAO dentaire repose sur trois étapes principales :
L’empreinte
- Empreintes conventionnelles : Une empreinte physique peut être numérisée ultérieurement (souvent via un scanner de table).
- Empreintes numériques :
- Optiques :
- Intra-orales : Prises directement dans la bouche.
- Scanner de table : Numérisation d’un modèle en plâtre ou d’une empreinte conventionnelle.
- Mécaniques : Utilisation de palpeurs.
La Conception Assistée par Ordinateur (CAO)
Le logiciel reçoit l’empreinte numérisée (format STL ouvert ou format propriétaire fermé) et modélise la prothèse (inlay, couronne, bridge) en tenant compte de l’occlusion, des points de contact, de la hauteur prothétique et du matériau choisi.
La Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO)
Le fichier modélisé est envoyé à une machine-outil pour fabriquer la prothèse par soustraction (usinage) ou addition (impression 3D).
Conception Assistée par Ordinateur : Systèmes ouvert et fermé
- Format libre (STL) : Universel, utilisé par divers logiciels CAO (système ouvert).
- Format propriétaire : Compatible uniquement avec le logiciel de la marque de la caméra intra-orale (système fermé). Certains systèmes, comme CEREC avec Sirona Connect, permettent une conversion en STL (système semi-ouvert).
Les logiciels CAO offrent des fonctionnalités similaires : modification de la forme, agrandissement/orientation du modèle, traçage des limites, réglage des contacts occlusaux et adjacents, estimation de l’épaisseur du matériau.
Figure : CAO d’une prothèse d’après Zheng et al. (2011)
Fabrication Assistée par Ordinateur
Méthode soustractive : Usinage
Un bloc de matériau est usiné par une machine-outil à 3, 4 ou 5 axes. Plus le nombre d’axes est élevé, plus la machine est rapide et polyvalente :
- 3 axes : Couronnes, barres simples, bridges, chapes.
- 4 axes : Piliers implantaires, en plus des éléments précédents.
- 5 axes : Pièces complexes, multiples piliers implantaires.
Matériaux usinables : alumine, zircone, vitrocéramique, Cobalt-Chrome, titane, résines, cire. Cette méthode offre rapidité et précision.
Méthodes additives
La fabrication additive construit l’objet par ajout de couches successives, sans moule ni usinage. Les techniques incluent :
Les imprimantes 3D
Modelage par dépôt sélectif de cire durcie ou de résine photosensible durcie par UV.
La stéréolithographie
Polymérisation UV sélective d’un mélange cire/résine liquide.
La microfusion (frittage laser)
Fusion et solidification rapide de poudre selon les paramètres CAO. Idéale pour les armatures/châssis en métaux durs, plus rapide et rentable que la fonderie ou l’usinage.
Ces méthodes permettent de fabriquer des prothèses provisoires (cire, résine) ou définitives (métal, composite, céramique) avec une grande adaptabilité.
Les différentes chaînes numériques
CFAO directe, semi-directe ou indirecte
- CFAO directe : Réalisée en une séance au cabinet. L’empreinte optique intra-orale est traitée sur place, et la prothèse (inlay, onlay, facette, couronne, bridge) est usinée par une unité à commande numérique. Limité à l’usinage de blocs de céramique ou de matières synthétiques.
Figure : Conception des couronnes
- CFAO semi-directe : L’empreinte optique prise au cabinet est envoyée numériquement à un laboratoire ou centre d’usinage partenaire. Le laboratoire conçoit et usine la prothèse, que le praticien pose ensuite.
- CFAO indirecte : Le laboratoire scanne un modèle en plâtre ou utilise une empreinte numérique. Il conçoit la prothèse (souvent en zircone) via CAO, puis l’usine. Deux variantes :
- Full zircone : Prothèse entièrement en zircone, idéale pour le secteur postérieur (unitaires, bridges).
- Zircono-céramique : Armature en zircone usinée, recouverte de céramique conventionnelle pour une esthétique optimale (secteur antérieur).
Figure : Chaîne de CFAO indirecte
L’apport de la chaîne CFAO en pratique quotidienne
Tableau 1.4 : Comparatif des étapes entre les différentes méthodes de CFAO face à la méthode classique (en rouge, les étapes de laboratoire)
La CFAO réduit les imprécisions tout au long du processus (empreinte, CAO, FAO) et offre de nombreux avantages :
Au niveau de l’empreinte optique intra-orale
- Confort pour le patient et le praticien.
- Élimination des matériaux d’empreinte (stockage, désinfection, variations dimensionnelles).
- Analyse et correction en temps réel via le modèle virtuel.
- Début immédiat de la chaîne numérique (directe/semi-directe).
- Précision et archivage numérique inaltérable.
- Durée courte (2 à 5 minutes).
- Envoi rapide des données par internet.
- Facilitation de la prise de teinte (spectrocolorimètre intégré).
- Utilisation en implantologie (sur pilier de cicatrisation ou scanbody).
Apport du scanner
La numérisation des modèles en plâtre transforme un modèle physique en modèle virtuel, stockable numériquement (ex. clé USB). Contrairement au plâtre, le modèle numérique est reproductible à l’infini, modulable et conservable sans altération.
Apport du système STL
Figure : Fichiers PLY et STL d’une empreinte optique du bas
Le format STL favorise une collaboration constante entre le dentiste et le prothésiste. La prothèse modélisée est renvoyée au cabinet sous forme de fichier numérique, usiné à distance par le prothésiste, améliorant la communication par rapport aux modèles en plâtre traditionnels.
Au niveau de la CAO
- Élimination de la coulée des modèles, des risques infectieux et des variations dimensionnelles.
- Création et conservation de modèles virtuels.
- Reproduction des gestes traditionnels via logiciel.
- Contrôle permanent de la conception.
- Rapidité d’exécution.
Au niveau de la FAO
- Traçabilité des matériaux.
- Usinage rapide et précis, avec possibilité de séquences en laboratoire.
- Usinage de la zircone.
- Protocole reproductible.
- Réalisation en une séance (technique directe).
- Production de modèles physiques pour cas complexes.
Les techniques indirectes
Les techniques indirectes, essentielles en pratique dentaire, offrent longévité, esthétique et précision, mais nécessitent une étape de laboratoire et une restauration provisoire, augmentant les risques d’erreurs via :
- Empreinte de la préparation et des dents adjacentes.
- Empreinte de l’arcade antagoniste.
- Rapport inter-arcade.
La CFAO, en réunissant mesure, conception et fabrication au cabinet (« chairside »), élimine la nécessité d’un prothésiste. Cela modifie la chronologie des soins :
Méthode traditionnelle (minimum 3 étapes)
- Au fauteuil (1ère séance) : Préparation, empreinte, rapport inter-arcade, choix de teinte, pose d’une prothèse provisoire.
- Au laboratoire : Coulée des modèles, montage en articulateur, fabrication et finition de la prothèse.
- Au fauteuil (2ème séance) : Dépose du provisoire, essayage, scellement/collage.
CFAO directe (1 séance)
- Anesthésie, préparation de la dent.
- Empreinte optique, conception numérique avec le patient, choix de teinte.
- Fabrication par unité d’usinage (patient en salle d’attente).
- Maquillage/glaçage éventuel, finitions.
- Essayage et collage sous anesthésie.
Avantages
Pour le patient :
- Une seule séance, sans provisoire ni déficit esthétique.
- Une seule anesthésie.
- Technologie moderne (robotique).
Pour le praticien :
- Gain de temps.
- Une seule anesthésie.
- Pas d’obturation provisoire.
- Pas d’intermédiaire (coursier, prothésiste).
Remarque : Les finitions (maquillage, glaçage) nécessitent une expertise. Le prothésiste peut intervenir pour optimiser l’esthétique.
Conclusion
La séance unique est un atout majeur de la CFAO, incarnant une dentisterie moderne. En fonction des besoins du patient, de la communication avec l’équipe soignante et de la rapidité d’exécution, cette technologie offre un traitement personnalisé et confortable. Son adoption requiert un apprentissage, notamment pour le choix des matériaux, mais la CFAO répond aux standards de qualité et de fiabilité, respectant les « connaissances médicales avérées ».
Voici une sélection de livres en français sur les prothèses dentaires:
- Prothèse Amovible Partielle : Clinique et Laboratoire
Collège National des Enseignants en Prothèses Odontologiques (CNEPO), Michel Ruquet, Bruno Tavernier - Traitements Prothétiques et Implantaires de l’Édenté Total 2.0
- Conception et Réalisation des Châssis en Prothèse Amovible Partielle
- Prothèses supra-implantaires: Données et conceptions actuelles
- Prothèse complète: Clinique et laboratoire Broché – Illustré, 12 octobre 2017
- Prothèse fixée, 2e Ed.: Approche clinique Relié – Illustré, 4 janvier 2024
La Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (CFAO)
Dr J Dupont, chirurgien-dentiste spécialisé en implantologie, titulaire d’un DU de l’Université de Paris, offre des soins implantaires personnalisés avec expertise et technologies modernes.