A CAD/CAM és a digitális fogászat alapfogalmai

A CAD/CAM fogalmak használata mindennapossá vált ma már a hazai fogászatban is. Azonban nemcsak itthon, de külföldön is különböző tartalommal használják ezt a kifejezést, és gyakran komoly félreértésekkel kerül szembe a gyanútlan szemlélő, mert az eltérő megközelítések nemritkán teljesen más értelmezést is kapnak.

Annak érdekében, hogy ezek az alapfogalmak, illetve azok tartalma megfelelő értelmezést kapjon, szükség van az érintett szakmákon belül egy tisztázó, közös megbeszélésre, egyeztetésre.

Erre került sor 2013. május 31-én az V. UPGRADE Nemzetközi Kongresszus és Kiállítás keretein belül.

Az alábbi összefoglaló a legfontosabb fogalmak tisztázását célozza, természetesen terjedelmi okok miatt sem törekedhetünk a teljességre.

A CAD/CAM kifejezés az iparból jött át a fogászat területére. Érdekes, hogy az iparban külön-külön szokták megnevezni a két fogalmat, így együtt – „CAD/CAM” – csak a fogászatban használják. Ezt csak azért érdemes megemlíteni, mert nem minden egyes CAD-tevékenység után következik CAM-megoldás, mert például a megtervezett objektumot 3D-s nyomtatóval is el lehet készíteni, amely készítés gyökeresen különbözik a CAM-es megközelítéstől.

A CAD az angol Computer Aided Design kifejezés szavainak kezdőbetűiből áll össze. A kifejezés azt jelenti, hogy számítógéppel segített tervezés. Kezdetben csak az iparban terjedt el ez a megközelítés, és elsősorban arra gondoltak a kifejezés (vagy rövidítés) használói, hogy egyes alkatrészek tervezését lehet jól és egyben hatékonyan számítógéppel is elvégezni. A számítógépes tervezésnek a legfontosabb, pozitív jellemzője az volt, hogy ha a terven módosítani kellett, akkor azt néhány kattintással meg lehetett oldani. A korábbi gyakorlatban nemritkán teljesen elölröl kellett kezdeni pl. egy nagyméretű, A0-s tervrajz hosszadalmas kézi rajzolását. A CAD kezdetben csak kétdimenziós, sík rajzolást támogatott, a háromdimenziós rajzolás csupán az 1990-es évek elején kezdett elterjedni. Ma viszont már a kétdimenziós tervezés a ritkább, mert érdemesebb három dimenzióban tervezni, és egy ilyen 3D-s tervből lehet 2D-s rajzokat gyorsan generálni.

Mit jelent a számítógéppel segített tervezés?

Az 1. ábrán jól látható, hogy a számítógépes segítség elsősorban azt jelenti, hogy a felhasználónak van egy számítógépe, azon egy célirányos programja (szoftvere), olyan, amelyet „egérrel” és billentyűzettel tud kezelni, miközben például egy gipszmintát is figyel, amely gipszmintának a háromdimenziós modelljét látja a képernyőn.

A számítógépes programok a fogászat legkülönbözőbb területeihez rendelkezésre állnak – célirányosan. Talán a legfontosabb és a legsűrűbben alkalmazott fogászati CAD-feladat egy pótlás megtervezése. Az alábbi képen a két lecsiszolt fogra kell egy hídvázat tervezni (2. ábra).

A számítógéppel segített tervezés során több feladatot kell elvégezni, s ezek a feladatok nagyon hasonlítanak az analóg, kézi hídvázkészítés egyes fázisaihoz. Első lépésként a csiszolt fogak széleinek záródását kell biztosítani, azaz a pótlásnak pontosan kell illeszkednie a lecsiszolt felületen. Ezt a feladatot a hídváztervező CAD-program szélzáródást tervező funkciója biztosítja, ahol a szélet jelölő zöld színű kontúrt ún. fogópontok segítségével tudjuk a lecsiszolt felülethez igazítani úgy, hogy a fogópontokat az „egér” segítségével mozgatjuk a kívánt helyzetbe (3. ábra).

A háromtagúra elképzelt hídváz mindkét csonkjánál el kell végezni ezt a feladatot is, majd a teljes hídvázat is meg kell tervezni. A teljes hídváz további tervezési lépéseit nem mutatjuk be képenként, csak a végeredményt illesztjük ide, amely jól mutatja a teljes hídvázat, amit már csak valamilyen digitális módszerrel elő kell állítani (4. ábra).

A hídváz elkészítésének lehetséges megoldásaira még visszatérünk. Mindenképpen meg kell jegyezni, hogy azok a fogtechnikusok fogják hatékonyan kezelni ezeket a CAD-rendszereket, akik a gyakorlatban, kézzel is el tudják végezni a fogtechnikai feladatokat. Ez azt is jelenti, hogy nem igazak azok a félelmek, hogy a fogtechnikusok elvesztik a munkájukat, sőt, egy újabb, korszerűbb és egyben gyorsabb eszközrendszert (számítógép, célirányos CAD-program) kapnak a magas színvonalú munkájuk végzéséhez. Persze másik oldalról nézve azt is elmondhatjuk, ha valaki megtanul egy fogászati CAD-rendszert kezelni, az még nem lesz fogtechnikus!

A továbbiakban – inkább csak felsorolásszerűen – képek segítségével mutatjuk be, hogy még milyen CAD tervezési feladatokkal szembesülhetünk a fogászati tevékenységek során (5. ábra).

Az inlay-ek tervezése is több lépésből áll, ahogy a kézi inlaykészítés is több, egymásra épülő műveletet tartalmaz. A tervezés eredményét színesen is meg tudjuk jeleníteni, és így akár a páciensnek is meg lehet mutatni, mielőtt a fizikai kivitelezés megkezdődik. Az esetleg felmerülő változtatásokat a CAD- rendszerben gyorsan megoldhatjuk anélkül, hogy egy kész inlayt újra kellene gyártani.

A kész pótlások digitális reprezentánsát, amelyet a megfelelő CAD-rendszerrel terveztünk meg, még gyártás előtt le tudjuk ellenőrizni azért is, hogy vajon a létrejövő pótlás milyen harapási tulajdonságokkal bír. Ezt a tevékenységet az erre a célra kifejlesztett CAD-program segítségével tudjuk megtenni, amely digitális (mondhatjuk virtuálisnak is) artikulátor lehetőségeit biztosítja (6. ábra).

Ez az ellenőrzési lehetőség nagyon fontos akkor, ha megtervezett fogmű például anatómiailag a végső formára készül, ilyenkor a harapás becsiszolására a beteg szájában kevesebb lehetőség van a kész, kerámiával leplezett fogmű sérülése nélkül (7. ábra).

A fogszabályozást támogató számítógépes programokat szokták külön orthodontionális programoknak is nevezni. A CAD általánosabb felfogásában ez is egy CAD-tervezőprogram, amelynek eredményeit az átlátszó sínekkel megoldható fogszabályozás mellett a szokásos ún. „bracket”-es fogszabályozás tervezésére is lehet használni. Az átlátszó fogszabályozó sínek növekvő népszerűsége miatt az ilyen jellegű CAD tervezési feladatok bővülése is várható.

A 8. ábrán egy implantátumokra illeszkedő fogmű bázisát láthatjuk, amelynek megtervezésére külön CAD-modulok állnak rendelkezésre.

Ez is CAD-programmal készült, és ez az a modell, amely átvezethet a CAM-modulok világába. Mielőtt ezt a témát részleteznénk, még előtte bemutatunk egy képet.

Az eddig ismertetett CAD-tervezőrendszereknek van egy közös vonatkozása, mégpedig az, hogy mindegyik használatához szükséges olyan kiinduló adat, amely a beteg szájában található szituációnak felel meg (9. ábra).

A 9. ábra szürke része mutatja a gipszminta 3D-s szkennelésével előállított számítógépes adathalmazt, ami mint alap, nélkülözhetetlen a további tervezéshez. Az egyes CAD-programok mind ilyen 3D-s szkennelésel előállított alapgeometriát használnak a további tervezéshez.

A 3D-s szkennelés lehetőségeinek ismertetésétől most eltekintünk, mindössze csak annyit jegyzünk meg, hogy a gipszminta 3D-s szkennelése már hazánkban is elég széles körben használatos, míg az intraorális szkennerek elterjedése még várat magára. Mindkét 3D-s szkenner célja ugyanaz – alapgeometriát biztosítani a különböző CAD tervezőrendszerek felé.

A 3D-s szkennelés eredménye, az ún. STL-fájl (Standard Triangle Language rövidítése) egy olyan számítógépes felületmodellt jelent, ami a szkennelés optikai felbontásának megfelelő térbeli pontokat köti össze vonalszakaszokkal úgy, hogy azok térbeli háromszögeket alkotnak (10. ábra).

A korábban bemutatott gipszminta beszkennelt verziójának kinagyítása látható a képen. Jól felismerhetők a háromszögek, amelyek száma egy szekcionált minta esetén is elérheti az 1,5 millió darabot. Ilyen nagymértékű nagyításban az alámenő csiszolási problémák is azonnal detektálhatók. Egy ilyen STL-fájlban a nagyszámú háromszögelem jelentős kihívást jelent a különböző CAD-tervező programoknak is, egyébként a tervezés eredménye is STL-fájlban áll rendelkezésünkre akkor, ha nem zárt rendszerrel van dolgunk. (Zárt rendszer esetén nem férünk hozzá az STL-fájlhoz, és így nincs befolyásunk a további felhasználás kiválasztására.)

Ha elkészült a háromdimenziós tervünk az adott, célirányos CAD-rendszer segítségével, akkor alapvetően két megoldásunk van arra, hogy az adott feladat fizikai megvalósítását hogyan oldjuk meg. Az egyik megoldás, hogy a CAD-tervünket 3D-ben kinyomtatjuk, és ezt a megoldást nem nevezzük CAM-nek. A 3D-s nyomtatás lehetőségeiről már a „CAD/CAM a fogászatban” c. kiadvány 2012. (I. évfolyam) első számában beszámoltunk, így ezt most nem taglaljuk.

A másik megoldás a CAM-rendszerrel történő gyártás

A CAM is egy angol nyelvű, az iparban elterjed kifejezés rövidítése, Computer Aided Manufacturing, azaz számítógéppel segített megmunkálás. A megmunkálást egy CNC-marógép végzi. A számjegyvezérelt marógép – Computer Numerical Control (CNC) – olyan szerszámgép, amely programozható, és önmagában is tartalmaz egy számítógépet, amely a marógép főorsóját és benne a marószerszám mozgását vezérli. Az ilyen típusú marógépeknek terjedt el a frézgép elnevezése, amely egyrészt bekerült a fogászati szóhasználatba, de sajnos nem utal arra, hogy az adott feladatot milyen magas színvonalú technológia biztosítja.

A CAM kifejezés a marógéppel történő fogászati elemek gyártására vonatkozik, adott esetben például egy hídváz marással, más szóval forgácsolással történő előállítását jelenti (11. ábra).

A CAM-es folyamat három lépésből áll össze. Első lépésben átvesszük a hídváztervező CAD-rendszerben megtervezett háromdimenziós adatainkat STL-formátumba, ami kiinduló adatokat jelent a CAM-programunk számára. Ugyanebben a fázisban kiegészítjük a hídvázat felfogási csapokkal (zöld színű kúpos elemek) – ezt a fázist még nevezhetnénk CAD-nek is, hiszen geometriai elemeket tervezünk és adunk hozzá a meglévő hídváz-geometriánknak.

A CAM-programunkban a következő lépés a marószerszám térbeli mozgásának megtervezése. E tevékenység lefolytatásához ténylegesen jelentős számítógépes segítséget kapunk a programunktól, főleg akkor, ha a hídvázat úgy akarjuk kimarni, hogy a marószerszám mindig a felület adott pontjában a felületi normális irányával megegyező irányban álljon. Ebben a helyzetben lesz a legpontosabb a kimart hídváz, de ehhez a marószerszámot folyamatosan öt különböző tengely irányában kell mozgatni, ami kézzel már nem írható le. A képen a sárga vonalak mutatják a marópályákat.

A CAM-programozás utolsó fázisában a megtervezett marópályákat átkonvertáljuk az adott marógép vezérlésének megfelelő formába, és az így keletkezett ún. „vezérlő” mondatokat áttöltjük a CNC-marógép vezérlő számítógépébe, amely azt, mint egy digitális felvételt lejátssza. Ennek eredményeként a CNC-marógépünk és az abba befogott marószerszámunk éppen azt a hídvázat fogja kimarni, amit korábban a hídváztervező CAD- programunkkal megterveztünk.

Első olvasásra kicsit bonyolultnak tűnik a CAM megközelítése, de a gyakorlatban jóval egyszerűbb követni a folyamatot. A CAM alapvetően a fogtechnika területéhez tartozó tevékenységek sorozata, amiről a „CAD/CAM a fogászatban” c. kiadvány 2012. (I. évfolyam) első számában szintén találhatnak bővebb információt.

Miként már említettük, ez az összefoglaló nem törekedett a teljességre. A CAD-es programok között még számos nagyon fontos terület van (például a számítógépes implantátum térbeli elhelyezésének tervezését biztosító programok), ahol a DVT/CBCT-felvételek adják a háttérben azokat a térbeli adatokat, amelyek vizsgálatával képesek leszünk optimális helyre betervezni egy adott implantátumot. Megemlíthetnénk még az egyedi implantátumhoz illesztő elemek tervezését és megmunkálását is, valamint még sok más feladat megoldását biztosító számítógépes programot is.

Falk György