CFAO au cabinet dentaire : le matériel disponible en 2017

La Conception Fabrication Assistée par Ordinateur, ou CFAO, représente une évolution majeure dans le monde dentaire.

Aujourd’hui près de la moitié des laboratoires de prothèses français sont équipés d’un système de CAO ou de FAO ou des 2. En parallèle, nous assistons à une augmentation du nombre de chirurgiens-dentistes se dotant d’une caméra d’empreinte optique même si l’essor est moins rapide en France que sur le continent américain ou que dans certains autres pays européens (Allemagne, Espagne, Italie…). Autrefois simple, le choix d’un équipement en CFAO est actuellement de plus en plus complexe, tant dans l’offre disponible mais également sur les possibilités de travail. Petite revue des systèmes d’empreintes optiques intra-oraux actuellement disponibles sur le marché, en attendant l’IDS 2017.

CFAO semi-directe ou CFAO directe…ou les 2 ?

La CFAO semi-directe repose sur la numérisation de la situation clinique au cabinet par l’intermédiaire d’une caméra d’empreinte optique intra-orale. Les caméras d’empreinte optique diffèrent, entre autres, sur les choix technologiques réalisés, l’ergonomie de la pièce à main et la conformation de l’unité informatique. Au choix d’un équipement d’empreinte optique s’ajoute la question des débouchés des empreintes effectuées et leurs traitements au laboratoire (fig. 1).

Fig.1 : Flux numérique en CFAO semi-directe

La CFAO directe internalise la totalité de la chaine numérique au cabinet dentaire : la conception et la production des éléments prothétiques sont réalisés entièrement au cabinet. Cette solution offre la possibilité de réaliser intégralement une prothèse assemblée en bouche en une séance de soins. La conception numérique demande de posséder un logiciel dédié, ainsi que de s’équiper d’un outil de production (essentiellement une usineuse) (fig. 2).

Fig.2 : Flux numérique en CFAO directe

Pour autant, face à un cas complexe, le praticien peut vouloir aussi 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.

L’empreinte optique

Pour le cabinet dentaire, le choix d’un « scanner » intra-oral est la première étape dans l’équipement d’un dispositif de CFAO.

Si les systèmes les plus récents peuvent manquer de maturité, la précision de l’empreinte optique n’est aujourd’hui plus à démontrer, la plaçant au même niveau, sinon mieux que l’empreinte conventionnelle (1,2). Ainsi bien qu’important à considérer, ce critère ne peut pas être celui qui doit influencer le choix vers tel ou tel système d’empreinte optique. Il est essentiel de considérer les caractéristiques principales des différents systèmes existants sur le marché pour faire un choix éclairé en fonction de ses besoins et de ses attentes.

Technologie de la prise d’empreinte

A proprement parler, la technologie employée au sein d’une caméra n’a que peu d’incidence sur la qualité de l’empreinte optique. Le choix technologique effectué a, part contre, de grandes conséquences sur l’ergonomie du système (taille et volume de la caméra, poids). La maitrise de la technologie par l’industriel permettra également d’avoir accès ou non à certaines modalités (ex : absence de poudrage, couleur, enregistrement en continu).

Schématiquement, nous pouvons distinguer 3 technologies de prise d’empreinte optique :

• la triangulation active : l’objet à enregistrer est éclairé par une lumière souvent tramée pour mieux la caractériser.
  La lumière réfléchie est captée par un récepteur. L’angle entre le faisceau incident et le faisceau réfléchi permet de déterminer la distance de l’objet. Ex : Cerec Omnicam, Cerec Bluecam, Apollo DI, Carestream CS3500 et CS 3600, Planmeca Planscan.
• la spectrophotogrammétrie : l’objet à enregistrer est éclairé. L’image de l’objet est captée par 2 récepteurs distants. La distance pour corréler les points sur ces 2 images permet de déterminer la distance à l’objet. Ex : CondorScan, DWIO, GC Aadva IOS, 3M True Definition Scanner.
• la microscopie confocale : cette technique consiste à observer l’objet à enregistrer à travers un objectif tout en faisant varier la distance focale. La distance à l’objet correspond à la distance focale pour laquelle l’objet apparaît le plus net. Ex : 3Shape Trios, iTero Element.

Ergonomie de la pièce à main

La technologie employée influence directement la taille de la pièce à main et le volume de la tête de la caméra. Les systèmes utilisant la microscopie confocale, possédant des éléments optiques en mouvement (moteurs), nécessitent des pièces à main plus encombrantes et lourdes. Au contraire, les systèmes à base de spectrophotogrammétrie, de conception plus « simple » présentent des pièces à main très réduites et légères (fig. 3).

Fig.3 : Comparaison des tailles de différentes caméras d’empreintes optiques par rapport à une turbine dentaire : a) turbine, b) DWIO, c) CondorScan, d) CS3600, e) Omnicam, f) Trios 3

Le poids des caméras varie ainsi de 70 g à plus de 700 g.

Plus encore que le poids, l’équilibre de la caméra est primordial afin d’assurer une stabilité et une maniabilité optimale lors de la prise d’empreinte.

Enfin, la taille de la tête de la caméra est variable en fonction des systèmes. Si une tête large promet un champ d’acquisition plus important, elle peut aussi entrainer un accès difficile à certaines zones et un inconfort pour le patient. Certaines caméras proposent des embouts interchangeables de tailles différentes afin de s’adapter à la situation clinique.

Poudrage

L’évolution tend vers des acquisitions sans poudrage préalable, mais certains systèmes requièrent encore l’application d’une fine poudre mate projetée sur les surfaces à scanner (Apollo DI, DWIO, 3M TDS). Si le poudrage actuel ne cherche plus à recouvrir toutes les surfaces d’une couche de poudre afin d’en unifier l’aspect de surface (ce qui pouvait rendre son dosage difficile à appréhender et exiger une réel apprentissage, ex : Cerec Bluecam), il n’en reste pas moins exigeant quant à son homogénéité et à l’isolation des fluides buccaux. Les caméras sans poudrage peuvent cependant occasionnellement nécessiter un léger poudrage pour l’enregistrement de zones particulièrement brillantes (restaurations métalliques par exemple). Notons cependant, que d’une manière générale, même dans les cas où il n’est pas nécessaire, le poudrage améliore la qualité de l’empreinte.

Mode d’enregistrement

L’acquisition peut se faire de deux façons : image par image ou en flux vidéo.

• Prise de vue image par image : l’acquisition se fait par une succession de prises d’images rapprochées qui sont ensuite corrélées par le logiciel grâce à leurs parties communes. Ce mode d’acquisition requiert une grande stabilité pour éviter un flou cinétique lors de la prise des images. Le déclenchement est souvent automatisé pour n’avoir lieu que lorsque la caméra est stable.

Si ce mode est bien adapté pour des empreintes sectorielles nécessitant peu de clichés, il est en revanche inadapté aux empreintes étendues.

Enfin, notons que du fait du nombre réduit d’images, les modèles obtenus selon ce mode d’acquisition demandent peu de puissance de calcul informatique.

Ce mode d’acquisition est aujourd’hui rare (Cerec Bluecam, CS 3500).

• Prise de vues par flux vidéo : l’acquisition se fait en survolant les surfaces à enregistrer. Un retour vidéo permet de visualiser le placement de la caméra et la construction du modèle. Un signal visuel et sonore accompagne la prise de vue et indique quand les données sont exploitables ou non (décrochage de la caméra). En cas de décrochage, il suffit de revenir sur une zone précédemment enregistrée pour reprendre.

Ce mode d’acquisition sous forme de film autorise une grande liberté de mouvement, mais un chemin de scannage doit être respecté. Il génère aussi un très grand nombre d’images et donc des fichiers très lourds demandant une puissance de calcul informatique d’autant plus grande que l’empreinte est étendue.

A l’heure actuelle, toutes les innovations se font en faveur de ce mode d’acquisition.

Fig.4 : Les différents systèmes d’empreintes optiques disponibles en version cart.

Couleur ou Monochrome

Les systèmes avec poudrage génèrent par définition des modèles monochromes rappelant l’aspect du plâtre. Les systèmes dits « sans poudrage » (mais pas tous) permettent l’obtention de maîtres modèles en couleur avec transposition, plus ou moins réaliste, des couleurs des tissus enregistrés. Il est toutefois possible à tout moment de basculer sur un affichage monochrome.

Les 2 modes d’affichage sont complémentaires. La couleur permet parfois une meilleure lecture de certains éléments, comme les limites de préparation lorsque celles-ci sont juxta-gingivales.

Certains systèmes « couleur » peuvent également donner simultanément la teinte des dents (3Shape Trios Color).

Légendes des figures 4 à 6.

Fig.5 : Les différents systèmes d’empreintes optiques se raccordant à un PC portable (ou fixe au fauteuil). Fig.6 : Les différents systèmes d’empreintes optiques disponibles en version monobloc portative.

Interface de travail, unité informatique

C’est un des éléments clés à prendre en considération suivant les besoins du praticien et l’ergonomie souhaitée :

Systèmes fixes : les caméras sont reliées à un poste informatique PC fixe proche du poste de travail. Les images sont retransmises sur un écran déporté sur le mur face à l’opérateur ou sur le fauteuil. La caméra peut ainsi se trouver posée sur le plan de travail ou intégrée à l’unit fauteuil (ex : Cerec Omnicam AF, 3Shape Trios, CS3500, CS3600) ;

Systèmes mobiles : les systèmes d’empreinte peuvent être déplacés, notamment d’un poste de travail à un autre. Ils se présentent sous forme de carts sur roulettes (Cerec Omnicam, Cerec Bluecam, 3Shape Trios Cart, Sirona Apollo DI, GC Aadva IOS, DWIO, 3M TDS, iTero Element) ou de PC portables (la caméra est reliée en USB) (ex : CS 3500, CS 3600, 3Shape Trios Pod, Planmeca Planscan, CondorScan, Intrascan ZFX) ou encore de versions mobiles reprenant les caractéristiques des versions Cart autour d’un boitier compact et léger (3M Mobile TDS, DWIO portable, iTero Element portable) (fig. 4 à 7).

Le cart présente une version robuste et intégrée du système. Les systèmes mobiles (PC portable ou autre), plus légers, peuvent être déplacés aisément d’un lieu à un autre. Le choix du conditionnement du système est un élément déterminant sur l’ergonomie de travail (positionnement dans le champ de l’opérateur,…).

Interface utilisateur : selon les systèmes l’interaction se fera au travers :

• d’un clavier étanche et un track ball, très précis pour les tracés (ex : Cerec);
• d’un écran tactile capacitif ou multitouch, moins précis mais hygiénique (ex : 3Shape Trios, Sirona Apollo DI, GC Aadva IOS, DWIO, 3M TDS, iTero Element) ;
• d’un clavier et d’une souris (ou track pad), précis mais peu hygiénique (ex : CS 3500, CS 3600, Planmeca Planscan, CondorScan) ;
• d’une reconnaissance de mouvements associée à un écran tactile pour plus d’hygiène et une interaction à courte distance (DWIO).

Flexibilité : dans le cas de plusieurs postes de travail dans un même cabinet ayant opté pour l’emploi de PC fixes (plan de travail ou fauteuil) et écrans déportés, il est possible de ne débrancher et ne déplacer uniquement que les caméras d’un poste à l’autre (connexion USB,…).

Hygiène de la caméra

L’hygiène de l’embout intra-oral peut se faire:

• soit à l’aide de lingettes désinfectantes ou de papier doux imprégné d’alcool ménager,
• soit par trempage dans une solution désinfectante,
• soit par la mise en place de housses de protection à usage unique,
• soit les embouts sont réutilisables et autoclavables. C’est de loin la solution la hygiénique.

Coût et Maintenance

Ces derniers mois l’offre en systèmes d’empreintes optiques s’est étoffée avec une gamme de prix très large oscillant de 18000 à plus de 40000 euros. A ce prix d’achat il convient de considérer, voir d’ajouter:

• Les évolutions logicielles et leur coût : si les correctifs de bugs sont gratuits, les mises à jour majeures peuvent être payantes (quelle fréquence ?) ou intégrées dans un abonnement mensuel ;
• La maintenance du matériel : est il nécessaire de maintenir le matériel ? Des calibrations de la caméra sont-elles nécessaires ? Au cabinet ou en usine ? Ce coût peut aussi être intégré dans un abonnement annuel.
• L’évolution de la partie informatique : l’évolution des logiciels et les ressources matérielles exigées imposent souvent un renouvellement du matériel informatique au bout de 3 ou 4 ans.
• L’évolution des technologies de caméra : à l’image de nos smartphones, les caméras d’empreintes optiques sont vouées à évoluer aussi très vite. Il est donc important de se renseigner sur les modalités de reprise commerciale en cas d’évolution technologique majeure. De même les modes de financement classiques ne sont peut être plus aussi adaptées à ce type de technologies. De plus en plus de fournisseurs proposent des formules de location incluant l’accès aux dernières versions matérielles.

Format des fichiers d’empreintes

En CFAO semi-directe, les fichiers sont exportés du cabinet vers le laboratoire de prothèse via un portail internet sécurisé.

Le laboratoire de prothèse doit alors pouvoir traiter le fichier reçu issu du scanner intra-oral. Aujourd’hui le format de fichier .stl s’est imposé comme la référence.

• Un « système ouvert » signifie qu’il n’y a pas d’encodages supplémentaires et que la compatibilité est garantie, permettant l’utilisation du fichier obtenu sur n’importe quelle autre machine de la chaîne de CFAO. Le fichier « empreinte » est soit nativement au format.stl en sortie de caméra, soit « ouvert » après passage via un « cloud » informatique. Un abonnement au « cloud » sécurisé est souvent nécessaire.
• Un système « fermé » signifie que l’information ne peut « circuler » que dans le système dont il est issu (format propriétaire). Cependant, il est possible d’ouvrir ces fichiers fermés via des passerelles logicielles dédiées. Nous parlerons plus volontiers de systèmes à « ouverture contrôlée ».

L’ouverture des fichiers impose au laboratoire soit l’achat d’un logiciel spécifique soit d’une licence annuelle.

Modèle de travail physique

La plupart des travaux unitaires ne nécessitent pas de modèle de travail (les pièces sont usinées monoblocs et maquillées) ce que certains laboratoires répercutent sur leur tarification.

Lorsqu’un modèle est nécessaire (travaux complexes, esthétiques,…), il pourra être produit le plus souvent par impression 3D. Le coût d’un modèle tourne généralement autour des 25 euros.

Evolutivité

Le matériel est-il déjà prévu pour pouvoir évoluer ? Si oui comment ? A la suite de mises à jour logicielles ? Par exemple certaines caméras ont ainsi pu évoluer vers une absence de poudrage (DWIO) ou vers mode couleur (Planscan).

L’acquisition d’un système d’empreintes optiques peut aussi se voir comme une première étape vers un équipement de CFAO complet (logiciel de conception et fabrication) au cabinet. En effet, commencer avec l’empreinte optique peut être un bon moyen d’évaluer l’intégration dans son activité et ses besoins.

Si cette option est envisagée, il faut que le système de CFAO semi-directe (la caméra) puisse évoluer vers un système de CFAO directe, soit dans la gamme du fabricant (ce qui facilite grandement la compatibilité) soit avec du matériel tiers.

CFAO directe : CAO et FAO au cabinet

Logiciels CAO : propriétaires ou dédiés

• Le logiciel de conception peut avoir été développé par le fabricant de la caméra dans le cadre d’une chaine CFAO directe propriétaire (avec usineuse dédiée). Dans ce cas l’interface est volontairement accessible et simplifiée mais pas simpliste (ex : Cerec SW, CS Restore, Planmeca Romexis).
• Le logiciel peut être issu du monde du laboratoire. Il exige que l’empreinte soit au format.stl. L’interface est complète et peut apparaitre complexe tant les options de travail et les réglages sont nombreux (Exocad, DWOS, 3Shape Dental System).
• Le logiciel peut être un « hybride » issu du monde du laboratoire mais rendu accessible pour une utilisation au cabinet (DWOS Chairside CAD, Cerec Premium).

Usineuses

Une fois la prothèse modélisée informatiquement celle-ci peut être produite sur une usineuse de cabinet. Ces usineuses de petite taille n’usinent que des blocs de matériaux résineux ou céramiques. Elles disposent de 3 à 5 axes d’usinage : plus le nombre d’axes est important plus les formes à usiner pourront être complexes. Elles peuvent être équipées d’un à 2 moteurs : dans ce cas un moteur usine l’intrados tandis que le second usine l’extrados, permettant de réduire le temps d’usinage d’autant (ex : Sirona MCX, Sirona MCXL, Planmeca Planmill 40S).

Enfin, elles peuvent n’accepter que les fichiers issus du logiciel propriétaire (souvent quand elles font partie d’un système de CFAO directe complet) ou tous les fichiers au format.stl (ex : Kavo Everest, Imes-Icore Coritec 245i ou 350i, Roland DWX).

L’usineuse étant un vrai outil de production, il faudra être vigilent sur les conditions de dépannage et de SAV en cas de panne.

Notons que des usineuses laser, utilisant l’ablation laser, destinées à s’affranchir des contraintes et des limites du fraisage (vibration, éclats, précision) sont attendues sur le marché depuis presque 2 ans mais sont toujours promises pour cette année (ex : Dental Wings Laser Mill).

Récapitulatif des différents systèmes de prises d’empreintes.

Imprimantes 3D

L’impression dentaire au cabinet concerne encore peu d’indications (essentiellement les guides chirurgicaux et modèles) car les résines disponibles n’ont pas encore la certification pour un usage endo-buccal de longue durée (comme pour des gouttières par exemple).

De même il n’existe pas encore de matériaux pouvant être imprimé en vue de restaurations prothétiques.

A l’heure actuelle, l’essentiel de l’offre est occupé par des petites imprimantes SLA (ex : Formlabs Form2, Planmeca Creo) mais gageons que l’offre devrait sérieusement augmentée après le salon IDS 2017.

Les accessoires

Les pièces prothétiques produites peuvent nécessiter un post-traitement :

• trempage et post photo-polymérisation pour les produits imprimés,
• cuisson, maquillage, frittage ou sintérisation pour les céramiques usinées.

Autant d’opérations à considérer nécessitant un matériel adapté (four à UV ou four à céramique (zircone ?)).

Conclusion

Les systèmes de CFAO destinés aux chirurgiens-dentistes se multiplient, et de nombreuses nouveautés sont à prévoir à l’approche de l’IDS 2017.

Si les systèmes de CFAO directe sont actuellement majoritaires sur le marché, la marge de progression des systèmes d’empreintes optiques pour CFAO semi-directe est colossale.

Lors de l’achat d’un système de CFAO, il est important de considérer les différents critères exposés dans cet article, notamment évaluer ses besoins et ses envies afin de s’orienter vers l’achat d’une caméra seule ou vers un système complet de CFAO. L’ergonomie du système est également un critère essentiel.

Enfin, si cela n’a pas été discuté ici, il est difficile de ne pas évoquer la rentabilité d’un tel investissement.

Quoiqu’il en soit il s’agit d’un achat qui se prépare en amont (test des caméras en conditions réelles, formations,…) et qui s’accompagne après (formations, assistance,…).

Bibliographie

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3. M. Cordelette, F. Jordan-Combarieu. L’Information Dentaire n°20 – 21 mai 2014
5. S. Cazier, C. Moussaly. Descriptif des différents systèmes d’empreinte optique. Rev Odont Stomat 2013 ;42 :107-118