Il aura fallu plus de 50 ans pour que la dentisterie numérique s’impose aussi bien dans nos universités que dans notre pratique quotidienne. Ce long chemin recouvert d’embûches vers un progrès incontournable fut marqué en France par des étapes clefs que les anciens n’ont pas oubliées : une thèse volontairement insolente (1-2), les premiers balbutiements d’articles scientifiques (3) osant déjà parler avant tout le monde de cette intelligence artificielle qui dégouline dans nos informations quotidiennes, la première couronne par CFAO en 1985 (4) étape clef franchie à l’ADF par la société française Hennson suivie 3 ans plus tard par celles de Chicago (5) en direct ,et enfin, le lancement irrésistible des premiers systèmes de CFAO en laboratoire puis en cabinet grâce à des scanners de plus en plus conviviaux comme le CEREC ou le 3Shape qui en sont sans doute les plus beaux exemples (6).
Aujourd’hui, la numérisation de toute notre profession est tellement importante à tous les niveaux, de nos gestes cliniques journaliers au centre de nos recherches fondamentales les plus avancées, que ce ne sont plus les résultats cliniques du principe de la numérisation qui font l’objet de nos réflexions ou qui limitent notre désir de l’adopter, mais seulement de savoir si nous pouvons financièrement y accéder ou si elle ne va pas trop perturber le rythme régulier de nos journées de clinicien.
De même, la quasi-totalité des laboratoires de prothèses est équipée et ne fonctionne qu’en virtualisant les données sur lesquelles ils travaillent (il existe même des matériaux qui ne pourraient pas être utilisés par nos anciennes technologies), et le nombre de cabinets dentaires utilisant des scanners, appelé IOS[1] par les puristes, augmentent de plus de 5 % chaque année, dynamisme porté par les nouvelles générations Z et alpha.
- Des Intraoral Scanners (IOS) devenus traditionnels vers le porte -empreinte optique :
Ces nouveaux appareils de balayage comme les IOS ou les scanners de table, portes d’entrée incontournables pour toute personne voulant rentrer dans les traitements numériques, ont-ils été capables de remplacer tout ce que nous avions avant 1973, c’est-à-dire avant l’apparition de l’empreinte optique ? (1).
Mais si on y regarde de plus près, rien n’a réellement changé depuis 1985 et la présentation de l’équipe de Hennson (2). Nous balayons toujours avec une caméra IOS 3D la bouche pour la numériser. Certes, nous sommes passés des vues one shot au scannage continu, mais ce fut le seul vrai progrès (en dehors de ceux résultant de l’évolution des technologies informatiques et optiques en général). Bref, la dentisterie s’est à nouveau endormie dans un train-train utilisant des scanners projetant de la lumière structurée sous toutes ses formes puis en réduisant drastiquement leur prix. Rien de nouveau n’apparut jusqu’en 2015 où la première caméra sans lumière structurée, la renégate Condor, osa pointer son nez et où cette petite chose pas plus grande qu’une turbine osa s’infiltrer dans un petit monde « de grands » bien protégé.
Ce fut un haro général et pourtant elle ne le méritait pas. Utilisant pour la dentisterie les concepts les plus sophistiqués de l’aérospatial (CNES), sans projection de lumière structurée, et reportant toute la complexité de l’empreinte optique dans des softwares évolutifs, elle portait en son sein le germe de la deuxième révolution fondamentale apporté par l’empreinte optique : celui du porte -empreinte optique.
Personne n’a rien vu ou n’a rien compris. Elle était le premier pas vers la dernière marche conduisant au remplacement définitif de la dentisterie traditionnelle par la dentisterie numérique : la disparition du porte -empreinte rempli de pâte qui donna satisfaction à des siècles de dentisterie et son remplacement par un porte- empreinte optique, prenant ses vues sans nécessité de balayage (ou presque). La dentisterie numérique effaçait la dernière et glorieuse survivance de plusieurs siècles de pratique.
C’est ce porte- empreinte unique, développé par la startup narbonnaise « Invis’art », qui est entre nos mains depuis plus de 4 ans et que nous avons testé dans notre laboratoire de recherche clinique à Tarailhan d’abord sur modèles pour le comparer facilement aux autres IOS ou aux scanners de table, puis en bouche depuis 2023.
C’est évidemment avec une très grande émotion, proche de celle que nous avons connue en 1985 lors de la réalisation de la première couronne à l’ADF, que nous vous présentons maintenant pour la première fois au monde les résultats que nous avons obtenus avec ce prototype.
- Présentation sommaire des porte- empreintes Optique (POE) prototypes utilisés
« Un prototype est un objet, une production tangible reflétant une idée. Il permet au groupe d’évaluer s’il remplit son rôle, s’il donne envie d’être utilisé et s’il est implémentable ou faisable en design thinking[2] » (DITP[3]-Adobe).
Nous avons eu plusieurs prototypes à tester. Les tous premiers ne recouvraient qu’une partie d’arcade et ne pouvaient être manipulés que sur plâtre alors que les derniers prototypes sont utilisables en bouche moyennant des précautions (hardwares et sanitaires) particulières.
Ils se présentaient comme des porte-empreintes recouvrant 2-3 dents (appelés cuillères occlusales), une hémi arcade voire même une arcade complète. L’objectif était d’atteindre le design final que nous pouvons voir dans la figure 1 avec sa partie active portant les caméras et les LEDs et une partie électronique éventuellement déconnectable située dans le manche.
Alors que dans nos essais sur plâtre (avec ou sans dents naturelles), la taille des PEO pour les hémiarcades et l’arcade complète ne permettait pas l’insertion en bouche et avait été dessinée pour recouvrir toutes les formes d’arcades, le porte-empreinte conçu pour être inséré en bouche a la dimension d’un porte -empreinte de taille 2 utilisé pour l’alginate. Il peut être inséré en bouche selon le mouvement clinique que nous pratiquons tous les jours avec une rotation à la commissure de la lèvre. La cuillère occlusale pour sa part avait sa taille définitive dès les premiers essais.
Fig. 2a, b et c
Dans les premiers prototypes, la partie hardware de traitement d’images était totalement décentrée et séparée du porte-empreinte renfermant les LEDs. Depuis le début 2024, la plus grande partie hardware du traitement est intégrée dans la poignée du porte -empreinte optique.
Cette forme permet à nos porte-empreintes POE/IOT d’être aujourd’hui proches de nos porte-empreintes traditionnels, ou aux IOS pour la cuillère, à cette différence près qu’ils fournissent une image 3D couleur renfermant la mesure des dents qu’ils observent. Cela leur permet d’être à la fois des instruments de visualisation 2D, d’empreinte optique 3D/4D et de diagnostic, surtout si l’on y adjoint des LEDs particulières (UV, IR).
Il s’agit donc d’un système capable d’envoyer des fichiers STL, PLY et objet standard que le prothésiste sera capable d’utiliser, et aussi des fichiers PLY éventuellement enrichis pour le diagnostic immédiat en présence du patient ou pour enrichir la télémédecine de fichiers complémentaires.
- La technique mise en œuvre
Le porte -empreinte optique utilise une méthode stéréoscopique statique et dynamique sans lumière structurée, totalement originale, dérivée des méthodes développées au Centre National d’Études Spatiales (CNES), mais adaptées spécifiquement à la dentisterie. À la différence des méthodes spatiales, les logiciels et les hardwares ont été développés pour répondre à une situation particulière et unique : mesurer de gros objets brillants (les dents) placés à proximité des caméras, c’est-à-dire l’inverse de celui connu dans les montages des satellites.
Toutes les caméras IOS actuelles projettent sur les dents et la gencive des lumières dites « structurées » c’est-à-dire présentant des caractéristiques géométriques, ondulatoires ou chromatiques connues du système de conversion analogique /numérique et de numérisation. Ces structures géométriques se déforment sur l’objet (les dents). Cette technique introduite dans les IOS des cabinets par Fr Duret, Matra puis Hennson entre 1980 et 1985 a été reprise par la quasi-totalité des systèmes en vente encore aujourd‘hui. Le relevé tridimensionnel ne se fait pas sur l’objet (la dent) lui-même, mais sur une lumière structurée déformée comparable à un tableau de Vasarely.
Dans notre technique, au niveau de nos porte-empreintes, nous utilisons la lumière naturelle et par le jeu de traitements softwares et hardwares spécifiques nous sommes capables de retrouver les points nous permettant de reconstruire la surface des dents sans utiliser la projection de signaux structurés connus. Le hardware et les softwares utilisant une stéréoscopie pure ont été conçus de manière totalement originale (1) pour diriger beaucoup de caméras et de nombreuses LEDs en même temps dans un environnement buccal clos, réduire les problèmes liés à la spécularité des surfaces dentaires, mais aussi le mouvement naturel du patient et de son dentiste.
Pour ce faire, nous n’utilisons pas une seule caméra, mais un nombre élevé de mini caméras « ordinaires ». Ceci est rendu possible car, le fait de ne pas devoir projeter une lumière structurée, nous simplifie considérablement le système de prise d’empreinte. En réduisant suffisamment le volume et la complexité, nous sommes capables de mettre ces très nombreuses caméras dans une bouche.
Quant à la transmission des données 3D, elle repose sur les langages standards reconnaissables des softwares de modélisation et d’usinage que nous avons largement utilisés pour vérifier la précision avec des couronnes ou des aligneurs issus de nos prises d’empreintes.
- Manipulations cliniques des prototypes.
Comme nous le précisions plus haut, le système prototype se compose de deux parties, un ordinateur renfermant la carte standard de traitement d’images et le porte-empreinte. Le porte-empreinte était au départ lui-même divisé en deux parties : jusqu’en fin 2023, la partie endobuccale et la partie hardware de traitement et de commande dans un boîtier intermédiaire. A partir de 2024, le boitier intermédiaire disparut et fut concentré dans la poignée du porte-empreinte pour former ainsi un ensemble plus compact.
Pour des questions de facilité dans notre laboratoire clinique de recherche, nous avons utilisé une pédale pour mettre en route le système (ordinateur et porte-empreinte) puis pour lancer la capture des images elles-mêmes.
Pour faire une empreinte avec notre porte-empreinte optique, nous avons seulement deux gestes (deux appuis) à faire sur la pédale après avoir mis en route (« éveillé » le système) : l’un consistant à positionner le PEO sur l’arcade et l’autre à lancer la capture des vues de toutes les caméras en même temps. Dans le prototype expérimental, nous indiquons un nombre de prises de vues « à volonté » préalablement défini (4 vues, 10 vues, 16 …) sur l’ordinateur expérimental. Le traitement d’images et les modélisations « sur commande et si besoin » se lancent automatiquement jusqu’à l’affichage final du PLY/STL de base suivi de la haute résolution. Comme pour un porte -empreinte traditionnel, à la différence des scanners IOS, aucun balayage n’est nécessaire.
Nous avons fait nos essais sur plâtre (sans ou avec des dents naturelles), pour tester la version destinée aux prothésistes ou aux cabinets dentaires n’effectuant pas d’empreintes optiques en bouche. Également des essais ont été effectués sur typodont pour vérifier le comportement sur les appareils mobiles et les implants ou toutes les résines utilisées (particulièrement difficiles à capter sans lumière structurée). Ensuite, de nombreux essais ont été faits sur patients par plusieurs dentistes, au global plus de 3500 essaies de prises d’empreintes optiques.
Aucun balayage n’est nécessaire, mais il est recommandé de déplacer légèrement le porte -empreinte pendant quelques secondes si l’on veut augmenter la précision de l’empreinte optique, car c’est comme si nous multiplions le nombre de caméras. Par exemple avec 10 caméras sur le PEO, si en 10 secondes nous capturons 20 fois la surface globale de la bouche (toutes les ½ secondes) en déplaçant de quelques millimètres le porte-empreinte, c’est comme si nous utilisions non pas 10, mais 200 caméras. Comme les spécialistes le savent, en stéréoscopie pure, plus il y a de caméras fixes qui visent le même objet, plus le relevé 3D des points visés est précis.
La prise d’empreinte dans nos tests avec nos prototypes a nécessité un temps se situant entre 4 et 6 secondes sur plâtre et 8 à 16 secondes en bouche pour être acceptable. Ce temps se réduira évidemment plus les caméras seront performantes en précision et en résolution (ce qui est déjà le cas des caméras de nouvelle génération que nous n’avons malheureusement pas pu tester). Avec la nouvelle génération, nous pensons raisonnablement que 5 à 8 secondes seront suffisantes pour une empreinte optique en bouche de qualité.
Temps d’affichage des STL et des PLY avant leurs transferts au laboratoire mérite d’être encore affiné même s’il est passé en 4 ans d’environ 4 heures (220 minutes) à 5 minutes pour l’affichage en basse résolution (7 minutes en haute résolution devenu 5 min en septembre 2024). Aujourd’hui, avec des IOS avec deux caméras, l’affichage 3D est quasi-immédiat.
Ce temps est évidemment très important, car il permet de savoir si l’empreinte est réussie …ou à refaire. La résolution de ce problème ne nous inquiète pas, car il me semble bon de rappeler qu’à la différence des scanners IOS présents sur le marché, ce n’est pas l’information issue de 2 ou 3 caméras que nous avons déjà su traiter, mais d’un nombre très important (voir même plus !), et surtout l’informatique évolue très vite.
C’est dire l’importance du défi qu’a déjà relevé l’extraordinaire équipe de Narbonne. Pour illustrer la résolution apportée à ce problème, vous trouverez deux graphes (ci-dessus) et un tableau présentant l’évolution du temps séparant la capture des images et l’affichage des PLY/STL entre 2020 et 2023 et ce qu’il sera sans doute en 2025.
Cela signifie qu’une prise d’empreinte, avec le porte- empreinte optique prototype, devrait prendre dans un avenir proche 5–6 secondes, 30 secondes pour l’affichage du premier STL/PLY de contrôle et de validation et 1 minute 30 pour le STL final de haute précision, soit moins de 1 minute de manipulation clinique et de contrôle.
Il est à prévoir qu’avec les progrès de l’électronique et de l’informatique, une prise d’empreinte à l’aide d’un porte- empreinte optique ne prendra pas plus d’une dizaine de secondes, modélisation en haute définition comprise. C’était notre prédiction dans l’introduction de notre thèse en 1973 … (1)
- Les résultats sur plâtre et dents naturelles avec les différents prototypes
Porte -empreinte hémiarcade, dents naturelles sur plâtre (typodont)
Les premiers résultats furent réalisés en septembre 2020 avec un porte- empreinte hémiarcade (figures 4 a.b.c.d.e). Ils montrèrent d’emblée une bonne résolution locale pour un préprototype et aucune déformation générale de l’hémiarcade. Il n’en restait pas moins vrai que, même si la densité des points semblait correcte, certaines minicaméras méritaient d’être repositionnées (faces linguales) et la calibration générale affinée (précision acceptable en vert sur le cloud compare entre 0 et 120 µm ce qui n’est pas suffisant).
En 2021, les modifications apportées au montage des prototypes que nous utilisions ont permis d’augmenter la qualité de nos empreintes et en particulier de traiter le problème des cavités d’inlay et de mettre la précision de référence entre 0 et 80 µm comme nous le voyons dans les figures 5 a,b,et c.
figures 5, a.b et c. (PLY, Cloud Compare et STL)
- Cuillère Occlusale type « IOS multi-caméras »
La cuillère occlusale, qui est destinée à prendre l’occlusion statique et dynamique, peut aussi être utilisée comme un scanner type IOS pour compléter une empreinte totale, ou encore pour traiter une petite partie si l’empreinte optique globale n’est pas nécessaire (Inlay, couronnes provisoires). Utilisée dès 2021 elle a donné d’emblée de bons résultats. On notera en particulier la profondeur de champ obtenu sur les STL (figures 6 a, b, c et d ci-dessous)
Fig. 6a, b, c et d
- Porte- empreinte optique prothésiste sur arcade complète sur plâtre ou/et dents naturelles.
Les premiers essais en 2022 ont porté sur les arcades complètes à l’aide d’un porte-empreinte multicaméras pour prothésiste, c’est-à-dire trop gros pour être inséré en bouche. Il permet d’avoir de très beaux STL et PLY avec des nuages de points très denses (figures 7 a, b, c, d, e et f ci-dessous)
Ce porte-empreinte optique type « prothésiste » a permis de donner des directives cliniques importantes à l’équipe d’Aurore Duret et aux ingénieurs d’Invis’art à Narbonne mais aussi et surtout de contrôler les précisions locales et générales réelles du système (hardware et software) sur une arcade complète.
Nous pouvons dire qu’avec ces caméras de première génération, sans optimisation de la calibration, dès 2022 la précision locale se situait entre 0 et 80 µm (avec plus de 70 % de surface entre 0 et 50 µm) et la précision générale montrait qu’il n’existait aucune déformation d’arcade (7) puisque les essais de précision entre 0 et 20 µm montraient des points/zones de surfaces vertes réparties sur toute l’arcade (des molaires et des incisives). (Figure 8).
Nous avons aussi pu donner des informations précieuses sur les parties restantes encore imprécises à nos yeux et dont il fallait régler l’orientation ou la surface de vision des caméras (surfaces vestibulaires des incisives).
- Les résultats en bouche, arcade complète
Figures 9a et bLa manipulation clinique de prises d’empreinte en bouche est identique à celle décrite précédemment à l’exception des obligations valables pour tout type d’empreinte optique (salive, buée). Nous utilisons un nouveau porte-empreinte qui a été spécialement dessiné de telle sorte qu’il puisse s’insérer facilement en bouche sans que le nombre de caméras ou de LEDs ait diminué.
En fonction des observations transmises par l’équipe clinique, certaines modifications ont été apportées. On notera des réductions au niveau du plancher de la bouche (on utilise le même porte-empreinte pour le maxillaire supérieur et la mandibule), des échancrures plus importantes entre le porte-empreinte lui-même et le manche pour faciliter son introduction et une légère protubérance au niveau des incisives pour éloigner la lèvre.
Comme nous ne pouvons plus voir la position des dents par rapport au porte-empreinte, le positionnement a été grandement facilité grâce à quatre vues directes vidéo 2D de caméras situées au niveau incisif et molaire (figures 9 a et b). Lorsque l’empreinte optique a été faite (quelques secondes) et pendant le calcul de la modélisation, nous pouvons vérifier la bonne qualité de nos prises de vue 2D grâce aux défilements de ces dernières (figures 10 a et b)
Les premiers résultats au milieu de 2023 ont montré un premier nuage de points déjà relativement riche, nuage qui se densifiera mois après mois en même temps que la qualité du STL augmentera.
La figure 11, ci-dessous, est une comparaison en cloud Compare d’une empreinte de la même arcade prise avec notre porte-empreinte prototype et celle obtenue avec un scannage IOS 3Shape.
On notera encore une absence complète de déformation d’arcade, mais un certain manque d’informations au niveau des faces vestibulaires des prémolaires et des collets des incisives, particulièrement visible sur les STL.
En janvier 2024 ? nous commencions à obtenir de bons nuages de points, des PLY acceptables (sauf au niveau des couleurs) et des modélisations STL qu’il fallait encore densifier. Il n’existait toujours pas de déformation d’arcade et la précision se situait autour de 100 µm sur plus de 75 % des surfaces dentaires et gingivales (figure 12 ci-dessous)
Aujourd’hui, les résultats répondent aux gros défauts notés en 2023 (figure 13 ci-dessous), à savoir des manques au niveau incisif et une couleur PLY si importante dans la fonction diagnostique et didactique avec le patient 2D et 3D.
De même, les STL sont en pleine progression mois après mois (figures 14 a, b ,c, d et e), et nous attendons avec impatience de pouvoir disposer de porte -empreinte optique utilisant les nouvelles caméras offrant un meilleur compromis entre la résolution et la précision, un champ plus large (si important en stéréophotogrammétrie fixe) et sans doute une profondeur de champ mieux adaptée à nos objets rapprochés.
Cela nous permettra de quitter les zones de précision 80-100 µm en bouche pour atteindre les 30-60 µm en local et en général que nous avons actuellement sur les plâtres.
Rappelons que nous n’avons aucune flèche d’arcade et que la précision générale de déformation globale est aujourd’hui déjà en dessous de 35 µm.
Il apparait sur les cloud Compare que nous devons encore modifier la position des caméras se trouvant au niveau molaire. Il est possible que le simple changement de largeur de champ suffise à supprimer ce dernier écueil avec la réduction du temps de l’affichage de la modélisation pour descendre en dessous des 30 secondes comme nous le précisions plus haut.
Figures 13 a, b, c, d et e
CONCLUSION
Ce porte -empreinte optique, que nous avons eu la chance de tester, présente les caractéristiques suivantes :
- C’est le seul système de prise d’empreinte optique (PEO/IOT)[4] au monde et il est capable de prendre les mesures (empreinte) de toute (ou partie) une arcade et son environnement en une fois comme le faisaient les anciennes pâtes d’empreinte.
- Il permet d’obtenir en un seul “clic” la numérisation des surfaces dentaires dans un format standard exploitable par tous les logiciels du marché. (STL, PLY, objet …)
- Il révolutionne l’empreinte optique par sa simplicité d’utilisation. (Pas de formation : le geste est connu de tous les dentistes, des assistantes ou des prothésistes). Il peut même être utilisé par le patient lui-même comme nous le voyons en figure 9.
- Il est aussi le seul procédé qui ne présente aucune déformation d’arcade au niveau des fichiers numériques 3D résultants. Cette solution est fondamentale lorsque nous devons réaliser des aligneurs, des bridges ou des implants à partir d’une empreinte optique. Ceci est rendu possible par le fait que nous n’utilisons pas une seule caméra (IOS)[5] qui balaye l’arcade (d’où les risques de déformations) mais de nombreuses caméras en position fixe les unes par rapport aux autres et captent l’image ensemble au même moment.
- L’utilisation de la stéréoscopie fixe sans projection de lumière structurée (points, grilles …) est unique dans les techniques de prise d’empreinte optique actuelle dans le monde dentaire.
A la fois instrument de visualisation et d’empreinte optique 2D, 3D et 4D, ce système ouvert, premier porte -empreinte optique connu dans le monde que nous avons eu la chance de pouvoir tester cliniquement durant sa mise au point, étape par étape, depuis presque 4 ans ne manquera pas de surprendre lorsque de son stade de prototype actuel, il deviendra enfin un appareil de présérie d’origine française que des confrères sélectionnés pourront tester puis utiliser à leur tour.
BIBLIOGRAPHIE
- Duret, F. : Empreinte Optique, thèse 2e cycle, UFR Odonto Université C. Bernard : Lyon. pp. 293. 1973
- www.francoisduret.com , version 2022
- Duret, F., L’empreinte optique ou la cybernétique Odontologique. Dentist News, 40: p. 32-54. 1984
- Duret, F., JL. Blouin, L., Nahmani, B. Duret : Principe de fonctionnement et application technique de l’empreinte optique dans l’exercice de cabinet. C. de Proth., 1985. 50: p. 73-109.
- Duret, F., JL. Blouin, B. Duret : CAD-CAM in dentistry, J.Am.Dent.Ass. JADA, 117, p 715-720, 1988
- Deschamp, F., Fages, M : La CFAO dentaire. Edition CdP, pp 100, 2016.
- Lefrançois, E.,Leclerc, C, Lambert, J.: Le modèle hybride en prothèse fixée. Stratégie Prothétique, 24,(5) p 12-20, 2024
NDLR
Crée en 2019 à Fleury d’Aude et Narbonne (11), la société Invis’art est une SA qui a pour vocation de développer des systèmes novateurs en dentisterie dont ce porte -empreinte optique à lecture tridimensionnelle. Cette société a été soutenue par la région d’Occitanie, BPI France, l’Etat français au travers de son Crédit Impôt Recherche, certains investisseurs privés et surtout l’actionnaire principal, la société belge Condor Technologie NV.
Adresse de référence :
François Duret
Château de Tarailhan
Route de Saint Pierre
11560 Fleury d’Aude
La famille Duret précise qu’elle est directement intéressée dans la réussite de ce projet.
[1] IOS : Intra Oral Scanner
[2] Le Design Thinking est une approche créative et centrée sur l’utilisateur pour résoudre les problèmes et stimuler l’innovation. Cette approche met l’accent sur la compréhension profonde des besoins des utilisateurs, la génération d’idées créatives, la création de prototypes et le test itératif.
[3] Direction Interministérielle de la transformation publique
[4] PEO ou IOT : Porte empreinte Optique ou Intra Oral Tray
[5] IOS : Intra Oral Scanner