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Analyse des besoins en Odontologie Conservatrice
Simuler des lésions carieuses
Un des aspects déroutant des travaux pratiques d’Odontologie Conservatrice est le fait que les étudiants doivent créer eux-mêmes une cavité de carie pour ensuite la reboucher. Cela s’explique par le fait que les dents en résine actuellement utilisées simulent des dents parfaitement saines. De nos jours, cette approche peut paraitre totalement anachronique et pourrait même avoir des effets contre-productifs au niveau pédagogique.
Idéalement, les dents à restaurer devraient disposer d’une lésion préexistante, que les étudiants auraient à préparer, selon une approche minimalement invasive, puis restaurer.
Un aspect essentiel serait donc de pouvoir disposer de dents simulant des dents atteintes de lésions carieuses.
Simuler la sévérité des lésions carieuses
En pratique clinique, l’approche thérapeutique des lésions carieuses est, entre autres, fonction de la sévérité des lésions. Les dents que nous restaurons ne sont pas saines et les cavités très différentes de celles que l’on peut faire nous-même en TP.
Afin de pouvoir simuler au mieux la pratique clinique, il faudrait pouvoir disposer de modèles dentaire simulant des lésions carieuses de sévérités variables.
Cela permettrait aux étudiants de mettre en pratique leurs connaissances théoriques et d’adopter une démarche thérapeutique guidée par la sévérité des lésions auxquelles ils sont confrontés. De plus, cela permettrait également de gérer la progression de la difficulté au sein des différentes séances de travaux pratiques. Afin d’obtenir la dextérité nécessaire à l’exercice de l’art dentaire, les étudiant pourraient être confrontés dans un premier temps à des lésions initiales, puis progressivement être confrontés à des lésions sévères.
Afin de rester totalement en accord avec l’enseignement théorique, l’idéal serait de disposer de modèles dentaires basés sur des classifications lésionnelles modernes telles que l’ICDAS II et l’ICCMS.
Classification ICDAS II
L’ICDAS II (Système international de détection et d’évaluation des caries) permet de diagnostiquer et d’évaluer la sévérité d’une lésion carieuse. Cette classification a été établie par l’International Caries Detection and Assessment System Coordinating Commitee à Baltimore, aux États-Unis, en 2005. (4)
Cette classification présente sept stades :
• Le stade 0 correspond à une dent saine.
• Le stade 1 correspond aux premiers changements visibles après séchage de la dent avec des zones blanches et d’autres marron.
• Le stade 2 correspond à un changement visible distinctement au niveau de l’émail sans séchage avec des colorations blanches et marron.
• Le stade 3 correspond à une rupture localisée de l’émail sans atteinte dentinaire sous-jacente.
• Le stade 4 correspond à une atteinte dentinaire visible par transparence avec ou sans cavitation amélaire.
• Le stade 5 correspond à une atteinte cavitaire de l’émail avec dentine exposée.
• Le stade 6 correspond à une lésion amélo-dentinaire étendue.
Simuler le risque d’effraction pulpaire
La gestion clinique des lésions carieuses sévères est intimement liée au risque d’effraction pulpaire. Cet écueil, source de stress pour les étudiants en clinique, n’est malheureusement pas simulable sur les modèles dentaires actuels en Odontologie Conservatrice.
Ainsi, disposer de modèles dentaires plus anatomiques avec la présence d’une chambre pulpaire permettrait de sensibiliser de manière pratique les étudiants à ce risque, afin qu’ils n’aient pas à subir cette expérience la première fois sur un patient.
Cela permettrait également de réaliser des travaux pratiques sur le coiffage pulpaire direct ou indirect.
Simuler l’activité des lésions carieuses
La classification ICCMS propose de classer la sévérité des lésions carieuses, mais également d’évaluer leur activité.
Afin d’évaluer cette activité, un examen visuel est indispensable. En effet, pour les lésions initiales et modérées, on s’intéresse à l’état de surface de l’émail. Un émail rugueux, jaunâtre ou blanchâtre avec perte de sa brillance peut être le signe d’une lésion carieuse active. En revanche, l’émail, quand il est lisse et dur, et cela peu importe qu’il soit jaunâtre ou blanchâtre, signe une inactivité de la lésion carieuse.
Dans les lésions carieuses sévères, c’est l’aspect de la dentine qui est inspecté. D’une lésion carieuse active résultera un ramollissement de la dentine, alors qu’une dentine dure et brillante rassurera quant à l’inactivité de la lésion carieuse.
Ce diagnostic ne pourra s’effectuer qu’après avoir soigneusement nettoyé et séché la zone.
Il est important que les étudiants sachent faire la différence entre une lésion carieuse active et inactive dans leur pratique clinique, afin d’adapter la thérapeutique de traitement.
Simuler une meilleure occlusion
Les modèles KaVo® et Frasaco® ne s’engrènent pas de manière à réaliser une occlusion idéale. Ainsi, en travaux pratiques, il n’est pas possible de vérifier correctement l’adaptation occlusale des restaurations. C’est pourtant un point très important en clinique afin de ne pas engendrer de gêne occlusale pour le patient et garantir l’intégration fonctionnelle de nos restaurations.
De plus, il est important que l’étudiant soit formé à la gestion de la morphologie occlusale lors des apports de matériaux de restauration dans une démarche de biomimétisme.
Réduire les coûts
Autant que faire se peut, les modèles de dent n’étant pas réutilisables, il faut qu’ils soient peu onéreux, tout en ne sacrifiant pas la qualité de formation des étudiants.
Cette analyse des besoins fait ressortir le fait que les modèles de dents actuels gagneraient à être améliorés.
Idéalement, la formation des étudiants en Odontologie Conservatrice devrait passer par un continuum de situations simulées basées sur des modèles pédagogiques spécifiques de difficulté croissante. Ainsi, lors des séances de travaux pratiques, ce ne serait plus l’enseignant qui imposerait le type de préparation et de restauration, mais une approche raisonnée des étudiants sur la base des caractéristiques cliniques simulées par le modèle pédagogique dentaire.
De nos jours, les progrès de l’impression 3D dans le domaine du prototypage rapide ouvrent la voie vers l’élaboration de modèles pédagogiques sur mesure et accessibles. La maitrise de cette chaine technique et technologique pourrait nous permettre d’atteindre la plupart des besoins exprimés.
Modèles dentaires & impression 3D
Revue de la littérature
L’impression 3D, également appelée fabrication additive, est en plein développement dans un nombre important de secteurs. La taille du marché mondial de l’impression 3D devrait atteindre 35,38 milliards de dollars d’ici 2027, avec un taux de croissance annuel composé de 14,6% entre 2020 et 2027(7). L’Odontologie ne sera pas épargnée et devrait voir l’impression 3D se développer dans de multiples applications, en clinique, au laboratoire mais également en secteur universitaire (8).
Le processus est différent de la méthode de production soustractive, qui commence par un bloc de matériau partiellement détruit par fraisage pour obtenir l’objet souhaité. L’impression 3D implique l’ajout successif de couches de matériau qui s’appuient les unes sur les autres pour former un objet tridimensionnel sans gaspillage de matière. Il existe plusieurs technologies d’impression 3D : le dépôt de matière fondue (FDM), la photopolymérisation ou encore la fusion laser sur lit de poudre. Le choix dépendra majoritairement des applications qu’on souhaite en faire.
Afin de guider nos futurs choix techniques mais également prendre connaissance de l’état de l’art concernant l’impression de modèles pédagogiques dentaires, une revue systématique de la littérature a été réalisée.
Matériels et méthodes
La revue systématique de la littérature a été menée en vue d’identifier tous les articles susceptibles de décrire la réalisation de modèles pédagogiques dentaires par impression 3D. Seuls les articles traitant du sujet en Odontologie Restauratrice, Pédiatrique et Prothétique ont été inclus. Les articles concernant d’autres disciplines, telles que l’Endodontie ou la Chirurgie Maxillo-Faciale ont été exclus. Pour réaliser cette revue de la littérature, nous avons utilisé les critères de recherche bibliographique PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses). La base de données bibliographique PUBMED a été utilisée avec la requête suivante, sans limite temporelle : Les articles ont d’abord été sélectionnés en fonction de leur titre, puis en fonction du résumé. Si un doute persistait après lecture du résumé, l’article était alors lu dans son ensemble. Toutes les étapes de la recherche ont été effectuées par deux examinateurs, puis soigneusement vérifiées afin de minimiser les biais lors du processus d’examen. En cas de désaccord, la décision a été prise par consensus. Au terme de ce processus, huit articles ont été sélectionnés. La recherche ascendante d’article a permis d’identifier trois articles supplémentaires pour arriver à un total de dix articles inclus. Les étapes de la recherche bibliographique sont résumées dans la figure 5.
Matériel et méthodes possibles
Comme énoncé précédemment, il existe plusieurs techniques d’acquisition et d’impression 3D. Dans cette section, nous allons présenter en détail les différentes alternatives.
Les méthodes d’acquisition
Afin de réaliser l’acquisition numérique du modèle dentaire, trois outils peuvent nous servir.
La tomographie volumique à faisceau conique (TVFC)
La TVFC, ou plus communément CBCT (Cone Beam Computed Tomography), est une technique d’imagerie médicale particulièrement utilisée en Odontologie. Il permet d’obtenir des images tridimensionnelles grâce à un faisceau conique de rayons X. Cet examen 3D permet une représentation des tissus durs avec une résolution infra-millimétrique, produisant des images de haute qualité tout en délivrant des doses de rayonnements bien inférieures à celles d’autres examens 3D tels que le scanner. Le CBCT a en effet une résolution spatiale moyenne de 100µm (19). Cette technique d’acquisition a été décrite dans de nombreux protocoles d’impression 3D, soit en plaçant une dent extraite dans un CBCT, soit en utilisant un examen complet d’un patient (11,15,18,20)
Le scanner de laboratoire
Le scanner de laboratoire permet d’obtenir une précision de 4µm. Il est pourvu de quatre appareils photographiques de cinq mégapixels chacun. Cet outil peut scanner un modèle complet en platre issu d’une empreinte classique afin d’en réaliser l’acquisition, ou on peut décider de placer un modèle dentaire unique (12).
A la suite du scan, on récupère le fichier au format *.STL, compatible avec un logiciel de design 3D.
Le scanner intra-oral
Depuis quelques années, les scanner intra-oraux se développent et s’invitent de plus en plus dans les cabinets dentaires afin de remplacer les techniques d’empreinte traditionnelle. Ces scanners ont comme avantage de ne pas exposer le patient à des rayons ionisants, d’être très précis et de réaliser également l’acquisition des tissus mous. Ils peuvent être utilisés directement à l’intérieur de la bouche du patient afin de scanner une situation clinique réelle (12). Ils permettent également de scanner des modèles d’études ou des typodontes unitaires traditionnellement utilisés pour les travaux pratiques (14,16,17).
Les logiciels de modélisation tridimensionnelle
Les logiciels de modélisation peuvent être utilisés pour modéliser de « A à Z » un modèle 3D.
Ils peuvent également être utilisés pour modifier les caractéristiques des modèles préalablement acquis (avec les techniques présentées précédemment) afin de les faire correspondre à notre cahier des charges. Pour cela, plusieurs logiciels de CAO sont disponibles sur le marché.
Modélisation de « A à Z »
La modélisation tridimensionnelle est principalement utilisée pour le développement de jeux vidéo et dans le cinéma. Elle permet de « créer en 3D des objets par ajout, soustraction et modification de ses constituants » (21)
La modélisation d’un objet en 3D est réalisée par le biais d’un maillage qui « est une modélisation géométrique d’un domaine par des éléments proportionnés finis et définis » (22). Le maillage peut s’illustrer par le fait de trianguler l’intérieur d’un disque afin de simplifier le disque par un modèle de triangles représentant ce disque en 2D. Ainsi, pour simplifier au maximum, le maillage d’un objet consiste à créer une multitude de lignes à l’intérieur de l’objet qui s’entrecroisent et forment une maille.
Tout maillage doit être défini par son repère, les coordonnées de ses points et les cellules qui relient les points. Pour augmenter le niveau de précision de la description de l’objet, on peut augmenter le nombre de points au sein des arrêtes. Ainsi, il est possible passer d’une cellule linéaire reliant deux points à une cellule quadratique avec un point au milieu de l’arrête de départ. En 3D, le maillage volumique est utilisé, avec l’utilisation de tétraèdres ou de prismes. Au plus on rajoute de points, au plus le maillage sera précis et on pourra décrire des objets tels que des faces occlusales avec des bombés. Cependant, ceci peut s’avérer très complexe et le maillage le plus simple correspond à un empilement de parallélépipèdes rectangles ; il est donc peu adapté pour reproduire des volumes comme ceux dont nous avons besoin.
Une autre méthode de modélisation 3D est l’utilisation de NURBS (Non-Uniform Rational Basis Splines), qui grâce à un algorithme permet l’interpolation des arrêtes entre deux points se basant sur un maillage adaptatif afin d’obtenir des courbes. Ce réseau de courbes est créé à partir de points de contrôle.
« L’utilisation des NURBS, dont les points de contrôle sont affectés de poids rationnels permet de réduire souvent considérablement le nombre de sommets et de points de contrôle dans l’approximation précise d’un arc ou d’une facette courbe quelconque, tout en améliorant la précision de cette approximation et en conservant un degré faible pour cette approximation donc un rendu rapide » (23). Les NURBS permettent d’approximer des formes complexes tout en permettant de maitriser la précision. Cela est particulièrement intéressant pour les modèles biologiques comme dans notre cas (faces occlusales de molaires).
A gauche se trouve une modélisation d’un objet par des NURBS, et à droite la même modélisation mais réalisée en maillage traditionnel.
Edition de modèles 3D
Certains logiciels sont capables de travailler directement sur les modèles 3D issus des techniques d’aquisition présentées précédemment. Les modifications utilisent généralement :
• des outils de sculpture virtuels ; les ajouts/suppressions de matière sont difficilement quantifiables et donc non précis.
• des opérations booléennes avec des volumes 3D plus ou moins complexes.
Après avoir réalisé les modifications nécessaires, le fichier est exporté au format *.STL afin de préparer l’impression 3D.
Les techniques d’impression 3D
L’utilisation de l’impression 3D a considérablement progressé au cours des dernières années, avec le développement commercial d’installation d’impression 3D, de scanners, et de logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO). Les imprimantes 3D de bureau se généralisent et deviennent de plus en plus accessibles. Ces imprimantes fournissent des objets précis, légers et résistants à l’usure et aux dommages. Plusieurs types d’imprimantes 3D sont disponibles sur le marché, employant des technologies différentes. Nous allons présenter les plus utilisées.
La Low Force Stereolithography (LFS)
La stéréolithographie (également appelé SLA pour StereoLithography Apparatus) est la première méthode d’impression 3D utilisant une résine liquide polymérisée par lumière U.V. La technologie d’impression 3D par LFS utilise l’illumination linéaire et un bac flexible pour transformer de la résine liquide en pièces solides (25).
En d’autres termes, l’imprimante est pourvue d’un bac de résine liquide photosensible qui va être polymérisée par un laser, lui même guidé par des mirroirs pendant que le plateau support remonte au fur et a mesure de la construction. La puissance du laser est de 250mW et la taille du faisceau de 85µm.
Le Selective Laser Sitetings (SLS)
L’invention de la technique SLS date de 1988 et correspond à un frittage d’une poudre plastique, bien souvent du nylon, par un laser CO2. Cette méthode permet d’obtenir une précision de l’ordre de 50µm. Après impression, les pièces sont enveloppées dans la poudre, l’ensemble doit être refroidi avant de pouvoir être nettoyé et post-traité (27). Les pièces récupérées conservent une légère rugosité et un aspect granuleux qui peuvent être éliminés par ponçage. Elle a cependant été améliorée au début des années 2000 avec le développement de techniques frittant directement du métal ou utilisant la fusion par faisceau d’électrons.
Le Fused Deposition Modelling (FDM)
Ce procédé a été inventé à la fin des années 1980, et repose sur 3 éléments principaux :
• un plateau d’impression sur lequel est imprimé la pièce.
• une bobine de filament qui sert de matériau d’impression.
• et une tête d’extrusion également appelé extrudeur.
Ainsi, le filament est entrainé et fondu par l’extrudeur qui dépose le matériau de manière précise couche par couche sur le plateau.
Avec ce type d’imprimante 3D il est possible, à partir du moment où la machine est équipée de plusieurs extrudeurs, d’imprimer des modèles de plusieurs couleurs, ou avec différentes matières. Bien que la précision d’impression soit portée jusqu’à 50µm, les résultats d’impression sont moins bons que ceux obtenus grâce à la stéréolithographie ou la SLS.
Le Polyjet
L’impression 3D par jet de matière a été inventée en 1999 par la société Objet Ltd. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet d’imprimer des modèles de plusieurs couleurs et avec plusieurs matières très facilement. Aussi la résolution peut aller jusqu’à 16µm, et les surfaces imprimées seront bien plus lisses qu’avec une impression par FDM ou SLS.
Pour imprimer, la tête d’impression possède plusieurs buses qui vont projeter des microgouttelettes de matériaux qui seront polymérisées par une lumière UV incorporée dans la tête d’impression (30). Le coût d’une telle imprimante est cependant bien plus onéreux qu’une imprimante FDM ou SLA/LFS.
Méthode de production retenue
Nous allons dans cette partie détailler l’ensemble des étapes réalisées afin de produire nos modèles dentaires anatomiques numériques.
Méthode d’acquisition
Après avoir réalisé des tests avec l’ensemble des techniques listées précédemment, nous avons décidé de retenir la méthode utilisant le scanner intra-oral (Trios3 basic, 3shapes).
Nous avons réalisé l’acquisition optique d’un typodonte seul de marque Frasaco®. Afin d’obtenir la base qui va s’insérer dans le modèle de mâchoire de même marque, nous avons veillé à ce que l’acquisition soit la plus complète possible.
Préparation du modèle scanné pour l’impression 3D
Une fois le modèle acquis, nous obtenons un fichier au format *3OXZ. Ce format est propre au scanner intra-oral, et doit ainsi être converti au format *STL. Le fichier *3OXZ est une archive ZIP dans laquelle le fichier *DCM peut être directement converti vers le format *STL.
Dès lors qu’on possède le fichier au format *STL, nous pouvons l’importer dans notre logiciel de modélisation 3D (Figure 24), afin de pouvoir réaliser l’édition du modèle.
A ce stade, nous avons quatre objectifs principaux :
• Créer une chambre pulpaire vide.
• Supprimer la partie qui a permis de soutenir la dent lors de la numérisation.
• Permettre le vissage du modèle sur la mâchoire Frasaco®.
• Simuler une lésion carieuse.
Nous avons cherché, dans un premier temps, à réaliser une lacune au sein de la couronne représentant la chambre pulpaire. Grâce aux outils de modélisation 3D, la chambre pulpaire qui se trouve dans la couronne correspond à une réduction homothétique de la couronne (Figure 25). Puis, après des modifications, nous obtenons une forme de chambre pulpaire bien plus réaliste.
Il aurait été simple de placer la lacune telle quelle au centre du modèle pédagogique afin de représenter la chambre pulpaire. Or, à cette étape, il était nécessaire pour nous que la résine non polymérisée au sein de la lacune représentant la chambre pulpaire puisse être évacuée pour deux raisons :
• Laisser de la résine emprisonnée à l’intérieur aurait augmenté de manière importante notre consommation de résine.
• Nous ne voulions pas que lors des séances de travaux pratiques les étudiants puissent recevoir des projections de résine non photopolymérisée en cas d’effraction pulpaire.
C’est pourquoi nous avons réalisé des cheminées d’évacuation, afin qu’un appel d’air puisse être créé et que la résine puisse s’évacuer seule et retomber dans le bac de résine non polymérisée (Figure 27). Afin de déterminer le diamètre minimum nécessaire au drainage de la résine liquide non polymérisée, nous avons conçu des gabarits de cheminée de drainage (Figure 26).
Les modèles Frasaco® étant vissés dans les modèles pédagogiques de mâchoires, nous nous devions d’imprimer nos modèles pédagogiques avec la possibilité de les visser également. Pour cela, nous avons réalisé un puits de vis de diamètre légèrement inférieur au diamètre de la vis à la base du modèle par suppression du support sur lequel la dent avait été scannée au préalable (Figure 28). Ainsi, lors du vissage, la vis crée son propre taraudage.
Enfin, nous avons créé une lacune au niveau de la face occlusale de la couronne, afin de représenter une lésion carieuse (Figure 29).
Evaluation pédagogique
Afin de pouvoir réaliser la comparaison avec les modèles du commerce, un questionnaire de comparaison destiné aux étudiants devra être réalisé.
Nous savons déjà, grâce à la revue de la littérature réalisée, que la résine utilisée est moins résistante que la résine des dents du commerce. A ce problème existent deux solutions, d’une part nous pouvons réduire la vitesse des micro-moteurs, d’autre part nous pourrons commander une résine avec une plus grande dureté auprès de Formlabs pour la réalisation des prochains modèles pédagogiques.
Evaluation du temps d’impression
Lors du paramétrage de l’imprimante, il est possible de placer sans trop de difficultés 90 modèles sur le plateau d’impression (Figure 38). Le temps nécessaire à l’imprimante Form3 pour réaliser l’impression de 90 modèles est de 11 heures et 30 minutes, ce qui rapporté à une dent équivaut à 7.6 minutes.
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Table des matières
I. LES MODELES DENTAIRES EN ODONTOLOGIE CONSERVATRICE A LA FACULTE D’AIXMARSEILLE
I.1 ÉTAT ACTUEL
I.2. COUT DES MODELES PEDAGOGIQUES ACTUEL
I.3. ANALYSE DES BESOINS EN ODONTOLOGIE CONSERVATRICE
I.3.1 Simuler des lésions carieuses
I.3.2 Simuler la sévérité des lésions carieuses
I.3.3 Simuler le risque d’effraction pulpaire
I.3.4 Simuler l’activité des lésions carieuses
I.3.5 Simuler une meilleure occlusion
I.3.6 Réduire les coûts
II. MODELES DENTAIRES & IMPRESSION 3D
II.1. REVUE DE LA LITTERATURE
II.1.1 Matériels et méthodes
II.1.2 Résultats
II.1.3 Discussion
III. MATERIEL ET METHODES POSSIBLES
III.1 LES METHODES D’ACQUISITION
III.1.1 La tomographie volumique à faisceau conique (TVFC)
III.1.2 Le scanner de laboratoire
III.1.3 Le scanner intra-oral
III.2 LES LOGICIELS DE MODELISATION TRIDIMENSIONNELLE
III.2.1. Modélisation de « A à Z »
III.2.2. Edition de modèles 3D
III.3 LES TECHNIQUES D’IMPRESSION 3D
III.3.1 La Low Force Stereolithography (LFS)
III.3.2 Le Selective Laser Sitetings (SLS)
III.3.3 Le Fused Deposition Modelling (FDM)
III.3.4 Le Polyjet®
IV. METHODE DE PRODUCTION RETENUE
IV.1. METHODE D’ACQUISITION
IV.2. PREPARATION DU MODELE SCANNE POUR L’IMPRESSION 3D
IV.3. L’IMPRESSION 3D
V. RESULTATS
V.I MODELES PEDAGOGIQUES
V.II EVALUATION PEDAGOGIQUE
V.III EVALUATION DU TEMPS D’IMPRESSION
V.IV EVALUATION DU COUT D’IMPRESSION
VI. DISCUSSION
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
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