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2016 El Futuro de los dispositivos dentales es digital

El Futuro de los dispositivos dentales es digital

​El Futuro de los dispositivos dentales es digital

Estudiantes de la Facultad de Odontología estudian con impresión 3D

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La integración de herramientas de la nube y una impresora 3D ha permitido a los estudiantes de odontología de la Universidad Cooperativa de Colombia sede Medellín, generar prácticas de CAD/CAM de bajo costo donde se exploran conceptos de las proporciones faciales y el escalado en tres dimensiones. 

La Odontología ha utilizado modelos dentales fabricados con yeso para el diagnóstico, el pronóstico y el tratamiento en Cirugía Maxilofacial, Rehabilitación Oral, Odontopediatría, y Ortodoncia desde el siglo XVIII. Los procesos de fabricación donde se usan los yesos en el laboratorio dental son económicos en términos de materias primas, pero, ellos son dispendiosos, técnicamente exigentes, requieren tiempo y pueden ser susceptibles a fallas de origen humano. 

La historia muestra que la primera aplicación de la tecnología CAD/CAM al área odontológica tuvo lugar a finales de los años setenta cuando un ingeniero y un odontólogo alemanes desarrollaron un sistema automatizado bajo el concepto de CAD/CAM. Dicha solo alcanzó su madurez y penetró el mercado de la rehabilitación oral en la segunda década de los 80 (1). Sin embargo, su implementación ha sido tímida en latinoamericana y dados los costos de la adquisión y operación de la tecnología será un proceso paulatino. Aunque un análisis de los costos financieros y de oportunidad están fuera del alcance del presente texto, se puede decir que los costos de operación son fundamentalmente el valor de las materias primas y el uso de procesos menos eficientes conocidos como tecnologías sustractivas que dominaron la escena en los primeros años. Por tecnologías sustractivas podemos entender procesos donde se realizan  fresados en tres, cuatro o cinco ejes para obtener geometrías complejas a partir de un cubo del material seleccionado (cerámicas, aleaciones metálicas, polímeros o ceras), entre sus principales desventajas podemos mencionar el desperdicio de los materiales y el tiempo del tallado (1). 

Recientemente con el desarrollo de las tecnologías aditivas (1), definidas como el deposito capa por capa de un material seleccionado para producir objetos con geometrías complejas, se han logrado reducciones significativas en los costos porque hay menor desperdicio de material y una mayor eficiencia del proceso de fabricación sin perder la precisión del objeto final. 

La Facultad de Odontología de la sede Medellín, y su Grupo de Investigación en Odontología Multidisciplinario (GIOM), saben que la impresión 3D como tecnología en expansión continuará impactando favorablemente diferentes ámbitos que van desde lo científico, pasando por lo clínico hasta nuestra vida cotidiana, y que abonan el terreno para el logro de la acreditación de alta calidad mientras aportan al proyecto Multicampus gracias a la aplicación de tecnologías emergentes en la educación odontológica orientados a la innovación y a la creatividad para asuntos como el diagnóstico, pronóstico y tratamiento. 

Siendo receptivos frente a tecnologías emergentes como la impresión 3D, se podrían integrar capacidades disponibles en las diferentes facultades de Ingeniería y afines para buscar soluciones a problemas en otras Facultades como Medicina, Veterinaria y Odontología,  a partir de una mirada desde la Bioingeniería contribuyendo a crecer en el contexto multicampus de la Universidad Cooperativa de Colombia y de la acreditación de alta calidad.

Apuntar a la innovación como herramienta para mejorar procesos e implementar el nuevo currículo por competencias, repensando algunos procesos clásicos de la historia de la Odontología, ha permitido el uso de la tecnología emergente como la Impresión 3D, para el diseño de nuevas estrategias de aprendizaje que requieren valoraciones objetivas pero que hoy subjetivamente permiten sensibilizar a los estudiantes en que el futuro de los dispositivos dentales es digital.

El problema y la solución.

El Grupo de Investigación en Odontología Multidisciplinario (GIOM) ha utilizado la tecnología CAD/CAM para enfrentar dos problemas que se describen a continuación:

Caso # 1. ¿Cómo podemos mejorar la conservación de un registro histórico?

La sede Medellín cuenta con más de 3000 modelos dentales cuyo almacenamiento genera dificultades en términos de espacio de almacenamiento. Considerando que esos modelos son producidos en yeso (un material frágil) y que serán manipulados por estudiantes de pregrado, posgrado y profesores, se tiene un importante reto en términos de conservación. Pueden adoptarse dos soluciones: (a) una más clásica, duplicar o triplicar todos los modelos para que solo sean manipuladas las réplicas, pero dicha solución generaría mayores problemas en términos de espacio. Por otro lado, (b) existe la posibilidad de convertir todos los modelos a archivos digitales que podrán manipularse y medirse en programas CAD disponibles en la Universidad, y que adicionalmente si fuera necesaria una copia física está podría obtenerse por impresión 3D. La figura 1 muestra un modelo físico, un modelo digital en formato STL obtenido por un escáner de luz blanca y una réplica impresa en PLA (Acido poli láctico) donde se observa la alta calidad superficial de los modelos digitales cuando se compara con los modelos de yeso originales. 
figura 1_opt.jpg

Figura 1. Conservación de modelos dentales. a) Modelo de yeso de paciente bajo tratamiento de ortodoncia preprótesica, b) modelo digital y c) modelo en PLA obtenido por impresión 3D. 


Caso # 2. ¿Cómo enseñar conceptos básicos de CAD/CAM sin incurrir en elevadas inversiones para los estudiantes?


En las Facultades de Odontología se vive la disyuntiva sobre: ¿cómo enseñar a manipular materiales costosos sin incurrir en gastos elevados? Algunos pueden pensar que enseñar ciencia o tecnología de los materiales dentales de forma teórica es suficiente, pero, a la luz de algunos de los currículos más estudiados en la literatura, ambos deberían tener un componente teórico y práctico intensivo y extensivo. Es por esto que estudiar los principios básicos de la tecnología CAD/CAM exclusivamente desde una aproximación teórica no permite generar una competencia real en los estudiantes. Pero el uso de sistemas CAD/CAM comerciales para Odontología es una opción inviable para la formación práctica de los estudiantes de pregrado en la preclínica debido a los altos costos del procesamiento de las cofias para prótesis fija. Sin embargo, la competencia que deberíamos desarrollar en la preclínica se definió como la aplicación de las tres fases comunes a cualquier sistema CAD/CAM dental que incluye: (a) una fase de adquisición, donde se captura la información anatómica; (b) una fase de posprocesamiento y diseño, donde se realizan correcciones de las superficies o se crean nuevas superficies 3D; y (c) una fase de manufactura, donde se replica el modelo anatómico.

La fase de adquisición puede abordarse a partir de una estrategia de fotogrametría que es una tecnología accesible desde la nube, aunque tiene una menor resolución cuando se compara con escáneres basados en láser, luz blanca o interferometría (2). El posprocesamiento puede realizarse a partir de programas libres disponibles en la nube y la manufactura a partir de impresoras 3D, que han llegado a costos tan bajos como 200 dólares o menos, si se tiene la paciencia y la competencia para seguir instrucciones de un manual.

La figura 2 muestra un sujeto de estudio, la adquisición digital por fotogrametría y su reconstrucción física por corte láser e impresión 3D, realizado como parte del curso de Biomateriales por estudiantes de la Facultad. La figura 3 muestra el detalle obtenido con el procesamiento y la impresión 3D.
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Figura 2. Modelos 3D como un problema de estudio para el aprendizaje de conceptos básicos de tecnología CAD/CAM. a) Sujeto, b) modelo 3D obtenido por esteofotogrametría, c) posprocesamiento del modelo 3D para corte láser, d) modelo ensamblado desde capas apiladas cortadas por láser, e) posprocesamiento de modelo 3D para impresión 3D y f) modelo 3D impreso en PLA.

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Figura 3. Detalle del modelo obtenido por impresión 3D. a) Sujeto real, b) adquisición, c) posprocesamiento y d) impresión 3D.


Referencias.
1.        van Noort R. The future of dental devices is digital. Dent Mater. The Academy of Dental Materials; 2012 Jan;28(1):3–12.

2.        Bernal PMC, Vivó JJC. Photogrammetry using conventional digital cameras and free software. Expr Graf Arquit. 2012;17(20):89–99.


AUTORES

Sidonio Freitas1, Víctor Baena-Cano2, Mariana Ramírez3, Arianis Medina3, Aura Avilez3, Edwin Aristizabal3, Julieth Bustamante3, Alejandro Peláez-Vargas1.

1 Profesor Investigador. Grupo GIOM. Facultad de Odontología. Universidad Cooperativa de Colombia – Sede Medellín/Envigado.

2 Profesor Catedrático. Curso de Herramientas Digitales para Diagnóstico.  Facultad de Odontología. Universidad Cooperativa de Colombia – Sede Medellín/Envigado.

3 Estudiante. Facultad de Odontología. Universidad Cooperativa de Colombia – Sede Medellín/Envigado.