I professionisti e le professioniste dell'odontoiatria hanno identificato due concetti chiave: in primo luogo, non esistono norme universali che stabiliscano un livello di accuratezza clinicamente accettabile dei modelli; in secondo luogo, i modelli in gesso tradizionali vengono ritenuti in larga parte lo standard di riferimento.

Nel 1984, l'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) è intervenuta per soddisfare la richiesta di maggiore coerenza nel settore odontoiatrico, specialmente per quanto riguarda il gesso dentale. Prima di allora, il giusto livello di accuratezza di un modello dentale era oggetto di dibattito ed era influenzato da vari fattori, ad esempio la differenza tra le pratiche in aree geografiche diverse, la formazione individuale e l'esperienza diretta. L'ISO ha affrontato la questione introducendo la norma ISO 6873 [11]. La sua versione più recente, rilasciata nel 2013, presenta requisiti e metodi chiari per testare i modelli dentali in gesso. Tuttavia, prima di approfondire questi aspetti, è importante esaminare l'accuratezza delle impronte della dentatura e dell'anatomia orale dei pazienti, che rappresentano i dati essenziali per la realizzazione dei modelli.

L'accuratezza dipende da diversi fattori:

• Il tipo di vassoio (personalizzato o standard)
• Il materiale dell'impronta (PVS, polietere, alginato)
• L'esperienza della persona che acquisisce l'impronta
• L'anatomia orale
• Il movimento o la mancanza di cooperazione del paziente
• Il controllo dell'umidità in fase di acquisizione dell'impronta
• L'utilizzo di tecniche di impronta a una fase o a due fasi

La qualità dell'impronta è molto variabile. Secondo lo studio "Accuracy of different materials used in impressions for fixed partial dentures", condotto da Farhat Jabeen, Pratibha Sharma e Paritosh Sharma [8], l'accuratezza delle impronte tradizionali è in media di 0,25 mm (valore ottenuto calcolando la media di diversi materiali da impronta, in cui il polietere è il più preciso e il silicone a condensazione il meno preciso). Pertanto, per confrontare l'accuratezza dei modelli dentali prodotti con tecniche tradizionali e con produzione additiva, è necessario considerare il workflow e il tasso di riuscita di ciascun metodo.

La norma ISO 6873 relativa ai modelli in gesso di tipo IV si basa sulle impronte tradizionali. In base a studi come quello condotto da Farhat Jabeen et al. [8], possiamo calcolare una deviazione assoluta media cumulativa per l'accuratezza del modello prodotto con questo workflow. Passando ai modelli stampati in 3D, il workflow cambia notevolmente. Sebbene esistano metodi ibridi che uniscono l'acquisizione di impronte tradizionali alla creazione di modelli digitali, per eseguire un confronto diretto tra queste due tipologie di workflow è necessaria una valutazione dell'accuratezza dei dati iniziali raccolti. In un contesto interamente digitale, i dati vengono forniti da uno scanner intraorale.

Gli articoli di ricerca di Kernen, Schlager et al. [9] e Winkler et al. [10] illustrano i vari livelli di accuratezza riscontrati in questo contesto. Lo studio di Kernen, Schlager et al. [9] valuta l'accuratezza e la precisione di scansioni in vivo di arcate complete realizzate con diversi modelli di scanner. Confrontando l'accuratezza delle scansioni di arcate complete con quella di sezioni più piccole, emerge un'evidente discrepanza che dimostra le difficoltà legate alla scansione intraorale. Il limitato campo visivo degli scanner intraorali richiede l'applicazione di appositi algoritmi per riunire diverse viste di piccole dimensioni in un unico modello, il che spesso determina un'accuratezza ridotta su superfici estese.

Lo studio condotto da Winkler e Gkantidis [10] mostra invece come la scansione di sezioni di dimensioni ridotte (ad es. i denti anteriori dell'arcata superiore) sia notevolmente più accurata rispetto a una scansione dell'arcata completa. Ad esempio, l'accuratezza delle scansioni eseguite con lo scanner TRIOS 3, con una deviazione assoluta media (MAD) di 0,065 mm, è nettamente inferiore a quella delle impronte in polivinilsilossano (PVS) dello studio [8], la cui MAD è pari a 0,02 mm.

Sebbene questi dati risalgano al 2020, e da allora la tecnologia delle telecamere intraorali e gli algoritmi abbiano continuato a evolversi, rimangono di fondamentale importanza nel confronto tra workflow odontoiatrici digitali e tradizionali.

La norma ISO 6873 definisce i requisiti per un'accuratezza elevata, in particolare dei modelli in gesso di tipo III e IV. I modelli dentali sono disponibili in varie tipologie, ciascuna adatta a requisiti specifici con diverse esigenze di accuratezza in base all'uso previsto. Riportiamo di seguito un elenco non esaustivo di modelli in ordine crescente di accuratezza richiesta:

• Modelli di studio
• Modelli di documentazione
• Modelli per riparazioni rapide
• Modelli per cerature diagnostiche manuali
• Modelli per la termoformatura di apparecchi
• Modelli per protesi
• Modelli per impianti a singola unità
• Modelli per impianti a più unità

Nell'ambito delle protesi dentali, i gessi di tipo III e IV sono i materiali più comuni. Il gesso di tipo III viene utilizzato principalmente per le applicazioni in materiale acrilico, come le protesi dentali, mentre il tipo IV è ritenuto lo standard di riferimento per i modelli di protesi e i modelli master per gli impianti. Ci concentreremo sui modelli di protesi, per i quali è previsto l'utilizzo del gesso di tipo IV.

Nel contesto della norma ISO 6873, due aspetti fondamentali di queste tipologie di gesso sono particolarmente interessanti:

1. Valore dell'espansione di presa: è uno dei fattori chiave definiti nella norma. Durante il processo di indurimento del gesso si verifica un'espansione dimensionale, motivo per cui la norma si concentra esclusivamente sui valori di espansione. La contrazione, o restringimento, non è generalmente un problema per l'odontoiatria e quindi i valori di contrazione non sono specificati nella norma.

2. Definizione dell'intervallo accettabile: la norma definisce l'intervallo di espansione accettabile in termini percentuali e misurato in modo lineare. Ciò significa che l'espansione consentita è proporzionale alle dimensioni dell'oggetto, il che la rende una misura relativa.

Tuttavia, applicare queste specifiche a modelli in resina stampati in 3D non è così semplice. Al contrario dei modelli dentali in gesso, che presentano un'espansione uniforme, il processo di stampa 3D può dare luogo a deviazioni, sia positive che negative, in termini di accuratezza. Di conseguenza, nella valutazione di un modello stampato in 3D è necessario tenere conto delle possibili deviazioni che possono verificarsi in una direzione o nell'altra. Nei modelli dentali in gesso, invece, generalmente non avvengono deviazioni negative (contrazioni): una differenza che dimostra la difficoltà di applicare queste norme in maniera diretta ai modelli stampati in 3D, il cui controllo della qualità richiede un approccio più articolato.

Quando si valuta la precisione di un modello in gesso di tipo IV e la si confronta con l'accuratezza di un modello stampato in 3D, è importante concentrarsi su quale modello si allinea maggiormente alle dimensioni nominali. La deviazione assoluta media (MAD) è un parametro molto utile in tal senso, in quanto misura il grado di deviazione indipendentemente dalla direzione. Un modello che presenta una MAD inferiore rispetto all'altro indica una maggiore aderenza alle dimensioni previste e di conseguenza viene ritenuto più accurato.

Prendiamo come esempio un'arcata dentale con una profondità sagittale di 67 mm, un valore ottenuto calcolando la lunghezza media di diverse arcate. Per un modello che soddisfa i criteri del gesso di tipo IV, il calcolo della deviazione massima consentita (in questo caso, esclusivamente positiva) sarebbe:

• Dimensioni del modello: 67 mm
• Espansione lineare accettabile: 0,15%
• Intervallo di tolleranza: 67 mm × 0,15% / 100 = 0,1005 mm

La MAD del modello in gesso viene quindi calcolata come:

• Deviazione minima (a 67 mm): |67 - 67| = 0 mm
• Deviazione massima (a 67,1 mm): |67,1 - 67| = 0,1 mm
• MAD = (0 + 0,1) / 2 = 0,05 mm

Supponendo che un modello stampato in 3D presenti un intervallo di deviazione simile, ma in entrambe le direzioni, ci si aspetterebbe una MAD simile a parità di accuratezza. Per un intervallo di deviazione di ± 0,05 mm (67 mm ± 0,05 mm):

• Deviazione minima (a 66,95 mm): |66,95 - 67| = 0,05 mm

• Deviazione massima (a 67,05 mm): |67,05 - 67| = 0,05 mm

• MAD = (0,05 + 0,05) / 2 = 0,05 mm

Nell'ambito della valutazione dell'accuratezza di modelli stampati in 3D, è interessante osservare come Formlabs considera questo parametro. L'accuratezza viene generalmente descritta come la percentuale X di superficie del modello che corrisponde alle dimensioni nominali dell'oggetto con uno scarto entro ±Y mm. Se applichiamo questa definizione all'esempio precedente, significa che il 100% della superficie del modello stampato corrisponde alle dimensioni nominali dell'oggetto con uno scarto entro ±0,05 mm (50 µm). Questo approccio, benché semplificato, rappresenta un modo pratico ed esplicativo per misurare e confrontare la precisione di diverse tecniche utilizzate per produrre modelli dentali.

Tuttavia, applicare nell'ambito della stampa 3D una norma basata sull'espansione lineare massima, come quella usata per i modelli in gesso, non è così semplice. Per poterlo fare, occorre stabilire un parametro comparativo che tenga conto delle limitazioni intrinseche e delle caratteristiche della tecnologia di stampa 3D. Questo confronto mira a colmare la distanza tra diversi processi di fabbricazione, fornendo una base comune per valutare l'accuratezza e riconoscendo al contempo che ogni metodo presenta attributi e limitazioni specifiche.

Riguardo a cosa sia clinicamente accettabile o meno non esistono norme universalmente riconosciute. Un'analisi sistematica condotta da Etemad-Shahidi et al. [12] suggerisce un intervallo di accettabilità clinica da meno di 0,1 mm a meno di 0,5 mm. Raggiungere il massimo standard di accuratezza inferiore a 100 µm rappresenta una sfida sia per i modelli in gesso che per i workflow digitali. In particolare, nel workflow digitale hanno un peso rilevante le limitazioni degli scanner intraorali e dell'accuratezza del modello. Un materiale in grado di stampare un modello in cui il 100% della superficie corrisponde all'oggetto originale con uno scarto entro ± 0,05 mm segnerebbe un progresso significativo. Tuttavia, questo grado di accuratezza rispetterebbe i parametri di riferimento solo di alcuni studi specifici [12].

È fondamentale riconoscere che una resina per modelli dentali in grado di ottenere un'accuratezza del 100% con uno scarto entro ± 100 µm sarebbe comunque meno accurata del gesso tradizionale di tipo IV conforme alla norma ISO 6873. In base a questi standard, i modelli dentali stampati in 3D da Formlabs risulterebbero equiparabili a quelli tradizionali in gesso solo raggiungendo una precisione di ± 50 µm.

La creazione di un modello dentale clinicamente accettabile richiede un processo completo che prevede tre aspetti chiave:

• L'accuratezza dei dati iniziali

• La precisione del metodo di produzione

• L'accuratezza del modello finale rispetto ai dati iniziali

È importante riconoscere che ciascuna di queste fasi possiede un margine intrinseco di errore, che contribuisce in modo cumulativo all'accuratezza complessiva del modello finale. Gli articoli analizzati e citati in questo documento si concentrano sull'accuratezza di vari materiali da impronta tradizionali e sulla precisione di diversi metodi di produzione additiva nel contesto dei modelli dentali [(vedi l'Appendice)].

La formula per determinare l'accuratezza assoluta del modello dentale finale può essere riassunta come segue:

Consideriamo ad esempio un modello in gesso di tipo IV basato su un'impronta in PVS per il quale sono stati utilizzati un vassoio personalizzato e gesso miscelato in un miscelatore sottovuoto secondo le istruzioni dell'azienda produttrice. Da questo scenario si può ottenere:

0,2 mm (errore dell'impronta) + 0 mm (errore di precisione del gesso miscelato sottovuoto) + 0,05 mm (errore di accuratezza del gesso di tipo IV) = accuratezza assoluta di 0,25 mm

• Errore dell'impronta pari a 0,2 mm (MAD) + # [7]

• Per un modello lungo 67 mm, la norma ISO prevede un errore massimo di 0,05 mm (MAD)

• Supponiamo un errore di precisione pari a zero per la miscelazione del gesso eseguita con un miscelatore sottovuoto

In questo caso, la fonte di errore più significativa è data dal processo di acquisizione dell'impronta, che supera l'accuratezza del materiale stesso del modello.

Nel contesto della stampa 3D, è possibile reperire dati comparabili sull'accuratezza degli scanner intraorali moderni in diversi articoli di ricerca [9], [10]. Oltre alle imperfezioni legate alla scansione, anche la variabilità tra una stampa e l'altra si aggiunge all'equazione.

La stampante 3D Form 4B di Formlabs offre risultati ripetibili e un'accuratezza senza pari. Anche in questo caso, il calcolo riguarda un modello di arcata completa con una profondità di 67 mm stampato con la Precision Model Resin a uno spessore dello strato di 50 µm.

L'errore di calcolo per un modello stampato su una Form 4B potrebbe quindi essere:

0,147 mm (errore di scansione) + 0 mm (errore di precisione) + 0,1 mm (errore di accuratezza) = accuratezza assoluta di 0,25 mm

• L'errore di scansione è ricavato dallo studio di Kernen, Schlager et al. [9] (scanner TRIOS di 3Shape)

• In modo analogo all'equazione relativa al modello in gesso, supponiamo un errore di precisione della Form 4B pari a zero

• Accuratezza del modello pari a circa 0,1 mm (≥ 95% con la Precision Model Resin con spessore dello strato di 50 µm)

In sintesi, nell'ambito dei requisiti di precisione per i modelli dentali stampati in 3D, le pratiche tradizionali si intrecciano con le tecnologie moderne, spesso con esiti complessi. Nonostante l'adozione diffusa della stampa 3D in odontoiatria, rimane difficile definire uno standard universale che stabilisca ciò che è clinicamente accettabile e cosa non lo è. I modelli tradizionali in gesso conformi alla norma ISO 6873 sono stati il parametro di riferimento per molto tempo, eppure non è facile effettuare un confronto diretto con i modelli stampati in 3D e un approccio consolidato non è ancora stato stabilito.

L'accuratezza delle impronte tradizionali è influenzata da diversi fattori, tra cui la scelta di materiali e tecniche, l'esperienza del personale medico e le variabili specifiche dei pazienti. I modelli stampati in 3D presentano tutta una nuova serie di sfide, dovute soprattutto alle potenziali deviazioni dimensionali durante il processo di stampa. L'utilizzo della deviazione assoluta media (MAD) è un tentativo di misurare la precisione che porta alla luce le differenze tra un metodo e l'altro.

Un importante aspetto di questa analisi è il riconoscimento delle eccellenti prestazioni della Form 4B utilizzata insieme alla Precision Model Resin. Sebbene la stampa 3D continui a evolversi, il raggiungimento degli standard di accuratezza stabiliti dai metodi tradizionali è una sfida costante. Tuttavia, grazie alla Form 4B e alla Precision Model Resin, le stampanti 3D di Formlabs Dental hanno finalmente eguagliato gli standard dei settore stabiliti dei metodi tradizionali.

Questo documento sottolinea l'importanza di adottare un approccio articolato per la valutazione dell'accuratezza dei modelli dentali che tenga conto non solo del risultato finale, ma anche dell'accuratezza dei dati iniziali e della precisione del processo di fabbricazione. Mentre continuiamo a superare i limiti di ciò che è possibile realizzare, non dimentichiamo che l'obiettivo finale è sempre lo stesso: garantire che i modelli dentali, sia tradizionali che stampati in 3D, rispettino gli elevati standard di qualità richiesti per l'uso clinico.

1. Informazioni sulla Precision Model Resin

2. Papaspyridakos, P., Chen, Y. W., Alshawaf, B., Kang, K., Finkelman, M., Chronopoulos, V. e Weber, H. P. (2020). Digital workflow: In vitro accuracy of 3D printed casts generated from complete-arch digital implant scans. The Journal of prosthetic dentistry, 124(5), 589–593. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2019.10.029

3. Ender, A. e Mehl, A. (2013). Accuracy of complete-arch dental impressions: a new method of measuring trueness and precision. The Journal of prosthetic dentistry, 109(2), 121–128. https://doi.org/10.1016/S0022-3913(13)60028-1

4. Abdeen, L., Chen, Y. W., Kostagianni, A., Finkelman, M., Papathanasiou, A., Chochlidakis, K. e Papaspyridakos, P. (2022). Prosthesis accuracy of fit on 3D-printed casts versus stone casts: A comparative study in the anterior maxilla. Journal of esthetic and restorative dentistry : official publication of the American Academy of Esthetic Dentistry ... [[et al.]], 34(8), 1238–1246. https://doi.org/10.1111/jerd.12954

5. Rebong, R. E., Stewart, K. T., Utreja, A. e Ghoneima, A. A. (2018). Accuracy of three-dimensional dental resin models created by fused deposition modeling, stereolithography, and Polyjet prototype technologies: A comparative study. The Angle orthodontist, 88(3), 363–369. https://doi.org/10.2319/071117-460.1

6. Camardella, L. T., Vilella, O. V., van Hezel, M. M. e Breuning, K. H. (2017). Accuracy of stereolithographically printed digital models compared to plaster models. Genauigkeit von stereolitographisch gedruckten digitalen Modellen im Vergleich zu Gipsmodellen. Journal of orofacial orthopedics = Fortschritte der Kieferorthopadie : Organ/official journal Deutsche Gesellschaft fur Kieferorthopadie, 78(5), 394–402. https://doi.org/10.1007/s00056-017-0093-1

7. Baldissara, P., Koci, B., Messias, A. M., Meneghello, R., Ghelli, F., Gatto, M. R. e Ciocca, L. (2021). Assessment of impression material accuracy in complete-arch restorations on four implants. The Journal of prosthetic dentistry, 126(6), 763–771. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2020.10.017

8. Dr. Farhat Jabeen, Dr. Pratibha Sharma, Dr. Paritosh Sharma. Accuracy of different materials used in impressions for fixed partial dentures. Int J Appl Dent Sci 2022;8(1):113-115. https://doi.org/10.22271/oral.2022.v8.i1b.1581

9. Kernen, F., Schlager, S., Seidel Alvarez, V., Mehrhof, J., Vach, K., Kohal, R., Nelson, K. e Flügge, T. (2022). Accuracy of intraoral scans: An in vivo study of different scanning devices. The Journal of prosthetic dentistry, 128(6), 1303–1309. https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2021.03.007

10. Winkler, J. e Gkantidis, N. (2020). Trueness and precision of intraoral scanners in the maxillary dental arch: an in vivo analysis. Scientific reports, 10(1), 1172. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58075-7

11. ISO 6873:1984, ISO 6873:2013

12. Etemad-Shahidi, Y., Qallandar, O. B., Evenden, J., Alifui-Segbaya, F. e Ahmed, K. E. (2020). Accuracy of 3-Dimensionally Printed Full-Arch Dental Models: A Systematic Review. Journal of clinical medicine, 9(10), 3357. https://doi.org/10.3390/jcm9103357