Lors d’un traitement dentaire, la planification est le passage obligé pour avoir un résultat prévisible. Toute planification, que le traitement soit implantaire avec les guides de forage, ou prothétique avec les guides de réduction, commence par un montage directeur ou wax-up permettant de prévisualiser les objectifs (Gurrea and Bruguera, 2014).

Après avoir rappelé les objectifs du wax-up et les différentes techniques pour les réaliser, nous verrons comment nous avons voulu résoudre les limites de chaque technique en développant notre propre solution innovante pour optimiser la réalisation des wax-ups. Nous finirons par un exemple d’application clinique.

Les objectifs du wax-up

Historiquement, la technique du wax-up consiste, comme son nom l’indique, à monter de la cire sur un modèle en plâtre de manière à objectiver la nouvelle architecture du sourire.

Celle-ci doit suivre un certain nombre de règles pour être harmonieuse (Gurrea and Bruguera, 2014; Machado, 2014) (liste non exhaustive).

La ligne du sourire doit être parallèle à la ligne bipupillaire.

La ligne du sourire doit suivre la lèvre inférieure.

La proportion des incisives centrales doit se rapprocher d’un ratio de 70 %.

Le zénith des incisives latérales doit être situé sous une ligne allant du zénith de la centrale au zénith de la canine.

Une fois le wax-up créé, il sera utilisé pour faire un mock-up, un essayage du projet en bouche qui permettra de valider le projet, de guider les préparations des dents, de réaliser les provisoires (Koubi et al., 2018).

Comment réaliser le wax-up ?

Méthode analogique

Il s’agit tout simplement de faire des apports de cire sur un modèle en plâtre. Divers systèmes permettent de paralléliser les repères faciaux à une table de montage (arc facial, Ditramax, Kois dento-facial analyser system).

Méthode numérique

Devant la pente...

abrupte de la courbe d’apprentissage et le côté chronophage de la méthode analogique, l’évolution des empreintes numériques a favorisé le développement de la conception des wax-ups par informatique (Stanley et al., 2018). Il s’agit généralement d’un gabarit d’arcade dentaire en trois dimensions adapté sur le modèle numérisé. Les repères faciaux sont exploités grâce à des photos ou des scans faciaux.

Ces wax-ups sont réalisés grâce à des logiciels 3D géné-ralistes (Blender, Meshmixer, Zbrush), des logiciels pour laboratoire de prothèse (Exocad, 3shape) ou des applications dédiées à cette tache précise (Exocad smile creator, Smilefy).

Les logiciels généralistes sont le plus souvent gratuits mais très techniques à utiliser, les logiciels dédiés sont plus optimisés mais assez coûteux (cf. tableau).

C’est en étudiant les limites de ces différentes solutions que nous avons décidé de créer notre propre solution. Nous avons réalisé il y a trois ans Cadsmile, un logiciel de smile design en ligne mis à disposition gratuitement pour les consœurs et confrères désireux de s’initier à la conception informatique du sourire (https://cadsmile.fr). Fort de cette expérience, nous avons créé Cadsmile3D (https://cadsmile3D.com)

La solution Cadsmile3D

Le cahier des charges

Courbe d’apprentissage rapide.

Pas d’installation, utilisable sur tous les ordinateurs.

Accessible de n’importe où.

Communication simplifiée avec toute l’équipe soignante.

Tout doit se faire sur le logiciel, sans avoir besoin d’utiliser une solution externe.

Doit être utilisable avec du matériel présent dans la majorité des cabinets dentaires (appareil photo, empreinte numérique). Le matériel insuffisamment démocratisé comme le scan facial est pour le moment mis de côté.

Le développement s’est étalé sur la totalité de l’année 2021 et a nécessité un éventail de technologies que nous n’allons pas détailler ici. La version bêta a été déployée le 24 décembre 2021 pour une sortie officielle le 22 février 2022.

Le protocole Cadsmile3D

Le protocole consiste en six étapes simples.

1. Ajuster/intégrer une image du visage de face avec sourire au format d’image courant (.jpg, .png, .bmp).

2. Orienter/modifier/intégrer un modèle maxillaire numérique au format de modèle courant (.ply, .stl, .obj).

3. Définir les points importants du visage pour horizontaliser l’image par rapport à la ligne bipupillaire.

4. Faire coïncider la position du modèle maxillaire à la position des dents sur la photo.

5. Placer les dents virtuelles sur le modèle numérique. Les règles de composition d’un sourire idéal doivent être le plus automatisées possible, tout en laissant une liberté suffisante.

6. Exporter le wax-up en .STL pour impression 3D.

 

Cas pratique

Nous allons réaliser un wax-up de A à Z. Chaque étape sera chronométrée (voir vidéo).

Photo de face

Nous utilisons une photo du visage de face réalisée avec un appareil reflex (Nikon D700, objectif nikkor 60 mm, flash RC1) pour éviter la déformation due à la focale longue des smartphones. Le cadrage n’a que peu d’importance car le visage sera recadré par la suite (Fig.1).

Fig.1 : Photo de face initiale.

Nous n’utilisons pas de photo intraorale (Fig.2), en effet il est très difficile d’obtenir le même angle de prise de vue avec la photo du visage pour obtenir une superposition exacte. La reconstruction de la vue intraorale en combinant la photo de face avec le modèle maxillaire a été préférée. Afin d’éviter l’utilisation d’un logiciel de retouche d’image externe, la photo peut être rotationnée par pas de 90 degrés. La luminosité, le contraste et la saturation peuvent être ajustés.

Temps : 6 secondes.

Fig.2 : Photo intraorale initiale.

 

Point de repère faciaux

Les points indispensables à repérer sur le visage sont (Iliev and Romeo, 2020) : les deux pupilles pour horizontaliser la photo en fonction de la ligne bipupillaire, l’axe de symétrie vertical, le contour des lèvres pour masquer le modèle lorsqu’il est dessiné par-dessus les lèvres, le contour du visage pour cadrer correctement le visage au centre de l’image. Par soucis de simplicité, ces points sont repérés grâce à un algorithme de deep learning.

La rotation de l’image est définie en fonction de la position des points des pupilles (Fig.3).

Temps : 24 secondes.

Fig.3 : Repères faciaux.

Modèle maxillaire

Nous utilisons un modèle maxillaire réalisé avec une caméra d’empreinte 3shape Trios 4 exporté au format .ply afin d’intégrer les informations couleurs absentes du format .stl.

Le modèle est orienté convenablement. Les bords sont nettoyés et le logiciel permet de créer un socle afin de rendre le modèle imprimable sans avoir à passer par un logiciel extérieur (Fig.4).

Temps : 1 minute 20 secondes.

Fig.4 : Orientation et soclage du modèle.

 

Matching photo/modèle

La clé pour réaliser un wax-up juste est de pouvoir être guidée par des repères faciaux. Le seul moyen d’utiliser les repères faciaux de la photo est de trouver la position et la rotation exacte du maxillaire par rapport à l’objectif de l’appareil photo de manière à pouvoir les appliquer au modèle numérique par rapport à la caméra virtuelle.

Cette position et cette rotation peuvent être calculées mathéma-tiquement à partir de la distance focale de l’appareil photo (récupérée dans les méta-données de la photo) et des coordonnées de trois points de repère concordants sur la photo et sur le modèle numérique (Fig.5).

Temps : 55 secondes.

Fig.5 : Matching 2D/3D.

Fabrication du wax-up

Le wax-up est généré à partir d’objets 3D représentant des arcades dentaires allant de 15 à 25. Ces arcades sont standardisées de manière à ce que chaque dent ait la proportion et la disposition idéale en suivant les règles esthétiques classiques (Fig.6 et 10).

Fig.6 : Élaboration du wax-up numérique.

Fig.10 : Mise en évidence de parallélisme bord incisif/ligne bipupillaire.

L’adaptation de l’arcade se fait en trois étapes, du plus global vers le plus précis. J’utiliserai les axes standards X, Y et Z pour décrire les transformations dans l’espace 3D.

Placement de l’arcade dentaire

L’ensemble des dents est placé grâce à trois points de contrôle sur la photo en deux dimensions.

Deux au niveau des zéniths des canines qui contrôlent la position sur les X et Y et la rotation sur l’axe Y.

Un au centre qui contrôle la rotation sur l’axe X.

La rotation sur l’axe Z est gérée par un algorithme chargé de placer la ligne du sourire parfaitement horizontal de manière à ce que celle-ci soit parfaitement parallèle à la ligne bipupillaire.

Enfin la position sur l’axe Z est appliquée grâce au modèle numérique car la troisième dimension n’existe pas sur la photo du visage. Cette étape permet d’adapter le wax-up au visage du patient.

Placement de chaque dent

La position, la rotation et les dimensions de chaque dent peuvent être modifiées sur le modèle numérique. Une symétrie peut être appliquée si besoin. Le résultat de ces modifications est reporté en temps réel sur la photo de manière à pouvoir adapter le wax-up à l’esthétique globale du visage. Cette étape permet d’adapter le wax-up au maxillaire du patient de manière à avoir des futures dents prothétiques techniquement réalisables.

 

Modification de la morphologie des dents

Nous terminons enfin par la partie artistique qui consiste à modifier la forme de chaque dent pour parfaire l’esthétique. Nous avons à cet effet créé un outil de sculpture optimisé pour être utilisé à la souris, car tout le monde n’est pas équipé d’un stylet ou d’un écran tactile.

Temps : 2 minutes 15 secondes. 

Temps total : 5 minutes.

Impression et mock-up

Une fois le wax-up réalisé, il peut être exporté au format .stl afin d’être imprimé (Fig.7). Les étapes suivantes sont les étapes classiques (Garcia et al., 2018).

Réalisation d’une clé en silicone (Fig.8).

Essayage des mock-ups pour validation du projet (Fig.9).

Utilisation des mock-ups pour guider la préparation.

Utilisation de la clé en silicone pour valider les épaisseurs.

Utilisation de la clé en silicone pour fabriquer les prothèses temporaires.

Fig.7 : Impression 3D du wax-up.

Fig.8 : Clé en silicone.

Fig.9 : Mock-up en place.

Le wax-up est une phase essentielle dans l’élaboration et la réalisation d’un plan de traitement. Le développement de solutions accessibles et rapides à mettre en œuvre permettra de systématiser cette étape (Fig.11).

Fig.11: État initial/matching/simulation 3D/mock-up.

La technologie permet d’améliorer la vitesse de réalisation et la qualité de nos traitements mais celle-ci doit être déduite du besoin du soignant. Il est vital que les soignants soient impliqués dans la conception des outils de demain pour que ceux-ci apportent un véritable bénéfice. Cadsmile3D continuera à se développer en suivant cette philosophie : par les soignants, pour les soignants.

Auteur 

Dr Benjamin BENICHOU

Dr en chirurgie dentaire

Pratique privée à Paris

Développeur sur Cadsmile et Cadsmile3D

Bibliographie

Garcia, P.P. et al. (2018) ‘Digital smile design and mock-up technique for esthetic treatment planning with porcelain laminate veneers’, Journal of conservative dentistry: JCD, 21(4), pp. 455-458.

Gurrea, J. and Bruguera, A. (2014) ‘Wax-up and mock-up. A guide for anterior periodontal and restorative treatments’, The international journal of esthetic dentistry, 9(2), pp. 146-162.

Iliev, G.V. and Romeo, G. (2020) ‘Harmony of smile design in the facial context’, The international journal of esthetic dentistry, 15(1), pp. 92-106.

Koubi, S. et al. (2018) ‘A Simplified Approach for Restoration of Worn Dentition Using the Full Mock-up Concept: Clinical Case Reports’, The International journal of periodontics & restorative dentistry, 38(2), pp. 189-197.

Machado, A.W. (2014) ’10 commandments of smile esthetics’, Dental press journal of orthodontics, 19(4), pp. 136-157.

Stanley, M. et al. (2018) ‘Fully digital workflow, integrating dental scan, smile design and CAD-CAM: case report’, BMC oral health, 18(1), p. 134.

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