Minirobot in de mond kan tandpreparatie voor kronen automatiseren

Van meerdere afspraken naar een gestroomlijnde behandeling

Wanneer tijdens een controle blijkt dat een tand ernstig door cariës is aangetast, is vaak een kroon nodig om de tand te herstellen. Op dit moment vereist dit doorgaans meerdere afspraken. Eerst wordt het aangetaste tandweefsel verwijderd, de tand opgebouwd en geprepareerd voor de kroon. Vervolgens wordt een afdruk of digitale scan gemaakt en krijgt de patiënt een tijdelijke kroon. Pas tijdens een latere afspraak kan de definitieve kroon worden geplaatst.

Onderzoekers van het Department of Biomedical Engineering van de Universiteit Basel werken aan een oplossing die dit proces aanzienlijk zou kunnen versnellen.

Compacte robot voor gebruik in de mond

De ontwikkelde robot, MIR genoemd (Miniature Intraoral Robot), heeft ongeveer het formaat van een wijnkurk en meet slechts 43 × 26 × 28 millimeter. De aandrijving en besturing bevinden zich buiten de mond en zijn via flexibele assen, kabels en slangen verbonden met het apparaat.

Volgens onderzoeker dr. Yukiko Tomooka is de robot specifiek ontworpen om comfortabel in de geopende mond van een patiënt te passen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics.

Digitale planning van de kroonpreparatie

Het doel van de MIR is om tanden nauwkeurig te prepareren op basis van een vooraf opgesteld digitaal behandelplan. Na een intra-orale scan kan de tandarts bepalen hoeveel tandweefsel moet worden verwijderd en hoe de preparatie eruit moet zien. Hierdoor zou de definitieve kroon mogelijk direct kunnen worden besteld, zonder te wachten op een tweede afspraak.

De digitale scan wordt bovendien gebruikt om een patiëntspecifieke gebitsmal te vervaardigen waarop de robot wordt bevestigd. Omdat de robot vastzit aan deze individuele mal, beweegt hij mee met eventuele hoofdbewegingen van de patiënt tijdens de behandeling.

Hoge nauwkeurigheid zonder sensoren

De onderzoekers testten de robot op kunstharsmodellen en keramische materialen met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met tandglazuur. De preparatie verloopt in twee fasen. Eerst wordt met een bredere frees het occlusale oppervlak gereduceerd. Daarna bewerkt een smallere en langere frees de zijkanten van de tand.

Opvallend is dat de robot al zeer nauwkeurig werkt, ondanks het ontbreken van geïntegreerde sensoren voor positiebepaling. Tijdens de experimenten bleef de positioneringsfout kleiner dan 0,2 millimeter. De verwachting is dat deze nauwkeurigheid verder kan worden verbeterd zodra sensoren en actieve positiecorrectie worden toegevoegd.

Naast de precisie onderzochten de wetenschappers ook de krachten die tijdens het frezen ontstaan. Deze bleven onder de vijf Newton, vergelijkbaar met het gewicht van een fles water van een halve liter. Ook wordt gekeken naar de geluidsproductie van het systeem om de praktische toepasbaarheid in de tandartspraktijk te beoordelen.

Verdere ontwikkeling

Voordat de MIR klinisch kan worden ingezet, zijn nog verschillende vervolgstappen nodig. De onderzoekers werken aan de integratie van sensoren en een camera, zodat de robot zijn positie en de voortgang van de behandeling continu kan monitoren.

Volgens projectleider prof. dr. Georg Rauter zou het systeem hierdoor zelfs na een eventuele stroomonderbreking kunnen bepalen waar de behandeling is gestopt en zelfstandig verder kunnen gaan. Daarbij streven de onderzoekers ernaar de afmetingen van de robot ongewijzigd te houden.

Samenwerking tussen wetenschap en praktijk

De ontwikkeling van de dentale robot vond plaats binnen een door Innosuisse gefinancierd onderzoeksproject. Daarbij werd samengewerkt met het Centrum voor Tandheelkunde van de Universiteit Zürich, Camlog Biotechnologies GmbH in Basel en de Universiteit Bern. Het onderzoeksteam werkt daarnaast nauw samen met tandartsen en artsen om robottechnologie verder te ontwikkelen voor medische toepassingen.

Bron:
IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics
University of Basel

Foto: University of Basel, Catherine Weyer