Kronen/Brücken


Digitale Technologien für die zahnärztliche und zahntechnische Versorgung

Abb. 1: Digitale Verfahren von links nach rechts: 3D-Bildgebung und Bewegungsaufzeichnung, Oberflächenscan, virtuelle Bewegungssimulation, navigierte Implantation, CAD-Planung und CAM-Fertigung.
Abb. 1: Digitale Verfahren von links nach rechts: 3D-Bildgebung und Bewegungsaufzeichnung, Oberflächenscan, virtuelle Bewegungssimulation, navigierte Implantation, CAD-Planung und CAM-Fertigung.

Wenn wir über digitale Technologien sprechen, haben wir oft die vermeintliche Zukunft im Sinn, die uns von der Industrie mit Hochglanzprospekten gezeigt wird. Die Vorstellung von digitalen Technologien basiert heute häufig auf unausgereiften Verfahren und Geräten, die keine zuverlässige und wiederholgenaue Anwendung in der Patientenbehandlung erlauben. Diese Verfahren beschränken sich in aller Regel auf schön gestaltete Computerprogramme und gut designte Geräte. So entpuppt sich in der täglichen Praxis manches Verfahren als untauglich und unausgereift für die geplante Anwendung, da es sich lediglich um einzelne Bausteine und nicht um eine schlüssige Kette handelt.

Der nachstehende Beitrag soll die Mängel aufdecken, die digitale Verfahrenskette in der Zahnmedizin und Zahntechnik als Lösungsansatz beschreiben und die dringende Notwendigkeit der Ausbildung in Dentaltechnologie aufzeigen. Gerade die gebräuchlichen CAD/CAM-Verfahren und -Geräte in der Zahnmedizin zeigen, dass uns oft das grundlegende Verständnis der Beziehungen zwischen natürlicher Zahnoberfläche und Kiefergelenkbewegung fehlt, um diese rekonstruieren zu können. Die Kenntnis der funktionellen Bestandteile der Zahnoberfläche (Facetten) ist die Voraussetzung für die Wiederherstellung eines Zahnes. Die Facetten müssen mit den Bewegungen des Unterkiefers zusammenspielen, damit sie nicht nur nicht stören, sondern auch funktionieren (Abb. 1).

Durch Korrelation der Kiefergelenkbewegung mit der natürlichen Zahnoberfläche können die zu bestimmenden Facetten im Raum orientiert werden. Dadurch wird es möglich, die gewonnenen Daten der funktionellen Bestandteile einem CAD-Programm zur Verfügung zu stellen. Die Registrierung der Unterkieferbewegungen einer Person schafft die Grundlage für den individuellen virtuellen Bewegungssimulator (OFA = occlusal fingerprint analyser). Dieser Bewegungssimulator ist eine eigenständige Entwicklung, welcher mit einer virtuellen Artikulation keine Gemeinsamkeiten hat, da er nicht auf die Geometrie des Artikulators beschränkt ist, sondern jeder beliebigen Kiefer- und Zahnbogengröße gerecht wird (Abb. 2).

  • Abb. 2: Occlusal fingerprint analyser (OFA) mit Detektion der Kontakte zur virtuellen Bewegungsanalyse.
  • Abb. 3: Individuelle, biomorphologische Funktionsfläche. (Bild: Dieter Schulz, Bensheim)
  • Abb. 2: Occlusal fingerprint analyser (OFA) mit Detektion der Kontakte zur virtuellen Bewegungsanalyse.
  • Abb. 3: Individuelle, biomorphologische Funktionsfläche. (Bild: Dieter Schulz, Bensheim)

Eine Digitalisierung der funktionstragenden Anteile eines individuellen Zahnes ist heute in ausreichender Auflösung möglich, wodurch eine Zuordnung dieser Anteile zur grundlegenden biomorphologischen Form erfolgen kann. Die nächste Entwicklungsstufe, die sich gerade in der Entwicklung befindet, ermöglicht die Herstellung einer individuellen biomorphologischen Funktionskaufläche unter Einbeziehung der Unterkieferbewegung. Die sich hieraus ergebenden Daten können, sofern sie von der Maschine verarbeitet werden, in einem CAM-Gerät direkt eingelesen werden. Auf Basis der Gebrauchsmusteranalyse nach Kullmer et al. wurde es 1997 erstmals möglich, eine natürliche Zahnoberfläche digital zu visualisieren, zu zerlegen, zu analysieren und als Zahngebrauchsmuster (tooth wear pattern) für die Zahntechnik verwendbar zu machen (Abb. 3).

Das Ergebnis ist eine funktionelle, individuelle Rekonstruktion eines Zahnes, die sich ohne die üblichen Einschleifarbeiten eingliedern lässt. Am Beispiel der Occluchips wird die mögliche Anwendung sehr gut verständlich, da es hier darauf ankommt, eine Reposition durchzuführen und eine neue Zahnoberfläche zu schaffen (anstelle einer Repositionsschiene) ohne die übliche Invasion mittels Teilkronen oder Onlays. Hier steht als Parameter zur digitalen Rekonstruktion der funktionellen Zahnoberfläche nur die Kiefergelenkbewegung zur Verfügung, da es sich in der Regel um Bisserhöhungen und eine Neukonstruktion der Zahnoberfläche handelt (Abb. 4).

  • Abb. 4: Funktionelle okklusale Rekonstruktion mit Occluchips.
  • Abb. 5: Verfahrenskette für die Implantation bis zur Herstellung der Implantatschablone.
  • Abb. 4: Funktionelle okklusale Rekonstruktion mit Occluchips.
  • Abb. 5: Verfahrenskette für die Implantation bis zur Herstellung der Implantatschablone.

Die Abfolge der zahnärztlichen und zahntechnischen Tätigkeiten sollte also in eine digitale Form überführt und in logische Einzelschritte gegliedert werden. Damit sind die einzelnen Glieder der Tätigkeitskette reproduzierbar und können als digitale Verfahrenskette definiert werden. Diese Verfahrenskette führt zu einer Standardisierung von digitalen Verfahren, was unabdingbare Voraussetzung für eine zukünftige Versorgung ist. Für den Bereich der Implantation existieren bereits Vorschläge zur digitalen Verfahrenskette – die wie in der Abbildung 5 dargestellt – einfach aussehen können. Eine vollständige digitale Verfahrenskette ist hier gegeben, wenn anstelle des Umweges über die Implantatschablone eine navigierte Implantation direkt erfolgt. Dieses Verfahren ist bereits in Form des MONA_DENT®, MonaX GmbH, Dortmund, verfügbar und in der Anwendung erprobt. Da die Kenntnisse zur Beherrschung dieser Verfahren in der Zahnmedizin nicht vermittelt werden und auch in naher Zukunft nicht vermittelt werden können, ist es sinnvoll, dem Zahnarzt einen gut ausgebildeten Akademiker mit spezifischen Fachkenntnissen an die Seite zu stellen. Dieser Spezialist muss nicht nur eine Datei in ein Programm einlesen und auf dem Bildschirm weiterbearbeiten können, sondern er muss als Dentaltechnologe (technisch ausgerichtet) analog zum Medizintechnologen die dentale Entwicklung mitbestimmen und Restaurationen digital ermöglichen.

Zur Herstellung von Restaurationen auf vorhandenen Zähnen oder Implantaten sowie zur Behandlung craniomandibulärer Erkrankungen ist es unabdingbar, patientenindividuelle Informationen in Form von Modellen und/oder datenaufzeichnenden Verfahren in den Herstellungsprozess einfließen zu lassen. Die digitale Verfahrenskette sollte jedoch frühzeitiger beginnen und moderne Diagnoseverfahren integrieren, sonst sind Fehler und Misserfolge unvermeidlich. Der Bedarf an hochwertigen und schnell verfügbaren Restaurationen wird in Zukunft aufgrund demografischer Faktoren weiter zunehmen, wobei der Anteil der festsitzenden Restaurationen ebenfalls steigt und fehlende Zähne zunehmend durch Implantate ersetzt werden. Der Erfolg jeder Implantatversorgung hängt neben der Implantatpositionierung auch von der funktionierenden Suprakonstruktion ab. Ein strukturiertes Vorgehen bei Befundung, Diagnose, Planung und Therapie ist unabdingbare Voraussetzung für die vorhersagbare zahnärztliche Behandlung. Die hier vorgeschlagene Verfahrenskette stellt sowohl digitale als auch manuelle Kettenglieder dar. Solange die fehlenden digitalen Bestandteile noch nicht verfügbar sind, können diese durch heute gebräuchliche mechanische Geräte ersetzt werden.

Am Beispiel von drei möglichen Befunden, die in die Gruppen fehlende Wurzeln, Verlust natürlicher Zahnoberflächen und Kiefergelenkstörungen eingeteilt werden können, ergeben sich zahnärztliche Diagnosen und Therapien, die zur Rekonstruktion des stomatognathen Systems führen. Die Therapien umfassen somit in den drei Gruppen:

  1. Implantationen
  2. Rekonstruktion von Zahnoberflächen
  3. Kiefergelenkdiagnostik und -therapie

Am Ende steht so immer die Rekonstruktion möglichst genauer Zahnoberflächen. Dieses Ziel kann nur erreicht werden, wenn größtmögliche Genauigkeit vorliegt und die Kontakte und Funktionsflächen im physiologischen Bereich liegen. Hierzu ist es notwendig, die zentrische Relation durch Reposition sehr genau durchzuführen, damit bei der virtuellen Rekonstruktion über die Kontaktdetektion eine störungsfreie, funktionierende Artikulation möglich wird (Abb. 6).

  • Abb. 6: Digitale Verfahrenskette in der Zahnmedizin.
  • Abb. 7: Virtuelle Rekonstruktion der okklusalen Anteile nach Facettenanalyse.
  • Abb. 6: Digitale Verfahrenskette in der Zahnmedizin.
  • Abb. 7: Virtuelle Rekonstruktion der okklusalen Anteile nach Facettenanalyse.

Zahnoberflächen können heute mit einer Präzision von bis zu 4 ?m digital konstruiert und als Datensatz weitergegeben werden. Hierbei ist es sogar möglich, individuelle Zahnformen aus der Analyse der Kaufacetten zu generieren und einem funktionellen Abkaumuster zuzuordnen. Diese Abkaumuster werden dem Individuum zugeordnet und sind wie ein Fingerabdruck einmalig und reproduzierbar. Hierzu müssen punktuelle und Facettenkontakte mit einer Präzision analysiert werden, die unter 8 ?m liegt, damit diese nicht als störend empfunden werden oder durch Nonokklusion nicht funktionieren (Abb. 7).

  • Abb. 8: Kontaktdetektion mit durchscheinendem Antagonisten.

  • Abb. 8: Kontaktdetektion mit durchscheinendem Antagonisten.
Unsere digitalen Techniken ermöglichen mittlerweile diagnostische Schritte und Erkenntnisse, die vor kurzem noch nicht vorstellbar gewesen wären. So ist es bereits heute möglich, eine Kontaktdetektion von bis zu 4 ?m in einem virtuellen Bewegungssimulator durchzuführen, was zur Herstellung einer funktionellen Zahnoberfläche genutzt werden kann. Dies entspricht der Präzision einer Kontaktpunkt- oder Kontaktflächendarstellung mittels Okklusionsfolie im Mund. Die Okklusionsfolie wird hier durch einen durchscheinenden Antagonisten ersetzt, was den Vorteil hat, dass keine Überlagerungen durch unbeabsichtigte Bewegungen stattfinden (Abb. 8).

Am Beispiel einer Bisshebung soll gezeigt werden, wie digitale Prozesse mit bestehenden mechanischen Prozessen zusammengeführt werden können. Die mechanischen Prozesse können jederzeit durch neu entwickelte digitale Verfahren ersetzt werden, ohne dass die Verfahrenskette erneut verändert werden muss.

Das Ziel jeder zahnärztlichen Rekonstruktion ist die natürliche, funktionelle Rekonstruktion des stomatognathen Systems im funktionsungestörten bzw. funktionstherapierten Kauorgan. Dieses Ziel ist nur zu erreichen, wenn die patientenindividuellen Parameter in die Restauration einfließen. Hierzu gehören sowohl statische als auch dynamische Daten. Statische und dynamische Patientendaten können durch Registrierung und Zentrikbestimmung ermittelt werden. Damit die Daten weiterverarbeitet werden können, sollten diese elektronisch erhoben werden und in einem allgemein lesbaren Format vorliegen. Außerdem wird ein Bewegungssimulator benötigt, der sämtliche patientenindividuellen Bewegungen wiedergeben kann.

  • Abb. 9: Abkaumuster zur digitalen Verwendung, aus dem Aufwachskonzept von D. Schulz abgeleitet.

  • Abb. 9: Abkaumuster zur digitalen Verwendung, aus dem Aufwachskonzept von D. Schulz abgeleitet.
Aufgrund der eingeschränkten Verwendbarkeit der virtuellen Bewegungssimulation muss zurzeit auf die bekannten mechanischen Geräte (Artikulatoren) zurückgegriffen werden, die nur eine Bearbeitung der Balanceseite ermöglichen. Hierdurch kann die herzustellende Restauration einen großen Teil der für den Patienten zum Kauen nutzbaren Kontaktareale nicht aufweisen. Das zu verwendende Aufwachskonzept muss sich sowohl im virtuellen als auch mechanischen Gerät an der natürlichen Zahnoberfläche orientieren, wofür sich das Aufwachskonzept nach D. Schulz „NAT und NFR“ anbietet (Abb. 9).

Weiterhin muss eine CAD/CAM-Technik verwendet werden, die eine ausreichend reproduzierbare Genauigkeit der Rekonstruktion erlaubt. Zurzeit sind sowohl die Scantechniken als auch die Konstruktionsund Frästechniken in der Entwicklung. Sie erlauben jedoch bereits eine Präzision in der Oberflächengestaltung, die eine annähernd funktionierende Zahnoberfläche mit einer Annäherung der Antagonisten ermöglicht, wie diese in der handwerklichen Zahntechnik ebenso erreichbar ist.

Die Unterkieferbewegung des Patienten und die zentrische Okklusion werden aufgezeichnet und im Computer archiviert. Hierzu wird ein opto-elektronisches Aufzeichnungssystem verwendet, das eine hohe Genauigkeit aufweist und zusätzlich die Möglichkeit der computerassistierten Reposition bietet. Dieses System ermöglicht die Aufzeichnung freier Unterkieferbewegungen und lässt dem Patient einen bisher nicht möglichen Freiraum. Indem ein Repositionsgerät (CAR-Gerät) anstelle des Patienten in dieselbe Position gebracht werden kann, sind dreidimensionale Unterkieferverlagerungen möglich (Abb. 10).

  • Abb. 10: Opto-elektronisches Registriersystem Freecorder-bluefox.
  • Abb. 11: Protrusionsaufzeichnung dreidimensional.
  • Abb. 10: Opto-elektronisches Registriersystem Freecorder-bluefox.
  • Abb. 11: Protrusionsaufzeichnung dreidimensional.

Am Beispiel der Protrusion kann der Informationsgehalt solcher Aufzeichnungen nur annähernd dargestellt werden. Es lassen sich sowohl metrische Auswertungen als auch die Diagnostik von Erkrankungen und Analysen von Bewegungsbahnen durchführen. Außerdem kann das Ausmaß der Neueinstellung des Unterkiefers, wie zum Beispiel der Bisshebung, auf 0,01 mm genau eingestellt ermittelt und eingestellt werden (Abb. 11).

Nach Anfertigung präziser Modelle, Auswertung der Daten und Korrelation des CAR-Gerätes mit dem Aufzeichnungsgerät wird die neu zu bestimmende Position mit gekoppeltem Computer auf dem Bildschirm eingestellt (Abb. 12). Hierbei werden die roten Kreuze als neue Bissnahme unter Computerkontrolle angefertigt (Abb. 13). Diese Bissnahme kann zum Artikulieren in der zentrischen Relation genutzt und gleichzeitig als zentrische Relation mit den Modellen gescannt werden (Abb. 14). Dieser Schritt ist notwendig, da die digitale Verfahrenskette im Punkt „direktes Scannen“ noch mangelhaft ist und einen Umweg über den Scan der Modelle und der Bissnahme notwendig macht. Die Daten werden ausgelesen und an die CAD/CAM-Station weitergegeben. Die herzustellenden funktionellen Anteile der Kaufläche sind deutlich zu erkennen; sie werden in mehreren Schritten präzise bestimmt und als Facetten definiert. Nach räumlicher Zuordnung zur Referenzebene können diese Daten zum Fräsen verwendet werden.

  • Abb. 12: Das Repositionsgerät kann anstelle des Patienten mit dem System gekoppelt werden.
  • Abb. 13: Die gelben Kreuze entsprechen der Bissnahme, die roten Kreuze entsprechen der Repositionsposition nach Verstellung.
  • Abb. 12: Das Repositionsgerät kann anstelle des Patienten mit dem System gekoppelt werden.
  • Abb. 13: Die gelben Kreuze entsprechen der Bissnahme, die roten Kreuze entsprechen der Repositionsposition nach Verstellung.

  • Abb. 14: Repositionsposition (= therapeutische Position) im Artikulator.
  • Abb. 14: Repositionsposition (= therapeutische Position) im Artikulator.

Nach Fräsen der Occluchips werden diese in den Artikulator übertragen. Die statische Position wird überprüft und eingeschliffen. Anschließend werden die Bewegungen kontrolliert und überarbeitet. Hierbei wird besonderer Wert auf eine Führung der funktionellen Anteile gelegt. Diese Arbeit wird zukünftig durch die präzise, individuelle Bewegung überflüssig, da das „Einschleifen“ durch Veränderung der Form im virtuellen Modell erfolgt (Abb. 15).

  • Abb. 15: Occluchips zur Überprüfung im Artikulator.
  • Abb. 16: Ästhetik und Funktion gehören zusammen.
  • Abb. 15: Occluchips zur Überprüfung im Artikulator.
  • Abb. 16: Ästhetik und Funktion gehören zusammen.

  • Abb. 17: Fertige Restauration vor der Eingliederung.
  • Abb. 17: Fertige Restauration vor der Eingliederung.

Die Occluchips können sowohl ästhetischen als auch funktionellen Erfordernissen gerecht werden. Zur besseren Handhabung beim Einsetzen werden diese paarweise verblockt und erst nach der Befestigung getrennt. Hierbei kann sowohl auf bestehenden Restaurationen im Sinne von Langzeitprovisorien als auch auf natürlichen Zähnen temporär zementiert werden. So ist jede Art von weiterer Behandlung möglich, was gerade bei kariesfreien Gebissen den Vorteil hat, dass einzelne Occluchips entfernt werden können und eine Bisshebung kieferorthopädisch durchgeführt werden kann (Abb. 16 u. 17).

Fazit

Digitale dentale Technologien stehen am Anfang der Einführung in die zahnärztliche und zahntechnische Routine. Leider werden häufig einzelne Bestandteile der digitalen Verfahrenskette als in sich geschlossenes System verkauft und führen ohne Anbindung an die Gesamtsystematik manchmal zu finanziellen Verlusten. Bei konsequenter Beachtung der vorgeschlagenen digitalen Verfahrenskette (s. Abb. 1) und Anwendung gebräuchlicher einzelner Geräte anstelle unausgereifter Verfahren können digitale Prozesse erfolgreich angewendet werden. Hierbei ist nur darauf zu achten, dass manche Verfahren, wie die virtuelle Bewegung, bis zur endgültigen Praxisreife durch probate Geräte ersetzt werden, um einen maximalen Erfolg zu sichern. Die Weiterentwicklung und Handhabung der komplexen Verfahren wird zukünftig den Dentaltechnologen vorbehalten sein, die die ideale Verbindung zwischen Praxis und Labor darstellen und so eine zahntechnische Versorgung auch in Zukunft sichern.

 

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Prof. Dr. Olaf Winzen

Bilder soweit nicht anders deklariert: Prof. Dr. Olaf Winzen


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