Von der digitalen Datenerfassung zur prothetischen Versorgung

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Der digitale Prozess anhand eines Fallbeispiels

1. Scan
2. Befundbesprechung (KI)
3. Smile Design
4. Anprobe des digitalen Designs
5. Umsetzung in gedruckte Non-prep-Provisorien
6. Umsetzung in definitiven keramischen Zahnersatz
7. Scan

Der Intraoralscan lässt eine sofortige visuelle Darstellung der Mundhöhle zu und ersetzt damit die klassische Abformung. Ist ein physisches Modell erwünscht, so kann dies anhand des Datensatzes des Intraoralscans additiv gefertigt werden. Die Vorteile des Intraoralscans gegenüber der konventionellen Abformung sind eine höhere Patientencompliance (Würgereiz), Material und Zeitersparnis, da eine sofortige Kontrolle der digitalen Abformung erfolgen kann und keine Lieferwege zum Labor (falls extern) notwendig sind. Weiter kann eine direkte Weiterverarbeitung des Datensatz erfolgen, was zur Prozessoptimierung zwischen Praxis und Labor führt. Wichtig: Die Erfahrung der Behandlerin oder des Behandlers und der Umgang mit digitalen Hilfsmitteln haben Einfluss auf die Dauer und Qualität des Intraoralscans.

Der Intraoralscanner im Fokus

Die verschiedenen auf dem Markt verfügbaren Intraoralscanner weisen teilweise unterschiedliche Funktionsweisen auf.

• Die aktive Triangulation: Das Messprinzip dieser Technologie beruht auf einem Streifenlichtmuster. Dieses wird über einen Spiegel und einem definierten Winkel auf das Objekt (z.B. Zahnoberfläche) projiziert. Der Scannerkopf registriert die Reflektion. Durch die Positionsverschiebung zwischen ausgesandtem und reflektiertem Licht wird die dreidimensionale Erfassung des Objekts ermöglicht.
• Die konfokale Mikroskopie: Dieses Messprinzip beruht auf einer Technologie, bei der Projektions- und Reflektionsstrahlengang denselben Strahlengang haben. Nur exakt fokussierte Lichtstrahlen passieren eine Lochblende. Die Einzelschnitte werden aneinandergelagert und so entsteht die dreidimensionale Form des Objekts. Diese Technologie ist bei den meisten Intraoralscannern aufzufinden.

Das Hauptanwendungsgebiet der Intraoralscanner liegt im Scan und in der Herstellung von festsitzendem Zahnersatz auf Zähnen und Implantaten, zur Schienenherstellung und in der Kieferorthopädie (Aligner). Dabei zeigen kleine Scanbereiche höhere Scangenauigkeiten als der Scan von kompletten Zahnbögen oder zahnlosen Kieferbereichen. Weiter existieren hohe Schwankungsbreiten in der Scangenauigkeit gegenüber konventionellen Abformungen.

Eine Schwierigkeit der Intraoralscanner liegt im Scan größerer, zahnloser Kieferkammabschnitte. Hier ist die Scangenauigkeit beweglicher Schleimhautareale deutlich schlechter, während die Scangenauigkeit befestigter Gingivabereiche vergleichbar mit konventionellen Impressionen ist [1,2]. (Abb. 1)

2. KI

Mithilfe von Künstlicher Intelligenz in der Röntgendiagnostik können klinische Befunde mit dem Patienten vereinfacht kommuniziert werden. Die jeweiligen Röntgen-KI-Softwares zeigen anhand von verschiedenen Farbsystemen (Ampelsysteme o.A.) Veränderungen der Kieferknochen und Zahnstrukturen, vorhandenen Zahnersatz und ob Behandlungsbedarf vorliegt. Die Befundung der Röntgenbilder muss durch die Zahnärztin oder den Zahnarzt erfolgen und darf nicht als Ersatz der zahnärztlichen Diagnostik gesehen werden. Mithilfe der KI-gestützten Röntgendiagnostik können Befunde vereinfacht dargestellt und mit dem Patienten kommuniziert werden. Die Autoren haben die Erfahrung gemacht, dass Patienten durch die KI-Visualisierung ein höheres Verständnis für Ihre Befunde und damit auch eine höhere Bereitschaft der Versorgung zeigen. (Abb. 2)

3. Das Smile Design

Mit einem Smile Design lässt sich das Lächeln des Patienten vorab planen. Dabei werden die Zähne im sichtbaren Bereich des Ober- und Unterkiefers und das Zahnfleisch in ein ästhetischfunktionelles Gleichgewicht gebracht. Patienten können ihr mögliches Lächeln noch vor Behandlungsbeginn sehen und gewünschte Änderungen äußern, welche sich entsprechend korrigieren und vor Anprobe eines Mock-ups umsetzen lassen. Mittlerweile existieren diverse Smile Design-Tools auf dem Markt. Diese haben (meist) integrierte Zahnbibliotheken, wodurch verschiedenste Zahngarnituren ausgewählt und virtuell anprobiert werden können. Wichtig dabei ist, dem Patienten zu kommunizieren, dass das Ergebnis abweichen kann, da die individuelle Zahnstellung, Platzverhältnisse, vorherige Restaurationen und Weitere das spätere Ergebnis beeinflussen können. Ein Smile Design lässt sich auch ganz konventionell herstellen. Dies erfolgt dann mittels Wax-up auf einem Gipsmodell, welches doubliert wird, um daraufhin eine Tiefziehfolie herzustellen, womit das Wax-up im Patientenmund anprobiert werden kann (Mock-up).

Für das Smile Design von SmileCloud wird ein Foto des Patienten in der Frontalansicht bei leicht geöffnetem, lächelndem Mund benötigt. Wichtig: Das Smile Design dient primär als Kommunikationstool mit dem Patienten. Für die volle Integration von Kieferstellung und Okklusion existieren weitere, vergleichsweise aufwändigere und damit präzisiere Planungstools wie Face Scans. Hierfür werden Intraoralscans und Röntgendaten benötigt, um einen virtuellen 3D-Patienten („Dental Avatar“) zu erstellen. Die digitale Planung ersetzt physische Modelle und ermöglicht einfache und vergleichsweise zügige Änderungen.

4. Anprobe des digitalen Designs

Die Übertragung des digitalen Smile Designs/des Wax-ups in den Mund erfolgt unabhängig der Vorgehensweisen der Datenerfassung analog. Dabei wird auf dem physischen Mock-up-Modell, welches gedruckt oder in Gips ausgegossen wurde, eine Tiefziehschiene erstellt. Um eine zusätzliche Stabilität der Schiene im Patientenmund zu gewährleisten, sollte bei der Anfertigung der Oberkieferschiene der Gaumen gefasst sein. Unterschnitte, Brücken, weitere Interdentalräume sollten ausgeblockt werden, um ein leichtes Entformen nach der Anprobe zu ermöglichen. Möchte man feinere Details darstellen, so kann auch ein Silikonschlüssel für das intraorale Mock-up hergestellt werden. In beiden Fällen werden die Formhilfen mit einem autopolymerisierendem Kunststoffmaterial aufgefüllt. Nach Kontrolle der ästhetischen sowie funktionellen Parameter, bei Inkongruenzen oder zur besseren Kommunikation mit dem Labor, kann das Mock-up intraoral gescannt werden. Hilfreich ist dabei, auf die Bisslagen zu achten und diese in die mögliche geplante Restauration zu übertragen. Der Patient kann nun am Behandlungsstuhl das Mock-up testen. (Abb. 3 und 4)

5. Umsetzung in gedruckte Non-prep-Provisorien

In diesem Patientenfall wurde das Mock-up in sogenannte gedruckte Non-prep-Langzeitprovisorien übertragen. Kleine Änderungen der Zahnlängen wurden laborseitig korrigiert und die einzelnen gedruckten Non-prep-Langzeitprovisorien wurden angefertigt. Das vorherige digitale Mock-up konnte als Grundlage für das Design der Non-prep-Langzeitprovisorien herangezogen werden. Bei diesen handelt es sich um temporäre Restaurationen, die adhäsiv auf die Zähne befestigt werden, ohne die Zähne vorher zu beschleifen.

3D-Druck

Es existieren verschiedene Drucktechniken innerhalb der additiven Fertigung. Je nach gewünschtem Objekt und Material kommen verschiedene Technologien zum Einsatz:

• die Stereolithografie (SLA-Verfahren)
• die digitale Lichtverarbeitung (DLP)
• das selektive Lasersintern/-melting (SLS-/SLM-Verfahren)

Diese drei Verfahren stellen die gängigen Drucktechniken für Zahnersatz und zahnärztliche Hilfsmittel dar. Die SLA- und DLP-Technologien werden vor allem in der Fertigung von polymerbasierten Materialien eingesetzt. Bei der additiven Fertigung werden schichtweise Objekte hergestellt. Diese können durch Polymerisation aus einer Flüssigkeit, durch Extrusion aus einer Schmelze oder auch aus der Sinterung aus einem Pulver hergestellt werden [3,4].

Die additive Fertigung bietet den Vorteil, dass Zahnersatz und zahnärztliche Hilfsmittel in jeglicher Geometrie gefertigt werden können. Hohlräume und Unterschnitte, wie diese bei Bohrschablonen der Fall sind und in der subtraktiven Fertigung nicht hergestellt werden können, sind im 3D-Druck problemlos realisierbar. Des Weiteren sind der vergleichsweise geringe Materialverbrauch und die damit verbundenen Kosten (sowie Anschaffungskosten) als Vorteil zu nennen. Mittels 3D-Druck können mehrere Restaurationen gleichzeitig gedruckt werden, was gleichzeitig zu einer Effizienzerhöhung im Labor führen kann [5]. Die Schichtdicken der Restaurationen können je nach Drucker sehr fein eingestellt werden (15-100 µm), wodurch eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann.

Wie bei jeder Technologie ist das Wissen über die Handhabung essenziell, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Dabei spielen behandlerische Aspekte wie die Präparation, aber auch die vorbereitenden Maßnahmen, der Druck an sich (Druckrichtung) und die die Post-Processing Maßnahmen eine große Rolle [6]. Die heute verfügbaren, additiv gefertigten polymerbasierten Materialien können im Vergleich zu Polymethylmethacrylat und anderen Kompositen eine höhere Opazität aufzeigen und damit ästhetische Nachteile mit sich bringen.

Die additive Fertigung – Non-prep-LZPs

In diesem Patientenfall wurde ein Drucker mit DLP-Technologie verwendet. Unabhängig von der Fertigungstechnologie bleiben die klinischen Behandlungsschritte gleich: Intraoralscan, gefolgt von der additiven Fertigung bis zur Eingliederung. Fazit: Grundsätzlich sollten seitens Zahntechniker/-in und Zahnarzt/-ärztin stets Kenntnisse über das jeweilige Material und die Fertigungstechnologien vorhanden sein – um so möglichst adäquaten Zahnersatz herstellen zu können. Die additive Fertigung betrifft vor allem den Workflow im Labor, d.h. hier sind im Vergleich zur subtraktiven Fertigung nun weitere Schritte notwendig.

Diese wären:

• Nesting und Slicing der gewünschten Restauration
• additive Fertigung
• Post-Processing-Maßnahmen

Im Rahmen des Nestings wird der geplante Zahnersatz auf der Bauteilplattform positioniert und die Stützstrukturen werden angebracht. Die jeweilige Software schlägt bereits die Positionierung der Stützstrukturen vor, welche angewendet, verändert oder ganz individuell gewählt werden können. Beim Anbringen der Stützstrukturen sollte beachtet werden, dass diese sinnvoll befestigt sind. Die Stutzstrukturen dienen dazu, im Rahmen des DLP-Drucks die gewünschte Restauration zu „stützen“. Dabei ist wichtig zu beachten, dass diese Stützen nicht auf funktionellen Flächen zu liegen kommen. Fehlpositionierungen an dieser Stelle können die mechanischen Eigenschaften des gedruckten Objekts negativ beeinflussen. Die Slicer-Software hat die Aufgabe, das gewünschte gedruckte Objekt in Schichten einzuteilen, die später die Druckschichten bilden, um in diesen jeweiligen Schichtdicken den Druck auszuführen. Sind diese vorbereitenden Maßnahmen erfolgt, kann der Druck starten. Der Druck im Rahmen des DLP-Drucks erfolgt schritt- und schichtweise, und zwar gleichzeitig für alle auf der Bauteilplattform genesteten Restaurationen. Während des Drucks taucht die Bauteilplattform schrittweise ins flüssige Polymer, und durch UV-Licht werden diese Restaurationen gleichzeitig schichtweise ausgehärtet. Diese Schritte wiederholen sich, bis das gewünschte Objekt final gedruckt wurde.

Nach dem Druck der Restaurationen erfolgen die Post-Processing-Schritte: Reinigung, Nachpolymerisation, Entfernen der Stützstrukturen und die finale Ausarbeitung. Für die Reinigung kommen spezielle Lösemittel wie Isopropanol zum Einsatz (immer auf das jeweilige Material abgestimmt). Die Nachpolymerisation erfolgt in speziellen Nachbelichtungsgeräten wie LED- oder UV-Technologien. Erst nach Finalisierung dieser Schritte erfolgt die Entfernung der Stützstrukturen und die eigentliche Ausarbeitung. Hierfür kommen klassische Kunststofffräsen und Poliermittel zum Einsatz. Zur Individualisierung können lichthärtende Malfarben verwenden werden. Die Eingliederung von gedruckten, polymeren Non-prep-Langzeitprovisorien sollte grundsätzlich adhäsiv erfolgen. Zur Steigerung des Verbundes zwischen Zahn und Restauration sollte wo möglich eine selektive Schmelzätzung erfolgen. Die Vorbehandlung gedruckter Restaurationen mit Aluminiumoxid zeigen erhöhte Verbundfestigkeiten [7]. (Abb. 5 und 6).

6. Umsetzung in definitiven keramischen Zahnersatz

In diesem Patientenfall wurde für die Umsetzung in definitiven keramischen Zahnersatz das digitale Mock-up-Design herangezogen. Durch die Vorbehandlung mit Non-prep-LZPs konnte der Patient vorab die neue Zahngröße und -form testen. Die Frontzähne wurden für den definitiven Zahnersatz insgesamt kleiner dimensioniert. Nach sequenzieller Präparation der Ober- und Unterkieferzähne wurden die Zähne gescannt und der stl-Datensatz wurde ins Labor geschickt. Die finalen Restaurationen wurden volladhäsiv eingesetzt (Einsetzprotokoll Variolink Esthetic DC in neutral, Fa. Ivoclar, Liechtenstein). (Abb. 7 bis 9).