Duplikat in 3 Schritten

Getting your Trinity Audio player ready...

Die Versorgung von Patienten mit totalprothetischem Zahnersatz ist nach wie vor ein fester Bestandteil in der zahnärztlichen Praxis. Laut der 6. Deutschen Mundgesundheitsstudie (DMS 6) [1-3] geht die Zahl der Menschen mit vollständiger Zahnlosigkeit kontinuierlich zurück. In der Gruppe der 35- bis 44-Jährigen spielt vollständige Zahnlosigkeit praktisch keine Rolle mehr (nahe 0 %). Bei den 65- bis 74-Jährigen sind 5 % vollständig zahnlos. Das ist ein deutlicher Rückgang gegenüber der DMS V (2014), als der Anteil noch 12,4 % betrug. Derzeit leben schätzungsweise 470.000 bis 480.000 vollständig zahnlose Menschen im Alter von 65 bis 74 Jahren in Deutschland. Allerdings lässt sich daraus für die Gesamtbevölkerung keine direkte Gesamtzahl ableiten, da die Studie für Menschen ab 75 Jahren keine aktuelle Querschnittsprävalenz der Zahnlosigkeit veröffentlicht. In dieser Altersgruppe ist der Anteil erfahrungsgemäß höher, sodass man davon ausgehen kann, dass die Gesamtzahl aller vollständig zahnlosen Menschen in Deutschland deutlich über den genannten 470.000 bis 480.000 liegen dürfte.

Der weitaus größte Teil dieser Menschen ist mit Zahnersatz versorgt. Diese Totalprothesen sind durch die tägliche Benutzung einem gewissen Verschleiß ausgesetzt, wie beispielsweise Abnutzung der Kauflächen- und Inzisalbereiche durch Abrasion. Zusätzlich führen Veränderungen im Kieferbereich oftmals dazu, dass die Prothesenbasen nicht mehr ordnungsgemäß auf den Kiefern sitzen. Eine fachgerechte Unterfütterung mit Kunststoff kann diese Ungenauigkeit der Passung in der Regel wieder ausgleichen. Eine Verbesserung im Kauflächen- und Inzisalbereich hingegen ist üblicherweise mit einem Austausch der Konfektionszähne verbunden – ein Aufwand, der in der Regel unwirtschaftlich ist. Meist werden dann neue Totalprothesen angefertigt. Standardmäßig benötigt dieser Prozess fünf Schritte:

1. Situationsabformung
2. Funktionsabformung
3. Kieferrelationsbestimmung
4. Wachseinprobe
5. Fertigstellung und Eingliederung

Nach der Eingliederung kommt es erfahrungsgemäß zu Nachkorrekturen, beispielsweise durch Einschleifen der Okklusion oder Entfernen von Druckstellen. Insgesamt ist die Neuversorgung mit einem hohen Aufwand sowohl im Herstellungsworkflow als auch bei der Nachsorge verbunden.

Analoge Herstellung einer Duplikatprothese (Copydenture)

Da Patienten oftmals mit den vorhandenen Prothesen gut zurechtkommen, erscheint es sinnvoll, die vorhandenen Prothesen für die Neuanfertigung zu nutzen. Bei einem analogen Versorgungskonzept werden dabei die vorhandenen Prothesen gleichzeitig sowohl als Abformlöffel als auch als Bissregistrate verwendet. Daraus resultiert ein analoger Abformregistratblock (= zwei Prothesen mit Unterfütterungsabformungen inklusive Bissregistrat), mit dem Meistermodelle aus Gips hergestellt werden. Diese werden anschließend mithilfe des Abformregistratblockes einartikuliert. Um die Situation der Zahnaufstellung zu übertragen, werden zusätzlich Silikonvorwälle hergestellt, mit deren Hilfe bei der Neuaufstellung die Zähne entsprechend positioniert werden. Insgesamt reduziert sich damit die Anzahl der Behandlungssitzungen von fünf auf drei bzw. zwei Sitzungen. Dennoch ist die analoge Herstellung einer Reiseprothese – wie die Kopien oft auch genannt werden – aufwendig und führt oftmals zu Prothesen, die nicht identisch mit ihren Vorlagen sind. Letzteres wird von den Patienten häufig als negativ empfunden, insbesondere wenn sich dadurch das ästhetische Erscheinungsbild verändert.

Digitaler Workflow

Der Einsatz digitaler Technologien kann die beschriebenen Probleme bei der Anfertigung von Duplikatprothesen vollständig eliminieren. Besonders effizient wird der Herstellungsablauf durch den Einsatz von Intraoralscannern in Kombination mit CAD-Software und digitalen einteiligen Herstellungsverfahren, die sowohl subtraktiv als auch additiv sein können. Die Herstellung von identischen Reiseprothesen wird durch die Anwendung dieser Technologien revolutioniert. Der komplette Workflow besteht aus nur drei hocheffizienten Teilschritten [4]:

1. Extraorales Einscannen der vorhandenen Prothesen mittels IO-Scanner
2. CAD-Konstruktion der Prothesen mittels automatisierter Copydenture-Funktion
3. Einteilige Fertigung, beispielsweise mittels Multimaterial-3D-Druck im Polyjet-Verfahren

Durch den Einsatz dieser drei Technologien entsteht die Möglichkeit, hocheffizient und kostengünstig identische Zweitprothesen im Sinne eines „Back-ups“ herzustellen.

1. Extraorales Scannen der vorhandenen Prothesen mittels IO-Scanner

Als erster Schritt erfolgt die Digitalisierung der vorhandenen Prothesen. Dies kann einerseits mit einem Laborscanner (Abb. 1) erfolgen, andererseits gibt es die Möglichkeit, die komplette Prothese außerhalb des Mundes mit einem Intraoralscanner (Abb. 2) digital zu erfassen. In der täglichen Praxis hat sich gezeigt, dass Letzteres wesentlich schneller und damit effizienter ist, da die Prothesen nicht an das Labor gesendet werden müssen und sie unmittelbar nach dem Scanvorgang wieder an die Patientin oder den Patienten ausgehändigt werden können. Moderne Intraoralscanner sind in der Lage, die gesamten Prothesen in einem einzigen Scanvorgang komplett einzuscannen. Im Unterschied dazu sind beim Laborscanner in der Regel zwei Scans notwendig: einer der basalen und einer der okklusalen Seite. Diese beiden Datensätze müssen anschließend dreidimensional zusammengesetzt werden – ein Schritt, der beim Intraoralscanner entfällt. Somit werden auch Ungenauigkeiten, die dabei entstehen können, vollständig vermieden. Den letzten Schritt des Scanvorgangs bildet die sogenannte „Bukkalaufnahme“, bei der die bukkalen/labialen Flächen der Prothesen in Schlussbissposition gemacht werden. Ist der Halt der vorhandenen Prothesen ungenügend, so ist es sinnvoll, vorab mit den Prothesen eine Unterfütterungsabformung zu machen (Abb. 3). Um am Ende des Scanvorganges das Unterfütterungsmaterial wieder sauber und problemlos entfernen zu können, sollten die Prothesenbasen nicht mit einem Adhäsiv bestrichen werden. Allerdings kann sich das Unterfütterungsmaterial stellenweise leicht von der Prothesenbasis abheben. In der Regel lässt es sich aber sehr gut und präzise wieder repositionieren. Für den Fall, dass die Okklusalflächen und Inzisalkanten der Prothesenzähne stark abgenutzt sind, ist es sinnvoll, eine Bissregistrierung in gehobener Schlussbisslage vorzunehmen. Das Ausmaß der Bisshebung hängt vom Abnutzungsgrad der Zähne ab. Da die verlorene Prothesenzahnsubstanz im CAD-Design ergänzt wird, handelt es sich dann nicht mehr um eine reine Duplikatprothese im eigentlichen Sinne, sondern um eine Copydenture mit Neugestaltung der Okklusion.

2. CAD-Konstruktion

Die CAD-Konstruktion erfolgt mittels Copydenture-Funktion, beispielsweise in der Software DentalCAD 3.3 Chemnitz (exocad). In der Auftragsanlage wird für 28 Zähne die Indikation „Totalprothese“ ausgesucht (Abb. 4) und im Untermenü anschließend „Basis & Zähne drucken“ gewählt. Zusätzlich aktiviert man die Optionen „360° Prothesenscan“ und „Vorhandene gescannte Prothese kopieren“ (Abb. 5).

Nach dem Import der Prothesenscans, welche in lagerichtiger Kieferrelation positioniert sind (Abb. 6), erfolgt ein File Splitting der Scans in den Prothesenbasisbereich und den Prothesenkörper-/Prothesenzahnbereich. Die Trennlinie wird dabei vom CAD-Programm automatisch vorgeschlagen, kann aber individuell korrigiert werden (Abb. 7).Der separierte Basisbereich wird in der Vektororientierung des Oberflächendatensatzes umgekehrt, sodass daraus ein positives Modell der unbezahnten Kiefer entsteht. Insgesamt erhält der Anwender durch diesen Schritt fünf wichtige Datengrundlagen:

1. Datensatz des unbezahnten Oberkiefers
2. Datensatz des unbezahnten Unterkiefers
3. Kieferrelation
4. Situationsscan der vorhandenen Oberkieferprothese
5. Situationsscan der vorhandenen Unterkieferprothese

Im nächsten Schritt erfolgt die automatische Segmentierung der Prothesenzähne (Abb. 8). Sollte die Segmentierung bei einem Zahn nicht exakt funktioniert haben, so kann durch Änderung der Zahneinschubrichtung oder mittels digitalen Pinselwerkzeugs die Segmentierungsfläche korrigiert werden. Nach der Segmentierung kann bei Bedarf die Position der Einzelzähne individuell verändert sowie die Form der Zähne nachmodelliert werden, was jedoch bei einer reinen Duplikatprothese nicht angedacht ist. Um die Prothesenbasis zu generieren, muss im nächsten Schritt der Prothesenbasisboden durch Auswählen der Einschubrichtung erzeugt werden. Unterschnitte werden dabei ausgeblockt, wobei der Ausblockwinkel und das Maß von zugelassenen Unterschnitten individuell gewählt werden können. Der Abstand der Prothesenbasis vom eigentlichen Kiefer wird standardmäßig auf 0,03 mm festgelegt (Abb. 9).

Anschließend wird die Prothesenbasis auf der Grundlage des vorhandenen Prothesenscans automatisch generiert. Da im labialen/bukkalen Übergangsbereich von der Unterfütterungsabformung zur Prothesenbasis meist Kanten und Stufen im Scan vorhanden sind (Abb. 10), kann man mit Freiformwerkzeugen die Prothesenbasis nachmodellieren, um saubere Übergänge zu schaffen.

Den Abschluss der Gestaltung der Prothesenbasis bildet das Anpassen der Prothesenbasis an die Prothesenzähne. Da die Prothesen mittels Multimaterial-3D-Druck in einem Bauteil und einem einzigen Bauprozess gefertigt werden, darf zwischen den Zähnen und der Prothesenbasis kein Spalt sein. Es werden daher die Fügespalten zwischen Prothesenbasis und Ersatzzahn bei den Front- und Seitenzähnen auf 0 mm gesetzt. Als Mindeststärke der Prothesenbasen unter den Zähnen wird der Standardwert von 0,5 mm übernommen (Abb. 11 und 12). Nach diesem Schritt ist die CAD-Konstruktion abgeschlossen und die Datensätze der Zähne sowie der Prothesenbasen können im STL-Format abgespeichert werden und anschließend an die Print-Software übergeben werden.

3. Einteilige Fertigung mit Multimaterial-3D-Druck

Die Fertigung der Duplikatprothesen erfolgt mittels Multimaterial-3D-Druck auf einem Stratasys J5 DentaJet Drucker im PolyJet-Verfahren [5]. Dessen Technologie basiert auf dem Material-Jetting-Verfahren, bei dem mikroskopisch kleine Tröpfchen flüssiger Photopolymere schichtweise auf die Bauplattform appliziert und sofort mit UV-Licht polymerisiert werden. Für die Herstellung von TrueDent-Prothesen werden die fünf Grundfarben des Harzes (Cyan, Yellow, Magenta, White, Clear) präzise miteinander kombiniert, sodass Prothesenbasis und künstliche Zähne in einem Druckvorgang monolithisch und mehrfarbig gefertigt werden können [6,7]. Im Gegensatz zu konventionellen additiven Verfahren, bei denen Prothesenbasis und Zähne separat hergestellt und anschließend verklebt werden, entstehen beim PolyJet-Verfahren funktionelle und ästhetische Komponenten in einem einzigen Fertigungsschritt. Dies reduziert manuelle Arbeitsschritte, eliminiert Klebefugen und verbessert die Reproduzierbarkeit des digitalen Workflows. Die hohe Druckauflösung (18 µm Schichtdicke) ermöglicht eine exzellente Detailgenauigkeit, Passung und Oberflächenqualität [8,9].

Die STL-Daten der Prothesenbasen und Zähne werden in die GrabCAD Print Software importiert. Diese zur Druckvorbereitung und Prozesssteuerung für PolyJet-Drucksysteme entwickelte Software bildet die zentrale Schnittstelle zwischen der CAD-Konstruktion und dem Drucker. Im Workflow zur Herstellung von TrueDent-Prothesen ermöglicht sie den Import von CAD-Daten in gängigen Austauschformaten, wie beispielsweise dem STL- und 3MF-Format, die automatische Positionierung der Prothesenbasen zusammen mit den Zähnen auf der Bauplattform, die Generierung der erforderlichen Stützstrukturen sowie die Zuweisung der Materialien und der zugehörigen Farben (Abb. 13). Darüber hinaus optimiert sie die Bauteilorientierung und Verschachtelung mehrerer Prothesen, wodurch Materialverbrauch, Druckzeit und Produktionskosten reduziert werden können. Während des Druckprozesses erlaubt die Software eine Echtzeitüberwachung des Druckstatus, die Verwaltung mehrerer Druckaufträge sowie das Management mehrerer Stratasys-Drucksysteme.

In Verbindung mit dem TrueDent-Workflow unterstützt GrabCAD Print somit einen weitgehend automatisierten sowie reproduzierbaren Herstellungsprozess für monolithische mehrfarbige Total- und Teilprothesen und trägt wesentlich zur Standardisierung digitaler Arbeitsabläufe im Dentallabor bei. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Prothesenbasen digital zu beschriften, beispielsweise mit dem Patientennamen. Schließlich werden die schichtweisen Daten für die Prothesen berechnet und an den Drucker gesendet.

Auf dem J5 DentaJet-Drucker werden die Prothesen anschließend in einem einzigen Fertigungsschritt im PolyJet-Verfahren hergestellt (Abb. 14). Auf der beim Bauprozess rotierenden Plattform, die eine Druckfläche von 1.174 cm2 und einen Durchmesser von 47 cm aufweist, können bis zu 34 Prothesen innerhalb von 14 Stunden gedruckt werden. Nach dem Druckprozess werden die Prothesen zusammen mit dem Stützmaterial mit einer flachen Spatel von der Bauplattform entfernt und anschließend das wasserlösliche Stützmaterial in der Objet Waterjet Reinigungseinheit mit einem Hochdruckreiniger mechanisch entfernt. Um Stützmaterial aus schwer zugänglichen Stellen entfernen zu können und dem 3D-Druck eine saubere und glatte Oberfläche zu geben, werden die Prothesen danach für 30 Minuten in ein 2%iges Natronlaugenbad gelegt. Anschließend erfolgt die finale Endpolymerisation in einem Glycerolbad bei 80° C für 60 Minuten (Abb. 15). Da die Prothesen extrem hochauflösend gedruckt werden, sind keine größeren Nachbearbeitungsschritte mit Fräsen oder Separierscheiben notwendig. Die Finalisierung beschränkt sich auf das Gummieren und Polieren der Prothesen. Dafür wurde ein Spezial-Polierset entwickelt, welches eine schnelle und effiziente Politur der Prothesen ermöglicht (Abb. 16). Das Ergebnis sind hochglänzende Duplikatprothesen oder Reiseprothesen, die exakt den bisherigen Prothesen entsprechen (Abb. 17).

Fazit

Die Kombination aus monolithischer Fertigung, hoher Präzision und digital reproduzierbarem Herstellungsprozess stellt einen wesentlichen Fortschritt gegenüber konventionellen CAD/CAM-Workflows für herausnehmbaren Zahnersatz dar. Durch den Einsatz und die Verknüpfung von drei digitalen Fertigungsschritten entsteht die Möglichkeit, hocheffizient und kostengünstig identische Zweitprothesen im Sinne eines „Back-ups“ herzustellen. Der Workflow orientiert sich dabei an dem Motto „Vom Datensatz zum Zahnersatz“ und kommt ohne große manuelle analoge Arbeitsschritte aus. Dabei wird dem Patienten die kostengünstige Anfertigung einer zweiten identischen Prothese angeboten, die bei Reparatur oder Verlust der Erstprothese zum Einsatz kommt. Hierzu sind seitens des Dentallabors verschiedenste Geschäftsmodelle denkbar.