Die digitale Datenakquise sorgt für mehr Präzision in der Dentalmedizin (Foto: Millhouse)

Der digitale Workflow

Erster Teil: die Datenakquise

Ein Kommentar von Frank Giefer, Verkaufsleiter bei van der ven 4D

‚Digitaler Workflow’ – das ist quasi ein Schlachtruf, dem man sich in der letzten Zeit kaum entziehen kann und der fast inflationär verwendet wird, um einen Arbeitsablauf mit digitalen Komponenten in der Zahnmedizin zu beschreiben. Aber was bedeutet eigentlich digitaler Workflow? Ist er immer komplett digital? Welche Komponenten werden benötigt? Was ist schließlich das Ergebnis und was sind die Vorteile? Um ein wenig zu sortieren, benennen wir in Teil 1 unserer Serie zu diesem Themenkomplex zunächst die digitalen Komponenten, die je nach Indikation Anwendung finden können.

 

Alles beginnt mit der Datenakquise, also der Digitalisierung der Patientensituation. Hier stehen aktuell folgende Techniken zur Verfügung:

3D-Röntgen

Als Teil der Diagnose verschafft die digitale Volumentomographie (DVT) einen genauen Blick auf die Zahnsubstanz, die Gesamtsituation der Knochen, die Lagebeziehung der Nerven sowie eine sehr gute Sicht auf die Kiefergelenke. Die Auflösung einer DVT-Aufnahme liegt bei circa 75 μm als theoretischer Wert. Doch selbst bei bester Patientenpositionierung und Fixierung werden durch Mikrobewegungen und die dadurch entstehenden Artefakte höchstens 100 μm erreicht. Um noch handhabbare Datenmengen zu produzieren, geht man allerdings, je nach Indikation und Größe des Field of View (FOV), auf eine kleinere Auflösung und begnügt sich heute mit 150 bis 200 μm. Für die Diagnostik und die chirurgische Planung ist dies mehr als ausreichend. Hier ist es wichtig, die richtige Volumengröße zu wählen, die die gesamte Region of Interest (ROI) in einem Scan erfasst. Davon mehrere Volumen zusammenzuführen, das sogenannte Stitching, ist dringend abzuraten.
Die im DVT-Scan gesammelten Daten werden mittels der zugehörigen Röntgensoftware diagnostiziert und vermessen. Einige Programme bieten darüber hinaus die Möglichkeit, Implantate zu planen. Nur wenige sind jedoch in der Lage, die entsprechende Planung zu exportieren, um daraus für die navigierte Implantation eine Bohrschablone zu erstellen. In der Regel kann der Datensatz aber immer aus der Software heraus im DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) für die weitergehende Planung in eine Drittsoftware exportiert werden.

Intraoraler Scan

Aktuelle intraorale Scanner schaffen mit einer optischen Kamera im fließenden Video- oder Einzelbildverfahren eine digitale Abformung. Je nach Verfahren wird diese monochrom oder in Farbe dargestellt. Eine Puderung der Scanflächen ist meist nicht mehr notwendig. Die Nachteile der klassischen Abformung entfallen hier und die Akzeptanz bei den Patienten ist sehr gut. Außerdem erhält man direkt einen digitalen Datensatz. So kann dieser gegebenenfalls online mit dem Techniker besprochen werden, während der Patient noch im Stuhl sitzt.
Die Genauigkeit der intraoralen Scans ist mit circa 20 μm recht hoch. Sie wird aber durch die Zusammensetzung einzelner Bilder über den gesamten Kieferbogen immer ungenauer. Am Ende haben wir bei einem kompletten Kieferscan nur noch eine Präzision von circa 200 μm. Das bedeutet, die sehr hohe lokale Präzision verschlechtert sich mit der wachsenden Größe des Aufnahmebereiches. Somit endet der Indikationsbereich der digitalen Abformung für eine prothetische Arbeit bei einer vier- bis fünf-gliedrigen Brücke. Es sei denn, man schafft es, die hohe lokale Präzision durch Kombination mit anderen Datensätzen auf den gesamten Zahnbogen auszuweiten. Mehr zu diesem Thema folgt im nächsten Teil dieser Serie.
Die Daten aus einer digitalen Abformung sollten in einem freien STL-Format (Standard Transformation Language) zur Verfügung stehen, welches aktuell als Standard für den Austausch von 3D-Daten zwischen verschiedenen Programmen gilt. Leider bieten nicht alle Scansysteme einen direkten Export in diesem Dateiformat an. Teilweise muss ein umständlicher Datentransfer in Kauf genommen werden oder die Möglichkeit besteht erst gar nicht.

Modellscan

Beim Modellscan kann es, je nach Indikation, sinnvoll sein, den voll digitalen Workflow zu verlassen und teilweise analog zu arbeiten. Bei großspannigen Arbeiten, zu tiefen Präparationen oder der Abformung des Gaumendachs – sprich immer dann, wenn die direkte digitale Abformung noch an Grenzen stößt – steht am Anfang die klassische Abformung mit Silikon, Polyäther oder Hydrokolloid. Moderne Scanner sind bereits in der Lage, dieses Negativ ohne vorherige Modellherstellung zu scannen. Allerdings können stark unter sich gehende Bereiche nur schlecht digitalisiert werden. In der Regel wird ein klassisches Modell hergestellt und dann gescannt. Hierbei haben sich zwei Techniken etabliert: Streifenlicht- und Laserscanner. Taktile Scanner, die die Oberfläche durch Abtasten erfassen, werden normalerweise nur noch für die Qualitätskontrolle fertiger Arbeiten verwendet. Manche DVT-Hersteller bieten auch die Digitalisierung von Modellen und Abdrücken mit dem 3D-Röntgengerät an. Diese Lösung ist allerdings aufgrund der mangelnden Präzision und auch wegen des Verschleißes der Röntgenröhre nur in Ausnahmefällen zu empfehlen.
Die heute erhältlichen Modellscanner unterscheiden sich in puncto Ausstattung, Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit, Präzision und natürlich im Preis. Während für die Erfassung von kieferorthopädischen Modellen vor allem Benutzerfreundlichkeit und Geschwindigkeit im Vordergrund stehen, zählen für das prothetische Design eher Softwareausstattung und Präzision. Vor allem bei letzterer scheiden sich die Geister: Hier sind 10 μm nicht gleich 10 μm.
Die meisten Hersteller geben die Präzision ihrer Scanner mit 10 bis 20 μm an. Diese erreichen viele aber nur im Zentrum des Scans. Je größer die Scanfläche, desto ungenauer wird die gesamte Messung. Daher werden oft die Stümpfe einzeln gescannt und später in einem Übersichtsscan zusammengeführt. Nur sehr wenige Scanner haben eine Genauigkeit kleiner als 10 μm über den gesamten Zahnbogen. Dies wird in der Regel nur mit einem das Modell umfassenden Referenzring erreicht. Ein weiterer wichtiger Faktor für die Präzision der gewonnenen Modelldaten liegt in der Datenqualität. Häufig geht die Scangeschwindigkeit auf Kosten der Genauigkeit. Die erfassten Punktewolken ergeben dann nur grobe Polygonenmuster. Dies ist vor allem im Bereich des Präparationsrandes zu bemerken.

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Das STL-Format gilt als Standard für den Austausch von 3D-Daten zwischen verschiedenen Programmen. (Fotos: Millhouse)

 

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Ein wichtiger Faktor für die Präzision von Modelldaten liegt in der Datenqualität. (Fotos: Millhouse)

 

Offene Systeme ermöglichen einen freien Export der Modelldaten für die Verarbeitung in jeglicher Design-Software. Häufig findet man am Markt geschlossene Systeme, bei denen der Anschaffungspreis durch eine Bindung an ein bestimmtes Unternehmen subventioniert wird. Diese Geschäftsmodelle gehören aber zunehmend der Vergangenheit an.

Funktionsanalyse

Die oben beschriebene Datenakquise liefert statische Informationen, also die Ist-Situation des Patienten ohne Bewegung und Dynamik. Für eine optimale Passung der Prothetik benötigt man eine Funktionsanalyse für die Programmierung des Artikulators, egal ob klassisch analog oder virtuell in der CAD-Software.
Für die Funktionsanalyse empfiehlt sich die Diagnostik mit einem optischen System. Hierbei wird ein Oberkiefer-Referenzbügel und ein Unterkiefer-Messbügel über Kamerasysteme aus verschiedenen Winkeln aufgezeichnet. So wird die genaue Position der Gelenke und die Kieferbewegungen erfasst und in digitale Daten umgewandelt. Als Ergebnis erhält man genaueste Informationen zur scharnierachsgemäßen Artikulation von Modellen und zur Einstellung des Vollwertartikulators in der analogen Arbeitsweise. Für den digitalen Workflow exportiert man die Bewegungsdaten aus der Funktionsanalyse via XML-Datei in das CAD.

Facescan

Noch nicht so weit verbreitet ist die Erfassung der Gesichtsoberfläche. Zwar werden seit vielen Jahren Patienten fotografiert, aber erst in den letzten Jahren wurde damit begonnen, das Gesicht dreidimensional zu erfassen. Ähnlich wie bei dem Scannen von Modellen gibt es Geräte mit Streifenlichtprojektion, die die Oberfläche abscannen und später mit einer farbigen Textur überlagern. Der Anwendungsbereich ist zurzeit noch sehr eingeschränkt. Außerdem sind die Apparaturen dafür noch zu aufwendig und zu teuer. Für eine rein ästhetische Beurteilung von prothetischen Arbeiten gibt es einfachere Lösungen, bei denen man eine normale Fotografie über einen virtuellen Schädel legt und so einen sehr guten plastischen Eindruck erhält.

Fortsetzung

Um die Daten eines Patienten wie oben beschrieben komplett zu erfassen, sollte man einen Zeitaufwand von insgesamt 40 bis 60 Minuten einplanen. Danach ist die Ist-Situation digitalisiert. Nun können Datenzusammenführung, anschließende Planung und das Design beginnen. Mehr dazu in Teil 2 unserer Serie über den digitalen Workflow.