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16.05.13 / 12:00
Heft 10/2013 Zahnmedizin
Aktueller Innovationsschwerpunkt für die Praxis

CAD/CAM mit immer schärferen Konturen

Herstellung und Design am Bildschirm, beides computergestützt, wird in vielen Bereichen eingesetzt, aber den Zahnarzt braucht CAD/CAM (computer aided design/manufacturing) heute nur am Rande zu interessieren. Warum der vorliegende Artikel dennoch nicht an dieser Stelle enden darf, wird im Folgenden dargelegt.




Knapp vier Jahre Intraoralscanner – und doch blieb die analoge Abformung bislang das Verfahren der Wahl. Wie ein Zahn präpariert wird, daran hat sich in zehn Jahren CAD/CAM-Hype ohnehin nichts geändert. Die adhäsive Eingliederung von Keramikrestaurationen hat sich zwar weiter vereinfacht, was allerdings mehr mit Chemie als mit computergestützten Verfahren zusammenhängt. Selbst ein schon viel länger verfügbares „Chairside-System“ hat sich in einem guten Vierteljahrhundert keinesfalls so breit durchgesetzt, dass es in einer Vielzahl von Praxen stünde – nicht einmal im grundsätzlich investitionsfreudigen deutschsprachigen Raum.

Dennoch liegt es in der Luft oder möglicherweise schon auf der Hand: Morgen könnte die Zahnmedizin plötzlich volldigitalisiert sein und dann ganz anders aussehen als heute.

Historischer Überblick

Nun soll bekanntlich, wer Visionen hat, zum Arzt gehen. Für ein realistisches Bild der Zahnarztpraxis von morgen lohnt ein Blick in die Geschichte der digitalen Systeme bis zum heute gängigen Equipment.

Es begann bereits 1985 mit der Möglichkeit zur Chairside-Herstellung von Glaskeramik-Inlays und -Kronen vom digitalen Abdruck bis zur Eingliederung in einer Sitzung – Design per CAD-Software und Schleifen der Objekte inklusive. Der nächste Impuls kam von einer anderen Seite, von der Implantologie. Seit Beginn der 1990er-Jahre kam die computerunterstützte Navigation zur kontrollierten Positionierung mithilfe von Bohrschablonen auf, die ihrerseits mit stereolithografischen Verfahren gefertigt wurden und werden.

Seit der Jahrtausendwende hielten neue CAD/CAM-Verfahren vor allem ins zahntechnische Labor Einzug. Sie haben ihm die wirtschaftlich sinnvolle Verarbeitung von Zirkonoxidkeramik ermöglicht sowie diejenige von Titan und Nichtedelmetall (NEM) erleichtert. Als Konsequenz verschoben sich die Gewichte der unterschiedlichen Gerüstmaterialien deutlich, wozu auch der steigende Goldpreis seinen Beitrag leistete. Heute liegen wir etwa bei 60 Prozent NEM, 20 Prozent Edelmetall, zehn Prozent Zirkonoxid und zehn Prozent Glaskeramik. Diese Entwicklung wirkt sich bereits unmittelbar therapeutisch aus, insofern als bei einer Präparation für Zirkonoxidkeramik das Protokoll (Hohlkehle, abgerundete Stufe!) tendenziell noch strenger befolgt werden muss als für eine hochgoldhaltige Edelmetallkonstruktion.

Die Labors sind am meisten betroffen

Die hauptsächlichen Veränderungen im Alltag betreffen aber das Labor. Die Vorreiter haben sich inzwischen vom klassischen Handwerk zu digitalen, zahntechnischen Unternehmen gewandelt und kennen sich mit industriellen Fertigungsverfahren ebenso wie mit Software-Anwendungen bestens aus.

Mit den vor vier Jahren vorgestellten Intraoralscannern setzt sich die digitale Prozesskette nun aber in die Zahnarztpraxis fort. Gegenüber früheren Verfahren ist es nämlich jetzt möglich, auch mehrere Pfeiler und sogar ganze Kiefersegmente zu scannen. Eine solche digitale Abformung eignet sich, über Inlays und Kronen hinaus, auch als Grundlage für Brücken und komplexere Konstruktionen. Und neben der Chairside-Fertigung stellt die Übergabe eines Datenpakets an das Labor eine attraktive Option dar. Wie dieses bei der weiteren Bearbeitung im Einzelnen vorgeht, darf der Zahnarzt aber getrost als „black box“ betrachten. Entscheidend sind Form, Farbe und Funktion der fertiggestellten Restau- ration. Speziell im Bereich Zirkonoxid braucht man dank dem heute verfügbaren transluzenten Material auch bei der Indi- kationsstellung weniger „umzudenken“, denn diese modernen Keramik-Varianten lassen sich multi-indikativ einsetzen, zum Beispiel sowohl monolithisch als auch voll- oder teilverblendet.

Oralscanner – Stand der Technik

Für die Praxis bieten sich gleich mehrere Intraoralscanner am Markt an, die sich nach ihrem Funktionsprinzip und in der Hand- habung unterscheiden. So ist als Messverfahren zum Beispiel die Streifenprojektion gängig (wie Cerec AC, Sirona, Bensheim; directScan, Hint-ELs, Griesheim): Ein Diaprojektor lässt ein Muster (Zebrastreifen, aber mit unterschiedlicher Breite) über die Zahn- und die Gingiva-Oberflächen gleiten. Diese projizieren es auf einen Kameraschirm. Da Dreiecksverhältnisse stets kompliziert zu sein pflegen, aber berechenbar sind, wenn jeder Partner seine Position gefunden hat und beibehält (hier: Projektor, Objekt, Kamera), lässt sich mit einer leistungsfähigen Software nach dem sogenannten Triangulationsprinzip ein drei- dimensionales Bild kalkulieren. Ähnlich arbeitet das Lichtschnittverfahren, wobei ein Laser eine sehr schmale Linie über das Scan-Feld laufen lässt und die Projektion gemäß dem sogenannten konfokalen Messprinzip „beobachtet“ wird (wie iTero, Cadent [USA]).

Andere Systeme arbeiten mit dreidimensionalen Videobildern, zwanzig pro Sekunde (wie LAVA C.O.S., 3M ESPE, Seefeld) oder nach einem speziellen konfokalen Verfahren (zum Beispiel iTero, Cadent; Zfx IntraScan, Zfx, Dachau) [Bornfleth, 2012]. Sein Vorteil: Nur in einem ganz bestimmten Abstand zwischen Sensor und Objekt erscheint dieses hell, seine nähere und seine weitere Umgebung bleiben dunkel, so dass sich die Abstände sehr genau erfassen und anschließend zu einem präzisen dreidimensionalen Bild „zusammenrechnen“ lassen.

Die Vielfalt ist groß: Verschiedene Messverfahren, verschiedene Messprinzipien gelangen zur Anwendung und auch verschiedene Lichtquellen, zum Beispiel Laserstrahlen (iTero) oder blaue LEDs (Cerec AC, LAVA C.O.S, directScan).

Für den Einsatz in der Zahnmedizin kommen die Systeme auf Höchstleistungen und bewegen sich zwischen Extremen. So gibt es als Pendant zum langen LAVA C.O.S den zehnmal kleineren a.tron 3D Intraoral Scanner (a.tron3d, Klagenfurt [AU]).

Laut Herstellerangaben eignet sich das System nicht zuletzt für die Implantologie; kieferorthopädische Ansätze werden zurzeit zur Anwendungsreife entwickelt. Und eine ultraschnelle Aufnahme optischer Schnitte kommt auf 3 000 zweidimensionale Bilder pro Sekunde, die anschließend zu einer 3-D-Darstellung zusammengesetzt werden (cara Trios, 3Shape, Dänemark/Heraeus Kulzer, Hanau).

Pulverfrei, leicht trocken gelegt, subgingival

Für die breite Anwendung von Oralscannern bleiben jedoch bestimmte Optimierungen wünschenswert. In diesem Sinne darf man auf eine neue Geräte-Generation gespannt sein.

An erster Stelle zu nennen ist das Auftragen von Pulver oder Scanspray, um störende Reflexionen zu vermeiden oder, im Falle von Videotechniken (wie LAVA C.O.S), um Referenzpunkte zu schaffen. Hier weist der Trend in Richtung der pulverfreien Systeme, von denen inzwischen schon jetzt mehrere vorgestellt worden sind (zum Beispiel Cerec Omnicam, Sirona; iscan oral, Goldquadrat, Göttingen). Zuweilen wird allerdings, obwohl es nicht zwingend notwendig sei, Scanpuder empfohlen, weil es die Scan-Dauer deutlich verkürze (Zfx, Dachau) [Bornfleth, 2012].

Interessant ist für die nächste Oralscanner-Generation auch der Punkt „Trockenlegung“. Im Allgemeinen sollte wie bei hydrophoben Abformmaterialien die bestmögliche Trockenlegung erfolgen. Im Einzelfall kann es aber für bestimmte Systeme, wie im Rahmen einer Fallbeschreibung angedeutet, reichen [Meißner, 2012], die Zahnreihe lediglich leicht trockenzulegen – wichtig jedoch: kein Blut auf der Präparation (was nicht immer einfach ist). Speichel dagegen führe in der Regel zu keinen Verzerrungen, und selbst Metallinlays oder aufgebaute Stümpfe würden sinnvoll erkannt.

Darüber hinaus galt das subgingivale Scannen bisher oft als unüberwindliche Schwierigkeit, denn – so das Argument – eine Kamera könne ja nur das sehen, was wir mit bloßem Auge erkennen. Abhilfe schafft das klassische Zurückdrängen der Gingiva wie bei einer konventionellen Abformung subgingivaler Präparationen unter Anwendung der Doppelfadentechnik (wie ein „5er“-, danach ein „2er“-Faden aus Baumwolle, der zwecks Blutstillung vor der Anwendung in eine Aluminiumchloridlösung getaucht wird). So gewinnen auch subgingivale Präparationsränder scharfe Konturen.

Die erfolgreiche Anwendung dieses Verfahrens wurde bereits in Kombination mit einem Intraoralscanner in der Literatur beschrieben [Meißner, 2012]. Einschränkend ist dabei auf die grundsätzlichen Voraussetzungen für die Anwendung der Doppelfadentechnik hinzuweisen, denn die Kombination „5er-/2er“-Faden, wie sie in der zitierten Literatur beschrieben wurde, lässt sich doch eher selten verwenden. Beim Eckzahn mit dünnen Schleimhautverhältnissen ist man ja schon froh, überhaupt einen „1er“ einziehen zu können.

Eine weitere Frage, die immer wieder interessiert: Was tun, wenn beim Scan wichtige Areale „vergessen“ wurden? Hier lautet die Maßgabe: einfach nachscannen. Es ist in der Regel nicht nötig, die gesamte Arbeit von vorne zu beginnen, während eine analoge Abformung entweder gelungen ist oder verworfen werden muss. Je nach verwendetem Intraoralscanner erhält der Zahnarzt sogar von der Software einen Hinweis: Achtung nachscannen!

Aktenzeichen XY ungelöst – Antworten in der Pipeline

Die vorstehend beschriebenen Entwicklungen zeigen: Wir befinden uns in einer Übergangsphase, in der freilich noch so manche CAD/CAM-Akte in der Forschungsabteilung mit „XY ungelöst“ beschriftet ist. Dazu ein Beispiel: Nach Scannen einer Zahnreihe und der entsprechenden Antagonisten lässt sich die richtige Okklusion grundsätzlich am Bildschirm erarbeiten – Stichwort: virtueller Artikulator. Ein Plus an Sicherheit verspricht jedoch die Kontrolle der Modelle im realen Artikulator. Auch erscheint ihre Archivierung in einer Modellbox vielen Praxen schon aus forensischen Gründen gegenüber der rein digitalen Dokumentation wünschenswert. Alternative Optionen dafür sind die labor-gestützte Fertigung der Kunststoffmodelle und die zentrale Herstellung in einem Rapid-Prototyping-Verfahren (wie via infiniDent, Sirona, Bensheim), wobei so mancher Marktteilnehmer die konventionelle Modellherstellung allerdings zurzeit als kostengünstiger beurteilt. Darüber hinaus wird die Ansicht vertreten, dass die verfügbaren virtuellen Artikulatoren das eigentlich vorhandene Potenzial noch nicht voll ausschöpfen [Riquier, 2012].

Die grundsätzliche Aufgabe lautet daher: Sowohl die statischen Intraoralscanner- Daten als auch die dynamischen Informationen einer Gelenkbahnmessung müssen zusammengeführt werden – aufwendig, aber nicht zuletzt deswegen immer wichtiger, weil häufiger vollkeramisch-vollanatomisch gearbeitet wird.

Veränderungsprozesse dürften darüber hinaus neue Formgebungsverfahren aus dem Bereich des Rapid-Prototyping in Gang setzen. Es handelt sich dabei um aufbauende Methoden im Gegensatz zu den abtragenden, wie zum Beispiel der Frästechnik. Diesen gesamten Komplex kann der Zahnarzt zwar wieder als „black box“ behandeln, doch könnte das Rapid-Prototyping Hochleistungskunststoffe für die Anwendung in der Prothetik attraktiver machen und damit die Wahl des Restaurationsmaterials im konkreten Patientenfall beeinflussen. Zusätzliche neue Optionen könnten auch aktuelle Werkstoffinnovationen im Keramikbereich eröffnen, dazu gehört etwa das zirkonverstärkte Lithiumsilikat (wie CELTRA DUO, DENTSPLY DeTrey, Konstanz). Voraussichtlich ab Juni wird es für den „Chairside-Einsatz“ in Cerec-Geräten verfügbar sein.

Eigene Praxis mit „state of the art“ abgleichen

Die CAD/CAM-Technologie wird mittelfristig über verschiedene Schnittstellen Einzug in die Zahnarztpraxis halten – insbesondere über den Intraoralscanner. Der Stand der Technik lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Am Markt sind heute funktionsfähige digitale Systeme verfügbar. Es werden sogar einzelne Patientenfälle diskutiert, in denen damit auch eine Präzisionsverbesserung gegenüber der konventionellen analogen Abformung möglich sein könnte. Grundsätzlich scheint nach den bereits vorliegenden Daten die mit der digitalen Technik erreichbare Präzision derjenigen von konventionellen Methoden nicht nachzustehen, sondern eher besser zu liegen [Wöstmann, 2012].

Seit 1985 wurden über 28 Millionen vollkeramische Restaurationen mithilfe der CAD/CAM-Technik „chairside“ und „labside“ hergestellt [Kern, 2011], eine zweifellos beeindruckende Zahl. Sie relativiert sich ein wenig, wenn man bedenkt: Das sind durchschnittlich rund eine Million pro Jahr und das bei einer potenziellen Patientenschaft, die mindestens im höheren dreistelligen Millionenbereich liegen dürfte.

Wer noch keinen Intraoralscanner besitzt, hat daher den Zug der Zeit (noch) nicht verpasst. Sieht man sich jedoch die Entwicklung der gesamten CAD/CAM-Technologie an, so dürften sich digitale Systeme in Zukunft stärker durchsetzen. Für die einzelne Praxis kommt es auf den richtigen Zeitpunkt zum Einstieg an. Der richtet sich vor allem nach der persönlichen Computer-Affinität. Wer Rechner und Digitales nur widerwillig in seiner Umgebung duldet, wartet ab. Wer ein Computer-Freak ist, hat den Oralscanner schon. Das Gros bewegt sich dazwischen.

Zu lange zu zögern, empfiehlt sich aber nicht, denn zum Zeitpunkt der „Volldigitalisierung von allem“ sollte das Praxisteam bereits über Erfahrungen verfügen. Der Schritt von einer Röntgen-Software auf eine upgedatete höhere Version fällt schließlich auch leichter als der plötzliche Neueinstieg von der analogen Röntgenfilmentwicklung in der Dunkelkammer in eine digitale terra incognita.

Um den für die eigene Praxis günstigsten Einstiegs-Zeitpunkt zu ermitteln, lohnt sich ein regelmäßiger Abgleich: Wo steht mein Team? Welche Innovationen bietet der Markt aktuell? Sind wir damit realistischerweise reif für Intraoralscanner und weiteres CAD/CAM-Equipment? Wie sichern wir uns die Möglichkeit von späteren Hard- und Software-Updates, damit wir nicht in einigen Jahren doch wieder mit einem ganz neuen, ungewohnten System wieder quasi bei null anfangen müssen?

Zum Schluss der Tipp für den Ersteinsatz eines neuen oder für die Reaktivierung eines vorhandenen Intraoralscanners: Es lohnt sich immer, den Zahntechniker einzubinden. Gemeinsam wird ein Plan aufgestellt und Schritt für Schritt realisiert – vom ersten volldigital erarbeiteten Inlay bis zu weitspannigen Restaurationen.

Dr. Christian Ehrensberger
Holbeinstr. 20
60596 Frankfurt
cu_ehrensberger@web.de



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