CAD/CAM in der Praxis

3D-Software ermöglicht ‧Quadranten-Scan

Die computergestützte Fertigung von Restaurationen und Rekonstruktionen nimmt einen immer größeren Stellenwert in der Zahnmedizin ein. Hierzu werden inzwischen eine Vielzahl von CAD/CAM-Systemen angeboten, die im Wesentlichen aus den Komponenten 3D-Messsystem, CAD-Design Software und Schleifeinheit bestehen. Bei der 3D-Messtechnik haben sich in den letzten Jahren die optischen Systeme durchgesetzt. Hierbei ist im Vergleich zu mechanischen Tastsystemen neben einer schnelleren Datenerfassung auch die Genauigkeit höher.

Im Laborbereich sind zur Digitalisierung der Modelloberfläche Laserscanner üblich. Für die Chairside-Fertigung von vollkeramischen Restaurationen gibt es bis dato in Europa nur das Cerec 3D-System. Seit Einführung dieses Verfahrens im Jahr 1988 (Cerec 1, Siemens) kommt eine intraorale Messkamera zur Erfassung der Präparation zum Einsatz. Mit dieser Triangulationskamera kann ein optischer Abdruck im Bruchteil einer Sekunde erstellt werden.

Auf Modelloberflächen aus Dentalgips lassen sich optische Messsysteme vorteilhaft einsetzen, da Gips ideale Eigenschaften für die diffuse Lichtstreuung besitzt. Beim direkten, intraoralen Scannen ist die Ausgangssituation für die Vermessung ungünstiger; es müssen geeignete Bedingungen geschaffen werden. Während hierfür die taktile Abtastung ausscheidet, müssen bei optischen Systemen die Messzeiten so kurz gehalten werden, dass Verwacklungen während der Aufnahme bei Handhaltung vermieden werden. Komplexe Konstruktionen und Baugrößen für die Kamera scheiden aus, um das Aufnahmeteil auch im posterioren Seitenzahngebiet, zum Beispiel in regio 7 und 8, zum Einsatz bringen zu können. Hinzu kommt, dass sich Zahnoberflächen aufgrund der mineralischen Struktur und ihrer Transparenz schlechter für eine optische Messaufnahme eignen als Gipsmodelle. Gelingt es jedoch, diese Herausforderungen zu meistern, dann dominieren die Vorteile im Vergleich zu indirekten Messverfahren. So werden zusätzliche Fehlerquellen bei der Kieferabformung und bei der Modellherstellung vermieden. Die direkte Anfertigung der Restauration chairside in einer Patientensitzung ist möglich und damit zeitsparend. Neuerdings besteht die Möglichkeit, chairside generierte Datensätze mit entsprechender Software per online in das zahntechnische Labor zu senden. Dieser Datensatz wird dort weiter verarbeitet – ebenso stehen die 3D-Daten jederzeit für diagnostische Zwecke zur Verfügung. Neben der klinischen Praktikabilität ist besonders die Genauigkeit des Messsystems von Bedeutung. So ist eine sehr präzise Vermessung erforderlich, um Einzelaufnahmen zu einem Teil- oder Gesamtmodell zusammenfügen zu können. Höhere Genauigkeit ist auch Bedingung für das Anfertigen von Brückenkonstruktionen oder für die Erfassung von Quadranten- oder Ganzkiefermodellen.

Blaulicht steigert Abbildungspräzision

In Zusammenarbeit mit der Universität Zürich wurde für das Cerec AC-System ein verbessertes, lichtoptisches Messverfahren (Cerec Bluecam) für die intraorale Aufnahme entwickelt, das kurzwelliges Blaulicht (470 nm) und ein asphärisches Linsensystem nutzt, das den Lichtstrahl bündelt und parallel auf den Bildsensor (CCD) ausrichtet (Abbildung 1). Die Lichtempfindlichkeit wurde gesteigert, die Aufnahmezeit um 50 Prozent verkürzt und die Bildfolge beschleunigt. Der Tiefenschärfebereich wurde ausgeweitet, dadurch werden Oberflächen im Nah- und Fernbereich exakter abgebildet. Durch eine neue Kalibrierungsmethode werden Verzerrungen an den Bildrändern herausgerechnet, so dass beim Zusammensetzen der Einzelaufnahmen systematische Fehler weitgehend ausgeschlossen werden. Mit einer in-vitro ermittelten Messgenauigkeit von circa 19 µm bei Einzelaufnahmen liegt die Abweichung sehr nahe an den Genauigkeitsgrenzen von hochauflösenden, extra-oralen Referenzscannern. Abweichungen bei Quadrantenaufnahmen liegen im Bereich von durchschnittlich 35 µm [Mehl et al. 2009].

Eine Verwacklungskontrolle (Automatic Capture Mode) prüft kontinuierlich das Bild und löst die Aufnahme automatisch nur dann aus, wenn die Bildschärfe sichergestellt ist. Es können im Quadranten und über den Kieferbogen nahezu beliebig viele Aufnahmen als überlappende Sequenz „geschossen“ werden. Der 3D-Aufnahmekatalog verwaltet die Einzelbilder auf dem Bildschirm. Die Software bewertet ihre Brauchbarkeit, kennzeichnet und verwirft unbrauchbare Messaufnahmen, und verbindet die Abbildungen (Matching beziehungsweise Registrierung) zu einem virtuellen Modell (Abbildung 2). Während der Aufnahmesequenz geschossene Bilder, die eventuell durch Zunge, Kofferdam oder Watterollen beeinträchtigt sind, werden automatisch ausgewechselt, sobald später ein passendes Bildpaar gefunden wird. So werden insuffiziente Aufnahmen schnell ausgetauscht. Insgesamt zeigten die Erprobungen, dass für Restaurationen mit größerer Spannweite und Kieferabschnittsaufnahmen (Quadrantenaufnahmen) die neue, intraorale 3D-Vermessung praxisreif ist. Die Annahme, dass die Überlagerung von mehreren Einzelaufnahmen zu höheren Ungenauigkeiten im Gesamtmodell führen könnte, konnte in einer Untersuchung [Mehl et al. 2009] nicht belegt werden. Durch zusätzliche Winkelaufnahmen wird die Anzahl der Messpunkte an steilen Flächen deutlich erhöht und auch Bereiche unterhalb des Äquators erfassbar. Vor allem im Approximalraum lassen sich dadurch die Präparationsgrenze genauer darstellen und die Kontaktflächen zu Nachbarzähnen besser gestalten. Ebenso können bei Quadrantenversorgungen unterschiedliche Einschubrichtungen durch Rotation der Aufnahmen ausgeglichen werden, ohne dabei Daten an der Präparationsgrenze oder innerhalb der Präparation zu verlieren.

Der vorgestellte Fall zeigt ein Beispiel für die zeitsparende Sanierung von benachbarten Präparationen mit unterschiedlichen Einschubrichtungen in einer Sitzung.

Erste Erfahrungen im klinischen Fall

Der Austausch der Einlagefüllungen an den Zähnen 35 und 36 war aus folgenden Gründen indiziert (Abbildung 3): Am Goldinlay des Zahnes 35 wurde Sekundärkaries an der approximalen Fuge diagnostiziert, ebenso distal und mesial am Zahn 36. Am Zahn 36 wurde bereits vorher im Bereich des mesiolingualen Höckers eine Reparaturkompositfüllung angebracht. An der distalen Schmelzrandleiste von Zahn 36 zeigte sich außerdem eine Frakturlinie und sorgte für eine Aufbiss- und Perkussionsempfindlichkeit (Cracked Tooth Syndrom) (Abbildung 3). Die Präparation erfolgte defektorientiert. Die von der Randleiste ausgehende Frakturlinie ist auch im Dentin des Kavitätenbodens deutlich sichtbar (Abbildung 4). Nach der Präparation wurden die Kavitäten für die optischen Abdrücke durch die Mattierung mit Titandioxid vorbereitet. Dann wurden die Präparationen, die Nachbarzähne und das umliegende Gewebe mit Cerec Bluecam aufgenommen. Dabei wurden jeweils aus okklusaler, bukkaler und oraler Richtung optische Abdrücke vorgenommen, um möglichst viel Informationen von der Präparationsoberfläche zu erhalten. Durch den automatischen Auslösemodus ist dies ohne großen Zeitaufwand möglich. Gleichzeitig wird durch die Software ausgeschlossen, dass unbrauchbare Bilder das Zusammen-legen zu einem virtuellen Gesamtmodell negativ beeinflussen (Abbildung 5).

Nach der halbautomatischen Eingabe der Präparationsgrenzen erfolgte zuerst die Konstruktion der Teilkrone. Die biogene-rische Kauflächengestaltung berechnet hierbei automatisch die Okklusalfläche (Abbildung 6). Im vorliegenden Fall wurden durch Überlagerung mit der Ausgangskau-fläche Veränderungen an Randleiste oder Höckerabhängen vorgenommen. Die Möglichkeit, mit der Software Aufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen passgenau zusammenzulegen, erlaubt bei abweichenden Einschubrichtungen, zum Beispiel bei gekippten Zähnen, eine Neufixierung der Einschubrichtung ohne Informationsverlust für die zweite Präparation (Zahn 35, Abbildung 6). Die Werkstücke wurden mit der MCXL-Schleifeinheit aus Glaskeramik formgeschliffen. Nach dem Einpassen der Approximalkontakte erfolgte die Vorbereitung für das adhäsive Einsetzen der Werkstücke. Schmelzätzung und Dentinbonding wurden nach den allgemeinen Regeln durchgeführt, ebenso die Konditionierung der Keramikinlays mit Flusssäure und Silanlösung. Zur Befestigung wurde ein Feinhybridkomposit verwendet. Nach der Lichtpolymerisation wurden die Kompositüberschüsse im Fugenbereich entfernt, okklusale Frühkontakte eingeschliffen und die Keramikoberfläche mit flexiblen Disks und mit diamantfeinkornhaltiger Polier-paste auf Hochglanz poliert. Aufgrund von Randspalten und einem vorangegangenen Retentionsverlust des Inlays an Zahn 37 wurde dieses gegen ein Cerec-Inlay getauscht (Abbildung 7). Die fertigen Restaurationen (Abbildungen 8, 9) zeigen die ästhetischen und morphologischen Möglichkeiten der Chairside-Versorgung.

In den letzten Jahren sind viele Verbesserungen bei der chairside arbeitenden CAD/CAM-Technik erfolgt, vor allem in der Software (zum Beispiel die biogenerische Kauflächengestaltung für Inlays und Teilkronen). Auch bei der Weiterentwicklung der intraoralen Aufnahmeeinheit spielte neben den Modifikationen der Hardware wiederum die Software eine entscheidende Rolle. So wurde die Bedienung durch Automatisierung einfacher, Verwacklungen und ungenaue Messaufnahmen wurden eliminiert und die Kalibrierung verbessert. Damit können Quadrantensanierungen rationell ausgeführt und Ganzkieferaufnahmen angefertigt werden. Ferner ist die Chairside-Herstellung von viergliedrigen, vollanatomischen Brücken aus Polymermaterialien als temporäre Versorgung möglich geworden, ideal als Sofortversorgung bei Brücken-rekonstruktionen und in der Implantat-prothetik.

Prof. Dr. Dr. Albert Mehl
PD Dr. Andreas Bindl
Zentrum für Zahn-, Mund-, Kieferheilkunde Universität Zürich
Plattenstrasse 11
CH-8032 Zürich

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