IOS in der Implantatplanung

Die Implantatplanung setzt sich aus drei Säulen zusammen, die aufeinander aufbauen. Die erste Säule besteht aus der Erhebung der digitalen Bilddaten, der sogenannten Datenakquisition. Zur volumetrischen Erfassung anatomischer Strukturen kommen tomografische Verfahren zum Einsatz. Dazu zählen die heute nur noch selten verwendete Computertomografie (CT), die häufig eingesetzte Digitale Volumentomografie (DVT) sowie die in der Zahnmedizin vergleichsweise neue Magnetresonanztomografie (MRT).

Die Zahnoberflächen werden mit Intraoralscans erfasst. In seltenen Fällen werden zudem Extraoralscanner eingesetzt, die dreidimensionale Oberflächeninformationen des Gesichts erfassen und beispielsweise die maximale Lachlinie, die Lippenfülle und den Lippenschluss in die Analyse integrieren können.

Die zweite Säule beschreibt das Computer-Aided Design (CAD). In diesem Schritt werden volumetrische Bilddaten mit den Oberflächendaten in einem Koordinatensystem gematcht. Dies ist die Voraussetzung für die Anfertigung von Schablonen beziehungsweise weiteren Hilfsteilen und Implantaten für die Therapieumsetzung. Dabei werden Implantate unter Berücksichtigung der knöchernen Anatomie, der umgebenden vitalen Strukturen und der prothetischen Planung ausgewählt und positioniert. Dem Intraoralscan kommt hier die besondere Bedeutung zu, dass die Zahnoberflächen dargestellt werden, die in der DVT aufgrund von Artefakten häufig nicht ausreichend erkennbar sind. Auf dieser Basis kann in der Implantatplanungssoftware oder in einer daran angeschlossenen Designsoftware die Zahnaufstellung erfolgen und als Grundlage für die Implantatposition dienen.

Das Design umfasst neben der Zahnaufstellung und der Implantatpositionierung auch die daraus resultierende Bohrschablone. Diese wird auf der Zahn- beziehungsweise Schleimhautoberfläche abgestützt, deren Informationen ebenfalls aus dem Intraoralscan stammen. Gegebenenfalls werden Abstützungen auf dem Knochen ergänzt, dessen Oberflächeninformation aus der volumetrischen Bildgebung vorliegt.

In der dritten Säule, dem Computer-Aided Manufacturing (CAM), werden Bohrschablonen hergestellt. Die virtuelle Gestaltung wird hierfür in einen maschinenlesbaren Datensatz überführt. Zur Verfügung stehen sowohl 3D-Druckverfahren als auch Frästechniken. Die Herstellungstechnik muss die Genauigkeit des Intraoralscans berücksichtigen und entsprechende Fertigungstoleranzen einhalten, damit die Bohrschablonen eine abgestimmte Passung auf der Zahnoberfläche erreichen.

Durch Intraoralscanner kann in der Implantologie bereits zu Beginn der Planung ein konsistenter digitaler Workflow etabliert werden, der auf vorhersagbare Behandlungsergebnisse abzielt. Ausgangspunkt ist dabei das prothetisch definierte Restaurationsziel, von dem aus sämtliche chirurgischen Schritte – von der Auswahl des Implantatkörpers bis zur exakten dreidimensionalen Positionierung – in einer Implantatplanungssoftware virtuell festgelegt werden können [Flügge et al., 2022; Kernen et al., 2020].

Die Integration des Intraoralscans ermöglicht die diagnostische Bildgebung, die Erstellung digitaler Situationsmodelle sowie die Implantatplanung unmittelbar während einer Sitzung. Dies führt zu einer deutlichen Straffung der Behandlungsabläufe und reduziert Inkonsistenzen beim Datentransfer zwischen den einzelnen Prozessschritten. Voraussetzung für einen digitalen Workflow ist der Einsatz leistungsfähiger Softwarelösungen, die eine präzise Registrierung, Überlagerung und Analyse der unterschiedlichen Datensätze gewährleisten [Derksen et al., 2019; Tallarico et al., 2019].

Ein wesentlicher Vorteil des digitalen Workflows liegt in der hochauflösenden dreidimensionalen Visualisierung der Patientensituation. Diese ermöglicht eine detaillierte Betrachtung aus allen Perspektiven und unterstützt sowohl die diagnostische Beurteilung als auch die präzise Planung der Implantatposition. Darüber hinaus erleichtert die digitale Datenerfassung den Informationsaustausch mit dem zahntechnischen Labor erheblich. Die Daten können ohne Qualitätsverlust übermittelt werden und stehen gleichzeitig mehreren Beteiligten an unterschiedlichen Standorten zur Verfügung, was die interdisziplinäre Zusammenarbeit fördert. Gleichzeitig verbessert sich die Kommunikation mit den Patientinnen und Patienten, da die geplanten Behandlungsschritte und die zu erwartenden Ergebnisse visualisiert und verständlich erläutert werden können.

Für die Speicherung und die Weiterverarbeitung der erhobenen Daten kommen unterschiedliche Dateiformate zum Einsatz. Das STL-Format ist der etablierte Standard und beschreibt die Oberflächengeometrie mittels triangulierter Netze, jedoch ohne Farbinformationen. Formate wie PLY oder OBJ erweitern diese Beschreibung um zusätzliche Farbinformationen und ermöglichen so eine realitätsnähere Darstellung der intraoralen Situation.

Neben diesen offenen Formaten existieren zahlreiche Hersteller-spezifische Dateiformate, die häufig nur in geschlossenen Systemen verarbeitet werden können. Dies kann die Interoperabilität zwischen verschiedenen Softwarelösungen einschränken. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass selbst bei identischen Formatbezeichnungen – insbesondere bei PLY und OBJ – unterschiedliche Versionen existieren, die nicht zwangsläufig kompatibel sind, was im praktischen Workflow zu Problemen führen kann.

Die digitale Registrierung, das Matching und die Überlagerung mehrerer intraoraler Scans eröffnen darüber hinaus neue Möglichkeiten für die Analyse und Planung von Behandlungen. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren steht der dreidimensionale Datensatz unmittelbar nach der Erfassung zur Verfügung und kann direkt zur umfassenden Bewertung der klinischen Situation genutzt werden. Dies stellt eine grundlegende Erweiterung des Workflows dar und ermöglicht eine deutlich schnellere Entscheidungsfindung.

Auf Basis dieser digitalen Modelle lassen sich geplante Therapien bereits im Vorfeld simulieren. Insbesondere lässt sich das prothetische Platzangebot für unterschiedliche restaurative Versorgungsoptionen präzise analysieren und mit dem angestrebten Behandlungsergebnis abgleichen. Dadurch wird nicht nur die Planungssicherheit erhöht, sondern auch die Möglichkeit geschaffen, verschiedene Therapieoptionen systematisch zu vergleichen und sie individuell auf die jeweilige Patientensituation abzustimmen.

Die Voraussetzung für die Nutzung von Intraoralscans zur Implantatplanung ist, dass alle notwendigen Schritte des Computer-Aided Design und des Computer-Aided Manufacturing auf deren Basis durchgeführt werden können. Diese Anforderungen werden häufig damit umschrieben, dass hier Situations- beziehungsweise Planungsmodelle angefertigt werden. Zu beachten ist allerdings, dass auch Bohrschablonen auf diesen Modellen gefertigt werden. An Intraoralscans für die Implantatplanung werden jedoch andere Anforderungen gestellt als an Intraoralscans für die restaurative Versorgung von Zähnen beziehungsweise Implantaten.

Die zahlreiche Literatur zur Genauigkeit von Intraoralscans im Vergleich zu konventionellen Abformungen (zumeist mit Alginat) zeigt eine Gleichwertigkeit beider Verfahren. In einer systematischen Übersichtsarbeit und Metaanalyse stellten Kong et al. fest, dass es weder signifikante noch klinisch bedeutsame Unterschiede zwischen der konventionellen Abformung und dem Intraoralscan gab. Die Abweichungen zwischen beiden Verfahren betrugen 90 µm, und deren Wiederholungsgenauigkeit (Präzision) lag jeweils unter 100 µm [Kong et al., 2022].

Aus diesen und vielen weiteren publizierten Daten ergibt sich die Annahme, dass die Genauigkeit von Intraoralscans für die Implantatplanung ausreicht. Der Umweg über konventionelle Abformungen, die Herstellung von Gipsmodellen und deren Digitalisierung wird dadurch nicht ausgeschlossen, ist jedoch nicht erforderlich.

Der Intraoralscan dient in der Implantatplanung auch zur Erfassung der statischen Okklusion. Mit der Erfassung von Ober- und Unterkieferscans wird auch ein Okklusionsscan durchgeführt, so dass beide Kiefer in Okklu­sion gespeichert und in die Implantatplanungssoftware importiert werden können. Das setzt voraus, dass eine ausreichende Anzahl an Zähnen in den Stützzonen vorhanden ist, da ein Okklusionsscan ansonsten nicht ohne weiteres möglich ist oder die Zuordnung durch den Intraoralscanner nicht erfasst werden kann.

Der Import der Okklusionsbeziehungen von Ober- und Unterkiefer in die Implantatplanungssoftware mittels Intraoralscans ist von Bedeutung, wenn die DVT im gesperrten Biss angefertigt wird. Dieses Vorgehen wird empfohlen, um das Matching von Intraoralscans und DVTs, das in der Regel über die Zahnoberflächen erfolgt, zu vereinfachen.

Die Kombination von Intraoralscan und DVT-Daten ermöglicht auf dieser Basis patientenspezifische Bohrschablonen für die geführte Implantatinsertion digital zu entwerfen und anschließend herzustellen. Eine zentrale Voraussetzung hierfür ist die exakte räumliche Zuordnung der Oberflächenmodelle zu den radiologischen Volumendaten. Während die Planung der Implantatposition primär auf den DVT-Daten basiert, erfolgt die Konstruktion der Bohrschablone auf Grundlage der intraoral erfassten Zahn- und Weichgewebsoberflächen.

Bereits geringe Abweichungen bei der Überlagerung dieser Datensätze können zu klinisch relevanten Ungenauigkeiten führen. Daher ist neben der softwaregestützten Registrierung stets eine abschließende kritische Kontrolle durch den Behandler erforderlich, um potenzielle Fehlerquellen zu identifizieren und zu beheben. In diesem Zusammenhang sind auch die Qualität der verwendeten Schnittstellen sowie die Kompatibilität der eingesetzten Technologien von entscheidender Bedeutung.

Primär haben die Intraoralscans und die DVT kein einheitliches Koordinatensystem und müssen im Verlauf der Implantatplanung in einem Koordinatensystem zueinander zugeordnet werden. Dieser Vorgang wird als Matching bezeichnet.

Das Matching von Intraoralscans und DVT-Daten erfolgt häufig anhand der Zahnoberfläche. Die Zahnoberfläche wird sowohl in Intraoralscans als auch in DVT-Daten angezeigt. Flächen auf der Zahnoberfläche werden entweder durch den Behandler beziehungsweise Anwender der Planungssoftware markiert und durch die Software für das Matching verwendet (semiautomatisches Matching) oder ohne vorherige Markierung durch die Software gematcht (automatisches Matching).

Die Darstellung der Zahnoberfläche in der DVT kann durch Bildartefakte beeinträchtigt werden. Je höher die Anzahl der Restaurationen, desto stärker die Ausprägung der Artefakte und die Probleme bei der Erkennung der Zahnoberfläche für das Matching. Neben der Zahnoberfläche können auch Referenzmarker in die Mundhöhle eingebracht werden, die das Matching erleichtern beziehungsweise verbessern sollen. Das Einbringen von Referenzmarkern wird insbesondere empfohlen, wenn in der DVT ausgeprägte Bildartefakte durch ausgedehnte Restaurationen zu erwarten sind.

Die Bedeutung einer korrekten Zuordnung von Intraoralscan und DVT liegt bei der geführten Implantatinsertion auf der Hand. Die Implantatposition wird in der Regel mithilfe der DVT festgelegt. Nach der Festlegung der Implantatposition erfolgt für die weiteren Schritte ein Wechsel zum Intraoralscan. Die Bohrschablone mit der darin enthaltenen Bohrhülse wird auf dem Intraoralscan entworfen und darauf basierend hergestellt. Wenn ein fehlerhaftes Matching zwischen Intraoralscan und DVT zugrunde liegt, wird zwar die Bohrschablone passgenau auf den Zähnen positioniert, die darin kodierte Implantatposition wird jedoch von der Planung abweichen, so wird das Implantat bei Einhaltung des Bohrprotokolls durch die Bohrschablone in falscher Position eingebracht.

Die Daten eines Intraoralscans können als Basis für das Computer-Aided Design (CAD) und die Herstellung von Führungsschablonen in der Implantologie verwendet werden. Für dynamisch navigierte Implantatinsertionen ist die Bedeutung des Intraoralscans für die prothetische Planung sowie für die Durchführung ähnlich zu bewerten wie bei der statisch geführten Implantatinsertion, da die Referenzmarkerstrukturen in Relation zur Patientensituation beziehungsweise dem 3D-Intraoralscan abgeglichen werden.

Die geführte Implantatinsertion bietet gegenüber der konventionellen Freihandtechnik wesentliche Vorteile hinsichtlich Präzision, Sicherheit und Vorhersagbarkeit. Durch die Übertragung der virtuellen Planung in die klinische Situation mithilfe von Bohrschablonen oder der dynamischen Navigation wird die dreidimensionale Position des Implantats kontrolliert. Dies reduziert potenzielle Komplikationen im Hinblick auf die Verletzung vitaler anatomischer Strukturen.

Gleichzeitig ermöglicht die geführte Chirurgie die Umsetzung des prothetisch orientierten Planungskonzepts, wodurch das funktionelle und das ästhetische Ergebnis verbessert werden können. Die Operationszeit kann durch den Einsatz der geführten Technik gegebenenfalls verkürzt und ein minimalinvasiver Zugang gewählt werden. Insgesamt kann die geführte Implantatinsertion damit zu einer höheren Behandlungssicherheit sowie zu einer verbesserten Vorhersagbarkeit der klinischen Ergebnisse führen [Pimkhaokham et al., 2022].

Neben der statisch geführten Implantatinsertion mit Bohrschablonen gewinnen dynamische Navigationssysteme und robotische Assistenzsysteme zunehmend an Bedeutung. Bei der dynamischen Navigation wird die geplante Implantatposition aus der virtuellen Planung in Echtzeit auf die klinische Situation übertragen. Hierbei erfasst ein Tracking-System kontinuierlich die Position von Patient und Bohrer und gleicht sie mit der Planung ab, so dass die Implantatinsertion unter visueller Kontrolle auf dem Bildschirm durchgeführt werden kann.

Robotische Systeme gehen einen Schritt weiter, indem sie die Bohrbewegung entweder führen oder teilautomatisiert ausführen. Voraussetzung für beide Ansätze ist das genaue Matching von Intraoralscans und DVT. Die Intraoralscans spielen eine zentrale Rolle, da sie auch hier die Referenz für die Übertragung der Planung in die klinische Realität bilden.

Wie weit verbreitet ist die Nutzung von Intraoralscannern und digitalem Workflow? Eine Umfrage unter 1.323 Zahnärzten in Deutschland und der Schweiz in den Jahren 2022 bis 2024 hat ergeben, dass 617 (47 Prozent) der Zahnärzte Intraoralscans nutzen. Davon haben wiederum 232 berichtet, dass der verfügbare Intraoralscanner für die virtuelle Implantatplanung genutzt wird [Kernen et al., Manuskript in Bearbeitung]. In einer anderen Umfrage gaben von 667 chirurgisch tätigen Zahnärzten 22 Prozent (146) an, den kompletten digitalen Workflow zu nutzen, sprich: DVT, Intraoralscan und Software zur virtuellen Implantatplanung (CAD) [Kernen et al., 2025].