Die Anwendung digitaler Technologien in der Kieferorthopädie ist zwar relativ jung, doch der Aufschwung des Digitalen führt uns unaufhaltsam in eine neue Ära unserer kieferorthopädischen Praxis.

Der digitale Workflow ist heute fester Bestandteil unseres Alltags in der modernen Zahnmedizin.

Diese digitalen Technologien sind auf allen Ebenen präsent, von der Erfassung optischer Abformungen bis zum 3D-Druck mittels Stereolithographie individueller kieferorthopädischer Zahnschienen, über das digitale Set-up hinweg.

Das digitale Set-up ist das perfekte Beispiel für die maximale Nutzung der Möglichkeiten des digitalen Werkzeugs.

1 Historischer Überblick

Die Geschichte begann Ende der 1990er Jahre, als junge amerikanische Ingenieure eine Software entwickelten, die die Virtualisierung der Zahnbögen und individualisierter Zahnbewegungen ermöglicht, um mithilfe von Alignern die Korrektur von Malokklusionen und Zahnfehlstellungen zu ermöglichen.

Das war die Geburtsstunde des digitalen Set-ups, wie wir es heute kennen.

Align Technology mit seinem Aligner-System Invisalign ist das erste Unternehmen, dem es gelungen ist, Geräte auf Basis eines digitalen Set-ups anzufertigen.

2 Definition des digitalen Set-ups

Allgemein ist ein Set-up die Visualisierung einer möglichen posttherapeutischen Situation.

Abbildung 1 / Digitales Set-up

3 Erstellung des Set-ups

Ausgehend von optischen Abformungen, die direkt im Mund erfolgen, gescannten Abformungen oder gescannten Modellen erstellt die Software (z. B. ClinCheck von Invisalign, Approver von Spark) das virtuelle Endmodell entsprechend den Vorgaben des Behandlers.

Die dento-alveolären Einheiten werden einzeln getrennt und anschließend wieder in das digitale Arbeitsmodell integriert.

Sobald Achse, Position, Kontaktpunkte der Zähne sowie die Lage der Gingiva virtuell nachgebildet sind, wird der Behandlungsplan angewendet, und die Bewegungen werden von der Software in eine Videosequenz gesetzt.

Abbildung 2 / Benutzeroberfläche der Software CLINCHECK von Invisalign

Bei Behandlungen mit unsichtbaren Alignern muss diese Phase der Sequenzierung der Bewegungen, die in der Vorschau der Abfolge jeder einzelnen Verschiebung besteht, besondere Aufmerksamkeit erhalten.

Der Behandler erhält eine erste Simulation der Behandlung, an der er alle wünschenswerten Änderungen vornehmen kann.

Er kann so jede Bewegung einzeln, jede therapeutische Etappe oder die Behandlung insgesamt in der Vorschau betrachten.

Die Software erlaubt es, Bewegungen, die sich gegenseitig verstärken, in derselben Etappe zusammenzufassen und antagonistische Bewegungen auf eine spätere Etappe zu verschieben. Dies ist der Fall bei transversaler Expansion und Linguoversion der Schneidezähne, die sehr gut zusammen funktionieren und genau dieselbe Verformung des Aligners erzeugen.

Man muss auch die Geschwindigkeit beobachten, mit der die Zahnbewegungen erfolgen, denn es ist möglich, eine Bewegung durch Behandlungshilfsmittel zu beschleunigen (zum Beispiel durch nächtliches Tragen von Gummibändern oder ganztägiges Tragen).

Die Software ermöglicht es mit bemerkenswerter Präzision, die Bewegungsmenge jedes Zahns in den drei Raumebenen zu visualisieren und die Menge an Schmelzstripping oder proximaler Reduktion zu bestimmen, wenn diese erforderlich ist. Alles mit Möglichkeiten multipler Projekte.

Die Software bietet die Möglichkeit, verschiedene Behandlungsszenarien anzufordern und mehrere Set-ups zu erhalten, um sie zu vergleichen und den am besten zur klinischen Situation passenden Behandlungsplan zu wählen.

Dies unterstützt den Behandler bei seiner Entscheidung, den Fall mit oder ohne therapeutische Extraktion zu behandeln, interproximale Reduktionen durchzuführen…

Sobald die virtuelle Ausrichtung abgeschlossen ist, entscheidet der Behandler über die Anzahl der für die endgültige Korrektur erforderlichen Schritte. Die Zahnbewegungen müssen tatsächlich sehr schrittweise erfolgen, mit einigen Rotationsgraden oder einigen Zehntelmillimetern zwischen jeder Etappe.

Jeder Schritt entspricht einem virtuellen Modell in Form einer STL-Datei, die vom System generiert wird.

Jede digitale Datei wird anschließend mit einem 3D-Drucker ausgedruckt, um als Grundlage für die Herstellung der individuellen thermoverformten Aligner im Prothesenlabor zu dienen.

4 Traditionelles (manuelles) Set-up versus digitales Set-up

Traditionell genügte es, die Zähne des Gipsmodells durch den Labortechniker auszuschneiden und sie in Wachs in einer optimalen Position neu anzuordnen.

Abbildung 3 / Traditionelles Set-up

Diese Simulation ermöglicht die Bewertung potenzieller therapeutischer Ziele wie die Durchführung eines Strippings (interproximale Schmelzreduktion) oder einer therapeutischen Zahnextraktion.

Kesling verwendete 1956 das traditionelle Set-up für die Fertigstellung seiner kieferorthopädischen Behandlungen und anschließend in der Behandlungsplanung und der kieferorthopädischen Diagnostik.

Das digitale Set-up basiert auf denselben Prinzipien wie das manuelle Set-up. Die Trennung der Zähne erfolgt jedoch nach einem sehr präzisen digitalen Verfahren, im Gegensatz zum Ausschneiden des Standardmodells, bei dem die Struktur der Gipszähne verloren geht.

Die Zähne des digitalen Modells werden durch virtuelle Segmentierungstechniken geschnitten. Nehmen wir das Beispiel der Software von 3Shape: Der Segmentierungsprozess beginnt mit der Markierung eines Punktes auf der mesialen und eines Punktes auf der distalen Seite jedes Zahns des virtuellen Modells. Die Markierung kann halbautomatisch erfolgen, in diesem Fall ist jedoch eine manuelle Bestätigung durch den Benutzer erforderlich.

Anschließend zeichnet die Software eine Segmentierungslinie in der gingivalen Höhe, trennt die Zahnkronen vom gingivalen Anteil und definiert die interproximalen Kontakte.

Im digitalen Set-up wird die Form des Zahnbogens individuell mit Software-Tools definiert, während sie im traditionellen Set-up auf einer vorgegebenen Form basiert.

5 Vorteile des digitalen Set-ups

Die Erstellung eines digitalen Set-ups ist weitaus weniger zeitaufwendig als die Erstellung eines manuellen Set-ups.

Das digitale Set-up wird vor einem Bildschirm erstellt. Es ist daher viel flexibler als ein klassisches, in Gips erstelltes Set-up.

Die Änderungen am virtuellen digitalen Modell können unendlich vervielfacht werden. Jede Änderung kann gespeichert werden, im Gegensatz zum manuellen Set-up, bei dem jede Änderung unumkehrbar ist.

Das virtuelle Segmentierungsverfahren der Zähne ermöglicht einen Präzisionsgewinn gegenüber dem Ausschneiden der Gipszähne.

Im digitalen Set-up wird die Form des Zahnbogens individuell und fallspezifisch festgelegt, im Gegensatz zum im Labor erstellten Standard-Set-up.

Das digitale Set-up lässt sich einfach speichern und ermöglicht den Verzicht auf Gipsmodelle mit all ihren Lagerungsproblemen.

Die durchgeführten Zahnbewegungen sind von bemerkenswerter Präzision und lassen sich leicht durch eine Überlagerung der Zähne mit einem unterschiedlichen Farbcode bewerten, der den Vergleich der Ausgangs- und Endposition der Zähne ermöglicht.

Die neueren, ausgereiftesten Softwarelösungen bieten auch die Möglichkeit, das Set-up und die digitale Röntgenaufnahme zu überlagern, indem die virtuellen digitalen Modelle in Form von STL-Dateien und die DICOM-Dateien aus dem DVT oder Cone Beam Computed Tomography kombiniert werden.

Mit dem System Insignia® von Ormco beispielsweise ermöglicht die Kopplung der optischen Abformung mit der Cone-Beam-Aufnahme die Bewertung der Parallelität der Wurzeln, der Knochendicken oder des alveolären Korridors, um sowohl die Kronen als auch die Wurzeln bei den geplanten Zahnbewegungen zu berücksichtigen.

Auch die klassischen Multibracket-Behandlungen mit vestibulären Brackets haben von diesen digitalen Fortschritten profitiert. Ihre Gestaltung kann heute vollständig individualisiert werden, mit personalisierten Informationen in der Bracket-Nut und ebenfalls maßgefertigten kieferorthopädischen Drähten.

Die kontinuierlichen Fortschritte bei den digitalen Technologien haben es ermöglicht, das System seit seiner Entwicklung weiterzuentwickeln, um seine Vorhersagbarkeit und therapeutische Wirksamkeit zu erhöhen.

Es ist nun möglich, die Amplitude der geplanten Bewegungen präzise zu quantifizieren, und dank der Nutzung von Big Data, bei der die Rückmeldungen zu den durch die Aligner erzielten oder nicht erzielten Bewegungen gesammelt und kritisch analysiert werden, werden grenzwertige oder gar unmögliche Bewegungen besser erkannt.

Diese digitale Datennutzung ermöglicht es, das System unter anderem durch Verbesserung der Attachments weiterzuentwickeln und den Anwendungsbereich des Systems zu erweitern.

Dies stellt eine wertvolle Hilfe für den verschreibenden Behandler dar, denn sie ermöglicht es ihm, die Notwendigkeit verschiedener Zusatzmittel zur Erzielung der gewünschten Bewegungen besser zu antizipieren – unter anderem die Wahl der dentalen Attachments als Bewegungshilfe, die Verwendung intermaxillärer Gummizüge, Minischrauben oder kombinierter aufgeklebter kieferorthopädischer Attachments. Sie ermöglicht es ihm auch, die Etappen vorauszusehen, die mit traditionellen kombinierten kieferorthopädischen Behandlungen verknüpft werden könnten.

Abbildung 4 / Beispiel für Bewegungshilfen: Dentale Attachments

Dank des Digitalen ist der Behandler zunehmend Herr über die von ihm geplanten Behandlungen. Er kann verschiedene Set-ups ohne zusätzliche finanzielle Kosten erstellen, visualisieren und ändern. Die gesamte Kette von der Diagnose über das Set-up bis zur Herstellung der Aligner kann teilweise oder sogar vollständig in der Praxis realisiert werden.

Der Behandler ist nicht mehr ausschließlich von dem von seinem Labortechniker vorgesehenen Set-up abhängig, und die Kommunikation mit diesem ist deutlich einfacher und flüssiger.

Das Set-up erleichtert auch die Kommunikation zwischen dem Kieferorthopäden und dem Patienten.
Der Patient kann seine kieferorthopädische Behandlung leicht gemeinsam mit dem Behandler sowie das Endergebnis in der Vorschau betrachten. Dies ist insbesondere im Fall einer eventuell erforderlichen Extraktion interessant. Das Set-up dient als Grundlage, um dem Patienten die Gründe für diese Entscheidung zu erklären und ihm zu helfen, seine Behandlung besser zu akzeptieren.

Darüber hinaus kann man dank dieser digitalen Werkzeuge zur kieferorthopädischen Behandlungsplanung heute die durch die Behandlung geplanten Bewegungen zu einem bestimmten Zeitpunkt virtuell mit der realen kieferorthopädischen Situation vergleichen, was eine objektivere Kontrolle und Bewertung der kieferorthopädischen Fortschritte des Patienten ermöglicht – ganz wie ein digitales Monitoring-System.

6 Die Grenzen des Digitalen in der Kieferorthopädie

Es muss anerkannt werden, dass digitale Set-ups nur virtuelle Werkzeuge sind und daher nicht die Gesamtheit der Umgebungselemente integrieren, die bei der Erstellung des globalen Behandlungsplans zu berücksichtigen sind: wie die dentale Verankerung (bestimmt durch das Verhältnis klinische Krone / klinische Wurzel und den Gesichtstyp), das Verhältnis der Kiefer in der sagittalen und frontalen Ebene, die Lachlinie, die labiale Okklusion …

Das Set-up dient als Werkzeug, um dem Patienten die Schritte seiner Behandlung zu zeigen. Es ist jedoch wichtig, ihm zu erklären, dass sich die Zähne nicht genau so bewegen wie auf einem Computerbildschirm, da sie Teil einer biologischen Einheit sind.

Selbst die präzise Erkennung mehr oder weniger vorhersehbarer kieferorthopädischer Bewegungen schließt nicht die Einhaltung bestimmter biologischer und

biomechanischer Prinzipien aus, die Zahnbewegungen auf alveolärer und muskuloskelettaler Ebene regeln.

Die Vorfertigung kieferorthopädischer Apparate auf Basis digitaler Set-ups, wie etwa unsichtbare Zahnschienen, kann die Reaktionsmöglichkeiten des Behandlers erschweren, wenn er mit unvorhergesehenen klinischen Situationen konfrontiert wird.

7 Fazit

Die digitalen Werkzeuge zur kieferorthopädischen Behandlungsplanung sind Spitzentechnologien, die es dem Behandler ermöglichen, verschiedene Set-ups zu visualisieren, die Bewegungen zu überlagern sowie die digitalen Abformungen und die radiologischen Bilder zu überlagern. Sie ermöglichen auch die Visualisierung des Morphings der Aligner-Serien.

Die Vorhersagbarkeit ist ein großer Vorteil des digitalen Set-ups, denn es ermöglicht die digitale Analyse der Zahnbewegungen mit großer Präzision.

Die Neuausrichtung der Zähne und die kieferorthopädischen Korrekturen müssen jedoch unter Berücksichtigung eines weitaus komplexeren skelettalen und muskulären Systems erfolgen als ein auf einem Bildschirm sichtbares virtuelles digitales Modell.

Aus diesem Grund ist es unerlässlich, dass das Set-up von einem Behandler erstellt wird, der in diesen digitalen Werkzeugen und Techniken geschult ist, denn nur er ist in der Lage zu entscheiden, ob die den Zähnen am Computer virtuell auferlegten Bewegungen auch im Mund umsetzbar sind, unter Berücksichtigung der parodontalen und okklusalen Bedingungen sowie des verwendeten Geräts…

Diese kieferorthopädischen Softwarewerkzeuge entwickeln sich täglich weiter und richten sich zunehmend in die Zukunft aus, insbesondere mit der Nutzung von Big Data und dem Einzug der Künstlichen Intelligenz in die Welt der Zahnmedizin.