1 Einführung in die optische Abformung

Die ersten optischen Abformungen gehen auf die 1980er Jahre zurück. Heute ersetzen sie die konventionellen Abformungen, die bestimmte bekannte und anerkannte Grenzen aufweisen, unter anderem das Dehnen der Abformmaterialien, Risse oder Luftblasen, die die Qualität der Abformung gefährden. Hinzu kommen die Bearbeitungszeiten und alle Verarbeitungsschritte nach dem Ausguss, die die Korrekturen im Mund erheblich erhöhen und sogar das Risiko eines Scheiterns der endgültigen Prothese vergrößern.

Seit ihrer Erfindung haben intraorale Scanner und Kameras zahlreiche Weiterentwicklungen erfahren und finden heute ihren Platz in den Zahnarztpraxen, mit Indikationen in der Allgemeinpraxis, aber auch in den verschiedenen Bereichen der Zahnheilkunde.

Definition

Die optische Abformung wird als Projektion eines Lichtsignals auf die Zahnoberflächen definiert. Das reflektierte Signal wird von der Kamera wieder erfasst, wodurch das dreidimensionale 3D-Modell erstellt werden kann.

Die optische Abformung, erstes Glied der digitalen Prozesskette in der Zahnmedizin

Die Erfassung per optischer Abformung umfasst einen ersten Schritt der Datenerfassung, gefolgt von einem Schritt der Datenverarbeitung.

Sie kann erfolgen entweder durch:

• Scannen des Modells im Labor mit einem extraoralen Scanner oder Tischscanner (mit oder ohne Kontakt), der ein aus einer Abformung gewonnenes Gipsmodell oder direkt eine klassische physische Abformung digitalisiert.
• Eine Intraoralkamera direkt im Mund.

2 Arten optischer Abformungen und Aufnahmetechniken

Extraorale Erfassung

Es handelt sich um eine indirekte, automatisierte Technik, die eine Kontrolle der Positionierung, des Abstands, der Geschwindigkeit sowie der Zugänglichkeit von unter sich gehenden Bereichen ermöglicht.

Intraorale Erfassung

Dies ist eine direkte Abformtechnik. Es handelt sich um einen manuellen, also anwenderabhängigen Vorgang, der keine präzise Kontrolle von Abstand, Geschwindigkeit und Zugänglichkeit der unter sich gehenden Bereiche erlaubt.

Die Erfassung der 3D-Bilder durch den Intraoralscanner kann entweder durch die Aufnahme aufeinanderfolgender Einzelbilder erfolgen – deren Hauptnachteil die Aufnahmegeschwindigkeit ist – oder im dynamischen Modus (Videomodus). In diesem Fall ist die Erfassung deutlich schneller (ca. 5 Minuten, um beide Kiefer und die Okklusion zu digitalisieren).

Digitale Verarbeitung der optischen Abformung

Die aus der Erfassung der Zahnoberflächen resultierende Datei stellt den Einstiegspunkt in die zahnmedizinische CAD/CAM-Kette dar. Sie besteht aus einer Darstellung des Modells oder des Kiefers des Patienten in Form einer Punktwolke. Diese rohe Punktwolke ist tatsächlich nicht direkt verwertbar und erfordert einen Verarbeitungsschritt durch eine dedizierte Software, um sie zu optimieren: Registrierung, Neupositionierung, Fusion überlagerter Punkte, Bereinigung und Filterung abweichender Punkte sowie Homogenisierung der Dichten, um die Dateigröße zu reduzieren und die Verarbeitung der virtuellen Daten zu beschleunigen.

Dateien, die am Ende des Erfassungsglieds entstehen

Diese Dateien können in einem proprietären Format vorliegen, das nur von den Konstruktionsprogrammen derselben Marke gelesen werden kann, oder in einem universellen Format. Der Trend geht heute jedoch zur Öffnung der Systeme. Universelle Dateien können tatsächlich von allen Konstruktionsprogrammen gelesen werden.

Die universellen Dateien sind das STL (Standard Tesselation Language bzw. Standard Triangle Language) und das PLY (Polygonal File Format).

Die universelle STL-Datei definiert ein Dreiecksnetz, das ein 3D-Objekt in Schwarzweiß erzeugt, ohne Angaben zu Farbe oder Textur.

Die PLY-Datei besteht aus einer Zusammensetzung von Polygonen, die Informationen wie Transparenz oder Farbe übertragen kann. Allerdings sind noch nicht alle Softwarelösungen in der Lage, dieses Dateiformat zu verarbeiten.

3 Merkmale von Intraoralkameras

Bei der Wahl einer Intraoralkamera sind mehrere Parameter zu berücksichtigen. Die gewählte Technologie bestimmt den Zugang zu bestimmten Funktionen (z. B. kein Einpudern, Farbe, kontinuierliche Aufnahme). Nachstehend die wichtigsten Merkmale von Intraoralkameras.

Ergonomie des Handstücks

Die Ergonomie umfasst die Größe, die Form der Kamera, ihr Gewicht, die Handhabung, die erforderliche Höhe am Aufsatz sowie die Größe des Kopfes.

Hinzu kommt die Balance der Kamera, die ein wesentliches Merkmal ist und optimale Stabilität und Handhabung während der Erfassung gewährleistet.

Ein breiter Kopf ermöglicht ein größeres Erfassungsfeld, kann jedoch den Zugang zu bestimmten, insbesondere posterioren Bereichen erschweren.

Die Brennweite ist definiert als der Abstand zwischen dem Aufsatz der Kamera und den zu erfassenden Oberflächen. Einige Marken verlangen Kontakt mit den Zähnen, während andere einen Abstand von mehr als 10 mm empfehlen, was die optische Abformung im posterioren Bereich, insbesondere disto-vestibulär, heikel macht.

Die gängigste und vertrauteste Handhabung ist der „Stift“-Griff, es gibt jedoch auch Kameras im „Pistolen“-Stil.

Vor Kurzem wurden kabellose Kameras entwickelt, die die Einschränkung des Kabels beseitigen und eine größere Bewegungsfreiheit ermöglichen.

Einpudern

Es dient dazu, die Reflexion des Lichts der zu erfassenden Oberflächen (Schmelz, Füllungsmaterialien, Kronen) zu vereinheitlichen.

Einige Systeme erfordern vor der Abformung ein Einpudern, um die Erfassung der Zahnoberflächen zu erleichtern. Andere empfehlen es.

Powder-free-Intraoralkameras können gelegentlich ein leichtes Einpudern für besonders glänzende Bereiche (metallische Restaurationen) erfordern.

Der Trend geht jedoch zur Erfassung ohne Einpudern.

Aufnahmemodus

Es kann sich um einen Bild- oder Videomodus handeln; der einzige Unterschied besteht in der Aufnahmegeschwindigkeit, die im kontinuierlichen Filmmodus schneller ist.

Dieser Aufnahmemodus erlaubt eine große Bewegungsfreiheit, es muss jedoch ein vom Hersteller vorgegebener Scanpfad eingehalten werden.

Farbe

Die Mehrheit der Systeme ermöglicht heute ein Mastermodell in mehr oder weniger realistischer Farbe. Dies verleiht der 3D-Datei eine Textur, die dem Zahngewebe ähnelt und das Ablesen bestimmter Elemente erleichtern würde, insbesondere komplexer juxtagingivaler Präparationsgrenzen.

Es ist jedoch jederzeit möglich, auf eine monochrome Darstellung umzuschalten, denn letztlich ist es das monochrome Modell, das das eigentliche Arbeitsmodell darstellt – äquivalent zum Gipsmodell – und das es ermöglicht, die Qualität der Abformung zu beurteilen. Die beiden Darstellungsmodi ergänzen sich.

Farbbestimmung

Einige Intraoralscanner können gleichzeitig auch die Farbe der Zähne erfassen und somit dem Behandler bei der Auswahl des Farbtons helfen.

Dateiformat

Früher sprach man von geschlossenen, kontrolliert geöffneten oder offenen Dateien. Heute sind die Systeme zunehmend auf den Export im offenen STL-Format ausgerichtet, sodass mit jeder CAD-Software an den Abformungen gearbeitet werden kann.

Funktionen der Software

Alle Softwarelösungen, die den Kameras der optischen Abformung zugeordnet sind, ermöglichen die Visualisierung des verfügbaren prothetischen Raums und der okklusalen Kontakte.

Kosten

Die Amortisation einer optischen Kamera ist schwer zu beurteilen. Sie umfasst: die Anschaffungskosten der Kamera und der Computereinheit, die Nutzungslizenzen, die Software-Updates und schließlich die Wartungskosten.

Chairside

Einige Systeme bieten eine komplette CAD/CAM-Kette (Erfassung, CAD, CAM) und ermöglichen es dem Behandler, bei Bedarf auf die direkte CAD/CAM-Anwendung umzusteigen.

Skalierbarkeit

Die Anschaffung einer Kamera für die optische Abformung kann auch als erster Schritt hin zu einer Umstellung auf direkte CAD/CAM-Anwendung gesehen werden, denn heute ermöglichen alle Systeme den Export der Dateien im STL-Format. Der Behandler könnte sich mit Material derselben Marke oder eines anderen Herstellers ausstatten.

4 Präzision der optischen Abformung und Begriff der Genauigkeit

Die erste Frage, die uns beim Thema optische Abformung in den Sinn kommt, lautet: Welchen Beitrag leistet sie in Bezug auf Qualität und Präzision im Vergleich zu den konventionellen Techniken, und welche Technik ist in den verschiedenen klinischen Situationen am zuverlässigsten?

Der angemessene Begriff zur Qualifizierung der Qualität oder Präzision einer Abformung ist die Genauigkeit. Sie berücksichtigt zwei Kriterien:

• Die Richtigkeit: die Messung der Abweichung zwischen den tatsächlichen Abmessungen des Objekts und der Messung der Abformung.
• Die Präzision: die Messung der Unterschiede zwischen den Ergebnissen, die aus wiederholten Messungen desselben Objekts mit demselben Abformsystem gewonnen werden.

Fall der Teilkiefer

Zahlreiche Faktoren können die Qualität einer Abformung in der Klinik beeinflussen. Die Bewertung der Qualität einer digitalen Abformung beruht auf der Analyse der marginalen Passung der Prothesen, die aus beiden Abformtypen (digital und konventionell) stammen und über dieselben CAD/CAM-Fertigungsketten hergestellt werden.

Allgemein gilt eine marginale Passung in der Prothetik unter 120 µm als akzeptabel. In-vitro-Studien zeigen, dass die Werte der marginalen Passung keramischer Kronen, die aus optischen Abformungen gewonnen werden, gleichwertig oder sogar besser sind als die aus klassischen Abformungen.

Dies wurde in vivo im Fall von Einzelrestaurationen oder kleinflächigen Restaurationen mit einem Mittelwert der marginalen Passung von 90 µm bestätigt.

Dies gilt auch für Teilrestaurationen vom Typ Inlay/Onlay, deren Werte der marginalen Passung, die mit einer digitalen Abformung erzielt werden, zufriedenstellend sind.

Fall der Gesamtkiefer

Nach den Daten der Literatur ist die derzeitige Referenz die konventionelle Abformung mit Elastomeren, da sie den digitalen Abformungen im Fall des gesamten Kiefers weiterhin signifikant überlegen ist. Es wird auch berichtet, dass die Genauigkeit im Frontzahnbereich besser ist als im Seitenzahnbereich, mit Abweichungen in der horizontalen Ebene und Richtigkeitsfehlern, die bis zu 170 µm betragen können.

Die Phase der digitalen Rekonstruktion, in der die erhaltenen Bilder zusammengefügt werden, um den vollständigen Kiefer nachzubilden, wird von mehreren Autoren als problematisch angeführt.

Es scheint daher die Ansammlung von Fehlern, die während der Aufnahme und der digitalen Bildverarbeitung auftreten, der Ursprung dieser bedeutenden Verformungen zu sein.

Nach Ansicht einiger Autoren könnte man sich daher vorstellen, in Zukunft zuverlässigere Abformungen kompletter Kiefer dank Softwareverbesserungen – und nicht der Kameras – zu erhalten.

Darüber hinaus ist laut anderen Autoren die Anzahl der Präparationen für die Beeinträchtigung der Qualität der digitalen Abformung verantwortlich. Je größer sie ist, desto signifikanter werden die Unterschiede zwischen den optischen Abformsystemen.

Fall der implantatgetragenen Prothesen

Aufgrund fehlender Literatur ist es schwierig, eine abschließende Aussage zur Qualität digitaler Abformungen im Rahmen implantatgetragener festsitzender Prothesen zu treffen. Einige Autoren heben jedoch hervor, dass mehrere Kriterien beachtet werden müssen, um eine Abformung von gleicher oder höherer Qualität als bei einer konventionellen Technik zu erhalten, und dass ein sehr striktes Protokoll angewandt werden muss. Somit wäre die Qualität der Abformung anwender- und erfahrungsabhängig.

5 Klinisches Aufnahmeprotokoll

Sobald die Zähne von Feuchtigkeit (Speichel, Blut) isoliert sind und das Einpudern, falls erforderlich, in einer feinen Schicht und ohne Klumpen erfolgt ist, kann die Erfassung beginnen.

Es müssen die vom Hersteller empfohlene Technik, Dauer, Geschwindigkeit und Scantrajektorie eingehalten werden. Die Bewegung muss flüssig und schnell sein, und man muss sich vor allem schrittweise vom Mund lösen und seine Gestik mit dem koordinieren, was auf dem Bildschirm zu sehen ist.

Die Aufnahme der Präparationen oder des Arbeitsmodells muss in der Hauptachse der Präparation erfolgen, damit sie verwertbar ist und bestimmte Bereiche lesbar wiedergibt. Für eine konventionelle umlaufende Präparation sind diese Bereiche:

• Die gesamte zervikale Präparationsgrenze und die Übergangslinie
• Die zervikale Präparation
• Die Linie, die die präparierte Zahnoberfläche abgrenzt
• Die Papillen und die Kontaktpunkte der Nachbarzähne

Wenn die Präparation „opto-lesbar“ ist und diese Bereiche gut erkennbar sind, werden CAD und CAM optimiert. Andernfalls besteht ein hohes Risiko, beim Einsetzen auf Schwierigkeiten zu stoßen – wegen schlecht verwalteter Kontaktpunkte, unzureichender zervikaler Passung oder Problemen mit Unter- oder Überokklusion.

Die Erfassung erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Schritten:

1. Abformung der Präparationen (Arbeitsmodell)
2. Abformung des Gegenkiefers (Antagonistenmodell)
3. Abformung der okklusalen Beziehungen durch Scannen der vestibulären Fläche des betroffenen Bereichs in Okklusion. Die Software bringt dann die beiden Kiefer automatisch oder manuell in maximale Interkuspidationsposition (MIP).

6 Vorteile und Nachteile

Vorteile

Die optische Abformung ermöglicht es, die Arbeitszeit im Vergleich zu einer konventionellen Abformung zu verkürzen – vor allem beim Scannen eines Sektors – und reduziert den Diskomfort der Patienten, die die klassische Abformung oft als zu unangenehm empfinden.

In bestimmten komplexen Fällen, die mehrere Abformungen erfordern, oder bei Patienten mit hohem Würgereiz-Risiko, kann die Erfassung schrittweise durchgeführt werden, während die Qualität der Abformung erhalten bleibt.

Darüber hinaus ist die optische Abformung einfacher als die konventionelle Abformung, da sie objektiv ist: Sie lässt keinen Raum für Interpretation und Zufall.

Sie ermöglicht tatsächlich eine sofortige Rückkopplung an den Zahnpräparationen, um sie vor dem Versand zu validieren und die Qualität und Lesbarkeit der an das Labor übermittelten Abformungen deutlich zu verbessern.

Zudem ist die klassische chemisch-manuelle Abformung eine langwierige Handhabung, die eine gewisse Technik und Erfahrung erfordert.

Im Gegensatz zur Gipsabformung, die schwer, sperrig, schwer zu lagern, nicht reproduzierbar, zerbrechlich und nicht konservierbar ist, ist die digitale Abformung unveränderlich und konstant, da sie im Laufe der Zeit weder Verschleiß noch Verformung erleidet; sie ist zudem duplizierbar, leicht zu speichern und zu übertragen (digitaler Datenträger, sichere Server).

Daher ist es interessant, auf die digitale Abformung durch intraorale Erfassung umzusteigen. Zudem ist ihre Präzision derjenigen konventioneller Materialien ebenbürtig oder sogar überlegen, insbesondere bei Einzelrestaurationen oder kleinflächigen prothetischen Rehabilitationen.

Schließlich ist die optische Abformung ein hervorragendes Kommunikationswerkzeug – sei es mit den Patienten, um ihnen die durchzuführenden prothetischen Arbeiten zu erklären, oder mit dem Zahntechniker, wobei der Austausch in Echtzeit erfolgt.

Nachteile

Obwohl die digitale Abformung zahlreiche Vorteile bietet, gibt es dennoch Grenzen in ihrer Anwendung, die hauptsächlich mit dem Patienten, dem optischen System und der Software zur Verarbeitung der digitalen Daten zusammenhängen.

Der Speichelfluss kann die Systeme der Intraoralscanner negativ beeinflussen, und die sulkuläre Blutung kann einen Teil der Präparationsgrenzen verdecken.

Die Erfassung der Präparationen wird auch durch eine schlechte Zugänglichkeit der Kamera erschwert, insbesondere im posterioren Bereich, was hauptsächlich auf eine eingeschränkte Mundöffnung, eine zu tiefe Präparationsgrenze und die Bewegungen des Patienten zurückzuführen ist.

Man sagt oft, dass die Kamera nur das aufzeichnet, was sie sieht. Die optische Abformung ist zwar einfacher als die klassische Abformung, aber auch anspruchsvoller.

Die Präparationstechniken müssen an die digitale Abformung angepasst werden, und Techniken zur gingivalen Retraktion werden dringend empfohlen.

Bei der digitalen Erfassung gibt es hauptsächlich zwei Ebenen der Streuung:

• Die Präzision der rohen Punktwolken (insbesondere wenn der Scan des Modells aus einer physischen Abformung stammt) im Verhältnis zum gescannten Objekt.
• Die Verarbeitung der Punktwolken im Verhältnis zur rohen Wolke.

Das Einpudern ist bei bestimmten Systemen und in bestimmten Fällen erforderlich, kann jedoch die Präzision der Erfassung beeinträchtigen, wenn es in einer sehr dicken Schicht aufgetragen wird. Die optimale Schichtdicke liegt zwischen 40 µm und 60 µm. Einige im Wesentlichen puderfreie Kameras empfehlen die Verwendung eines Puderspray, um die Erfassung zu beschleunigen.

In-vitro-Studien, die die digitale Abformung mit der konventionellen Abformung vergleichen, haben gezeigt, dass beide Techniken in Bezug auf Genauigkeit gleichwertig sind. Dagegen haben konventionelle Abformungen den Vorteil, weniger Streuungen zu erzeugen, und vollständige Kiefer sind heute mit einer Intraoralkamera schwer zu erfassen.

7 Wie wählt man seinen Intraoralscanner?

Bei der Wahl eines Intraoralscanners muss sich der Zahnarzt mit seinem Zahntechniker abstimmen, um sich für ein Modell zu entscheiden, das den Erwartungen des Behandlers entspricht, aber mit der Fertigungskette des Labors kompatibel ist. Anschließend ist eine Test- und Lernphase erforderlich, um dieses neue Gerät in den Griff zu bekommen.

Der Behandler kann sich angesichts einer Vielzahl an technischen Daten, die zwischen den Beschreibungen der zahlreichen Hersteller und den neuesten Entwicklungen – kabellose Systeme, Farbtonbestimmung, kompakte Modelle – manchmal schwer zu entschlüsseln sind, verloren fühlen.

Vor der Anschaffung sind folgende Hauptaspekte zu berücksichtigen:

• Die Kosten
• Die Leistung in Bezug auf Genauigkeit
• Die technischen Eigenschaften: Aufnahmegeschwindigkeit und Datenverarbeitungszeit (Algorithmus), Sensorgröße (Anzahl der Pixel und Aufnahmeoberfläche), Brennweite (Schärfentiefe…), Digitalisierung des Modells / der Abformung / des Zahnbogens
• Die Ergonomie des Geräts: Aufnahmedauer, mit oder ohne Einpudern

Im Allgemeinen verfügen Kameras, die den aktuellen Standards entsprechen, über eine Videostream-Aufnahme, Farbdarstellung und sind powder-free.

8 Fazit

Die optische Abformung ist stark im Aufschwung und stellt eine ernstzunehmende Alternative zu den konventionellen Abformtechniken dar.

Sie ist ein zuverlässiges, schnelles und komfortables Erfassungsverfahren, das die Kommunikation mit den Dentallaboren und den Patienten erleichtert, auch wenn die Qualität der Digitalisierung eines vollständigen Kiefers heute noch begrenzt bleibt.

Nachdem sie die Welt der festsitzenden Prothetik erobert hat, hat sie sich auch der herausnehmbaren Prothetik, der Implantologie und der Kieferorthopädie geöffnet und bietet damit vollständige Lösungen für Zahnärzte, die auf die digitale Zahnmedizin umgestiegen sind.