Persönliche PDF-Datei für K.-F. Krey, F. Orlob, S. Gorynia, R. Kühnert

Mit den besten Grüßen vom Georg Thieme Verlag www.thieme.de

Digitale Kieferorthopädie

DOI 10.1055/s-0033-1358207 Zahnmedizin up2date 2015; 9: 537–560

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Verlag und Copyright: © 2016 by Georg Thieme Verlag KG Rüdigerstraße 14 70469 Stuttgart ISSN 1865-0457

Nachdruck nur mit Genehmigung des Verlags Kieferorthopädie 537

Digitale Kieferorthopädie Karl-Friedrich Krey, Frank Orlob, Susanne Gorynia, Rolf Kühnert

Übersicht

Einführung 537 Stärken und Schwächen: Grundlagen der digitalen 2-D konventionell versus Daten- und 3-D‑Bildverarbeitung 539 3-D digital? 553 Der digitale Workflow in der Datenmanagement 554 Kieferorthopädie – schon heute Was bringt die Zukunft? 555 Realität? 539 Fazit 555

In der gesamten Zahnmedizin sind in den letzten Praxis Realität. So sind CAD/CAM‑Verfahren heute Jahren Veränderungen durch die immer stärkere fester Bestandteil der restaurativen Zahnmedizin. Durchdringung digitaler Verfahren zu spüren. Neben etablierten Methoden wie der CAD/CAM‑gestützten In der Kieferorthopädie konzentrierten sich anfäng- Herstellung (CAD: Computer Aided Design; CAM: liche Bemühungen auf die Digitalisierung von Gebiss- Computer Aided Manufacturing) von Zahnersatz in modellen und deren Vermessung, erst später hielten Form von Kronen und Brücken, Chairside oder im La- komplexe Behandlungsverfahren Einzug (Invisalign bor, oder der instrumentellen Funktionsanalyse rückt 1998, Incognito 1999). Aufgrund der hohen Anforde- nun die Verbindung dieser Elemente im Sinne einer rungen an die Technik wurden diese jedoch weit- „Smart Dentistry“ in den Vordergrund. Mit den neuen gehend von Dienstleistern erbracht, die den komplet- Verfahren halten auch neue Materialien Einzug in die ten Workflow – ausgehend vom 3-D‑Scan von Praxis. Ebenso wird das Berufsbild des Zahntechnikers konventionellen Gipsmodellen bzw. Silikonabformun- in absehbarer Zukunft einem dramatischen Wandel gen der Kiefer bis zur Lieferung der fertigen Behand- unterliegen. lungsapparatur – abdeckten. Vor allem hohe Anschaf- fungskosten verhinderten eine weite Verbreitung dafür notwendiger Geräte und komplexer Softwareprodukte (Modellscanner, komplexe Planungssoftware, CAM- Einführung Maschinen, 3-D‑Drucker) in der Praxis.

Von ersten holografischen Modellen in der Kiefer- Auf diesem Gebiet haben sich in der jüngsten Vergan- Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung orthopädie vor nun 25 Jahren [1] bis zum komplexen genheit aber erhebliche Veränderungen ergeben. So digitalen Abbild der Patientensituation liegt eine lange sind Modellscanner mit attraktiven Preisen und ver- Zeitperiode der Entwicklung. Die digitalen Technolo- besserter Bedienbarkeit, Intraoralscanner und weiter- gien in der Medizin haben nach bescheidenen Anfän- entwickelte Softwarewerkzeuge dabei, ein breiteres gen eher experimentellen Charakters in den letzten Marktsegment zu erobern. Dies wird in den kommen- Jahren fast alle Anwendungsfelder durchdrungen. Auch den Jahren auch für Fertigungstechnologien wie Fräsen in der Zahnmedizin ist eine vernetzte digitale Infra- und 3-D‑Drucken in der Kieferorthopädie nicht nur für struktur von der Diagnostik bis zur Therapie in der die Praxen gelten, sondern auch die Arbeit in zahn- technischen Laboratorien grundlegend verändern [2].

Zahnmedizin up2date 6 Œ2015 Œ537– 560 ŒDOI http://dx.doi.org/10.1055/s-0033-1358207 538 Digitale Kieferorthopädie

Dabei sind eine Vielzahl einzelner Geräte und Funktio- Im vorliegenden Übersichtsartikel soll auf die Grund- nen zu vernetzen. Diese Verbindung der vorliegenden lagen verschiedener Bausteine der CAD/CAM‑Tech- Befunde zu einem virtuellen Abbild der Patienten- nologie und eines möglichen digitalen Workflows in situation, deren Auswertung und die darauf aufbauen- der kieferorthopädischen Praxis eingegangen werden. de Therapieplanung und Realisierung werden die Neben diesen Aspekten werden Fragen der verschiede- größten Herausforderungen in dieser Entwicklung nen Datenformate, der sicheren Langzeitspeicherung sein. und des Datenschutzes erörtert.

Tabelle 1

Die wichtigsten Dateiformate der 3-D‑Welt im Überblick.

Format Name Erklärung Offenes Format

*.ply Polygon File Format n entwickelt von Greg Turk (Stanford) als Format ja für 3-D‑Scanner n Daten als Liste flacher Polygone inkl. Eigenschaften wie Farbe, Transparenz n ASCII oder Binary

*.obj Object Format n entwickelt von Wavefront Technologies ja n speichert Vertices (Ecke eines Polygons) und Texturen

*.stl Stereo Lithografie/Standard n maßgeblich für CAD‑Anwendungen entwickelt ja Tessellation Language n beschreibt Oberflächengeometrie ohne Farbe oder Texturen n ASCII oder Binary

*.dxf Drawing Interchange n entwickelt von Fa. Autodesk nein File Format n Informationen als Objekte (Linien, Polygone, Kreise etc.) gespeichert n ASCII oder Binary

*.wrl Virtual Reality Modeling n HTML‑Erweiterung ja Language (VRML) n hierarchische Auflistung von Objekten (Quader, Zylinder, Kugel etc.) und eigenen Ableitungen dieser Objekte

*.3ds Autodesk 3D Studio n hierarchische Blöcke von Polygonen nein n Informationen zu Texturen und Materialien

*.nc Gerber-Code n entwickelt am MIT (1950er-Jahre) zur Ansteuerung ja (g-Code, RS-274) von CNC‑Maschinen n Informationen zu Werkzeug, Bewegung Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung n heute für Ansteuerung von 3-D‑Druckern

*.dcm Digital Imaging and n zur Kommunikation kompatibler Geräte ja Communications n Bildinformationen und Patienteninformationen, aber in Medicine (DICOM) auch andere Medien (z. B. EKG‑Aufzeichnungen) n kein 3-D‑Dateiformat im strengeren Sinne

ASCII: American Standard Code for Information Interchange; CNC: Computerized Numerical Control; HTML: Hypertext Markup Language; MIT: Massachusetts Institute of Technology

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Grundlagen der digitalen Modelltyp Dimensionen Beispiel Daten- und 3-D‑Bildverarbeitung der Elemente Eckenmodell 0-D (Punkt) Neben den alphanumerischen Daten (Patientenname, Geburtsdatum, Behandlungsdokumentation, Plan- erstellung etc.), die auch die Anamnese und klinische Kantenmodell 1-D (Linie) Befunde einschließen und im klinischen Informations- system (KIS, „Abrechnungssoftware“) der Praxis ab- gelegt sind, ergeben sich eine Reihe zwei- und drei- dimensionaler Bilddaten sowie numerische Daten aus Flächenmodell 2-D (Fläche) z.B. Bewegungsaufzeichnungen.

Ziel der digitalen Repräsentation von Objekten, in die- sem Falle Gebiss, Schädel etc., ist die ausreichend ge- Körpermodell 3-D (Volumen) naue, dimensionstreue, dreidimensionale Abbildung. (Volumenmodell) Mit Modellierungsverfahren werden diese Objekte nach verschiedenen Verfahren (Scan, Konstruktion) erzeugt. Grundsätzlich sind zu unterscheiden (Abb. 1): Abb. 1 Übersicht der verschiedenen Modelltypen für CAD‑Konstruktionen. n Kanten- oder Drahtmodelle n Flächenmodelle (z.B. Non-Uniform Rational B‑Spline – NURBS) n Volumenmodelle Der digitale Workflow in n Körpermodelle der Kieferorthopädie – n parametrisches Modell n parametrisches Modell mit Konstruktionshistorie schon heute Realität?

Für unsere Zwecke sind sowohl Kantenmodelle Die kieferorthopädische Diagnostik umfasst klassi- (3-D‑Scan des Gesichts) bis hin zu parametrischen scherweise neben der Anamnese eine klinische Unter- Modellen (CAD‑Daten eines Brackets) anzuwenden. suchung, ggf. ergänzt um eine Funktionsanalyse und Körpermodelle vereinen Volumenmodelle mit nicht die Erhebung paraklinischer Befunde. Dazu zählen geometrischen Informationen und bieten interessante Modelle des Gebisses in habitueller Okklusion, extra- Möglichkeiten bis hin zu physikalischen Simulationen. orale Fotos in der Norma lateralis und en face, Ortho- Insgesamt gibt es für dreidimensionale Daten mehr pantomogramm, Fernröntgenseitbild und weitere als 20 Dateiformate, einige proprietär (ausgewählte Befunde (z.B. digitale Volumentomografie [DVT], Kon- Formate s.Tab. 1). dylografie). Die ausgewerteten und dokumentierten Befunde bilden die Grundlage der Diagnosestellung Durch Manipulation der xyz-Koordinaten der Knoten- und Therapieplanung. Im Sinne einer fortlaufenden punkte von Flächenmodellen können diese skaliert, Diagnostik werden Teile dieser Befunde mehrfach im rotiert und translatiert werden. Ebenso können Grup- Laufe der Behandlung erhoben. Die digitale Diagnostik pen von Knotenpunkten (Vertizes)/Flächen (Faces) unterscheidet sich in den verwendeten Informationen kopiert und mit logischen Operationen verschiedene nicht von der konventionellen, bringt aber einige Be- Flächenmodelle kombiniert werden. Mit diesen grund- sonderheiten mit sich. legenden Operationen ist eine umfassende Gestaltung Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung und Vermessung im dreidimensionalen Raum möglich Soll nun ein digitaler Workflow etabliert werden (Links zu Software und Beispieldateien für eigene (Abb. 2), sind all diese Aspekte abzubilden. Zum gegen- Experimente s.Tab. 7). wärtigen Zeitpunkt sind für viele der angeführten Auf- gaben einzelne Softwarekomponenten verantwortlich. Um einen vollständigen digitalen Workflow zu etablie- ren, wäre eine vollständige und automatisierte Kom- munikation aller Komponenten notwendig.

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 540 Digitale Kieferorthopädie

Abb. 2 Einzelschritte im Workflow der virtuellen Planung kieferorthopädischer Behandlungen am Beispiel der Multibandtherapie.

Da einige Bausteine des digitalen Workflows kosten- aber auch weitgehende Einflussmöglichkeiten oder intensiv sind, erst eine hohe Auslastung von z.B. Gerä- geben das digitale Set-up direkt in die Hände des Be- ten zum selektiven Lasersintern (SLS) Rentabilität er- handlers. laubt und Prozesse wie das Set-up einer Zielokklusion arbeitsintensiv sind, werden von einer Reihe kommer- zieller Anbieter Teilabläufe als Dienstleistung angebo- Bausteine und Interaktion ten (s.Tab. 5). Der Umfang der Dienstleistungen ist variabel. Dies betrifft die Verwaltung und Speicherung Patientenmanagement und Abrechnung werden über von Intraoralscans bis zu der kompletten Planung der das klinische Informationsmanagement-System (KIS) Behandlung hin zur Zielokklusion und Lieferung aller abgebildet. Über entsprechende Schnittstellen (VDDS) Komponenten [3]. Die Einflussmöglichkeiten auf die- können die Stammdaten an die spezifische kiefer- sen Prozess sind von Anbieter zu Anbieter unter- orthopädische Diagnostik und Therapieplanungssoft- schiedlich. ware übergeben werden. Die Dokumentation der The- rapie erfolgt idealerweise ebenfalls in diesem System. Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Die Präzision und klinische Eignung vieler dieser Sys- Eine Übergabe von Befunden ist hierbei meist nicht teme konnte nachgewiesen werden [4,5]. Auch für vorgesehen. Aligner-basierte Systeme konnte eine gute klinische Eignung beschrieben werden [6], deren digitale Pro- Auch Anamnese und klinischer Befund sind zu doku- zesskette ähnlich organisiert ist. Der Einfluss des Be- mentieren. Eine direkte elektronische Erfassung ist handlers auf die Zielokklusion ist teilweise limitiert bisher problematisch, da eine elektronische Signatur (s.Tab. 5) und die gnathologischen Prinzipien, nach de- notwendig wäre, die einer Unterschrift des Patienten nen das Set-up ausgeführt wurde, werden selten klar äquivalent ist. kommuniziert. Einige Systeme lassen dem Behandler

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KIS klinisches Informationssystem VDDS (Dokumentation, Abrechnung, *.xml Anamnes e, klinischer Befund z.B. DampSoft)

Röntgen (z.B. SIDEXIS) ? VDDS *.jpg digitale Kamera

*.stl Diagnostik und Therapie- *.stl Modellscanner/Intraoralscanner planungssystem KFO 3-D-Gesichtsscanner (z.B. OnyxCeph) *.stl *.stl/*.nc spezifische Informationen 3-D-Drucker (z.B. Bracketbibliotheken) *.csv

Biegemaschine

Abb. 3 Beispielhafte Interaktion und Schnittstellen verschiedener Softwaremodule in der Kieferorthopädie.

2-D‑Bilddaten lassen sich über entsprechende Schnitt- Merke: Bei der Herstellung von virtuellen Modellen stellen aus den Röntgenverwaltungsprogrammen durch den Scan von Abformungen sind allerdings (z.B. Sidexis) oder einer digitalen Kamera importieren die technisch bedingten Limitationen durch unter (Abb. 3). Da aber keine einheitlichen Standards defi- sich gehende Stellen in Relation zur Triangulation niert wurden, sind bisher individuelle Lösungen nötig. zu beachten. Eine technische Lösung ohne erheb- lichen konstruktiven Mehraufwand scheint dabei Für die Integration von 3-D‑Daten sind geeignete offe- kaum möglich. ne Formate eine Voraussetzung (Tab. 1), eine standar- disierte Schnittstelle zur Übergabe dieser Daten ist Die durch einen intraoralen Scan (Tab. 2) gewonnenen nicht etabliert. Das in der Medizin vielfach verwendete virtuellen Modelle scheinen die Voraussetzungen für DICOM‑Format ist für Flächenmodelle nur bedingt ge- die Kieferorthopädie zu erfüllen [10,11]. Es ist in der eignet. Für im offenen *.stl-Format vorliegende Daten Praxis aber mit einem im Einzelfall deutlich höheren ist die Übernahme unproblematisch. Texturinforma- Zeitaufwand zu rechnen [12], wobei der Scanvorgang tionen werden als separate Bilddatei mit übergeben. für den Patienten nicht unangenehm ist. Einschrän- Datensätze aus DVT‑Systemen sind aufgrund der un- kend ist jedoch zu beachten, dass die für die kiefer- terschiedlichen Struktur (Voxeldatensatz, Volumen- orthopädische Diagnostik wichtigen Kriterien wie die modell) nicht ohne Verluste an Informationen in ein apikale Basis oder die Form des Gaumengewölbes mit flächenmodellbasiertes System zu übernehmen. Bisher der Raphe palatina mediana außerordentlich schwer ebenso nicht vollständig gelöst ist die Integration nicht erfassbar sind. Neuere Entwicklungen auf diesem Feld bildbasierter Informationen wie Aufzeichnungen einer scheinen aber auch den Scan dieser schwierigen Re- Kondylografie oder Elektromyografie. gionen zu verbessern (Abb. 4).

Eine Überführung von digitalen, dreidimensionalen Besonderheiten der messenden Diagnostik Modellen in haptische Modelle ist mittels RP‑Verfahren mit Computerunterstützung (RP: Rapid Prototyping) mit ausreichender Präzision möglich [13,14]. n Diagnostik mit virtuellen Modellen Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Die Rekonstruktion von Modellen aus DVT‑Datensät- Die Verwendung digitalisierter Modelle auf der Grund- zen ist grundsätzlich möglich, aber stark von der Auf- lage des Scans eines Gipsmodells zur dreidimensiona- lösung (Voxelgröße) abhängig und noch in der Ent- len Diagnostik in der Kieferorthopädie ist seit einigen wicklung [15]. Hier könnten aktuelle Entwicklungen zu Jahren gebräuchlich und wissenschaftlich gut unter- strukturadaptierten Signalrekonstruktionsverfahren sucht. Messungen sind ebenso akkurat und repro- auf der Grundlage nicht regulärer Volumenelemente duzierbar wie am Gipsmodell [7,8]. Die Zuordnung von künftig zu deutlichen Verbesserungen führen. Ober- zu Unterkiefer mittels Vestibulärscan bietet auch eine ausreichende Genauigkeit [9].

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Tabelle 2

Marktübersicht intraoraler Scanner mit wesentlichen Merkmalen.

Name Hersteller Varianten (Pod1,Cart2) Schnittstellen Zeit (Kiefer) Auflösung Puder

TRIOS Ortho 3Shape Pod und Cart möglich je nach Vertriebspartner 3 min keine Angaben nein

Lythos Ormco feste Arbeitsstation tragbar offen 5 min 30 μm nein

iTero Cadent/Align Cart offen 5–10 min keine Angabe nein Technology

True Definition 3M Cart offen < 8 min –/15 μm ja

Ora Scanner OraMetrix keine Angabe offen 5–10 min 15–50 μm ja

CEREC Blue Cam Sirona Cart eingeschränkt geöffnet keine Angabe –/34 μm ja (via OPEN‑inLab-Schnitt- stelle), direkte Anbindung an Chairside-System

CEREC Omnicam Sirona Cart eingeschränkt geöffnet keine Angabe keine Angabe nein (via OPEN‑inLab-Schnitt- stelle), direkte Anbindung an Chairside-System

IntraScan Zfx keine Angabe offen 15 min –/40– 50 μm nein

PlanScan Scanner Planmeca/E4D keine Angabe offen 60–70 s –/< 25 μm nein

IOS Fast Scan IOS 3D keine Angabe offen 5 min 70 μm/– nein

Lava C.O.S. 3 M ESPE Cart eingeschränkt geöffnet keine Angabe keine Angabe ja

CS 3500 Carestream DENTAL Pod offen, direkte Anbindung keine Angabe keine Angabe nein an Chairside-System

APOLLO DI Sirona Cart offen keine Angabe keine Angabe ja

1 Handstück mit USB‑Anschluss, 2 feste Arbeitsstation

Merke: Es ist allerdings zu bedenken, dass nach n 3-D‑Gesichtsscan statt Foto der Stellungnahme der Deutschen Gesellschaft für Kieferorthopädie e.V. (DGKFO) (2008) eine Die Erfassung der Oberfläche des Gesichts ist sowohl Volumentomografie keine Routinediagnostik in der mit Laserscannern als auch mittels Streifenlichtprojek- Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Kieferorthopädie darstellt. Die Verwendung von tion (Tab. 3) möglich. Letztere haben sich aufgrund der DVT‑Daten zur Diagnostik sollte bei strenger Indi- schnelleren Aufnahmezeiten und der Vermeidung von kationsstellung auf wenige Anwendungsbereiche Laserlicht durchgesetzt. Die Genauigkeit der Erfassung beschränkt sein [16] und wird in diesem Zusam- von Strukturen und Messpunkten ist unterschiedlich menhang nicht weitergehend erläutert. (von < 1 mm bis 1,5 mm) [17], für die klinische Diag- nostik jedoch ausreichend genau.

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Abb. 4a– c Intraoralscan (Lythos, SDS Ormco Corp., Orange, CA/USA) eines Patienten mit daraus rekonstruiertem Modell in OnyxCeph3 mit virtuellem Sockel.

Tabelle 3

3-D‑Scanverfahren, kurz erklärt.

Verfahren Beschreibung Genauigkeit

Streifenlicht (Photogrammetrie) Bildung eines Dreiecks aus Projektor und 2 Kameras, Berechnung der Oberflächen- max. 0,01 mm struktur in 3-D anhand der Verformung einer Projektion, Kombination verschiedener Verfahren (Triangulationsverfahren, Lichtschnittverfahren, codierter Lichtsatz, Phasenshiftverfahren) zur Erhöhung der Genauigkeit

Laserscan Abtastung des Objekts in Zeilen mit Laser, xyz-Koordinaten für Punktwolke aus 0,3 –0,01 mm Laufzeitdifferenz oder Verformung einer Laserlinie ( Streifenlicht)

direkte Abtastung Erfassung von Oberflächenpunkten (xyz-Koordinaten) durch (passiven) Roboterarm 0,05 mm in 5 Achsen (Drehsensoren), z. B. Microscribe 3DX, nur Einzelpunkte als xyz-Koordinaten

CT‑Scan dreidimensionale CT mit hochauflösender Industrie-CT, nur in industrieller Anwendung theoretisch bis 0,5 μm

Aufzeichnung im Magnetfeld Bestimmung der Lage des Digitizers relativ im Raum durch Interaktion zweier 0,01 mm im Nahbereich Magnetfelder, Abtastrate 60 Hz, nur Einzelpunkte als xyz-Koordinaten

Bei den Geräten (Tab. 4) unterscheiden wir diejenigen, sich durch die volumetrische Überlagerung und damit die mit einer Aufnahme das gesamte Gesicht abbilden, Quantifizierung von Veränderungen. von denen, die mehrere Einzelscans fusionieren Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung (Abb. 5). Das Zusammensetzen mehrerer Einzelscans ist zwar ein Mehraufwand, aber diese Scanner sind Digitale Therapieplanung wesentlich kompakter und wahrscheinlich für die kie- ferorthopädische Diagnostik ausreichend. Allerdings Während räumlich bildgebende Verfahren (Oberflä- führt die Einbeziehung der dritten Dimension zur stär- chenscanverfahren, Volumenscanverfahren) über die keren Sichtbarwerdung von Asymmetrien. Diese sind Aufzeichnung der Verteilung von Signalintensitäten vor mit klassischen Analysen unmittelbar nur schwer er- allem geometrische Informationen über die untersuch- fassbar und lassen die Komplexität dreidimensionaler te Region liefern, obliegt es geeigneter Bildverarbei- Analysen wachsen. Völlig neue Möglichkeiten ergeben tungssoftware, daraus behandlungsrelevante Aussagen

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Tabelle 4

Martkübersicht einiger 3-D‑Scanner zur Aufnahme von Gesichtsoberflächen.

Name Hersteller Internetseite Funktion Zeit Größe Schnittstellen

Face Hunter ZirkonZahn http://www. n arbeitet auf Basis der Physiognomie, 0,3 s Scan- 31,3 (H) × 9,8 Export als *.obj zirkonzahn.com/ was eine achsenbezogene Positionie- geschwindigkeit (B) × 25,1 cm (T) mit Textur de/produkte rung der Gesichtsscandaten mit den Modellen im virtuellen Artikulator ermöglicht n Farbscan n Kombination mit CAD/CAM‑Software möglich n Auflösung 1600 × 1200

3 dMDface 3 dMD http://www. n erfasst das Gesicht um 180° ̃0,0015 s Scan- geringer Platzbedarf, *.stl/*.obj System 3dmd.com (Ohr zu Ohr) geschwindigkeit Wandmontage möglich n ideal für Kinder n nicht invasives bildgebendes Verfah- ren zur hochgenauen anatomischen Dokumentation n unterstützt chirurgische Behand- lungsplanung und dient zur Verlaufs- kontrolle während der Behandlung

FaceSCAN3D 3D‑Shape http://www. n Vermessung des kompletten Gesichts 0,8 s Scan- 3000 × 900 × 2000 mm3 *.stl/*.obj 3d-shape.com/ von Ohr zu Ohr (> 180°) durch eine geschwindigkeit produkte/face_d.php Spiegelanordnung n Scan von Gesichtern zur Diagnose und Verlaufskontrolle vor und nach Mund-Kiefer-Gesichtsoperationen n kephalometrische Analyse der Weichgewebsoberfläche n Analyse von Schwellungen und Asymmetrien

GALILEOS Sirona http://www. n GALILEOS ComfortPlus kann optional 14 s Aufnahme- 225 (H) × 160 (B) × – ComfortPlus paveas-dental.de/ mit dem integrierten 3-D‑Gesichts- dauer, 2– 5s 160 (T) cm 3D‑Röntgen- de/aktionen/ scanner ausgerüstet werden effektive Belich- system aktionen/Galileos- n verfügt über DVT, OPG, verschiedene tungszeit ComfortPlus.php Schnitte (axial, koronal, sagittal), Detailrekonstruktionen

priti mirror pritidenta http://www. n ermöglicht die fotorealistische 0,25 s 36 (H) × 12,5 (B) × Export als *.obj GmbH pritidenta.com/ 3-D‑Erfassung der Physiognomie 24 (T) cm mit Textur cms/index.php? und der Mimik des Patienten s=m_content&id= n Erfassung von Geometrie und Farbe 20&lang=de n mit der Software priti imaging können digitale Gesichts- und

Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Zahnmodelle miteinander verknüpft werden n Auflösung 656 × 494 Pixel

OPG: Orthopantomografie

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und Schlussfolgerungen abzuleiten, die im diagnosti- ximalflächen nur selten und Wurzeloberflächen prin- schen und therapeutischen Workflow verwendet wer- zipiell nicht erfassen können, muss in den meisten Fäl- den können. len auch der Verfahrensteilschritt der Komplettierung vorausgesetzt werden (Abb. 7). Dabei spielen manuelle, interaktive oder auch auto- matisch arbeitende geometriebasierte Diskretisie- rungs- und Segmentierungsalgorithmen im Preproces- sing von konkreten Analyse- und Planungsschritten eine wichtige Rolle, z.B. um dentale, skelettale und Weichteiloberflächen gegenseitig abzugrenzen, zu re- konstruieren und erforderlichenfalls auf der Grundlage geeigneter empirischer Modelle zu ergänzen. In diesem Verfahrensschritt können, wenn verfügbar, Datensätze von zusätzlichen Bildquellen einbezogen werden – z.B. lässt sich die in DVT‑Aufnahmen abgebildete Wurzel- geometrie bei Verwendung geeigneter Registriertech- niken für die Visualisierung, Vermessung oder auch realitätsnahe Rekonstruktion kompletter Einzelzahn- objekte in Relation zum Modellscan verwenden (Abb. 6).

Für das Erstellen eines diagnostischen oder therapeu- tischen Set-ups werden i.d.R. separate Scans vom Ober- und Unterkieferzahnbogen einschließlich Gaumengewölbe und apikaler Basis in einer für die Weiterverarbeitung geeigneten okklusalen Relation vorausgesetzt, wobei der skelettale Bezug in der Aus- richtung im Planungskoordinatensystem hinterlegt sein sollte. Je nach Art und Umfang der zu simulieren- ‑ den Zahn- und Kieferbewegungen müssen daraus mit Abb. 5 Ansicht eines 3-D Oberflächenscans des Gesichts (*.stl mit zusätzlicher Texturinfor- mation) bei der Auswertung in OnyxCeph3 (Image Instruments, Chemnitz GmbH). Artefakte geeigneten Verarbeitungsalgorithmen wenigstens die an den Rändern sind vorhanden und im Zuge der Nachbearbeitung zu entfernen. Die kurzen umzustellenden Zähne als eigenständige 3-D‑Objekte Aufnahmezeiten von 0,3 s erlauben auch die Aufnahme von etwas unruhigen Kindern (Face segmentiert werden. Da Oberflächenscans Appro- Hunter, ZirkonZahn GmbH, Pustertal, Südtirol/Italien). Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

Abb. 6 Kombination von DVT‑Datensatz und Modellscan im Verfahrensschritt der Segmentierung.

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 546 Digitale Kieferorthopädie

risch bestimmten Randbedingungen und Grenzwerten für einzelne Komponenten der Zahnbewegung in eine realistische Planung einzubeziehen. (Dies steht nicht im Widerspruch zu Modellrechnungen, bei denen un- ter Verwendung kontinuumsmechanischer Ansätze versucht wird, durch die Auswertung von Kräftebilan- zen generelle Aussagen zur skelettalen Verankerung von Zähnen im Kiefer unter der Einwirkung von Be- handlungsapparaturen zu formulieren.)

Merke: Ähnlich wie beim manuell erstellten Set-up beschreibt also auch die digitale Umsetzung des Planungsvorgangs ausschließlich die an funktio- nellen und ästhetischen Kriterien ausgerichtete Zielsituation, während die Erreichbarkeit und Sta- bilität dieser Zielsituation vom Behandler oder Techniker anhand von erfahrungsbasierten Vor- Abb. 7 Rekonstruktion virtueller Zahnobjekte im Verfahrensteil- gaben abgesichert werden muss. schritt „Komplettieren“. Der wesentliche Vorteil der virtuellen Umsetzung (Abb. 8) besteht neben der Einsparung zeitaufwendiger Optional können axiografisch ermittelte Angaben zu Laborarbeitsschritte vor allem in der Reversibilität und Kiefergelenkslage und Gelenksbahnverlauf in die der Möglichkeit der numerischen Überwachung von Planung des Behandlungsziels einfließen. Von dem Planungsschritten – speziell bei Maßnahmen zum Aus- im Behandlungsablauf unter der zeitlich variablen gleich von Platzdiskrepanzen im Zahnbogen (appro- Kraftwirkung von (Behandlungs-)Apparaturen statt- ximale Schmelzreduktion [ASR], Protrusion, Extrak- findenden realen Zahnumstellungsvorgang kann eine tion, Änderung der vertikalen Bogenausformung) Zielplanungssoftware auch auf der Basis solch umfang- sowie bei Maßnahmen zur Einstellung von Okklusion reicher 3-D‑Daten i.d.R. jedoch nur das an geometri- und Kiefergelenkslage. Noch deutlicher kommen die schen Vorgaben optimierte individuelle Behandlungs- Vorteile der digitalen Set-up-Erstellung bei Verwen- ziel abbilden. dung von Intraoralscans zum Tragen.

Eine Berücksichtigung der individuellen, lokal unter- Ob die Planung der Zielsituation dabei in einem Schritt schiedlichen skelettalen Verankerungskräfte kann im wie bei der Aligner-Therapie, anhand von inkrementell Rahmen solcher numerischen Ansätze nicht erfolgen, aufeinander aufbauenden oder anhand von zusätz- da die hierfür benötigten konkreten biomechanischen lichen Scans angepassten Zwischensituationen erfolgt, und rheologischen Angaben nicht bekannt sind. Viel- macht prinzipiell keinen Unterschied. mehr wird versucht, diese durch Vorgabe von empi- Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

Abb. 8 Beispiel der virtuellen Umstellung des Oberkieferzahnbogens mit Protokollierung aller Zahnbewegungskomponenten sowie mesialer/distaler ASR.

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 547

Abb. 9 Virtuelle Positionierung lingualer Brackets. a Individualisierung in Basis und Bogen. b Rücktransformation zur Behandlungssituation.

Abb. 10 Varianten von indirekten und direkten Verfahren zur Übertragung der virtuell geplanten Bracketpositionen.

Zusätzlich bietet die systematische Analyse großer tuellen Brackets (Abb. 9) auf ebenen 2-D- oder auch Pools von digitalen Planungen in Kombination mit den sphärischen 3-D‑Drahtbögen anordnen und relativ zur zugehörigen Ausgangs-, Zwischen- und Endmodellen Zielplanung bukkal und/oder lingual positionieren, sowie weiterer zum Fall vorliegender Befunddaten bez. Drahtbogenform und Basis-Kronen-Abstand mittelfristig die Chance, stochastische Zahnbewe- individualisieren und im Anschluss im Block mit den gungsmodelle zu entwickeln und deren Parameter zugehörigen Zahnkronen zur Ausgangssituation der immer besser anzupassen, um die Möglichkeiten von Fallplanung zurücksetzen. Zusätzlich kann die indivi- softwarebasierten Vorhersagen zum Behandlungsver- dualisierte Form des Ziel- oder Zwischenbogens als lauf und die Wahl der optimalen Behandlungsmetho- Template für die manuelle oder als Koordinatenfile für dik deutlich erweitern und verbessern zu können. die maschinelle Fertigung exportiert werden. Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

Analog zum manuellen Laborprozess kann auch die Für die direkte oder indirekte Übertragung der Planung der konkreten Behandlungsapparaturen am Bracketpositionen auf den Patienten sind zahlreiche, digitalen Modell erfolgen. Auch hierbei bietet die vir- allerdings oft patentrechtlich geschützte und somit tuelle Umsetzung vor allem durch die Wiederholbar- nicht uneingeschränkt nutzbare Techniken bekannt keit von Planungsschritten mit modifizierten Parame- (Abb. 10). Bei all diesen Methoden muss die virtuell ge- tern und die Möglichkeit der exakten Vorgabe und plante Relation zwischen virtuellem Bracket und virtu- Kontrolle von Randbedingungen wesentliche Vorteile. eller Krone unverändert auf Position und Ausrichtung So lassen sich die vom Anwender ausgewählten vir- des realen Brackets in Bezug auf Modell oder Patient

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 548 Digitale Kieferorthopädie

abgebildet werden. Als Zahnbogenreferenz wird dabei Manuelle und digitale Set-ups meist die Form von Einzelzähnen oder Zahngruppen (Jigs, Schienen) oder die der Okklusion benutzt (Splin- Grundsätzlich können in der Behandlungsplanung ma- te). Andere Verfahren nutzen die im Laborsystem be- nuelle und digitale Set-ups als gleichwertig betrachtet kannte Lage der beiden Objekte zueinander (Roboter- werden [20]. positionierung).

Da die für die Konstruktion entsprechender Übertra- gungsapparaturen oder für die Positionierung von Die Drucktechnologien erlauben es heute, mit ausrei- Setzwerkzeugen erforderlichen Angaben in der virtu- chender Genauigkeit komplexe Formen aus unter- ellen Planung durch räumliche Transformationen be- schiedlichen Materialien zu drucken. Neben den be- kannt und hinterlegt sind, kann prinzipiell jedes dieser kannten Anwendungen in der Mund-Kiefer- Übertragungsverfahren durch die Planungssoftware Gesichtschirurgie zur Splintherstellung in der ortho- unterstützt werden. gnathen Chirurgie [25] (Abb. 11) wird eine Kopplung mit einer rein virtuell durch Navigation gesteuerten Der Export der virtuell geplanten Apparaturen für Fer- Operation [26] zu erheblichen Veränderungen in der tigungszwecke erfolgt i.d.R. als STL‑Datensatz, der ggf. Planung und Durchführung von Dysgnathieoperatio- für das verwendete Herstellungsverfahren aufbereitet nen führen. Näher an der Kieferorthopädie sind erste werden muss. Erfahrungen mit RP‑gefertigten Positionierungshilfen, die das Setzen kieferorthopädischer Verankerungs- schrauben [27] erleichtern. Von der digitalen Therapieplanung zur digital unterstützten Therapie Die direkte RP‑Fertigung von kieferorthopädischen Apparaturen (Abb. 12), z.B. eines Positioners [28], Die Umsetzung der so geplanten Therapie durch indi- Aktivators und Protrusionsgeräts, ist in ersten Ver- vidualisierte oder teilindividualisierte Therapiemittel suchen beschrieben worden [29]. Ebenso ist die ist bereits in der Lingualtechnik und Aligner-Therapie Fertigung von Retainern [30] mittels CAD/CAM‑Tech- seit einigen Jahren möglich. Von verschiedenen Anbie- nologie möglich. Auch erste Anwendungen in der tern existieren Systeme zur Therapieplanung mit fest- prächirurgischen Kieferorthopädie bei Patienten mit sitzenden Apparaturen (Tab. 5), für die Lingualtechnik Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalten wurden bereits doku- [3,18], aber auch für vestibuläre konfektionierte mentiert [31]. Die genannten Beispiele verdeutlichen Brackets [19]. das Veränderungspotenzial, das von diesen Technolo- gien für die Kieferorthopädie und die gesamte Zahn- medizin ausgehen kann [32]. Rapid-Prototyping-Technologien in der Kieferorthopädie

Die Herstellung von Therapiemitteln anhand der digi- talen Therapieplanung ist bereits in der Lingualtechnik dank SLS‑Verfahren Stand der Technik (Tab. 5). Ebenso ist auf dieser Grundlage die Herstellung von Alignern ein seit Jahren etabliertes Verfahren [21]. Diese sind aber vorerst nicht für die kieferorthopädische Praxis geeignet [22]. Die Herstellung von Behandlungsmitteln Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung mittels RP‑Verfahren könnte aber das Berufsbild des Zahntechnikers auch in der Kieferorthopädie revolu- tionieren [23].

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Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme.

Name Firma Internetseite Anwendung Softwarezugang Einfluss des Behandlers für den Nutzer

Harmony System American http://www.american n selbstligierendes Lingualsystem nein n Behandler erhält von der ‑ Orthodontics ortho.com/de/ n Wahl zwischen normalen bis Firma digitales 3-D Set-up, harmony.html sehr flachen Brackets die Korrekturen und Wün- sche werden zur Firma ge- n Selbstzertifizierung von zu schickt, die diese korrigiert Hause möglich n Änderung auch während der Behandlung möglich

WIN DW Lingual http://www.lingualsystems. n Lingualsystem mit individuellen nein n Behandler erhält von der Systems GmbH de Bögen, die von computer- Firma digitales 3-D‑Set-up, gesteuerten Biegerobotern die Korrekturen und Wün- hergestellt werden sche werden zur Firma ge- n individuelle Bracketbasis und schickt, die diese korrigiert flaches Design eBrace CAD/CAM Riton Biomaterial http://ebraceortho.com n Lingualsystem mit 2 verschie- nein n Behandler erhält von der Bracketsystem Co., Ltd. denen Bracketvarianten: Firma digitales 3-D‑Set-up, eBrace Visual (speziell nur fürs die Korrekturen und Wün- Frontzahnsegment), eLock sche werden zur Firma ge- (maßgefertigte selbstligierende schickt, die diese korrigiert Brackets)

INDIVIDUA ELIDENT GmbH n http://www. n 3-D‑Technologie, bei der die ja n digitale Behandlungsplanung INDIRECT individua.de Brackets am Computer positio- kann vom Kieferorthopäden BOND System n http://www. niert und durch ein indirektes oder von der Firma erstellt orthoalliance.de/ Klebesystem (INDIVIDUA Tray) werden elident.html in den Patientenmund über- tragen werden n Brackets können schon mitgeliefert werden

INDIVIDUA n lichtundurchlässig verpackte ja n siehe INDIRECT BOND INSTANT BOND INDIVIDUA Tray wird inkl. den System 3M Unitek, APC Flash-Free Brackets geliefert, die Brackets sind hierbei schon mit Kunst- stoff vorbeschichtet n kein Vorbereiten des Trays, kann sofort eingesetzt werden

INDIVIDUA SET‑UP n vor der Behandlung indivi- ja n siehe INDIRECT BOND ‑ BOND System duelles 3-D Set-up n Behandler erhält von der n Individualisierung erfolgt dabei Firma ein 3-D‑Set-up, das durch die Bracketbasis er verändern kann (Straight-Wire-Technik) oder durch individuell gebogene Drähte Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

INDIVIDUA n individuelles 3-D‑Set-up ja n siehe INDIRECT BOND LINGUAL BOND n Lingualsystem nur für das n Behandler erhält von der System anteriore Segment (5 –5) Firma ein 3-D‑Set-up, das er verändern kann

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 550 Digitale Kieferorthopädie

Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme (Fortsetzung).

Name Firma Internetseite Anwendung Softwarezugang Einfluss des Behandlers für den Nutzer

Digital Lingual LingualLiberty http://www.lingualliberty. n Lingualapparatur wird am ja n 3-D‑Set-up, Bogenwahl und Straight Wire com Computer mithilfe von unterschiedliche therapeu- System CAD/CAM entworfen tische Lösungen können vom n sehr kleine Brackets (1,5 mm) Kieferorthopäden geplant werden n Selbstzertifizierung von zu n Hause möglich bei multidisziplinären Be- handlungen können sich Kollegen aus anderen Fach- bereichen ebenfalls ein- loggen und bei der Planung helfen

Incognito 3 M Unitek http://www.lingualtechnik. n Lingualbracketsystem aus einer nein n Behandler erhält 3-D‑Set-up de/index.php?id=home speziellen Goldlegierung, das und kann der Firma Wün- digital entworfen wird sche/Anmerkungen mitteilen

Incognito Lite n Behandlungsoption bei Rezidi- Appliance System ven oder für Patienten mit leichtem bis moderatem Front- zahnengstand n linguale Bracketpositionierung von 3 –3 oder 4– 4 n wenn für die Behandlung des Front-/Eckzahnbereichs eine stärkere Verankerung notwen- dig ist, kann das Incognito Lite 4– 4 mit Splint verwendet werden

Orthorobot Orthorobot http://www.orthorobot. n freie Wahl für bukkale und ja n freie Wahl der Brackettypen Medizintechnik com linguale Brackettypen, auch n Erstellen des Ziel-Set-ups und GmbH lingual selbstlegierend der Behandlungsplanung ent- n virtuelle Behandlungsplanung weder vom Behandler (wenn mit OnyxCeph am Computer OnyxCeph³ mit dem 3-D‑Mo- und Bracketpositionierung bzw. dul Virtuelle Behandlungs- Drahtherstellung mit Robotern planung vorhanden) oder von n Workflow: Abdruck, Ziel-Set- Orthorobot up, Bestimmung der Bracket- n Kieferorthopäde kann das position am Computer, mit Ziel-Set-up von Orthorobot Roboter auf errechnete Position begleiten und kontrollieren geklebt, Übertragungstray n Nachpositionieren jederzeit möglich

SureSmile SureSmile http://www.suresmile. n mit nahezu allen Bracketsyste- ja n Behandler hat Zugriff auf com men anwendbar, auch für Lin- SureSmile-Behandlungspla- gual-, Aligner- und Positioner- nungen, standortunabhängig

Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung behandlung von jedem Computer n Workflow: Aufnahme der Zäh- n Erstellung von Set-ups, ne mit SureSmile OraScanner Behandlungssimulationen ‑ oder 3-D Volumentomograf, n Bestellung von Bögen kann ‑ Erstellung eines 3-D Modells, von Praxis oder von zu Hause Simulation des gesamten Be- erfolgen handlungsablaufs mithilfe der SureSmile 3-D‑Behandlungs- planungssoftware, digitale Pla- nung der Drähte, anschließen- des Biegen der Drähte durch SureSmile-Roboter

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 551

Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme (Fortsetzung).

Name Firma Internetseite Anwendung Softwarezugang Einfluss des Behandlers für den Nutzer

Ortho System 3Shape http://www.dcd-dohrn.de/ n für alle kieferorthopädischen ja n Behandler kann einen wp-content/uploads/2013/ Geräte (Knirscherschienen, digitalen Abdruck mit TRIOS 01/3Shape-Ortho-System- Retainer, individuelle Bänder, erstellen und sofort die Broschuere.pdf Splints, chirurgische Bisse, Behandlungsplanung mit palatinale Expander, Bionator, OrthoAnalyser durchführen Twin-Blocks, Herbst-Appara- turen, Planas-Tracks u.a.) n Workflow: Analyse und Be- handlungsplaner mit Ortho Analyzer, CAD‑Konstruktion mit Appliance Designer, Fertigung durch Drittanbieter (Lasern, Sintern, 3-D‑Druck), Erstellen von STL‑Datei

Insignia SL Ormco http://www.meine- n Workflow: Erstellung virtueller ja n Behandler kann selbst insignia-spange.de 3-D‑Modelle über 3-D‑Scanner, Korrekturen im 3-D‑Set-up 3-D‑Computerbild zeigt den durchführen Behandlungsplan mit End- ergebnis, individuelles Fräsen der Brackets, exaktes Setzen der Brackets auf die Zähne mit- hilfe einer Schablone

TwinAligner Orthocaps http://www.orthocaps.de/ n System, verwendet weichere nein n Behandler erhält 3-D‑Set-up, System files/content/images/ Kunststoffe (Kombination aus kann der Firma Wünsche/ pdf-download/Ortho- 2 verschiedene Materialarten Korrekturen mitteilen caps_Broschuere.pdf für die Schienen: softoCAPS n Firma setzt diese um und und hardCAPS) und erzeugt so schickt dem Behandler neues geringere Kräfte, um Zahnfehl- 3-D‑Set-up stellungen effizient zu beheben n Tragezeit: nachts n interaktive 3-D‑Digitalvorschau vor Behandlungsbeginn (iSetup)

Invisalign Invisalign http://www.invisalign.de n Schienenbehandlung nein n Behandler erhält ClinCheck n Workflow: nach Abdrucknah- und kann der Firma Wün- me Ausarbeitung eines detail- sche/Anmerkungen mitteilen lierten Behandlungsplans mithilfe des ClinCheck, der Software für die virtuelle 3- D‑Planung, ClinCheck zeigt die vorgesehene Abfolge der Zahn- bewegungen im Behandlungs- verlauf

Invisalign Teen n mit blauen Indikatoren aus- nein n Behandler kann zu Beginn der Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung gestattet, welche die Trage- Behandlung der Firma seine dauer der Aligner anzeigen Wünsche mitteilen n besondere Merkmale, die zur n Behandler erhält ClinCheck Kompensation durchbrechen- und kann der Firma Wün- der Eckzähne, 2. Prämolaren sche/Anmerkungen mitteilen und 2. Molaren entwickelt wurden n 6 kostenlose individuell angefertigte Ersatz-Aligner sind ebenso inbegriffen

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 552 Digitale Kieferorthopädie

Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme (Fortsetzung).

Name Firma Internetseite Anwendung Softwarezugang Einfluss des Behandlers für den Nutzer

Clearguide Ormco https://www.ormco n Schienentherapie, welche die ja n Behandler kann leichte Express Aligner europe.com/du/produkte/ Technologie der Ormcoʼs Korrekturen im 3-D‑Set-up System insignia-clear-guide- Insignia Advanced Smile Design durchführen express Software und die AOA Aligner Expertise kombiniert n für leichte Korrekturen

CA DIGITAL SCHEU‑DENTAL http://www.ca-clear- n Schienenbehandlung ja n OnyxCeph CA SMART 3D ‑ CLEAR Aligner GmbH aligner.com/b2c/ n Workflow: Gipsmodell (Patien- (geplante Software für 2015) index.html teninformation), mithilfe von ermöglicht mit der Pro- „ “ OnyxCheph3 Herstellung eines grammversion Praxis dem digitalisierten Patientenmo- Kieferorthopäden die kom- dells, 3-D‑gedruckte Set-up- plette virtuelle Darstellung Modelle, Schienenherstellung, und Durchführung kleiner pro Behandlungsschritt Korrekturen und Modell- 3 Schienen, die aus unter- archivierung schiedlichen Materialstärken n Programmversion „Labor“ (soft, medium, hard) bestehen beinhaltet Umstellungsablauf n 1. Woche dünne Schiene, in der für Aligner-Therapie (finales 2. Woche folgt eine etwas stär- Set-up, Prognose, Sockeln, kere Schiene, bevor in Woche Separieren, geführte Einzel- 3 und 4 eine härtere Schiene step-Umstellungen, finales getragen wird Overlay)

Tabelle 6

CAM‑Verfahren, kurz erklärt [24].

Verfahren Beschreibung Materialien Genauigkeit

FDM (Fused Deposition Modeling) schichtweiser Aufbau des Objekts aus schmelz- Formwachse, Thermoplaste 0,025 –1,25 mm fähigem Kunststoff aus Düse (Extruder) auf Bau- (Polyethylen, Polypropylen, Polylactid, Schichtdicke, plattform, diese senkt sich für nächste Schicht ab ABS) Wandstärke > 0,2 mm

SLT (Stereolithografie) schichtweise Aushärtung eines Photopolymers Epoxidharze, hochfest bis gummiartig bis 0,001 mm durch Laser

DLP (Digital Light Processing) ähnlich SLT, als Lichtquelle Projektor, der einen lichthärtende Kunststoffe 0,025 mm Layer in einem Arbeitsgang aushärtet

Multijet Modeling/ Druckkopf ähnlich Tintenstrahldrucker mit Wachs, Kunststoffe, Gips, Metall, Glas 0,05 mm Solid Ground Curing mehreren Düsen, baut Objekt schichtweise auf (Substrat mit Klebstoff), bei Photopolymeren je Schicht Aushärtung mit UV‑Licht Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Fräsen schrittmotorgesteuertes Werkzeug (Fräse) Glaskeramik, PMMA, Zirkonoxid, bis 0,002 mm mit 5 Freiheitsgraden, fräst aus Rohling Wachs, Metalle (u.a. Titan, NEM) u.a. das entsprechende Objekt

SLS (selektives Lasersintern) generatives Schichtaufbauverfahren, Metallpulver Kunststoffe, Metall bis 0,03 mm wird auf der Bauplattform 0,001 –0,2 mm dick aufgebracht und die Objektkontur mittels Laser eingeschmolzen, dann wird die folgende Schicht aufgebracht

NEM: Nicht-Edelmetall; PMMA: Polymethylmethacrylat

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 553

Abb. 11 Digitale Planung einer Modelloperation (Diana O., 27 Jahre) in der orthognathen Chirurgie. Ausgewählte Einzelschritte von der klinischen Ausgangssituation über die dreidimensionale Modellsituation und Konstruktion des virtuellen Zielsplints. Mittels RP‑Verfahren (SLS) hergestellter Splint und postoperative Situation (Uni- versitätsmedizin Greifswald).

warten. Ein intraoraler Scan durch einen Ungeübten Stärken und Schwächen: wird ca. 25 Minuten in Anspruch nehmen, nach einiger Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung 2-D konventionell vs. 3D digital? Zeit aber in weniger als 7 Minuten erledigt sein [33].

Die digitale dreidimensionale Analyse der Befunde be- Gerade in der Kephalometrie ist die Interpretation nötigt, wie jede neue Technik, eine gewisse Einarbei- echter dreidimensionaler Analysen nicht trivial und es tungszeit. So ist eine Zeitersparnis vor allem am Anfang kann nicht auf die bekannten großen auf Fernröntgen- der Etablierung nicht zu erwarten. Mit zunehmender bildern basierenden Studien (z.B. Bolton-Brush Growth Erfahrung und Übung wird die Geschwindigkeit der Study) zum Wachstum zurückgegriffen werden. Auch Arbeit mit diesen Systemen deutlich schneller. So ist die nun im Gegensatz zum 2-D‑Bild deutlich hervor- auch beim intraoralen Scannen eine Lernkurve zu er- tretenden Asymmetrien erschweren die Analyse.

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 554 Digitale Kieferorthopädie

Abb. 12 Beispiel der Konstruktion einer Gaumenplatte bei einem Patienten mit unilateraler Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalte zur prächirurgisch- kieferorthopädischen Therapie. a Virtuelles Modell. b Ausgeblocktes Modell mit konstruierter Platte. c Inspektion der Platte hinsichtlich Schichtstärken vor dem Druck. d Fertige, mittels SLS‑Druck erstellte Platte.

Daten in der Cloud? Datenmanagement Wenn der Upload einer Datei von 1 GB bei einer anzu- Datenvolumen nehmenden Geschwindigkeit von 16 Mbit/s etwa 8 Minuten benötigt, ist die Speicherung der Daten in Für eine digitale Prozesskette ist eine Abschätzung der einem Cloud-Speicher zu überdenken. Da damit die anfallenden Daten zur Planung der Hardwareinfra- Daten die Praxis verlassen, sind einige Überlegungen struktur nützlich. Es ist davon auszugehen, dass bei zum Datenschutz angebracht. In diesem Falle gilt es, einem Kiefermodell (*.stl) mit ca. 200000 Knoten den § 11 des Bundesdatenschutzgesetzes (BDSG) zu (Vertizes) und 450000 Flächen eine Dateigröße von ca. beachten. Hier ist verankert, dass der Auftraggeber 22 Megabyte (MB) zu erwarten ist. Für einen Gesichts- (Praxisinhaber) sicherstellen muss, dass der Anbieter Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung scan wären es im Mittel 80000 Knoten und 130000 technisch und organisatorisch für die Speicherung die- Flächen (ca. 9 MB zuzüglich 1 MB für die Oberflächen- ser Daten geeignet ist. Falls die Server des Anbieters im textur als *.jpeg-Bild). Ausgehend von einer fiktiven Ausland stehen, ist die Einwilligung des Patienten (Da- Anzahl von 800 Patientenfällen in der Praxis und nur tenübermittlungsparagraf 4b) einzuholen. unter Berücksichtigung der Studienmodelle am Anfang, im Verlauf und am Ende der Behandlung ist ein Spei- cherbedarf von 13,5 Gigabyte (GB) pro Jahr konservativ geschätzt.

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 555

Cave: Auch eine kryptografische Datenverschlüs- Einsatz. Die dabei zur Anwendung kommenden Soft- selung (z.B. 256-Bit-AES) ist keine Versicherung für waresysteme sind oft komplex und erfordern einen den Auftraggeber und so sollte jede Möglichkeit großen Zeitaufwand in der Planung [36], aber eine der externen Datenspeicherung peinlich genau Übertragung dieser Erfahrungen in die Kieferortho- auch juristisch überprüft werden. pädie wird erfolgen.

Eine höhere Genauigkeit z.B. bei der Herstellung von Datensicherungen OP‑Splinten durch RP‑Verfahren im Vergleich zur kon- ventionellen Herstellung ist derzeit nicht zu erwarten Je mehr ein digitaler Workflow die Praxis durchdringt, [37]. Neben den Auswirkungen in der klinischen Tätig- desto essenzieller wird eine verlässliche Datensiche- keit werden die neuen technischen Grundlagen aber rung. Ein Ausfall oder Verlust von Daten hätte kata- auch die Ausbildung der Studierenden verändern [38]. strophale Folgen. Eine einfache Datensicherung auf z.B. einer externen Festplatte am Ende des Arbeitstages ist hochriskant und keinesfalls zu empfehlen. Entspre- chende Empfehlungen sind bei der Bundeärztekammer Fazit oder dem Bundesamt für Sicherheit in der Informa- tionstechnik (BSI) verfügbar (s.Kap. Zusatzmaterialien). In der Praxis ist die vollständige digitale Diagnostik und Therapie schon heute umsetzbar. Barrieren in der Inte- gration der einzelnen Funktionalitäten durch unein- heitliche Schnittstellen, Dateiformate oder geschlosse- Was bringt die Zukunft? ne Systeme vonseiten der Hersteller sind aber teilweise sehr hoch. Hier gibt es noch erheblichen Verbes- Es ist kaum anzunehmen, dass in einem Zeitraum der serungsbedarf. In diesem Zusammenhang kann die nächsten 10 Jahre in der Kieferorthopädie nur noch di- Forderung nach der Verwendung von offenen Schnitt- gital gearbeitet wird. Die gesetzlichen Rahmenbedin- stellen und freien Datenformaten dringend unterstützt gungen und Voraussetzungen im System der gesetz- werden. Auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen lichen und privaten Krankenversicherungen (GKV, erlauben es zurzeit noch nicht, eine „gipsfreie“ Praxis PKV) müssten sich dafür verändern. Es wird aber mit zu realisieren. Sicherheit zu einer Verschiebung von handwerklichem Geschick zu durchdachten Planungen als wesentliche Noch ungeklärt ist die Frage, ob die digital geplanten Erfolgsfaktoren der Therapie kommen. und realisierten Therapien tatsächlich eine verbesserte Behandlungsqualität bedingen. Eine oft angeführte Die mechanistische Therapieplanung könnte ange- schnellere Therapie ist nicht unbedingt ein Qualitäts- sichts der Variabilität der biologischen Reaktion auf merkmal und Garant für eine langfristige Stabilität. Zu- Biomechanik und Kraftsysteme/-größen problematisch dem ist noch ungewiss, ob es durch die Digitalisierung werden. Es ist jedoch fraglich, ob das Prinzip der „fort- zu einer Distanzierung vom Patienten und zu einem laufenden Diagnostik“ mit Anpassung der Therapie an Verlust manuell-therapeutischer und klinisch diagnos- die biologische Reaktion in der Kieferorthopädie in tisch-deduktiver Fertigkeiten kommt. einer prospektiv vollständig geplanten Therapie ange- messen berücksichtigt werden kann. Sicher ist aber, dass der Erfolg einer kieferorthopädi- schen Behandlung zukünftig stärker von einer exakten Zukünftig soll eine Verbindung von dreidimensionaler Planung als von der Fähigkeit abhängen wird, gut Planung von Zahn- und Kieferbewegungen mit der Drähte zu biegen [39]. Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Analyse von Kraftsystemen [34] und dynamischer Aspekte durch Bewegungsaufzeichnungen des Unter- Schon 2009 stellten Miyazaki et al. [40] in Aussicht: kiefers kombiniert werden. Automatisierte Algorith- „The future of dental devices is digital.“ Die vollständige men zur Segmentierung von Zähnen und Fusion ver- Durchdringung digitaler Technologien wird die Diag- schiedener Modelle sind mittlerweile verfügbar [35]. nostik und das Therapiespektrum mit vielen neuen Ebenso steht die Verknüpfung mit 3-D‑Daten der spannenden Möglichkeiten und weitreichenden Ver- Weichgewebe und die Simulation von deren Verände- änderungen für das Fachgebiet revolutionieren. rungen an. Diese Verfahren sind bereits seit einigen Jahren in der Planung in der orthognathen Chirurgie im

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 556 Digitale Kieferorthopädie

Informationen zur Datensicherheit Zusatzmaterialien n http://www.medical-tribune.de/home/praxis-und-geld/artikeldetail/ schutz-der-patientendaten-von-festplatte-bis-serverraum-2.html Alle Tabellen ohne Gewähr und ohne Garantie auf n http://www.Bundesaerztekammer.de/downloads/Empfehlung_ Vollständigkeit der Angaben. Stand der Marktübersich- Schweigepflicht_Datenschutz.pdf ten März 2014. n http://www.bsi.bund.de/gshb/Leitfaden/index.html n http://www.bsi.de/literat/tr/tr03116/BSI-TR-03116.pdf Für die Herstellung der 3-D‑Drucke danken wir dem n http://www.bsi.bund.de/gshb/index.html Dental Labor Kock Betriebs GmbH & Co. KG (Wallen- horst). Die Ausdrucke erfolgten mit einem SHERAEco- print 30 (SHERA Werkstoff-Technologie GmbH & Co. KG, Lemförde).

Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Tabelle 7

3-D‑CAD‑Programme zum Online-Ausprobieren.

Name Beschreibung Link Betriebssystem(e)

Slicer3D Visualisierung und Bildverarbeitung http://www.slicer.org Windows, Mac OSX, Linux für die Medizin

inVesalius 2-D- und 3-D‑medizinische http://svn.softwarepublico.gov.br/trac/invesalius Windows, Mac OSX, Linux Bildverarbeitung

Meshmixer 3-D‑Bearbeitung von Objekten, http://www.meshmixer.com Windows, Mac OSX, Linux Modellieren

Meshlab Editieren und Ansehen von 3-D‑Daten, http://meshlab.sourceforge.net Windows, Mac OSX umfangreiche Bearbeitung und Reparatur von Gitternetzen

Blender 3D umfangreiches Programm, http://www.blender.org Windows, Mac OSX, Linux 3-D‑Modellierung bis Animation

3D Coat umfangreiches Programm, http://www.3d-coat.com Windows, Mac OSX, Linux 3-D‑Modellierung bis Animation (Demo)

PlastyCAD 3-D‑Modellierungsprogramm n http://www.plastycad.com/ Windows, Mac OSX, Linux speziell für Zahnmedizin/Medizin n http://www.3diemme.it/ (kommerziell)

Exocad Dental CAD 3-D‑Konstruktionsprogramm http://exocad.com/you-exocad/#/for-dental-technicians Windows speziell für Zahntechnik (kommerziell) Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

SensAble Konstruktionsprogramm für http://www.dentsable.com Windows Zahnersatz (kommerziell)

Slic3r Druckvorbereitung und Belegung http://www.slic3r.org Windows, Mac OSX, Linux von Bauplattform, Generierung der Layer

Geomagic Freeform taktiles, digitales Modellierungssystem http://www.geomagic.com/de/industries/medical Windows (kommerziell)

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 557

Gaumenspalte“. Zertifizierungen: festsitzende kieferortho- Über die Autoren pädische Behandlung, Lingualtechnik Incognito/WIN, Invis- align, noXray-Ceph. Beiträge für Fachliteratur und Tagungen. Karl-Friedrich Krey Oberarzt der Poliklinik für Kieferorthopädie Leipzig, nieder- gelassen in eigener Praxis für Kieferorthopädie in Plauen. Prof. Dr. med. dent., M.M.E. 1993–1998 Studium der Zahnmedizin an der Universität Leipzig. 1998 Staats- Susanne Gorynia examen und Approbation als Zahnarzt. 2002 Promotion zum Dr. med. dent. Jahrgang 1985, Dr. med. dent. 2003‑Fachzahnarzt für Kieferortho- 2005–2008 Studium der Zahnmedizin, pädie. 2005 Zertifizierung als POL‑Tutor Charité-Universitätsklinikum Berlin. durch München-Harvard Allianz. 2008–2011 Studium der Zahnmedizin, 2005–2007 Studium „Master of Medical Education“ an der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifs- Universität Heidelberg mit Stipendium des Stifterverbands wald. 2010 Auslandssemester, Malmö für die Deutsche Wissenschaft. 2008 Zertifizierung Evidence Högskola/Schweden. 2013 Experimen- based Medicine durch Cochrane Collaboration Freiburg i. Br. telle Doktorarbeit, Thema „Aufbau und 2010 Habilitation zum Thema „Untersuchungen zur Mor- Vergleich zweier Prüfmodelle zur in vitro Testung der antimi- phologie von dentofazialen und skelettalen Strukturen Er- krobiellen Wirksamkeit von Argon-Plasma“ bei Prof. Dr. med. wachsener mit Methoden der geometrischen Morphome- A. Kramer/Greifswald. Publikation: „In vitro efficacy of cold trie“ und Ernennung zum Privatdozenten mit Lehrbefugnis atmospheric pressure plasma on S. sanguinis biofilms in für das Fach Kieferorthopädie. 2010 Weiterbildungsberech- comparison of two test models“, GMS Hygiene and Infection tigung für das Fach Kieferorthopädie. Seit 2011 stellver- Control. 2012–2013 Vorbereitungsassistentin bei Sebastian tretender Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie und Ratjen/Greifswald. Seit 2013 Weiterbildungsassistentin für Koordinator des interdisziplinären Boards für kraniofaziale Kieferorthopädie bei Dr. Andreas Riedel/Greifswald. Seit Fehlbildungen am Universitätsklinikum Leipzig. Seit 2013 2015 Weiterbildungsassistentin für Kieferorthopädie an der Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie, Universitäts- Universität Greifswald. medizin Greifswald. Reviewer und Mitarbeit in Editorial Boards internationaler Fachzeitschriften, zahlreiche Publi- kationen und Vorträge zu breitem Themenspektrum von Rolf Kühnert Versorgungsforschung, Lehr-Lernforschung sowie Grund- lagenforschung in der Kieferorthopädie. Forschungsschwer- Jahrgang 1956, Dr. rer. nat. 1977–1982 punkte: Anwendung von kaltem Plasma in der Zahnmedizin, Studium der Physik, Technische Univer- Community medicine/dentistry, CAD/CAM und Digital den- sität Chemnitz. 1982–1990 Akademie tistry, Untersuchung der Morphologie dentofazialer Struktu- der Wissenschaften, Institut für Mecha- ren mittels Methoden der geometrischen Morphometrie und nik, Head of Scanning Electron Micros- multivariater Statistik. copy Department. 1986 Promotion Dr. rer. nat. (Physik). 1990–1996 Koor- dinator des Forschungsprojekts German Frank Orlob Research Foundation. 1995–1999 Managing Director K& T Measuring Systems. 2000–2004 Koordinator des For- Jahrgang 1975, Dr. med. dent. Studium schungsprojekts EU‑CRAFT FP6. Seit 1999 Managing Di- der Zahnmedizin, Friedrich-Schiller- rector Image Instruments GmbH (Schwerpunkt: Entwicklung Universität Jena, Abschlussjahrgang 2D/3D Dental Imaging Software). 2001. Ausbildungsassistent in Gemein-

schaftspraxen für Kieferorthopädie und Korrespondenzadresse Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, Chem- Prof. Dr. med. dent. Karl-Friedrich Krey nitz und Zwickau. Fachzahnarztab- Poliklinik für Kieferorthopädie schluss für Kieferorthopädie, Universität Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde Leipzig. Hauptarbeitsgebiete in Behandlung und Forschung: Walther-Rathenau-Straße 42 Erwachsenenbehandlung, Lippen-Kiefer-Gaumenspalten, 17475 Greifswald digitale Kieferorthopädie, Funktionskieferorthopädie. Pro- Telefon: 03834/867157 motion Dr. med. dent. im Fach Kieferorthopädie unter Prof. Fax: 03834/867113 Dannhauer, Thema „Methodenvergleich zur Einstellung E-Mail: [email protected] spaltnaher Zähne bei Patienten mit einseitiger Lippen-Kiefer-

Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 558 Digitale Kieferorthopädie

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Zahnmedizin up2date 6 Œ 2015 Kieferorthopädie 559

CME‑Fragen

1 Die Genauigkeit von CAD/CAM‑ A dem verwendeten Dateiformat gefertigten Werkstücken ist B dem Fertigungssystem (Druckverfahren, Fräse) im Wesentlichen abhängig von: C dem Material (Kunststoff, Zirkonoxid, Metall) D der verwendeten Software E einer möglichst erschütterungsfreien Aufstellung der Geräte 2 Welche Dateiformate haben A DICOM sich bisher in der digitalen B VRML Kieferorthopädie zur Verarbeitung C *.stl und *.obj von 3-D‑Objekten bewährt? D *.3ds E *.jpeg 3 Die Zuordnung von digitalen A Matching anhand eines oder mehrerer Vestibulärscans Modellen in Okklusion bei B Digitalisierung eines Zentrikregistrats Intraoralscannern erfolgt mittels: C Algorithmus zur Kollisionserkennung D Digitalisierung eines Wachsbisses E automatisch über einen Best-Fit-Algorithmus 4 Welche Aussage trifft für mittels A Eine Herstellung von Sandwich-Splinten ist bisher nicht beschrieben. 3-D‑Druck hergestellte OP‑Splinte B Splinte aus ABS‑Kunststoff sind nicht für ein längeres Verbleiben im Mund zugelassen. nicht zu? C Diese Anwendung der RP‑Technologien ist bereits in mehreren Publikationen beschrieben worden. D Der Einsatz von RP‑gefertigten Splinten kann auch in der Chirurgie den Workflow nachhaltig verändern. E Diese Splinte sind wesentlich genauer als konventionell hergestellte Splinte. 5 Wer ist für die Sicherheit der A Der Anbieter des Cloud-Dienstes ist verantwortlich. elektronischen Patientendaten B Der Patient tritt mit seiner Unterschrift die Verantwortung an das BSI ab. bei Speicherung in der Cloud C Der behandelnde Zahnarzt/Arzt ist verantwortlich. verantwortlich? D Niemand, da das Internet als rechtsfreier Raum anzusehen ist.

E Es gibt für diese Zwecke eine angepasste Internetversicherung. Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung 6 Das Funktionsprinzip der A Abtastung mit Ultraschall in 3-D Photogrammetrie basiert auf: B Berechnung von Abständen aufgrund von Laufzeitdifferenzen eines Rhodium-Lasers C Triangulation zwischen 2 Kameras und Projektion auf das Objekt D Rekonstruktion aus 2-D‑Fotos anhand der Helligkeitsinformation E Doppelprojektion und Abtastung mit CCD‑Kamera CME 560 Digitale Kieferorthopädie

CME‑Fragen Digitale Kieferorthopädie

7 Bezüglich der Modellvermessung A Viele Methoden der Modellvermessung am Gipsmodell lassen sich nicht auf das digitale Modell in der Kieferorthopädie gilt für übertragen. digitale Modelle: B Die Genauigkeit der Vermessungen ist als gleichwertig anzusehen. C Winkelmessungen sind am digitalen Modell deutlich schwieriger. D Eine Rekonstruktion der digitalen Modelle in physische Modelle ist bisher nicht möglich. E Der Messfehler ist bei digitalen Modellen durch die Vergrößerung am Bildschirm auch größer. 8 Welches RP‑Verfahren scheint A selektives Lasersintern nach derzeitigem Stand der B FDM‑Drucker mit ABS‑Kunststoff Entwicklung für eine kiefer- C Stereolithografie oder Digital Light Processing orthopädische Praxis geeignet? D 5-Achs-Simultanfräsen E robotergestütztes individuelles Fräsen der Brackets 9 Welche Aussage zur digitalen A Die Verwendung einer Biegemaschine zur Herstellung passender Bögen ist notwendig. Positionierung von Brackets B Die virtuelle Positionierung und Übertragung ist nicht genauer als konventionelles direktes ist zutreffend? Kleben. C Die Positionierung muss immer über das Malokklusionsmodell erfolgen. D Für die Planung müssen die CAD‑Daten der Brackets und die Programmierung des Slots hinterlegt sein. E Die Bogenebene ist bei virtuellen Set-ups und Bracketpositionierung nicht veränderbar. 10 Welche Vorteile sind einem A Zahnbewegungen sind kraftadaptiert besser zu planen. virtuellen Set-up in der B Nach einem virtuellen Set-up sind ausgedehntere Zahnbewegungen möglich. Kieferorthopädie zuzuschreiben? C Die Planung ist reversibel und unter Beachtung numerischer Kenngrößen durchführbar. D Effekte der Funktionskieferorthopädie lassen sich leichter simulieren. E Vertikale Zahnbewegungen sind präziser planbar. Elektronischer Sonderdruck zur persönlichen Verwendung

CME