Die digitale Zukunft der Zahnarztpraxis

Basiert „Industrie 4.0“ auf der Verzahnung der Produktion mit Informations- und Kommunikationstechnik zwischen Menschen, Maschinen und Produkten, zielt sie mit der digitalen Vernetzung auf die Steigerung der Effizienz, stellvertretend für Qualität, Kosten, Flexibilität, Ressourcenschonung und Zeitaufwand. Für die Zahnmedizin liegt die Geburtsstunde der digital gestützten Behandlung im Jahr 1985. An der Universitätszahnklinik in Zürich gelang es dem Team von Mörmann und Brandestini, mit einer Intraoralmesskamera einen präparierten Zahn zu digitalisieren und mittels Software ein Inlay zu konstruieren, das an der Behandlungseinheit aus einem zahnfarbenen Feldspatkeramikblock ausgeschliffen wurde.

Mit diesem Schritt wurde der Grundstein für computergestützte Behandlungsverfahren in der Zahnmedizin gelegt. Mit dem Netzwerk entstand inzwischen das Rückgrat für ein komplettes Praxisinformationssystem. Nach dem Beispiel „Industrie 3.0“ erfolgen die Erfassung von Patientendaten, röntgenologischer und klinischer Befundung, Funktionsprüfung, Diagnostik, Therapieentscheidung, Werkstoffauswahl, Fertigung der Restauration, Eingliederung und die Nachsorge. Alle Stationen der Versorgung können inzwischen digital vernetzt vorbereitet, durchgeführt und nachvollziehbar dokumentiert werden.

Zahnmedizin 4.0 ante portas

Im Sprung auf die „Stufe 4.0“ im Dentalbereich erfolgt jetzt die Integration des realen Patienten ins digitale System durch „IoT“ (Internet of Things*). Das beginnt damit, dass der Patient mit modernster Technik befundet und die Diagnose zugleich mit einem Therapieplan verknüpft wird – z.B. für eine implantatgetragene Brücke. Mit diesem Schritt kann der Patient im Rahmen einer prospektiven Langzeitbeobachtung in das therapeutische Konzept der Praxis eingebunden werden.

In der Behandlungsphase werden mittels Vorher/Nachher-Scans und dem Einbeziehen individueller Merkmale (ästhetisches Empfinden, Muskulatur, Lippen- und Wangenkontakte, Habit beim Kauverhalten) die Patientendaten durch virtuelles Prototyping in den prothetischen Prototypen integriert. Nach Einarbeitung der Daten von Passung, Funktion und Ästhetik wird das Werkstück als finales, therapeutisches Endprodukt mit hoher Genauigkeit gefertigt. So wie „Rom nicht an einem Tag erbaut wurde“, entwickelte sich die digitale Behandlung seit 1985 schrittweise aus der Einzelzahnversorgung – über manuelle Zwischenschritte und computergestützte Insellösungen – heute zu einem umfassend vernetzten Verfahren für die prothetische Rekonstruktion.

Was zeichnet eine moderne Praxis aus? Die Entwicklung ist vergleichbar mit „Industrie 4.0“. Die Software mit Ansätzen von Künstlicher Intelligenz (KI) wertet riesige Datenmengen aus, die aus Intraoralabformungen, Röntgenbildern und aus Datenbanken mit vielen Tausend Zahnmorphologien gewonnen werden.

Algorithmen selektieren und verbinden die Merkmale und errechnen daraus einen therapeutischen Lösungsvorschlag, der mit der Patientensituation virtuell abgestimmt und optimiert wird. In praxi wird aus zahlreichen Datensätzen des Patienten ein Modell geschaffen, an dem der Zahnarzt Operationen erproben kann, bevor der Patient definitiv chirurgisch und prothetisch behandelt wird. So werden z.B. auch Kiefergelenke aus 3D-Aufnahmen mit Bewegungsaufzeichnungen und Kieferscans kombiniert, um die funktionelle Situation zu erfassen und ggfs. Parafunktionen, Zahnverschleiß, Bruxismus sowie craniomandibuläre Dysfunktionen zu detektieren.

Im Prinzip stützt sich die digital geführte Diagnostik auf eine umfassende Situationsanalyse. Die algorithmische Auswertung führt zu einem therapeutischen Behandlungsmodell, das erst virtuell und dann real am Patienten untersucht und in die finale Entscheidung eingebracht wird. Komplexe Prozessketten – wie z.B. in der Implantologie – können durch die Behandlungsplanung wesentlich verkürzt, d.h. die chirurgische und prothetische Versorgung im Vergleich zur analogen Technik in weniger Sitzungen durchgeführt werden.

Digital befunden und produzieren

Abb. 1: Mit zeitversetzten Ganzkieferscans können Veränderungen an Zähnen und Weichgewebe detektiert und dadurch auffällige Strukturen frühzeitig behandelt werden. Rote Merkmale signalisieren Volumenzunahme gegenüber Ausgangsbefund, Blau steht für Volumenabnahme. Diagnose: Abnorme
Protrusion OK-Frontzähne durch funktionelle Überbelastung.

Bisher wurden Messungen und Befunde per Hand auf Karteien dokumentiert. Zurzeit durchläuft die Zahnmedizin eine Umstellung auf das sogenannte Monitoring. Durch zeitversetzte Scanprozesse und Verlaufskontrollen (OraCheck) mit integrierter KI werden heute Abrasionen und Veränderungen an Zähnen und am Weichgewebe im Mikrometerbereich detektiert und im Diagnosemodell dargestellt (Abb. 1).

Dadurch können krankhafte Veränderungen wesentlich früher festgestellt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dieselben Datensätze können auch die Therapiefindung für kieferorthopädische Analysen unterstützen, z.B. für eine Alignerbehandlung.

Die Digitalisierung der restaurativen Prozesse wurde frühzeitig von der Zahntechnik aufgenommen. Die Veränderung auf der Werkstoffseite – die weitgehende Ablösung von Metalllegierungen zugunsten der zahnfarbenen, biokompatiblen Vollkeramik – erforderte eine Umrüstung der Fertigungsabläufe. Silikat- und Oxidkeramiken, industriell als Fräsblocks mit definierten Eigenschaften vorbereitet, verlangten den Einsatz von programmierbaren Fräs- und Schleifeinheiten zur subtraktiven Formgebung.

Für die Vorstufe war eine Konstruktionssoftware erforderlich, die auf Digitaldaten aus dem Modellscanner angewiesen war. Diese Veränderungen führten letztlich dazu, dass Digitaldaten, im Intraoralscanner generiert, als virtuelle Konstruktion in das Netzwerk der Fräseinheit (Praxis oder ZT-Labor) geladen werden. So ist die Fertigung von Restaurationen aus Zirkonoxidkeramik ausschließlich nur mittels Digitaltechnik möglich.

Schlüssel für Diagnostik und Therapie

Der Computereinsatz beschränkt sich nicht auf den Ersatz der konventionellen Abformung durch den optoelektronischen Intraoralscanner; er erweitert das gesamte Spektrum für eine zukunftsfähige Praxis. Der Scanner als klinischer Datenlieferant ist über das Netzwerk mit der Röntgeneinheit für die 2D- oder 3DDiagnostik zur Darstellung der knöchernen Strukturen verbunden.

Durch die Migration von Datensätzen erfahrener Chirurgen können kritische Vorgehensweisen im Vorfeld hinterfragt und Korrekturmöglichkeiten ventiliert werden. Die Vernetzung mit dem 3D-Drucker erlaubt die Fertigung von Modellen, chirurgischen Bohrschablonen und von Aufbissschienen.

Der Gesichtsscanner überlagert die Oberflächendaten des Patientengesichts mit dem simultan gewonnenen 3D-Röntgenbild. Dies unterstützt die Befundung und vermittelt dem Patienten die Identifikation und Vorstellung der anatomischen Strukturen, verbunden mit dem Verständnis für die geplante Behandlung.

Das funktionelle Zusammenwirken von Implantaten und prothetischen Aufbauten wird zuerst im virtuellen Artikulator erprobt. Die dem Patientenmodell entnommenen Daten werden zur Fertigung des implantatgetragenen Prototyps sowie für den definitiven Zahnersatz in die Fräseinheit eingespeist.

In der Vergangenheit bedeutete die Implantation eine zeit- und kostenintensive Vorgehensweise. Es begann mit der konventionellen Abformung und Registrierung des Patienten, gefolgt von Modellherstellung, prothetischem Wax-up und Anfertigung der Röntgenschablone. Nach der Röntgendiagnostik folgte die Umarbeitung zur chirurgischen Bohrschablone für die Enossalinsertion – ein Prozess, der oftmals nur bei einer anspruchsvollen anatomischen Ausgangssituation genutzt wurde.

Der Kieferscan-Datensatz steht heute sofort zur Verfügung. Im Gegensatz zum Gipsmodell können die Digitaldaten kopiert und mehrfach verwendet sowie im 3D-Drucker reproduziert werden. Die Zusammenführung der Schnittstellen ermöglicht die Erstellung des „virtuellen Patienten“ als digitales Abbild für Analysen, Diagnostik sowie für die chirurgische, prothetische, funktionelle und kieferorthopädische Therapieplanung.

Datensätze vom Intraoralscan, Gesichtsscan (STL), DVT (DICOM) und von der patientenindividuellen Funktionsanalyse werden in einem virtuellen 3D-Modell zusammengebracht. Dadurch wird die patienteneigene anatomische, funktionelle und ästhetische Situation abgebildet, bevor die eigentliche Intervention beginnt.

Navigierte Rückwärtsplanung

Der digital vernetzte, implantologische Workflow erlaubt, vereinfachende Wege zu beschreiten. Vereinfachung bedeutet hier eine Erhöhung der Behandlungseffizienz durch optimierte Planungs- und Visualisierungsprozesse. Daraus ergibt sich ein Zuwachs an Therapiesicherheit und Ergebnisqualität.

Deshalb sind die Darstellung der Schnittstellen und die Zusammenführung der Datensätze für die Planung und klinische Durchführung implantologischer Versorgungen von besonderer Bedeutung – auch aus forensischen Gründen. Die navigierte Implantologie ermöglicht, dass im Rahmen einer Rückwärtsplanung die prothetischen Suprastrukturen – d.h. Abutment bzw. Prefaces, Angulation, Einschubachse, Implantatkrone – funktionell definiert und mit der Position des Enossalpfeilers exakt abgestimmt werden. Die prothetisch korrekte Lage des Implantats kann mittels 3D-Simulation geprüft werden.

Abb. 2: Röntgenbefund der Ausgangssituation. Zähne 12, 11, 21 mit deutlich verbreitertem Parodontalspalt, horizontal generalisierter Knochenabbau im UK, reduziertes Knochenangebot im Bereich des Sinus maxillaris. Eine implantologische Analyse ist hier nur nach Anfertigung eines DVT möglich, das zur Planung mit einer prothetischen Struktur überlagert (Matching) werden kann.

Chirurgische Bohrschablonen zur Vermeidung von Verletzungen anatomischer Grenzstrukturen können digital gedruckt oder gefräst werden. Durch diese Vernetzung werden die Vorhersehbarkeit und das Ergebnis der Intervention deutlich verbessert, was an einem Fallbeispiel aufgezeigt wird (Abb. 2 bis 20).

Abb. 3: Oberkieferscan mit insuffizienten Teleskopkronen regio 11, 21. Im Seitenzahnbereich 2 Metallmarkierungen, die ebenfalls auf dem DVT für das spätere Daten-Matching zu detektieren sind.

Abb. 4: Unterkieferscan mit Modellguss-Geschiebeprothese.

Abb. 5: Digitale Analyse der okklusalen Platzverhältnisse als Basis für die prothetische Planung.

Abb. 6: Virtuelle prothetische Planung für implantatgetragene Brücken, regio 11–16 und 21–26.

Abb. 7: Implantologische Rückwärtsplanung im DVT: Positionierung der enossalen Pfeiler nach Matching des Kieferscans inklusive Brückenkonstruktion. Danach erfolgt die korrekte Implantatplanung (Stellung, Länge, Durchmesser) zusammen mit entsprechenden Abutments und den Hülsen für die Implantat-Positionierungsschiene (Software Sicat Implant).

Abb. 8: Chirurgische Bohrschablone mit Führungshülsen für die enossale Insertion der Implantate, regio 13, 15, 23, 25.

Abb. 9: Röntgenkontrolle der korrekt inserierten Implantate.

Abb. 10: Digitalisierung der Implantatposition durch Scanbodies, eingebracht im Klicksystem (iSy Implantat/Camlog).

Abb. 11: Eingescannte Abutments mit entsprechendem Emergenzprofil.

Abb. 12: Digitale Kontrolle der Abutment-Angulation sowie der Einschubachsen und der okklusalen Platzverhältnisse.

Abb. 13: Prothetische Konstruktion und Artikulation mit Gruppenführung als 1. Prototyp für die Brücken, regio 11–16 und 21–26.

Abb. 14: Dentales Prototyping durch Matching der Daten des 1. Prototypen mit den realen Bissverhältnissen des Patienten, gefolgt vom virtuellen Zweitvorschlag. Als Hilfslinie für die Konstruktion wurde eine Markierung an den realen Zähnen in den Scan einbezogen.

Abb. 15: Final konstruierte Implantatbrücke mit Hilfslinie.

Abb. 16: Eckzahnführung als finales Okklusionskonzept.

Abb. 17: Okklusal-Palatinalseite der definitiven Brücken nach der Fertigung aus mehrschichtiger Zirkonoxidkeramik (Vita YZ ST Multicolor), regio 11–16 und 21–26; Prüfung der okklusalen
Kontakte.

Abb. 18: Frontalansicht der implantatgetragenen Brücken nach adhäsiver Eingliederung.

Abb. 19: Lateralansicht der Brücke 21–26.

Abb. 20: Lippenbild nach Abschluss der Behandlung.

Mit der prothetisch orientierten Implantatplanung wird die klinische Prognose hinsichtlich der Langzeitbewährung günstig beeinflusst. Die langfristige Gesunderhaltung und Stabilität der periimplantären Weichgewebe erhalten durch ein optimal hygienefähiges Emergenzprofil und die zentrierte kaufunktionelle Belastung des Implantats eine wegweisende Bedeutung für die Periimplantitis-Prävention.

Die Umstellung einer Praxis von analogen auf digitale Verfahren erfordert eine grundlegende Entscheidung. Ziel sollte sein, den Patienten virtuell abzubilden und Prozesse wie Anamnese, Registrierung, Screenings, Befundung, Analysen, Diagnostik, Therapieplanung, Behandlungen, Materialien, klinische Ergebnisse, Kostenaufwand, Nachsorge mit Verlaufskontrollen und präventive Recalls digital zu erfassen und jederzeit „auf Knopfdruck“ aufleben zu lassen. Besonders ist auf die Kompatibilität von Software und Hardware zu achten, um einen effektiven Workflow zu gewährleisten.

Der Umstellungsprozess fordert zwar das ganze Team, aber die Lernkurve führt erfahrungsgemäß schnell zu einem reibungslosen Ablauf. Die Kosten-Nutzen-Relation – das zeigten Referenten auf dem Masterkurs – liegt bei abgestimmten Systemen nach kurzer Zeit in einem ökonomisch interessanten Bereich.

Beim Fallbeispiel kam zur Anwendung:

Software: Cerec Connect, inLab;
Scansystem: Primscan;
Hardware: CAM Labor, MC X5 (Dentsply Sirona).

Auf einen Blick

Digitale Strategien und Technologien ermöglichen nicht nur einen Ersatz des analogen Arbeitsablaufs. Mit dem Computereinsatz kann die Effektivität der klinischen und technischen Prozesse gesteigert werden. Eine zentrale Rolle spielt das virtuelle Patientenmodell, das zur Simulation, Analyse und zur Planung herangezogen werden kann.

Vor allem die prätherapeutische Visualisierung ist ein Baustein für eine verständliche Patientenberatung und erleichtert die Therapieentscheidung. Digitale Anwendungsfelder sind sehr vielfältig und unterstützen die Praxisorganisation, Kommunikation, Patientendatenpflege, die Diagnose bis zur Therapie und die Qualitätssicherung. Entscheidend hierbei ist, die Anwendungen miteinander zu verknüpfen, so dass die Abläufe optimal ineinandergreifen.

Die Digitalisierung der Behandlungsschritte ersetzt keinesfalls die Grundpfeiler einer erfolgreichen Praxisführung. Sie erweitert jedoch die Möglichkeiten für Diagnostik, Planung, Behandlung und die langfristige Betreuung anhand eines individuellen Patienten- und Risikoprofils. In naher Zukunft wird die Anbindung an eine wissenschaftliche Datenbank und die Analyse der patientenspezifischen Daten durch Nutzung der KI ermöglichen, therapierelevante Aussagen und Empfehlungen zu treffen sowie Ergebnisse fallweise verifizieren zu können.

Weitere Angaben

* IoT: Das Internet of Things ist die Bezeichnung für das Netzwerk physischer Objekte bzw. Dinge, die mit Sensoren, Software und anderen Technologien integriert sind, um diese mit anderen Geräten und Systemen über das Internet zu vernetzen, so dass zwischen den Objekten Daten ausgetauscht werden können. Quelle: Google

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Digitaleinsatz für Diagnostik und Therapie