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Abb. 2: Bei modernen implantatgetragenen Suprastrukturen treffen sich heute analoges und digitales Arbeiten.
© Schweiger, LMU München

Abb. 1: STL-Zahnstrukturdaten

© Peters (2)

Abb. 3: Am Anfang steht die Anschaffung eines Scanners.

 
Zahnheilkunde 30. Oktober 2015

Ist digital ein Muss im Labor?

Die Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Dentale Technologie gab Antworten.

Fakt ist in der heutigen Laborwelt, dass die bewährten analogen Technologien mit digitalen Errungenschaften verknüpft werden. Noch geht am händischen Teil der Laborarbeit nichts vorbei, die Gewichtung wird sich aber immer weiter Richtung CAD/CAM verschieben: So der Tenor der Referenten auf der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Dentale Technologie (ADT) im baden-württembergischen Nürtingen im Sommer 2015. Wieder kamen über 1.000 Teilnehmer aus Praxis, Labor und Hochschule, um sich über dentale Trends und ihre Bedeutung aufklären zu lassen.

Wie weit heute schon geblickt wird, verdeutlichte ZT Josef Schweiger, Laborleiter an der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) München in seinem Vortrag zu Möglichkeiten und Potenzialen der digitalen Prothetik. ZT Schweiger ist Mitentwickler und Inhaber verschiedener Patente und treibt die digitale Entwicklung zugunsten von Zahntechnikern und der Zahntechnik wesentlich mit voran. Aber bei verschiedenen Technologien, etwa beim digitalen Modellguss, „ist noch erheblicher Entwicklungsaufwand notwendig, um hier perfekte technische Lösungen anbieten zu können, die in der Materialqualität und in der Wirtschaftlichkeit zu den derzeit vorhandenen analogen Verfahren konkurrenzfähig sind“, so Schweigers Worte. Seine Prognose: Der „Anteil und die Geschwindigkeit der digitalen Entwicklung werden sich zukünftig weiter erhöhen.“ Die Tagungsteilnehmer hörten ihm gespannt zu.

Dreidimensionale Ästhetik bei CAD/CAM-Zahnersatz

Eine Neuentwicklung der LMU München, namentlich Josef Schweiger, ist die digitale Zahnstruktur-Datenbank (Abb. 1). Mit ihrer Hilfe werden sich Dentinkernkronen und -brücken fertigen lassen1,2, die die Unterschiede der Lichtbrechung und des Lichtflusses von Dentin und Schmelz berücksichtigen. Dieser Erfindung* liegt die Entdeckung zugrunde, dass es einen mathematisch fassbaren Zusammenhang zwischen der Form des Dentinkerns, resp. dem Verlauf der Dentin-Schmelz-Grenze, und der Zahnaußenform gibt. Hierdurch werden, so Schweiger auf der ADT, „neue Möglichkeiten für naturidentischen Zahnersatz mittels digitaler Herstellungsverfahren“ geschaffen, wie es das subtraktive Herausfräsen aus Rohlingen und additive Fertigen des 3D-Drucks sind. Den digitalen Dentinkern bezeichnete er als Schlüssel zur neuen digitalen Zahnästhetik: Dieser verschafft den Zutritt zur zahnentsprechenden dreidimensionalen Farbschichtung für CAD/CAM-gestützt erstellten Zahnersatz auch im Frontzahnbereich.

„Bei so viel digital – ist analog noch in?“

Der Ärztliche Direktor der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik an der Universität Tübingen/Dtld., Professor Dr. Heiner Weber,, langjähriger ehemaliger Vorsitzender der ADT, brachte mit seiner Frage „Bei so viel digital – ist analog noch in?“ die Gedanken auf den Punkt, die viele Tagungsteilnehmer umtrieb und zur ADT geführt hatte. Weber selbst hatte vor 31 Jahren nicht für möglich gehalten, dass es einmal „Roboter in der Zahntechnik“ geben werde, wie er sich damals in der Fachpresse äußerte. Doch dann revolutionierten François Duret, Werner Mörmann und Peter Schärer mit ihren verschiedenen CAD/CAM-Systemen den Dentalbereich. Bis heute sind aber noch etliche „klassische“ analoge Prozesse im Dentalbereich verblieben, meinte Weber. Sie seien dort gefragt, „wo die Biologie in ihrer Dynamik eine Rolle spielt“ – und „wo höchste Individualität in Form, Farbe, Struktur und Funktion“ im Vordergrund stehen: bei Zähnen im sichtbaren Bereich, intra- und extraoralen Weichgeweben und der Sprache.

Bildgebung und Implantologie

Bereits klassisch gewordene digitale Anwendungen finden sich derzeit in der Bildgebung, bei nicht vergieß-/pressbaren Materialien wie Zirkoniumdioxid, beim Abformen für kleinere Restaurationen mit gut sichtbarem Präparationsrand und insgesamt adäquater Präparationsform. Viel Sinn macht die digitale Entwicklung in der Implantologie, angefangen mit der Gewinnung von 3D-Röntgenbildern für die Patientenaufklärung, Diagnostik sowie Planung der Insertion und Prothetik, über die Konstruktion und Herstellung von Abutments bis hin zu Suprastrukturen – und nicht zu vergessen: bei der Verlaufskontrolle, Dokumentation, Schulung, beim Abrechnen und Verwalten sowie in der Kommunikation mit Dritten durch Datenaustausch. Gefahren des digitalen Arbeitens sieht Professor Weber in kritiklosem Glauben an das neue Medium und im Datenmissbrauch.

Dr. Fabian Hüttig, Sektion Medizinische Werkstoffkunde und Technologie, ebenfalls Universität Tübingen, verschaffte den Zuhörern detaillierte Einblicke. Als hilfreich sah Hüttig die „Virtualisierung“ des Patienten an – konkret: seiner organischen Strukturen –, außerdem den digitalen Weg zwischen „real“ und „real“: das heißt den Weg von der virtuellen Ist-Situation vorher bis zum Umsetzen der Wunschsituation nachher durch die CAD/CAM-gestützt gefertigte Restauration. „Wann wird (endlich) alles digital möglich sein – ohne Umwege …“, fragte Hüttig. Mindestens bei der optischen Abformung und dem CT-Röntgen (Computertomographie) werde das Auflösungspotenzial aber überschätzt. Der Patient bringt Bewegungsartefakte ins Spiel – durch sein Atmen, den Herzschlag, durch neurologisch-muskuläre Vorgänge und den Folgereflex der Augen beispielsweise. Außerdem sind die Rechenprozesse selbst mit Ungenauigkeiten verknüpft.

Die Weiterentwicklung ist aber unaufhaltsam. Es wird etwa daran gearbeitet, den STL-Standard (Abkürzung für STereoLithographie) durch NURBS (nicht-uniforme rationale B-Splines – non-uniform rational B-Splines) abzulösen. Der STL-Datensatz ist vergleichsweise klein, mit rund 5 bis 20 MB pro Zahneinheit. Hierbei wird die Oberfläche von 3D-Körpern lediglich in kleine Dreiecksfacetten („Parkettierung“) aufgelöst, nur annähernd kann man so die Form gebogener Oberflächen, wie Zähne oder Zahnfleisch sie haben, berechnen. Mit der Spline-Funktion werden Polynome höheren Grades zusammengesetzt, um damit echte Kurvenverläufe im dreidimensionalen Raum zu berechnen und darzustellen (spline = Weidenrippe im Korbstuhl oder Fachwerkhaus, Kurvenlineal, math.: durch Polynome interpolierend zu berechnende Kurve). Die weiter wachsende Rechenleistung im Zuge der Miniaturisierung der Chips rückt die rechenintensiven Volumenmodelle in greifbare Nähe. Für die optische Abformung oder etwa die virtuelle Konstruktion von Zahnersatz bedeutet das Zugrundelegen von Splines einen großen Fortschritt in puncto Genauigkeit!

Jedoch schon heute zeigen Vergleiche die Ebenbürtigkeit vieler analoger und digitaler Herstellverfahren (Modelle, Einzelzahnversorgungen, kleine Brücken). Manchmal ist CAD/CAM sogar dem konventionellen Vorgehen überlegen, beispielsweise beim sofortigen und reproduzierbaren Erreichen der Passgenauigkeit großspanniger Objekte im maschinellen Fräs- versus Gießprozess (NEM, Titan). Die Zahntechnik ist dabei Vorreiter für die gesamte digitale Industrie: weil es auf Mikrometer ankommt, nicht Zehntel- oder Millimeter wie zum Beispiel im Flugzeug- oder Automobilbau. Die Hürde in der digitalen Zahnmedizin, Zahntechnik und Medizin (Chirurgie) liegt darin, dass sich die gefertigten Objekte in der realen Biologie beweisen und dort passen müssen, anders als in anderen digitalen Bereichen. Es geht dabei nicht nur ums Berechnen – auch der technische CAM-Prozess muss der Biologie gehorchen. Hüttig nannte Beispiele: Es geht um die Werkzeugauswahl, Materialspezifikation, den Vorschub, die Werkzeugbahn, Bahnkorrektur, Drehzahl, Verweildauer je Drehzahl, den Spindellauf, die Kühlung, Schmierung, Getriebewahl und so weiter.

Dass der eingeschlagene Weg in die digitale Welt als unumkehrbar angesehen werden muss, zeigt auch die dentale Werkstoffentwicklung. Es erscheinen immer neue Materialien, die ausschließlich per CAD/CAM bearbeitbar sind und Fortschritte in die Patientenbehandlung bringen. Zirkoniumdioxid machte den Anfang im Labor, hinzu kommen nun solche wie Polyetheretherketon (PEEK), Hybridkomposit und Hybridkeramik, die näher an die Elastizität von Zahnsubstanz bzw. Knochen heranreichen als Zirkoniumdioxid, und anderes mehr.

Analog und digital im echten Alltag

Am Beispiel von Implantatsuprastrukturen zeigte ZTM Andreas Kunz, Laborinhaber in Berlin, wie er heute mit digitalen und analogen Arbeitsmitteln umgeht. Seine Maxime: „Die Hauptthemen der Digitalisierung sind Qualität und Effizienz. Im Vergleich zwischen analogen und digitalen Prozessen geht es um ‚besser‘, ‚gleichwertig‘ oder ‚schlechter‘.“ Jeden Schritt unterzieht er einzeln einer solchen Prüfung – und trifft dem entsprechend seine Wahl. Beim ersten Schritt, der Kommunikation und Dokumentation, punktet für ihn klar die Digitalisierung. Labore haben Internetseiten, erstellen digital Kostenpläne und später ihre Rechnungen, die digitale Fotografie mit komplettem Fotostatus mündet in die Ästhetikanalyse mit Aussagen zu Farbe, Form, Oberfläche, Stellung der Zähne – am Ende steht ein Konzept der patientenindividuellen Rehabilitation, z. B. mithilfe der DSD-Planungs-Software erstellt („Digital Smile Design“ von Dr. Christian Coachman). Das so Erarbeitete wird zur engen – analogen – Kommunikation mit dem Zahnarzt benutzt. Danach ist die prothetisch basierte prächirurgische Planung ebenfalls eine Domäne für die digitale Zusammenarbeit (navigierte Implantologie mit Röntgen- und Bohrschablone). Jedoch geht Andreas Kunz den Wax-up-Schritt nach wie vor analog, weil er so die besseren Ergebnisse erzielt. Zur Prothetik-Herstellung führen heute vier parallele Wege: komplett analog mit Laborguss (ganz ohne CAD/CAM), Versenden des händischen Wax-up an ein Fräszentrum (CAM), Konstruktion des Zahnersatzes am Labor-PC (CAD) und dann erst Abgabe des Datensatzes an das Fräszentrum (CAM) und viertens: CAD und CAM vollziehen sich zusammen im Labor.

Die Erfahrung des Referenten: Selbst Labore mit eigenem Fräsgerät nutzen mehrere dieser Fertigungswege – etwa, „wenn bestimmte Werkstoffe bevorzugt werden, die das eigene System nicht verarbeiten kann, oder wenn das originale Implantat-Interface individuell gefertigt werden soll.“ Die richtige Antwort des bestgeeigneten Vorgehens für jedes Labor „setzt sich aus der Kostenstruktur der einzelnen Systeme sowie der Anforderung und der digitalen Fähigkeiten des Zahntechnikers zusammen“. Neben diese weiche Antwort hatte Kunz auch eine klare Aussage für sein Auditorium: „Zum jetzigen Zeitpunkt kann man sagen, im Bereich der Passgenauigkeit und der Reproduktion ist die digitale Fertigung der analogen überlegen.“ Die analoge Gusstechnik liefere nach wie vor gute Ergebnisse, doch reproduziere man diese Ergebnisse digital einfacher, stellte Kunz fest. Ebenso biete nach seinen Worten das Duplizieren von Provisorien hin zur definitiven Versorgung digital mehr Möglichkeiten als die „alt bewährte Silikonschlüssel-Technik“. Bei allem dürfe aber nicht außer Acht gelassen werden, dass analoges Arbeiten schon lange präsent und eingeübt und der zugehörige Gerätepark zumeist vorhanden sei. Demgegenüber müsse jede digitale Fertigkeit erst erlernt werden. Somit geht das analoge Arbeiten mit einem Vorsprung an den Start, wenn man beide Verfahren heute vergleicht. Für beide gelte, betonte Kunz: Die zahntechnischen Fertigkeiten und Fachkenntnisse seien digital genau so erforderlich und würden nicht entbehrlich.

Im Pressegespräch der Tagung machte der 2. ADT-Vorsitzende ZTM Wolfgang Weisser allen Nicht-Digitalen Mut: Das Digitale sei erlernbar für den Zahntechniker jeden Alters. Man müsse sich damit beschäftigen, um die Vorteile zu nutzen, die zum Beispiel beim Erreichen von Präzision bei Nichtedelmetall offensichtlich seien, und auch deshalb, um seine Zahnärzte und Patienten profitieren zu lassen. Und dies gelte auch, wenn zurzeit noch circa 80 Prozent der Aufträge im Labor analog abliefen. Das Fazit im Pressegespräch: Wer heute 60 Jahre alt ist, kann vor 15 Jahren in das digitale Arbeiten eingestiegen sein. Wenn nicht, muss das Labor einen Geschäftsplan aufstellen und sorgfältig herausfiltern, was sich für das Fortbestehen des Betriebes lohnt. Es müssen nicht gleich die teuersten Maschinen sein …

Einstieg in die digitale Welt

Für die teilnehmenden Zahntechniker blieb nach dieser Tagung nur noch die Frage: Wie steige ich in die digitale Welt ein? Was schaffe ich selbst an, was vergebe ich an ein Fräszentrum beziehungsweise an einen Kollegen mit CAD/CAM-Ausstattung? Sie nahmen als Botschaft mit nach Hause, dass ihr Betrieb nur durch die Hinzuziehung digitaler Techniken zukunftsfähig ist. Viele nutzten die Möglichkeit, in der begleitenden Ausstellung der ADT den Experten an den Ständen ihre drängenden Fragen zu stellen und sich durch Anschauen und in die Hand Nehmen persönlich zu informieren. Aber das Analoge und Händische im Zahntechnikhandwerk wird nicht vollständig untergehen – und das Wichtigste bleibt gefordert: das tiefe zahntechnische Wissen, die Steuerung der Prozesse und das Hinleiten zur Patientenindividualität.

* Patentanmeldungen und Patente: DE – 10 2010 002 484 A1: Schweiger J.: Verfahren, Vorrichtung und Computerprogramm zur Herstellung eines Zahnersatzes. EP – 000002363094 A2: Schweiger J.: Method, device and computer program for producing a dental prothesis. US 8,775, 131 B2: Schweiger J.: Method, device and computer program for producing a dental prosthesis.

Referenzen:

1 Schweiger J, Edelhoff D, Stimmelmayr M, Güth JF, Beuer F. Automatisierte Fertigung von mehrschichtigem Frontzahnersatz mithilfe digitaler Dentinkerne. Quintessenz Zahntech 2014;40(10):1248-1266.

2 Schweiger J, Edelhoff D, Stimmelmayr M, Güth JF, Beuer F. Automated Production of Multilayer Anterior Restorations with Digitally Produced Dentin Cores. Quintessence Dental Technician QDT 2015 (38); 207-220.

Der digitale Status quo in der Zahntechnik

Derzeit sind digital konstruierte und durch Fräsen hergestellte einfache Kronen und Brückengerüste vielerorts schon gang und gäbe, das machbare Spektrum reicht bis zu komplexen Versorgungen auf Implantaten einschließlich Aufbauten (Abutments).

CAD/CAM-gestützt lassen sich ebenso Dentalmodelle (im analogen Verfahren „Gipsmodelle“ genannt) herstellen wie adjustierte und vollanatomische Aufbissschienen und Objekte für die Kieferorthopädie. Daneben ist die „digitale Verbundkrone“ schon Wirklichkeit, bei der das Gerüst (Zirkoniumdioxid) und die zugehörige Verblendung (Lithium-Disilikat) in zwei Fräsprozessen entstehen und am Ende zusammengefügt werden.

Bei Modellguss greifen digital ausgerichtete Labore mehrheitlich auf den Weg des softwaregestützten Konstruierens plus Maschinenfräsen oder 3D-Drucken der Modellationen aus ausbrennbarem Material zurück, jeweils mit anschließender konventioneller Gießtechnik. Realität ist jedoch daneben bereits die Möglichkeit, den Modellguss direkt aus den Konstruktionsdaten zu erzeugen: im Lasersinter-Verfahren. Die so hergestellten Modellgussgerüste sind einerseits stabil genug, andererseits ausreichend biegsam, sodass sie auch Klammern beinhalten können.

Auf der diesjährigen Internationalen Dental-Schau stellten außerdem einige Unternehmen als Neuheiten die digitale Totalprothese vor.

Gisela Peters, Zahnarzt 11/2015

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