Spielerei oder echter Fortschritt?

Die Digitalisierung als mediales Schlagwort ist schon lange nicht mehr nur in Form von Smartphones für jedermann greifbar geworden, sondern hat bereits in unterschiedlichsten Lebensbereichen Einzug gehalten. Hierzu zählt auch das zahnärztliche Berufsfeld. Auf Dentalmessen und Fachausstellungen werden zunehmend Systeme angeboten, die einen „digitalen Workflow“ in der eigenen Praxis ermöglichen. Zugleich statten immer mehr Zahnärzte ihre Praxen mit digitalen Hilfsmitteln wie Intraoralscannern, modernen 3-D-Röntgengeräten und Softwarelösungen für die digitale Planung aus. Auch Möglichkeiten zur Chairside-Fertigung von Patientenarbeiten werden immer häufiger angeboten.

Als digitaler Laie oder kritischer Beobachter kann man sich deshalb die Frage stellen: „Ist das alles nur eine technische Spielerei? Oder erhalte ich durch den Einsatz digitaler Technologien für meine Patienten einen echten Mehrwehrt?“ Dieser Fragestellung gehen wir in diesem Beitrag nach. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Betrachtung des digitalen Workflows in der zahnärztlichen Implantologie.

Ein zentraler Begriff in der digitalen dentalen Welt ist der „Digitale Workflow“. Dieser bezeichnet die konsekutive Nutzung verschiedener digitaler Werkzeuge zur zahnärztlichen Diagnostik und Planung von Behandlungen sowie zur klinischen Umsetzung. Neben konventionellen Tools wie einer digitalen Patientenakte, Abrechnungssoftware und Möglichkeiten zum Qualitätsmanagement stehen dem Nutzer verschiedene technische Hilfsmittel zur Verfügung, die in unterschiedlicher Form in allen dentalen Fachbereichen (Prothetik, Kieferorthopädie, Implantologie, Zahnärztliche Chirurgie, konservierende Zahnheilkunde, Endodontologie, Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie) genutzt werden können.

Technische Hilfsmittel

• Intraoralscanner

Mit Einführung der intraoralen Scanner rückt die Digitalisierung definitionsgemäß in die zahnärztlichen Praxen, da die Scans digital weiterverarbeitet und später archiviert werden müssen. Typische Arbeitsschritte umfassen beispielsweise das virtuelle Trimmen und Sockeln, eine digitale Modellanalyse, eine Identifikation von Präparationsgrenzen oder die vollständige computergestützte Planung einer Therapie.

Während die ersten intraoralen Scanner noch umständlich in der Handhabung waren und beispielsweise vor dem Scan spezielle Puder in den Patientenmund eingebracht werden mussten, erreichen Kamera-basierte und Puder-freie Systeme mittlerweile Auflösungen von etwa 40 µm [Sun et al., 2018]. Sogar die ursprünglich empfohlenen Scanpfade können bei neueren Geräten in der Regel vernachlässigt werden [Medina-Sotomayor et al., 2018]. Bei vielen Programmen können zudem Kontaktpunkte direkt nach dem Bissregistrat virtuell angezeigt werden (Abbildung 1).

In einer kürzlich veröffentlichten Studie konnten Keul et al. zeigen, dass die Präzision eines Intraoralscans höher ist als die Überführung konventioneller Abformungen in ein digitales Modell [Keul et al., 2019]. Gerade durch die konsekutive Anfertigung von Abformungen, Gipsmodellen und eine anschließende Digitalisierung per Modellscanner können sich Fehler addieren. Die höhere Präzision galt sowohl für in vitro als auch für in vivo im Patientenmund erhaltene Abformungen. Generell sollte beim Gebrauch eines Intraoralscanners auf eine regelmäßige Kalibrierung des Geräts sowie die fachgerechte Anwendung geachtet werden.

Eine weitere Nutzungsmöglichkeit intraoraler Scans besteht darin, Aufnahmen verschiedener Zeitpunkte zu überlagern, um Veränderungen quantifizieren zu können. Beispielsweise können nach einer Augmentation von Weichgewebe Volumenveränderungen erfasst und visualisiert werden (Abbildung 2).

Mit einer geeigneten Software lässt sich sogar die reelle Volumenzunahme in Prozent und auch in mm berechnen, wodurch die kurz- und langfristige Stabilität eines Augmentationsverfahrens wissenschaftlich untersucht werden kann (Abbildung 3).

Neben den technischen Vorteilen können Intraoralscans auch die Kommunikation mit dem Patienten oder – im Fall interdisziplinärer Arbeiten – mit Kollegen verbessern. Insbesondere eine Visualisierung des geplanten Eingriffs eröffnet die Möglichkeit, Unklarheiten und Missverständnisse bereits vor dem Behandlungsstart zu beseitigen und die Anliegen des Patienten besser zu verstehen. Dadurch kann nicht nur die Transparenz des Behandlungsablaufs, sondern auch das Vertrauensverhältnis zwischen Behandler und Patient gestärkt werden.

Anstelle von Intraoralscans können auch konventionelle Abformungen digitalisiert und für den digitalen Workflow herangezogen werden.

• Digitale Volumentomografie (DVT)

Die DVT stellt ein für den Kopf-Hals-Bereich optimiertes Verfahren zur dreidimensionalen Röntgendiagnostik dar. Im Gegensatz zur Computertomografie steht Zahnärzten für die DVT die Möglichkeit offen, eine entsprechende Fachkunde zu erwerben. Diese erlaubt es, in der eigenen Zahnarztpraxis ein DVT zu betreiben und die angefertigten Aufnahmen zu befunden.

Obwohl die Auflösung (in Linienpaaren) gegenwärtig noch unterhalb der Auflösung für ein konventionelles Orthopantomogramm (OPTG) liegt und die DVT nicht zur Routinediagnostik angewendet werden darf, bietet sie durch die Option einer dreidimensionalen Betrachtung anatomischer Strukturen in vielen Fällen diagnostische Vorteile. Beispielsweise kann die optimale Position eines Implantats in einem atrophierten Kieferkamm digital bestimmt und der spätere Knochen-Implantat-Kontakt vorhergesagt werden (Abbildung 5). Weiterhin kann im Unterkiefer bei einer Implantatplanung ein Sicherheitsabstand von in der Regel 1,5 mm zum Nervus alveolaris inferior berücksichtigt werden. Dies ermöglicht es, die bestehende Knochenhöhe soweit möglich auszunutzen und zugleich das Risiko eines Sensibilitätsverlusts durch eine Nervschädigung zu minimieren. Weiterhin kann ein Augmentationsbedarf anhand der Darstellung des Knochenangebots vor Behandlungsbeginn abgeschätzt werden, so dass Patienten ebenfalls über die Darstellung der Defektsituation nachvollziehen können, warum die vorgeschlagene Behandlungsmethode notwendig ist.

Besonders im Unterkiefer besteht zudem die Gefahr einer lingualen Perforation bei Bohrung des Implantatbettes und Insertion des Implantats, da sich die Kortikalis in diesem Bereich typischerweise verjüngt. Aus diesem Grund kann die vorherige Simulation unter Berücksichtigung von Implantatlänge und -durchmesser sowie der anatomischen Gegebenheiten gerade für Einsteiger von Vorteil sein und das Komplikationsrisiko verringern.

Seit Einführung dosisreduzierter Protokolle im Jahr 2013 konnte die Strahlendosis einer DVT-Aufnahme so weit reduziert werden, dass heute Bildgebungen mit nur geringfügiger Strahlenbelastung für den Patienten möglich sind. Teilweise liegt die Dosis für eine DVT-Aufnahme bereits unterhalb der für ein OPTG benötigten Strahlendosis:

Das Dosisflächenprodukt eines digitalen OPTGs liegt bei aktuellen Geräten bei etwa 1,14 dGy x cm2 und einer effektiven Dosis von 14–30 µSv. Bei einem DVT mit dem Planmeca Promax liegt das Dosisflächenprodukt bei einem Field of View (FoV) von 5 x 5 cm bei 4,4 dGy x cm2 (Low Dose, LD) beziehungsweise 1,03 dGy x cm2 (Ultra Low Dose, ULD). Beim Orthophos SL 3D von Sirona kann im Low Dose Modus bei gleichem FoV eine effektive Dosis von 0,18–0,38 dGy x cm2 erreicht werden, die somit unterhalb des Dosisflächenprodukts eines OPTGs liegt. Durch Verwendung einer geringeren Zahl von Projektionen oder durch Aufhärtung des Röntgenstrahls per Kupferfilter können diese Dosisreduktionen erzielt werden. Gerade bei Patienten ohne Metallrestaurationen reichen diese Modi häufig aus und ermöglichen eine 3-D-Darstellung des Gewebes mit guter Ortsauflösung (Abbildung 4).

Möchte man eine wie in Abbildung 5 dargestellte Planung per Schablone auf den Patienten übertragen, ist eine Überlagerung (Matching) der DVT-Aufnahme mit einem digitalen Modell des Patienten erforderlich.

Obwohl eine Überlagerung der Zahnhartgewebe von DVT und Intraoralscan/Modellscan zunächst trivial klingt, kann dieser Schritt durchaus fehlerbehaftet sein. Wird im Sinne eines Dosis-sparenden Ansatzes ein kleines FOV gewählt, kann es passieren, dass das Matching inakkurat ist. Dies ist in Abbildung 6 dargestellt: Im linken Bild (6a) wurde ein Modellscan mit einem DVT überlagert und ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt. Betrachtet man jedoch das rechte Bild (6b) mit einem größeren FOV und der Überlagerung aus Abbildung 6a, so erkennt man plötzlich den Rotationsfehler. Hätte man eine Schablone zur Implantatinsertion anhand der Überlagerung aus 6a geplant, ließe sich diese nicht in der vorgesehenen Position im Mund einsetzen (da sie im dritten Quadranten innerhalb der Zahnhartsubstanz verlaufen würde). Würde man die Schablone in der „passenden“ Position auf den Zähnen einsetzen, würde sie im dritten Quadranten nicht mehr in der zuvor geplanten Position sitzen. Folglich würden ein Versatz und ein Winkelfehler bei der Implantat-Insertion resultieren.

Aus diesem Grund ist es essenziell, die Güte einer Registrierung von digitalem Modell und DVT zu prüfen, bevor Insertionsschablonen erstellt werden. Fehlerhafte Registrierungen können auch auftreten, wenn Metallrestaurationen im Patientenmund vorhanden sind und es dadurch zu Artefakten im DVT kommt. Flügge et al. konnten darlegen, dass in solch einem Fall durch eine manuelle Segmentierung des Knochens und der Zähne der Matchingfehler deutlich reduziert werden kann [Flügge et al., 2017].

Um eine virtuell identifizierte Implantatposition in die klinische Situation am Patienten zu übertragen, eignen sich grundsätzlich die beiden folgenden Konzepte:

1. „Computer-guided surgery“:

Bei dieser Methode wird eine Bohrschablone digital am Computer erstellt und in der Regel in einem additiven 3-D-Druck-Verfahren hergestellt. Hierbei kann entweder nur die Vorbohrung per Schablone erfolgen („partially guided“-Konzept) oder nach dem „fully guided“-Konzept die gesamte Implantatinsertion.

2. „Navigated surgery“:

Bei diesem Verfahren wird keine Schablone gedruckt. Stattdessen wird während der Bohrung und der Implantatinsertion die Positionierung der chirurgischen Instrumente über 3-D-Kameras überwacht und auf einem Bildschirm validiert. Somit kann der Behandler während des chirurgischen Eingriffs am Computerbildschirm nachverfolgen, ob und in welchem Ausmaß die Position und/oder die Achse der Instrumente korrigiert werden müssen.

• Computer-guided surgery

In Abbildung 7 ist dargestellt, wie die Position zweier Implantate digital geplant und im Anschluss eine Bohrschablone („partially guided“-Konzept) erstellt wurde. Nach dem 3-D-Druck der Schablone wurden Führungshülsen in der entsprechenden Position eingebracht.

Bei der Wahl eines „Computer-guided“-Konzepts mit Bohrschablone ist es erforderlich, neben dem Matching auch die Qualität des digitalen Modells zu validieren. Ist das virtuelle Modell beispielsweise fehlerhaft (unvollständiger Scan, Gipsmodell mit Blasen oder abgeschlagener Kante eines Zahnes), so kann eine fehlerhafte Passung im Patientenmund resultieren. Weiterhin ist zu beachten, dass je nach Art der gewählten Schablonen das Operationsgebiet möglicherweise nicht vollständig eingesehen werden kann. Falls Schablonen beim zahnlosen Patienten genutzt werden sollen, kann eine zusätzliche Fixierung per Osteosyntheseschrauben eingeplant werden.

• Navigierte Implantation

Bei der navigierten Implantatinsertion wird das chirurgische Vorgehen ebenfalls mittels DVT (und gegebenenfalls einem gematchten digitalen Modell) geplant. Im Vergleich zum Template-basierten Ansatz wird jedoch keine Schablone gedruckt, sondern, wie in Abbildung 8 dargestellt, ein Computer im Operationsraum aufgestellt. Dieser zeigt kontinuierlich das DVT und die gewählte Implantatposition an. An den chirurgischen Instrumenten wird ein Matching-Tool (2-D-Referenz-Bild) befestigt, das sich im Field of View der 3-D-Kamera befinden sollte und über das die Position der Instrumente im Patientenmund permanent berechnet werden kann. Initial muss mindestens ein Instrument kalibriert werden, indem es an definierte dentale Referenzpunkte bewegt wird. Bewegt man ein chirurgisches Instrument an eine Position im Patientenmund, so werden die entsprechenden Schichten aus dem DVT in der entsprechenden Neigung interpoliert und auf dem PC angezeigt. Somit erhält der Behandler permanent einen Überblick, wie hoch das Knochenangebot in der entsprechenden Achse wäre.

Im Gegensatz zu Template-basierten Verfahren erfolgt die Insertion nun über eine „Zielscheibe“, die dem Behandler den Mismatch zur geplanten Position und Achse permanent anzeigt und visuell darstellt, wenn das chirurgische Instrument korrekt positioniert ist (Abbildung 9). Somit betrachtet der Chirurg bei diesem Verfahren nicht nur den Patientenmund, sondern hauptsächlich den Computerbildschirm. Dies kann, neben dem Matching-Bild an den chirurgischen Instrumenten und dem zusätzlichen, teilweise kostenintensiven Hardwarebedarf als Nachteil des Verfahrens angesehen werden. Als Vorteil stellt sich jedoch heraus, dass das Operationsareal nicht durch eine Bohrschablone verdeckt wird und die Implantatposition auch intraoperativ jederzeit angepasst werden kann. Gerade im zahnlosen Kiefer besteht zudem kein Risiko eines unzureichenden Sitzes der Schablone, wobei eine Kalibration ohne dentale Referenzpunkte in der Regel aufwendiger ist.

• Die Digitalisierung in der Zahnmedizin bietet gegenwärtig eine Vielzahl attraktiver Hilfsmittel, die die Planung von Eingriffen und auch die Kommunikation mit dem Patienten oder mit Kollegen vereinfachen. Insbesondere für Einsteiger eröffnet eine dreidimensionale OP-Planung in der zahnärztlichen Implantologie Vorteile, da eine ideale Positionierung des Implantats vorab am Computer durchgeführt und mit Kollegen besprochen werden kann. Intraoperativ kann durch eine geführte Insertion die Sicherheit des Eingriffs erhöht werden. Für erfahrene Behandler hingegen erscheint eine digitale Planung gerade im Fall komplexer Behandlungskonzepte relevant. So kann ein Augmentationsbedarf frühzeitig erkannt und der Restknochen in einem stark atrophierten Kieferknochen ideal ausgenutzt werden.

• Auch die Kommunikation mit dem Patienten wird durch die neuen Visualisierungsmöglichkeiten deutlich verbessert. Dies kann das Verständnis der vorgeschlagenen Behandlung verbessern und den Patienten sogar aktiv in die Behandlungsplanung einbeziehen.

• Die interdisziplinäre Zusammenarbeit wird über die Nutzung digitaler Planungskonzepte vereinfacht. So kann eine geplante Bisshebung oder eine umfassende Restauration für den Chirurgen visualisiert werden und die hierfür ideale Implantatposition gemeinsam festgelegt werden.

Dennoch ist nicht für jeden Patientenfall eine digitale Planung erforderlich und nicht jede virtuelle Visualisierung der geplanten Behandlung medizinisch notwendig, weshalb manche Option durchaus als technische Spielerei angesehen werden kann. Falls es zu Fehlern im Workflow kommt, kann dies sogar zu einer Desillusionierung des Patienten führen.

Deshalb ist es essenziell zu berücksichtigen, dass auch eine virtuelle Planung nicht als Garant für einen Behandlungserfolg angesehen werden kann. Insbesondere kumulative Fehler (inkorrektes Matching, unzureichende Kalibrierung, insuffiziente Qualität von Modellen) können zu einem erheblichen Mismatch zur ursprünglichen Planung führen. Deshalb gilt: Digital ist nicht gleich besser, aber es gibt zahlreiche Vorteile, die man nach entsprechendem Training gewinnbringend in der eigenen Praxis nutzen kann.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass eine Einführung digitaler Technologien in der eigenen Praxis mit erheblichen Kosten für Hardware- wie Softwarelösungen verbunden sein kann. Vorab sollte also gut überlegt werden, welche Geräte in der eigenen Praxis tatsächlich erforderlich sind und welche Arbeitsschritte gegebenenfalls ausgelagert werden können. Viele Implantathersteller bieten beispielsweise eine externe digitale Planung und den Versand fertiger Bohrschablonen an, so dass auf diesem Weg keine Lizenzierungskosten für die Software anfallen und kein eigener 3-D-Drucker angeschafft werden muss. Weiterhin besteht so die Möglichkeit, mit Experten die geplanten Schritte zu diskutieren und sich selbst weiterzubilden. Zudem bieten auch viele Dentallabore 3-D-Druck-Services sowie CAD/CAM-Fertigungen an, so dass auch diese Schritte zunächst ausgelagert werden können. Dabei sollte allerdings beachtet werden, in welchem Maße man langfristig von externen Anbietern abhängig sein möchte und zu welchen Mehrkosten die Leistungen an Patienten weitergegeben werden sollen.

Ausblickend lässt sich sagen, dass sich die digitalen dentalen Technologien immer stärker zu einem „Lebensgefühl“ entwickeln könnten, das die Patienten gerne im Praxisalltag erleben möchten und in einer modernen Zahnarztpraxis erwarten. Auch unter diesem Aspekt sollte deshalb überlegt werden, wie digitale Technologien jetzt oder auch in den kommenden Jahren in der eigenen Praxis eingebracht werden können.

PD Dr. Kathrin Becker

Poliklinik für Zahnärztliche Chirurgie und Implantologie, Carolinum Zahnärztliches Universitäts-Institut
Goethe-Universität Frankfurt
Theodor-Stern-Kai 7, 60596 Frankfurt am Main

Dr. Andrea Düchting

Poliklinik für Zahnärztliche Chirurgie und Implantologie, Carolinum Zahnärztliches Universitäts-Institut
Goethe-Universität Frankfurt
Theodor-Stern-Kai 7, 60596 Frankfurt am Main

Univ.-Prof. Dr. Frank Schwarz

Poliklinik für Zahnärztliche Chirurgie und Implantologie, Carolinum Zahnärztliches Universitäts-Institut
Goethe-Universität Frankfurt
Theodor-Stern-Kai 7, 60596 Frankfurt am Main

Univ. Prof. Dr. Dr. Dr. Robert Sader

Klinik für Mund-, Kiefer- und Plastische Gesichtschirurgie,
Universitätsklinikum Frankfurt Goethe-Universität Frankfurt
Theodor-Stern-Kai 7, Haus 23 B, Untergeschoss 60590 Frankfurt am Main

1.    LiJun Sun, Jin-Sol Lee, Hyun-Hee Choo, Hyeon-Shik Hwang, Kyung-Min Lee, Reproducibility of an intraoral scanner: A comparison between in-vivo and ex-vivo scans, American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics,Volume 154, Issue 2, 2018

2.    Medina-Sotomayor, P., Pascual-Moscardo, A., & Camps, I. (2018). Accuracy of four digital scanners according to scanning strategy in complete-arch impressions. PloS one, 13(9), e0202916. doi:10.1371/journal.pone.0202916

3.    Keul JC, Guth JF, Accuracy of full-arch digital impressions – an in-vitro and in-vivo comparison. CLOI 2019

4.    Flugge, T., Derksen, W., Te Poel, J., Hassan, B., Nelson, K., & Wismeijer, D. (2017). Registration of cone beam computed tomography data and intraoral surface scans - A prerequisite for guided implant surgery with CAD/CAM drilling guides. Clin Oral Implants Res, 28(9), 1113-1118. doi:10.1111/clr.12925