Ist die konventionelle Abformung obsolet?

CAD/CAM-Verfahren ermöglichen es heute, festsitzenden Zahnersatz mit hoher Präzision und sehr guter Passgenauigkeit auf dem Modell herzustellen. Ausschlaggebend dabei ist, wie gut es gelingt, die intraorale Situation exakt an das zahntechnische Labor zu übermitteln. Hier stellt die Abformung – sowohl konventionell als auch digital – das entscheidende Bindeglied dar. Mit fortschreitender Digitalisierung und zunehmend verbesserter Prozessgenauigkeit der zahntechnischen Fertigung kristallisiert sich mehr und mehr die konventionelle Abformung als wesentlicher Schwachpunkt der Prozesskette heraus, die mit der Präparation beginnt und dem Einsetzen der fertigen Arbeit endet. So ist es denn auch nicht verwunderlich, dass 86 Prozent aller konventionellen Abformungen zur Herstellung von festsitzendem Zahnersatz an mindestens einer Stelle einen Fehler aufweisen, der in 55 Prozent der untersuchten Fälle im Bereich der Präparationsgrenze zu finden und somit als kritisch anzusehen ist [Rau et al., 2017] (Abbildung 1).

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob die konventionelle Abformung mit anschließender Modellherstellung nicht durch digitale Verfahren ersetzt werden sollte. Da die Ursachen der in der konventionell-analogen Vorgehensweise entstehenden Fehler weniger in der Modellherstellung, sondern eher in der konventionellen Abformung verortet sind, wäre eine Teildigitalisierung der Prozesskette, im Sinne eines optischen Scans der konventionellen Abformung mittels Laborscanner, nicht zielführend. Zusätzlich wäre bei diesem Verfahren zu bedenken, dass die optische Reproduktion einer Abformung insbesondere im Frontzahnbereich schwierig ist [Wöstmann, 2016].

In diesem Kontext drängt sich immer mehr die digitale intraorale Abformung als Alternative auf. Betrachtet man sie als solche, ist die zugrundeliegende Technik nicht neu. Basierend auf ersten Konzepten von Francois Duret und Dianne Rekow aus dem Jahr 1972 und dem ersten tatsächlich am Markt verfügbaren System (CEREC), das Mörmann und Brandestini zusammen mit der Firma Siemens im Jahr 1985 vorstellten, hat sich die digitale intraorale Abformung mittels Intraoralscanner besonders in den vergangenen zehn Jahren deutlich weiterentwickelt.

Damit stellt sich die Frage, ob die analoge Abformung heute schon obsolet ist beziehungsweise ob die aktuell zur Verfügung stehenden digitalen Abformsysteme tatsächlich den konventionellen Verfahren hinsichtlich ihrer Genauigkeit überlegen sind. Darüber hinaus bieten einige Hersteller von Intraoralscannern neben der alleinigen digitalen Abformung zusätzliche Funktionen im Bereich Diagnostik, Planung und Monitoring an, die im Vergleich zur alleinigen konventionellen Abformung einen Mehrwert in Bezug auf den Informationstransfer zwischen intraoraler Situation und zahntechnischem Labor sowie der Patientenberatung und Therapieentscheidung darstellen könnten.

Grundsätzlich sind abhäng vom Verwendungszweck unterschiedliche Genauigkeitsanforderungen an eine Abformung zu stellen. Steht primär die Wiedergabe präparierter Zähne im Vordergrund, so stellt sich insbesondere die Frage nach der Reproduktionsgenauigkeit der Präparationsgrenze und der Dimensionstreue der einzelnen Zahnstümpfe. In dieser Hinsicht ist die mit heutigen Intraoralscannern erreichbare Wiedergabegenauigkeit, sowohl was die Darstellung der Präparationsgrenze angeht als auch die geometrisch exakte Reproduktion des Einzelzahnstumpfs, konventionellen Verfahren tendenziell überlegen [Chochlidakis et al., 2016; Ender et al., 2016; Güth et al., 2013].

Dies umso mehr, als dass bei etwaiger Fehlerhaftigkeit beispielsweise eines einzelnen Zahnstumpfs in einer mehrere Pfeiler umfassenden Abformung die digitale Abformung – anders als die konventionelle – nicht komplett wiederholt werden muss. Sofern nämlich ein einzelner Pfeiler bei der digitalen Reproduktion nicht zureichend dargestellt ist, lässt sich dieser in der Software der meisten Intraoralscanner partiell korrigieren, ohne dass dies die Genauigkeit des Scandatensatzes beeinflusst [Reich et al., 2020]. Diese Möglichkeit erlaubt zudem eine weitergehende Fehlerkorrektur. Wenn etwa im Verlauf des Scanvorgangs erkannt wird, dass die Präparation als solche noch nachgearbeitet werden müsste, ist dies ohne weiteres möglich. Dies betrifft sowohl die Korrektur der Präparationsgrenze als auch eine weitergehende okklusale Reduktion des Stumpfes, sofern erkennbar wird, dass der vorhandene Platz zum Antagonisten für die geplante Restauration nicht zureichend ist. Die heute bei mittlerweile allen Scansystemen vorhandenen Abstandsfunktionen, die auf einfache Weise das okklusale Platzangebot überprüfen können, erleichtern dabei das Vorgehen. Dagegen sind solche Korrekturmaßnahmen im Rahmen einer konventionellen Abformung nicht möglich, es sei denn, man wiederholt die gesamte Abformung (Abbildung 2).

Anders als bei der Abformung präparierter Zähne stellen sich die Anforderungen bei der Übertragung der Implantatposition auf ein digitales oder virtuelles Modell grundsätzlich anders dar. Hier ist es nicht so sehr die Genauigkeit im Bereich der Präparationsgrenze, die es möglichst exakt zu erfassen gilt, sondern vielmehr die möglichst fehlerfreie dreidimensionale Reproduktion der Implantatposition im Mund des Patienten auf einem wie auch immer gearteten Modell. Diese Übertragung muss so genau sein, dass verbleibende Diskrepanzen durch die Summation der Elastizität des Knochens zwischen den Implantaten, der Restbeweglichkeit der Implantate und der Fertigungstoleranzen der Abutments aufgefangen werden können. Für sofort belastete Implantate wird eine Eigenbeweglichkeit von 8 bis 15 µm angegeben [Chang et al., 2012], die mit zunehmender Osseointegration allerdings auf mindestens die Hälfte abnimmt [Winter et al., 2013]. Daraus lässt sich in erster Näherung ableiten, dass bei der Verbindung von zwei Implantaten ein Dimensionsfehler von etwa 20 µm (10 µm pro Implantat) nicht überschritten werden darf.

Das wesentliche Problem der digitalen intraoralen Abformung besteht darin, dass es mit allen heute verfügbaren Systemen nicht möglich ist, den gesamten Kiefer oder auch nur eine Kieferhälfte auf einmal zu erfassen. Vielmehr liefern alle Scansysteme lediglich Ausschnittbilder, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Größe des Scanfeldes nur wenige Zähne abbilden. Somit muss die Intraoralscannersoftware in einem Matchingprozess die Einzelbilder zu einem Gesamtmodell des Kiefers zusammensetzen. Die Matching-Algorithmen der jeweiligen Hersteller entscheiden hier darüber, mit welcher Genauigkeit die dreidimensionale Geometrie von Kiefersegmenten beziehungsweise vom ganzen Kiefer abgebildet wird. Darüber hinaus ist die Einhaltung des für das jeweilige Scansystem empfohlenen Scanpfads bei der Durchführung eines Ganzkieferscans zwingend erforderlich [Müller et al., 2016; Passos et al., 2019].

Abgesehen von den möglichen Fehlerquellen durch Software-Algorithmen und Fehlbedienung leidet die digitale Technik beim Scan großer Areale an einer technologiebedingten Fehlerquelle: Mit zunehmendem Fortschreiten des Scans über den Kieferbogen kommt es zu einem durch die Software nicht mehr kompensierbaren, stetig größer werdenden Fehler, so dass sich vor allem bei großen Kieferspannen Abweichungen von > 0,5 mm zeigen können [Schmidt et al., 2020]. Dies ist ein prinzipbedingter Nachteil der digitalen Abformtechnik im Vergleich zur konventionellen Abformung, da bei letzterer der Kiefer auf einmal erfasst wird und so entsprechend der Übertragungsfehler geringer ist.

Abbildung 3 zeigt beispielhaft wie mit zunehmender Länge des Scanpfades beginnend beim Implantat in regio 14 über das Implantat in regio 16 bis hin zu den Implantaten 24 und 26 die dreidimensionale Fehlpositionierung der Implantate auf dem Modell kontinuierlich ansteigt. Vor diesem Hintergrund ist für die digitale Abformung im Zusammenhang mit Implantatversorgungen festzuhalten, dass ein intraoraler Scan vornehmlich zur Wiedergabe einzelner oder mehrerer Implantate im selben Quadranten geeignet ist. Gerade im Hinblick auf die Möglichkeit der intraoperativen Abformung mit sterilen Scanbodies (Abbildung 4) oder der vollständigen Darstellung des Emergenzprofils (Abbildung 5), das mit konventionellen Abformmethoden häufig schwierig ist, ist die digitale Implantatabformung durchaus vorteilhaft und empfehlenswert.

Aufgrund der Eigenbeweglichkeit natürlicher Zähne, die im Vergleich zu Implantaten um den Faktor 5 bis 10 größer ausfällt [Parfitt, 1960], ist die beim Matching erreichte Genauigkeit bei der Reproduktion eines ganzen Kiefers bei den meisten heute verfügbaren Systemen so hoch, dass sie für die Herstellung von herausnehmbarem Zahnersatz wie Einstückgussprothesen sowie von zahnärztlich-therapeutischen Hilfsmitteln wie Modellen, Bohrschablonen, Schienen oder kieferorthopädischen Apparaturen ausreicht. Insbesondere bei der Herstellung von kieferorthopädischen Alignern ist die korrekte Darstellung des Interdentalraums zwingend erforderlich, was gerade in der Erwachsenentherapie durch weite Interdentalräume und große Unterschnitte eine Herausforderung darstellt. Häufig lassen sich mit konventionellen Abformmethoden durch das Ausreißen des Abformmaterials Interdentalräume gar nicht oder nur teilweise darstellen. Hier zeigen Intraoralscanner signifikant bessere Ergebnisse (Abbildung 6) [Schlenz et al., 2019].

Dabei darf aber nicht übersehen werden, dass die mit konventionellen Verfahren erreichte Reproduktionsgenauigkeit des ganzen Kiefers nach wie vor von intraoralen Scannern nur in Ausnahmefällen annähernd erreicht wird. Zur Visualisierung sind in Abbildung 7 die in einer aktuellen klinischen Studie gemessenen Streckenabweichungen von Ganzkieferabformungen verschiedener Intraoralscanner und einer konventionellen Polyetherabformung dargestellt [Schmidt et al., 2020]. Mit zunehmender Weiterentwicklung der Software ist jedoch von einer stetigen Verbesserung der Scansysteme auszugehen [Ender et al., 2019; Haddadi et al., 2018]. 

In der zahnärztlichen Praxis erfordert der Einsatz der digitalen Abformung einen vollständig anderen Arbeitsablauf als eine konventionelle Abformung. Dies beginnt bereits damit, dass eine Übernahme der Patientendaten aus dem Praxisverwaltungsprogramm in die Intraoralscannersoftware und umgekehrt bisher nur im Ausnahmefall möglich ist. Vielmehr ist in der Regel eine neue Eingabe der Patientendaten in den Intraoralscanner beziehungsweise eine Sicherung der Scandaten auf dem Praxisserver manuell nötig. Im Hinblick auf einen reibungslosen Arbeitsablauf während der Behandlung empfiehlt es sich daher unbedingt, die notwendigen administrativen Vorgänge vor Beginn der Behandlungssitzung beziehungsweise im Anschluss an den Scanvorgang an das Praxispersonal zu delegieren.

Zusätzlich ist es hilfreich, wenn bereits vor einer invasiven Behandlung ein Situationsscan von Ober- und Unterkiefer vorliegt, so dass nach einer Präparation oder einem Scan zur digitalen Implantatabformung nur der veränderte Bereich gescannt werden muss. So lässt sich die digitale intraorale Abformung in mehrere Abschnitte aufgliedern, die sich am Ende zu einem vollständigen dreidimensionalen Datensatz vereinen lassen. Neben der Zeitersparnis ist diese Aufteilung auch im Hinblick auf die Abrechnung der optisch-elektronischen Abformung je Kieferhälfte oder Frontzahnbereich (GOZ 0065) sinnvoll, da die Ziffer pro Behandlungssitzung maximal viermal abgerechnet werden kann, zur Herstellung komplexen Zahnersatzes jedoch gegebenenfalls mehr Scans notwendig sind.

Inwieweit tatsächlich eine digitale Abformung schneller durchgeführt werden kann als eine konventionelle, lässt sich daher nicht allgemein beantworten. Eine konventionelle Abformung dauert grundsätzlich immer exakt genau so lange, wie das verwendete Abformmaterial vom Mischbeginn bis zum Aushärten benötigt. Anders dagegen verhält es sich mit dem Zeitbedarf der digitalen Abformung. Sofern nur eine einzelne Präparation gescannt werden muss und ein Quadrantenscan von Ober- und Unterkiefer als ausreichend angesehen wird, ist dieser Scanvorgang in der Regel deutlich schneller durchzuführen als eine Präzisionsabformung des betroffenen Kiefers zuzüglich der Situationsabformung des Gegenkiefers.

Mit jedem zusätzlich zu scannenden Zahn steigt allerdings der Zeitaufwand der digitalen Abformung. Und auch die individuelle Scanerfahrung des Anwenders muss bei der Frage nach dem Zeitbedarf berücksichtigt werden. Bei der Reproduktion eines gesamten Kiefers zur Anfertigung eines Situationsmodells wird von verschiedenen Autoren ein Gesamtzeitaufwand beschrieben, der in etwa mit der konventionellen Abformung vergleichbar ist. Unter Berücksichtigung des gesamten Workflows einschließlich der Modellherstellung ist die digitale Abformung den konventionellen Techniken jedoch deutlich überlegen, da hier mit den Scandaten direkt weitergearbeitet werden kann.

Wenn auch zahn- und implantatbezogene Indikationen bereits weitgehend mit digitalen Methoden abgeformt werden können, so versteht es sich doch von selbst, dass alle Arten von Sammelabformungen – etwa in der Doppelkronentechnik – nicht digital durchführbar sind. Gleiches gilt für die Wiedergabe bewegter Schleimhautareale, etwa bei der Funktionsabformung in der Totalprothetik, die nach wie vor zwingend eine konventionelle Abformtechnik erfordert. Auch in dieser Situation bedarf es zunächst der grundlegenden Weiterentwicklung der Detektionsalgorithmen intraoraler Scansysteme, die bislang darauf optimiert sind, bewegliche Strukturen als irrelevant zu identifizieren und zu eliminieren. Vielmehr wäre zur Durchführung einer Funktionsabformung erforderlich, die in der Funktion bewegten Weichteile im Sinne einer Hüllkurve erfassen zu können, um den Raum darzustellen, der von dem in der Funktion bewegten Gewebe eingenommen wird.

Für die Auswahl des Abformverfahrens (digital oder konventionell) ist aber nicht nur die Frage der prinzipiellen Reproduzierbarkeit der intraoralen Situation entscheidend, sondern ebenfalls die Art des sich anschließenden Prozessweges im zahntechnischen Labor. Jedwede Abformung – einerlei ob konventionell oder digital – dient niemals einem Selbstzweck, sondern stellt immer das Mittel zum Zweck dar, im zahntechnischen Labor anschließend Zahnersatz oder zahnärztlich-therapeutische Hilfsmittel (zum Beispiel individuelle Löffel, kieferorthopädische Geräte oder Schienen) herzustellen.

In den Fällen, in denen der weitere zahntechnische Prozessweg digital erfolgen soll, ist eine digitale intraorale Abformung selbstverständlich von Vorteil. Ist jedoch im Labor ein konventioneller analoger Herstellungsweg vorgesehen (zum Beispiel bei der Anfertigung einer Interimsprothese), bringt der intraorale Scan keinen Vorteil, da mit vergleichsweise hohem Aufwand auf Basis des Scans zunächst ein konventionelles Modell erzeugt werden müsste.

Zunehmend wird auf Industrieseite erkannt, dass Intraoralscanner weit mehr als eine alleinige Abformungsersatzapplikation darstellen können. So werden zunehmend Zusatzfunktionen angeboten, von der patientenspezifischen Simulation des Behandlungsergebnisses, der digitalen Bestimmung der Zahnfarbe über ein Monitoring von Zahnhartsubstanzdefekten bis hin zur Kariesdetektion (Abbildung 8). Insbesondere in Bezug auf die Möglichkeit der Kariesdetektion sei jedoch angemerkt, dass hierzu wissenschaftliche Daten bisher nur sehr eingeschränkt vorliegen.

Allerdings darf nicht übersehen werden, dass mit allen heutigen Scansystemen auch das grundlegende Problem der konventionellen Abformung nicht prinzipiell gelöst werden kann. Unzugängliche und nicht sichtbare Bereiche lassen sich weder konventionell noch digital darstellen. Hierzu wäre es nämlich notwendig, Gewebe-durchdringende Bildgebungsverfahren – Ultraschall, Magnetresonanztomografie oder auch die Computertomografie – einzusetzen. Aktuelle Ansätze betreffen allerdings lediglich die Entwicklung Ultraschall-basierter Verfahren [Praca et al., 2018] sowie der magnetresonanztomografischen Darstellung [Boldt et al., 2018] der Zahnhartsubstanz. Wenn sich auch beide Technologien grundsätzlich zur Erfassung von Hart- und Weichgeweben eignen, so sind sie von einer möglichen Praxisreife weit entfernt.

Inwieweit darüber hinaus die computertomografische (CT) Darstellung hartgeweblicher Strukturen zur Abformung eine Option sein könnte, bleibt zum gegenwärtigen Zeitpunkt offen. Festzuhalten ist in jedem Fall, dass die gegenwärtig verfügbare CT-Auflösung keineswegs ausreicht, um die zur Anfertigung von Zahnersatz notwendige Präzision zu erreichen. Doch selbst wenn die Genauigkeit der CT-Darstellung eines Tages ein hinreichendes Maß erreichen sollte, bliebe immer noch die Abwägung des Nutzens im Vergleich zu den Strahlenrisiken im Rahmen der rechtfertigenden Indikation als limitierender Faktor erhalten.

Aus heutiger Perspektive ist insgesamt davon auszugehen, dass die digitale Abformung mittel- und langfristig die konventionelle Abformung vollständig ersetzen wird. Für zahlreiche Indikationen, insbesondere kurzspannige festsitzende Restaurationen, Implantatversorgungen und zur Planung und Hilfsmittelherstellung, stehen verschiedenste Workflows und Möglichkeiten zur Verfügung, die eine echte Alternative und in vielen Fällen sogar eine Verbesserung gegenüber analogen Verfahren darstellen.

Auf der anderen Seite existieren aber durchaus Indikationen, vor allem in der Total- und Teilprothetik, die die Anwendung herkömmlicher Abformverfahren aktuell in jedem Fall erfordern. Hier ist noch sehr viel Entwicklungsaufwand seitens der Hersteller erforderlich. Aus der heutigen Sicht lässt sich daher insgesamt nur schlecht abschätzen, wann der vollständige Wandel zur digitalen Technik im Kontext der Abformung vollzogen sein wird.

Prof. Dr. med. dent. Bernd Wöstmann

Justus-Liebig-Universität Gießen, ZZMK Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik

 Schlangenzahl 14, 35392 Gießen

bernd.woestmann@dentist.med.uni-giessen.de

Dr. med. dent. Maximiliane Amelie Schlenz, M.Sc.

Justus-Liebig-Universität Gießen, ZZMK Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik

Schlangenzahl 14, 35392 Gießen

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