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06.02.12 Implantatplanung

Interview Dr. Richter: IMPLANTATE UND COMPUTER AIDED DESIGN

Das Computer aided design, kurz CAD, ist ein Verfahren, um Zahnersatz dreidimensional zu planen und danach mittels Computer aided manufacturing, kurz CAM,  herzustellen. Gerade in letzter Zeit erhält CAD/CAM bei der dreidimensionalen Implantatplanung eine zunehmend größere Bedeutung. Dr. Uwe Richter aus Heidelberg schildert in einem Interview die Bedeutung von CAD/CAM in der dreidimensionalen Implantatplanung, die dafür notwendigen Voraussetzungen sowie die Vor- und Nachteile.

Dr. Richter, wie kam es dazu, dass das Computer aided  design (CAD) in die Zahnmedizin  Eingang gefunden hat?

CAD/CAM wurde erstmals 1985 in die Zahntechnik zur maschinellen Herstellung von Einzelzahnersatz eingeführt und wurde industriell unter dem Namen Cerec der Fa. Sirona in Bensheim weltbekannt. Es besteht aus einem digitalen Mundscanner als Kameraeinheit, einer Computerkonstruktionseinheit und einem angeschlossenen  Frässystem. Die Funktion lässt sich einfach erklären: Nach einer Mundaufnahme des beschliffenen Zahnes wird der Einzelzahnersatz wie z.B. ein Keramikinlay am Computerbildschirm konstruiert, um anschließend sofort vollautomatisch maschinell aus einem Keramikblock herausgefräst und beim Patienten eingesetzt zu werden. Mit der Leistungssteigerung der Computer hat sich diese Technologie sehr stark verbessert, und da CAD/CAM seit dem Jahr 2009 zunehmend eine Rolle in der computerbasierten 3D-Implantatplanung einnimmt, drängen jetzt viele Anbieter auf diesen Markt.

Warum hat CAD/CAM erst nach über 20 Jahren seit seiner Einführung in die Zahnmedizin Bedeutung in der Planung von Implantaten bekommen?

Die Ursache dafür lag in den 1980er und 1990er Jahren neben dem Kostenaspekt  vor allem in der der Dreidimensionalität von CAD/CAM hinterherhinkenden und damals nur nach dem forward-Prinzip geplanten „zweidimensionalen“ Implantologie. Forward planning  bedeutete, dass man die Implantate in erster Linie an die Kieferstellen einsetzte, wo genügend Knochen vorhanden war und nicht an die Stellen, wo der auf einem Implantat stehende Zahn bezüglich Gegenbezahnung, Kauens und Ästhetik seine Funktion optimal erfüllte. Man machte damals noch kaum Knochenaufbauten, um das Implantat an der prothetisch richtigen Stelle zu positionieren. Wenn man dagegen Implantate dorthin plant, wo früher der Zahn stand oder sie als Zahn gebraucht werden, spricht man von dem Prinzip des Backward Planning, zu deutsch Rückwärtsplanung. Seit etwa Ende der 1990er Jahre, als die dreidimensionale CT- bzw. DVT-basierte Bildgebung Einzug in die Implantologie gehalten hatte,  ist das Backward Planning bis heute state oft the art.

Wie entwickelten sich parallel zum CAD die bildgebenden Verfahren und damit die Röntgengeräte sowie die Computer-basierten Planungssysteme in der Implantologie?

Die Implantologie war 1985 auch röntgentechnisch nur zweidimensional, weil die 3D-Röntgenbildgebung mit der geeigneten 3D-Planungssoftware erst gegen Mitte der 1990er Jahre erfunden wurde: Zwar datiert die erste dreidimensionale Darstellung des menschlichen Kiefers mittels eines Computertomogrammes, kurz CT, aus dem Jahr 1987, aber es dauerte bis 1993, bis mit „Simplant“ die erste amerikanische 3D-Planungssoftware herauskam. Auf dem deutschen Markt wurden die heute immer noch führenden                  3D-Implantatplanungssysteme Codiagnostix  und Med-3D erst im Jahre 1998 herausgebracht. Mit diesen 3D-Planungsprogrammen konnten dreidimensionale computertomografische Bilddaten (CT) zur Implantation genutzt werden. Ihr Nachteil bestand in der hohen Strahlenbelastung von damals bis über 2000 Mikrosievert. Das änderte sich erst im Jahr 1997 mit dem ersten digitalen Volumentomografen, kurz DVT, mit dem die Strahlenbelastung erheblich reduziert werden konnte. Leider waren diese Geräte mit Preisen von damals noch über 200.000.- DM zu teuer und konnten sich deswegen nicht am Markt etablieren. Erst als gegen 2009 die Preise für ein DVT-Gerät die 50000-Euro-Grenze unterschritten und die Datenspeicher im Gigabytebereich Normalität und Bezahlbarkeit erreichten, begann sich die DVT-basierte dreidimensionale Implantatplanung in führenden implantologischen Praxen als Standard durchzusetzen.

Dr. Richter, kann man sagen, dass der digitale Volumentomograf (DVT) Bedingung gewesen ist, damit sich CAD/CAM in der Implantologie etablieren konnte?

Richtig. Dies entspricht genau der Wirklichkeit. Nachdem die DVT-Geräte für die spezialisierten implantologischen Praxen erschwinglich geworden waren, war es nur noch eine Frage der Zeit, dass CAD/CAM und 3D-Bildgebung in der Implantologie als digitaler Arbeitsablauf zusammengeführt wurden. Da ein zusätzliches Röntgengerät immer auch Stellplatz in der Praxis benötigt, waren ab 2009 insbesondere die Röntgen-Kombigeräte gefragt, die ein 2D-Panoramagerät mit einem 3D-DVT Gerät in sich vereinigten.

Worin liegt der große Unterschied zwischen einer Panoramaaufnahme - auch als OPG (Orthopantomogramm) oder PSA (Panoramaschichtaufnahme) bezeichnet - und dem Digitalen Volumentomogramm, kurz DVT?

Mit dem Panoramagerät kann man ein zweidimensionales, Postkarten-ähnliches Bild beider Kiefer erzeugen. Damit kann man sehr gut Karies diagnostizieren. Die Aufnahme ist aber nur bedingt geeignet, um millimetergenaue Messungen zuverlässig durchzuführen, da ihr Strahlengang vom technischen Prinzip her erstens an verschiedenen Bereichen des Bildes unterschiedliche Bildverzerrungen verursacht und zweitens nochmals für vertikale und horizontale Maße. Die Maße im Röntgenbild sind also nur bedingt auf die Realität übertragbar. Dagegen erzeugt das DVT ein verzerrungsfreies dreidimensionales Volumen, das an allen Stellen Maß- und Winkeltreue besitzt und dreidimensionale Schnittbilddarstellung ermöglicht. Das ist das für die Implantologie Wichtigste überhaupt, da man Implantatlängen zuverlässig in allen Ebenen planen und messen können muss. So sieht man beim DVT also nicht nur die „Oberfläche des Bildes auf der Postkarte“, sondern kann in die Tiefe des Bildes hineinschauen. Dafür sind Diagnose- und Planungssaufwand für die dreidimensionale Darstellung eines DVT bedeutend anspruchsvoller als bei der Panoramaaufnahme. Man kann das DVT entweder „nur“ zur digitalen Bildgebung und/oder zur Computer-basierten Herstellung einer Navigationsschablone benutzen. Volldigital wird der implantologische Arbeitsablauf dann, wenn man das DVT in eine digitale Prozesskette in Verbindung mit intraoralem Scanner und CAD/CAM-Technologie verbindet.

Schildern Sie uns doch nun den digitalen Arbeitsablauf für die 3D-Implantatplanung in Verbindung mit CAD/CAM.

Die von unseren Patienten in Form eines Endergebnisses formulierten Wünsche variieren vom Einzelzahnimplantat bis hin zur Umwandlung einer Prothesensituation in eine feste Bezahnung. Wir versuchen diesem Anforderungsprofil durch Auswahl einer adäquaten  Behandlungsstrategie zu entsprechen: Bei einfachen Fällen genügt die konventionelle, nicht DVT-basierte 2D-Implantatdiagnostik,  bei schwierigen Einzelzahnsituationen oder umfangreichen Fällen stellt die DVT-basierte Implantologie das Mittel der Wahl dar. Dabei kann der Prozess ausschließlich digital oder als Kombination von digitalen und konventionellen Abläufen durchgeführt werden. Nachfolgend wird der vollständige digitale Workflow geschildert:

1) CAI, Computer assisted impression
    
Für eine erste Übersicht wird ein konventionelles oder digitales Modell benötigt. Dieses erhält man entweder durch einen konventionellen Abdruck oder durch eine Kamera-Mundaufnahme. Mit dem sogenannten intraoralen Scanner stellt man den digitalen Abdruck her, auch als Computer assisted impression, kurz als CAI bezeichnet.

2) DVT, Dentale Volulmentomografie

Für die  Implantatplanung benötigt man Informationen über die Knochensituation, die man durch eine Röntgenaufnahme erhält. Dazu wird eine dreidimensionale Bildgebung in Form der Digitalen Volumentomografie, kurz DVT, durchführt. In Deutschland wird dies vom Bundesamt für Radiologie als Dentale Volumentomografie bezeichnet.

3) CAP, Computer assisted planning

Die Planung der Implantate wird in der integrierten Planungssoftware des Dentalen Volumentomografen oder nach Überführung der DVT-Röntgendaten in das standardisierte DICOM-Format in einer externen Software durchgeführt. Nach dem Zusammenführen von CAD- und DVT-Daten können die Implantate geplant, d.h. virtuell in den 3D-Röntgendatensatz eingesetzt werden.

4) CAD, Computer aided design

Um die Implantate im Rahmen der CAP (Computer assisted planning) erstens an den Stellen zu platzieren, wo - bei mehreren Möglichkeiten - maximal Knochen vorhanden ist und möglichst wenig Knochenaufbaumaßnahmen nötig sind, und zweitens in die beste Position unter den geplanten Implantat-Zahn zu bringen, konstruiert man zuvor mittels CAD virtuell die Situation der Zahnaufstellung, die dem gewünschten Endergebnis nach Implantation entspricht. Dies bezeichnet man als Backward planning. Konventionell wird dies als WAX/SET-UP bezeichnet.

5) CAM, Computer aided manufacturing

Um die Implantate nach der virtuellen Planung genau an die beabsichtige Stelle im Kiefer einzusetzen, wird eine Computer-basierte 3D-Implantatplanungsschablone oder kurz Navigationsschablone benötigt. Konventionell entspricht sie dem vom Zahntechniker auf dem Situationsmodell hergestellten und zur OP-Schablone mit Navigationshülsen reduzierten WAX-/Set-up. Die Navigationsschablone enthält die Informationen aus Zahnaufstellung und 3D-Implantatplanung und wird aus der digitalen Prozesskette direkt unter Verwendung des CAD/CAM Datensatzes gefräst. Ebenso kann bereits vor der Implantation aus dem CAD/CAM Datensatz das Provisorium hergestellt werden. Sollte sich die Implantatposition intraoperativ doch geändert haben, kann nach einer nochmaligen direkt postoperativen CAI (Implantatscan) ein abgeändertes Provisorium auf Basis dieser neuen Daten innerhalb von weniger als 60 Minuten gefräst werden.


Werden Hard- und Software für den digitalen Workflow als Komplettsystem angeboten?

Seit 2011 bieten die ersten Hersteller die Komponenten für den kompletten digitalen Arbeitsablauf bereits als Komplettsystem aus einer Hand an. Damit sie ihre Systeme verkaufen, haben sie entscheidende Schnittstellen für die Kombination mit Geräten oder Programmen anderer Hersteller nicht oder nur eingeschränkt zugänglich gemacht, d.h. ein Datenaustausch ist nicht oder nur schwer möglich. Es existieren noch nicht überall Schnittstellenstandards. Wir als Kunde wünschen uns für jeden Workflowstep unabhängig vom Hersteller konvertierbare Daten und Programme, damit wir für jeden einzelnen Arbeitsschritt die für uns geeignete Hard-/Softwarekombination aussuchen können: Intraoralscanner, CAD/CAM System, DVT-Gerät. Es scheint, dass die ersten Hersteller diese Situation erkannt haben und auf Druck des Marktes überlegen, ihre Systeme nach außen zu öffnen, d.h. über Schnittstellenstandards kompatibel zu machen. So reduziert sich der digitale Workflow in der 3D-Implantologie für 2012 zu einer Frage von Schnittstellenstandards zur Kombination von optimalen Hard- und Softwarekomponenten. Interessant ist, dass nach einer aktuellen M+W-Dentalumfrage doch nur 12,5% der Zahnärzte planen, sich einen intraoralen Scanner (Computer aided impression) zuzulegen. Warten wir auf 2012.

Wir haben noch nicht über die Strahlenbelastung gesprochen. Wie sieht es hier bei den DVT-Geräten aus?

Ein Vergleich zwischen konventionellen 2D-Panoramageräten und 3D-DVT Geräten ist eigentlich nicht zulässig, da dies dem Leistungsvergleich eines Radfahrers mit einem Flugzeug gleichen würde. Macht man es trotzdem, haben die dentale Volumentomogramme der neuesten Generation etwa die 5-fache Dosis einer Panoramaaufnahme. Hierbei muss immer berücksichtigt werden, dass der Informationsgehalt und der medizinische Nutzen einer 3D-Bildgebung erheblich höher ist als der eines 2D-Bildes. Ist die medizinische Indikation gegeben, dann ist der Nutzen einer DVT-3D-Bildgebung keine Frage.

Vergleicht man dagegen die Dosis eines DVT mit der eines CT, ergeben sich ganz andere Werte. Zwar ist ein direkter Gerätevergleich schwierig, weil man zwischen den unterschiedlichen Herstellern und Gerätegenerationen unterscheiden muss, aber man kann grob sagen, dass ein DVT-Gerät der neuesten Generation 5 bis 10 Mal weniger Strahlendosis hat als die Computertomografie (CT). Deswegen ist DVT heute der Standard für zahnärztliche 3D-Röntgenaufnahmen. Wir verfügen in unserer Praxis über das führende deutsche Kombigerät der neuesten Generation aus dem Jahre 2011, d.h. ein Gerät, das normale Panoramaaufnahmen und auch 3D-DVT-Aufnahmen machen kann. Seine Dosis für ein dreidimensionales DVT liegt bei ca. 60 Mikrosievert. Dies entspricht etwa einem Flug von Frankfurt nach NewYork oder 2 Mal von Frankfurt nach Mallorca, jeweils hin und zurück, da man davon ausgeht, dass eine Stunde Flug in 10000 m Höhe einer Ganzkörperexposition von 6 Mikrosievert entspricht. Da eine Strahlenexposition stets im Bezug zum medizinischen Nutzen verantwortet werden muss, ist bei jeder Aufnahme die rechtfertigende Indikation vom Mediziner zu stellen. Diese Indikation besteht sicher dann, wenn im Bereich der Implantologie das Risiko einer Nervverletzung, einer fehlerhaften Knocheneinschätzung oder das Übersehen eines konventionell nicht darstellbaren pathologischen Prozesses gegeben ist.

Haben die Computertechniken CAI/DVT/CAP/CAD/CAM Einfluss auf die Behandlung von älteren Menschen bzw. Risikopatienten?

Zur Anwendung der DVT/CAD/CAM-Techniken beim älteren Menschen oder beim Risikopatienten gibt es einige entscheidende Vorteile: Durch das Dentale Volumentomogramm kenne ich die Form des Knochens und die Nerv-Verläufe. Im Zuge der von mir erstellten Implantatplanung setze ich die Implantate bereits 1 Mal vor der Operation in den auf dem Bilddatensatz abgebildeten Knochen. Auf dieser Basis wird eine mit den Raumkoordinaten des 3D-Bilddatensatzes programmierte Implantatschablone, die sogenannte Navigationsschablone, angefertigt. Wenn diese Schablone in den Mund des Patienten gebracht wird und durch ihre Navigationshülsen die Bohrung für ein Implantat erfolgt, kann ich sicher sein, dass das Implantat danach an der richtigen, nämlich geplanten Stelle steht. In den meisten Fällen kann ich dann auch auf einen Schnitt in das Zahnfleisch verzichten und das Implantat direkt durch das Zahnfleisch in den Knochen einsetzen ohne nähen zu müssen. Da dieses als Schablonennavigation bezeichnete Verfahren viel schneller als eine konventionelle Implantation abläuft, nimmt der Eingriff nur noch etwa die Hälfte der Zeit in Anspruch. Wir reduzieren das OP-Risiko, da wir oft weniger örtliche Betäubung benötigen als für das Abschleifen eines Zahnes. Ein weiterer Vorteil ist, dass Patienten mit gerinnungshemmenden Medikamenten ihr Aspirin 100 nicht mehr absetzen müssen. Auch Markumarpatienten müssen ihr Markumar nicht mehr absetzen, sondern in Rücksprache mit ihrem Hausarzt nur noch kurzzeitig reduzieren auf einen Quick-Wert von 30% oder INR <2,5.

Die Schablonennavigation hört sich sehr einfach an, da Sie nur den in der Schablone vorgegebenen Hülsenrichtungen folgen müssen. Ist das auch sicher?

Nach neuesten, noch unveröffentlichten Publikationen von Prof. Haßfeld liegt die Genauigkeit der volldigitalen Verfahren bei unter 0,6 mm. Wir können also weiter in der Planung bei einem Sicherheitsabstand von 1,0 mm bleiben. Bevor wir die Bohrung bis auf den Sicherheitsabstand ausdehnen, fertigen wir in unserer Praxis bei knappen Nerv-Abständen während des Eingriffs direkt am Behandlungsstuhl zusätzlich ein digitales Kleinröntgenbild mit Messlehre an. Damit überprüfen wir noch einmal den Nervabstand, bevor wir bis auf unsere geplante Arbeitslänge weiterbohren. - Safety first.

Ist Schablonennavigation also ein simples Verfahren für jeden Anfängerimplantologen?

NEIN ! Die Computer-basierte digitale Implantologie mit Navigationsschablone wird nur dann zum sicheren Verfahren, wenn der implantierende Zahnarzt die mentale Fähigkeit besitzt nachzuvollziehen, an welcher Stelle des Kiefers sich „sein Bohrer“ gerade befindet. Er muss in der Lage sein, die Bohrrichtung in jeder Zehntelsekunde auf Plausibilität überprüfen zu können. Er muss das Bohrprotokoll also vorwegnehmen können, in der Art, dass er schon vorher weiß, dass er den Boden der Kieferhöhle gleich berühren wird und die Bohrung „härter“ werden wird, bevor dieses Ereignis eintritt. Das setzt viel Erfahrung voraus, besonders dann, wenn schwierige Fälle die Anwendung der Schablonennavigation erfordern. Auch hier gilt: Erfahrung ist durch nichts zu ersetzen - außer durch Erfahrung.

Können Sie uns noch einen Blick in die Zukunft - ein Schmankerl - mit auf den Weg geben?


Ab Januar 2012 kommt der CAD/CAM Lebendspender-Knochen auf den Markt. Dabei wird menschlicher Knochen von einem an Knie- oder Hüftgelenk operierten und auf Abwesenheit von Krankheiten untersuchten Menschen so designt, dass es in einen vorhandenen Knochendefekt passt. Das Volumen des beim Implantatpatienten vorhandenen Knochendefektes wird via eMail im STL-Format (Surface Tesselation Language) an das österreiche Unternehmen mitgeteilt. Mit diesen Daten wird dann ein formkongruentes Knochenstück aus dem Spenderknochen herausgefräst, welches dann genau in den Knochendefekt des Patienten in der deutschen implantologischen Praxis eingefügt werden kann. Das Verfahren stammt von einem deutschen in eigener Praxis niedergelassenen Implantologen. Genial einfach und einfach genial.

Herr Dr. Richter, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.




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Dr. med. dent. Uwe Richter, Heidelberg
06.02.2012, 22:15
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