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Digitale Zahnmedizin 19.05.2017

Am Zahn der Zeit: Digitale dentale Diagnostik mit Intraoralscannern

Im Rahmen der korrekten Therapiefindung zählt das Treffen richtiger Entscheidungen zum Alltag eines jeden Zahnmediziners. Dabei werden derartige Entscheidungen stets auf Grundlage einer fundierten Diagnostik getroffen, die somit für den Erfolg einer zahnärztlichen Therapie von immenser Bedeutung ist. Die Digitalisierung eröffnet hierbei neue Möglichkeiten, um zu einer besseren Diagnostik im Sinne einer verbesserten Patiententherapie zu gelangen.

An erster Stelle im digitalen dentalen Workflow nimmt dabei die intraorale digitale Abformung mit Intraoralscannern ein großes Potenzial ein. In welcher Form Intraoralscanner schon heute den Prozess der Entscheidungs- und somit auch der klinischen Diagnosefindung unterstützen und was unter Umständen in Zukunft möglich sein wird, wird im vorliegenden Beitrag erörtert.

Der Begriff Diagnostik ist vom griechischen Wort „diágnosis“ abgeleitet und steht für Unterscheidung bzw. Entscheidung. Im eigentlichen Sinn bezeichnet Diagnostik im Medizinbereich die Feststellung einer Pathologie. Die eigentliche Diagnose entsteht durch eine zusammenfassende Beurteilung einzelner Befunde. Es ist wichtig anzumerken, dass der Weg zur Diagnose­findung sowohl subjektiv also auch objektiv erfolgen kann, wobei dem objek­tivem, auf bestimmten messbaren Parametern begründetem Weg naturgemäß der Vorzug zu geben ist.

Digitale dentale Diagnostik

Da in der Medizin die richtige Diagnose entscheidend für den weiteren Therapieverlauf ist, kommt der Diagnostik ein überaus wichtiger Stellenwert bei der Patientenbehandlung zu. Zudem ist die medizinische Diagnosestellung mit bestimmten rechtlichen Grundlagen verbunden. Die Arzt-Patienten-Beziehung stellt grundsätzlich einen privatrechtlichen Vertrag dar und sieht unter anderem eine Aufklärungspflicht auch über die gestellte Diagnose vor. In der Zahnmedizin gibt es heutzutage bereits einzelne Verfahren, die den Anwender bei der korrekten Entscheidungsfindung in verschiedenen Fragestellungen mit digitaler Technologie unterstützen sollen. An dieser Stelle ist es wichtig anzumerken, dass digitale Verfahren weder die Kompetenzen noch die Erfahrungen des ausgebildeten Fachmannes ersetzen sollen und können.

Die digitale dentale Fotografie ist sicher die einfachste Methode zur Unterstützung der Entscheidungsfindung mit digitalen Mitteln. Eine strukturierte Dokumentation der Intraoralsituation ermöglicht oftmals erst das Erkennen von wichtigen Details, die bei einer reinen intraoralen Inspektion übersehen worden wären. Hochlauflösende Intra­oralscans mit Aufnahmequalitäten, die an HD-Fotos heranreichen, sind daher allein aus Dokumentationsgründen eine immer wichtiger werdende Ergänzung dieser Methode (Abb. 1).

Die digitale Röntgendiagnostik ist heutzutage zudem unbestritten eine unverzichtbare Ergänzung für die konventionelle Kariesdiagnostik. Neben diesen beiden digitalen Methoden die bereits weite Akzeptanz im Praxisalltag ein­nehmen, gibt es heutzutage noch zahlreiche weitere, weniger bekannte Prozesse, bei denen die Entscheidungs­findung durch digitale Technologie unterstützt wird. Im Bereich der Kariologie sind beispielsweise die Karies­detektion mit Laserfluoreszenz (z.B. DIAGNOdent, KaVo) oder DIFOTI-Technologie (z.B. DIAGNOcam, KaVo) zu nennen. Im Bereich der Parodontologie besteht die Möglichkeit der elek­tronischen Messung der Zahnfleischtaschentiefen (z.B. Florida Probe System, Florida Probe Corporation) und im Bereich der Endodontologie ermög­lichen elektronische Apexlokatoren mittels Impedanzmethode (z.B. Root ZX, J. Morita) die exakte Bestimmung des physiologischen Apex. Im Bereich der Prothetik sind beispielsweise Prozesse wie die Bestimmung der Zahnfarbe mittels Spektrophotometer (z.B. VITA Easyshade V, VITA Zahnfabrik), die digitale Okklusionsanalyse (z.B. T-Scan, Tekscan) und die virtuelle Arti­kulationsbestimmung (z.B. mittelwertige Artikulatoren in bestimmten CAD- Softwaren) Beispiele für den unterstützenden Einsatz digitaler Technologien.

Digitale dentale Diagnostik mit Intrascannern

Digitale Prozesse im Sinne einer Entscheidungshilfe sind beim Einsatz von Intraoralscannern bisher nur teilweise etabliert. Die vorhandenen Möglichkeiten und deren Ausmaß sind meist stark vom verwendeten System abhängig. Es ist jedoch mit großer Sicherheit davon auszugehen, dass durch den raschen technologischen Fortschritt die gege­benen Möglichkeiten zusehends erweitert und auch systemübergreifend zur Anwendung kommen werden. Gerade im Bereich der Dokumentation und Kommunikation kommt dem Intra­oralscan bereits heute eine große Be­deutung zu. Hochauflösende Echt­farbenscans ermöglichen eine nahezu realitätsgenaue Wiedergabe der intraoralen Situation auf dem Bildschirm mit Details, die eine Gipsabformung mit Sicherheit nicht wiedergeben würde. Viele Möglichkeiten sind jedoch strenggenommen vor allem eine Konsequenz von CAD/CAM-Softwarelösungen und sind nicht nur bedingt durch die allei­-nige Anfertigung eines Intraoralscans. Beispiele hierfür sind z.B. das Anzeigen der Restaurationsschichtstärke, die Okklusions-/Artikulationsanalyse von Restaurationen vor der Fertigung sowie eine automatisierte Analyse der Prä­paration auf Grundlage bestimmter Parameter (Abb. 2).

Für den Intraoralscan ergibt sich ge­-rade durch die Möglichkeit der Datei­fusion ein vielversprechendes Poten- zial. Unter Dateifusion versteht man die Möglichkeit, Dateninformationen, die an unterschiedlichen Stellen in der Prozesskette gewonnen werden, in einem einzigen Datensatz mit einem bestimmen Zweck zusammenzuführen. Im digitalen dentalen Workflow sind bisher nur wenige derartige Optionen vorhanden. Das wohl bekannteste Beispiel ist das Matchen von Intraoral­scandaten und 3-D-DVT-Daten beim Einsatz von voll navigierten Implantatsystemen. Im Bereich der Dokumentation und Diagnostik stellt die digitale Farbbestimmung sowie die digitale 3-D-Verlaufskontrolle mit spezieller Differenzana­-lysesoftware eine interessante Mög­lichkeit zum Einsatz intraoraler Scan­systeme über die alleinige Indikation „Abformung“ hinaus dar.

Prinzip digitale Farbbestimmung

Digitale Farbmessgeräte sind als eigenständige Geräte bereits seit einiger Zeit im Markt enthalten. Das grundlegende Prinzip bei den meisten digitalen Farbmessgeräten ist das der Spektrofotometrie. Dieses Prinzip beruht darauf, dass ein auf die Zahnoberfläche auf­gelegter Lichtleiter Licht einer definierten Wellenlänge aussendet. Das Licht wird von der Zahnoberfläche reflektiert und dessen Remissionsspektrum kann entsprechend gemessen werden. Die Farb­information kann im Anschluss in verschiedenen Farbskalen ausgegeben werden.

Die digitale Farbbestimmung mit Intra­oralscannern folgt einem leicht abgewandelten Prinzip. Bisher ist nur ein einziges intraorales Scansystem mit dieser Option auf dem Markt erhältlich (TRIOS 3, 3Shape). Es ist jedoch davon auszugehen, dass in Zukunft weitere Hersteller ähnliche Systeme auf den Markt brin­-gen werden. Das grundsätzliche Ver­fahren ist, dass Farbinformationen auto­matisch während des Scanvorgangs aufgezeichnet werden. Die LED-Lichtquelle im Scankopf sendet hierbei Wellenlängen im sichtbaren Lichtspektrum auf die Zahnoberfläche aus und regis­triert die zurückgestrahlte Lichtmenge. Anschließend erfolgt eine algorithmenbasierte Berechnung der Zahnfarbe aus den während des Scanprozesses erlangten Farbinformationen. Sowohl die Zahngeometrie als auch der entsprechende Aufnahmewinkel werden hierbei berücksichtigt. Die so erhaltenen Farbinformationen werden anschließend in verschiedene Farbskalen um­gerechnet (z.B. VITA Toothguide 3D-MASTER; VITA Zahnfabrik). In der Literatur sind erste Studien zur Ge­nauigkeit dieser Methoden bereits vorhanden.1

Prinzip der 3-D-Verlaufskontrolle

Das Prinzip der 3-D-Verlaufskontrolle durch Differenzanalyse wurde in der Literatur bereits ausführlich beschrieben.2 Es beruht auf einer software­gestützten Überlagerung von digitalen Datensätzen (z.B. Intraoralscans), die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden. Heutzutage gibt es mehrere Softwarelösungen, die im dentalen Bereich speziell für diese Zwecke eingesetzt werden, wie zum Beispiel Convince (3Shape), OraCheck (Cyfex) und Geomagic (Geomagic).

Unabhängig von der verwendeten Softwarelösung ist eine exakte Datenerfassung eine unabdingbare Voraussetzung für die korrekte Durchführung der 3-D- Verlaufskontrolle. Speziell für die mit Intraoralscannern erzeugte digitale intra­orale Abformungen gilt, dass das Einhalten einer entsprechenden Scan­strategie nach aktuellen Erkenntnissen empfehlenswert ist.3 Bei intra­oralen Scansystemen gilt es zudem zu beachten, dass sich einzelne Scan­systeme in der Punktdichte und der STL-Mesh-Auflösung deutlich voneinander unterscheiden können (Abb. 3 und 4). Bei der 3-D-Verlaufskontrolle werden zunächst zwei digitale Datensätze im STL-Dateiformat übereinander ge­lagert. Bei den meisten Softwarelösun­-gen müssen die Scandatensätze ma­nuell importiert werden. Es existieren jedoch auch in die Scansoftware in­tegrierte Lösungen, bei denen die Analyse als Applikation gestartet werden kann (z.B. OraCheck, Cyfex). Die Übereinanderlagerung der Datensätze, das sogenannte „Matching“, geschieht meist nach einem Best-Fit-Algorithmus. Die für die Überlagerung relevanten Bereiche können entsprechend auf den Datensätzen selektiert werden. Es ist hierbei sinnvoll, Bereiche zu ver­wenden, bei denen im Verlauf der Beobachtung keine Veränderungen zu erwarten sind. Ansonsten ergibt die Überlagerung eine Mitteilung von Differenzen und die anschließende Ana­lyse liefert nur unpräzise Aussagen.

Das Verfahren der Differenzanalyse ist hoch­genau. Eigene Messungen mit der Differenzanalyse-Software OraCheck ergeben eine Genauigkeit von unter 1 µm.4 Im zweiten Schritt wird die eigentliche Differenzanalyse durchgeführt. Es gilt zu beachten, dass die Differenzanalyse immer die Abweichung eines Daten­satzes (Follow-up) zu einem Ausgangsdatensatz (Baseline) beschreibt. Die Analyse der   kann entweder qualitativ oder quantitativ erfolgen. Bei der qualitativen Analyse werden die Differenzen meist farbcodiert als positive/negative Beträge sichtbar wiedergegeben. Eine justierbare Farbskala gibt das Ausmaß der Abweichungen an. Bei der quantitativen Analyse werden die tatsächlichen Differenzen in den Raumkoordinaten x/y/z entsprechend mathematisch berechnet und können aus der Software heraus für weitere Analysen exportiert werden. In den meisten Softwarelösungen gibt es zudem noch spezielle Analysetools, wie beispielsweise das Sicht­barmachen von Schnittbildern oder direkte 2-D-Distanzmessungen. Aber auch 3-D-Tools, wie zum Beispiel eine Volumenanalyse, sind teilweise vorhanden und können für spezielle Frage­stellungen verwendet werden. Es gilt als wichtig zu erwähnen, dass die mathematische Berechnung der entsprechenden Differenzen einen mathematisch komplexen Prozess darstellt. Neben der Richtung der Differenz­messung muss auch eine exakte Definition des jeweiligen Ausgangs- und Endpunktes der Distanzmessung wie z.B. Punkt-Fläche/Punkt-Punkt exakt festgelegt werden. Die verschiedenen Softwarelösungen behandeln diesen Aspekt oftmals unterschiedlich.

Als Einsatzgebiet für die Differenz­analyse-Software sind mehrere klinische Fragestellungen denkbar. Heut­zutage wird die Software beim Einsatz von Intraoralscannern vor allem für die Verlaufskontrolle von Abrasions-, Ero­sions- und Attritionserscheinungen, so-wie für die Analyse gingivaler Verän­derungen eingesetzt. Aber auch diverse Einsatzgebiete im Bereich der Kiefer-ortho­pädie sind denkbar und werden vom Autor derzeit genauer untersucht. Im folgenden Abschnitt sollen einige klinische Beispiele für den Einsatz von Intraoralscannern im Sinne einer digi­talen dentalen Diagnostik vorgestellt werden.

Digitale dentale Diagnostik mit Intra­oralscannern – Klinische Beispiele:

  1. Beurteilung Resorptionsvorgänge nach Extraktion und Socket Pre­servations-Technik vor geplanter
    Implantation (Abb. 5 bis 8).
  2. Beurteilung Abrasion/Erosion
    dentaler Hartsubstanzen (Abb. 9)
  3. Beurteilung kieferorthopädischer Fragestellung hinsichtlich Ausmaß der Zahnbewegung nach Aligner- therapie (Abb. 10).

Fazit

In der Zahnmedizin werden seit jeher die drei Bereiche Dokumentation, Dia­gnostik und Therapie unterschieden. Intraoralscanner werden heutzutage vor allem im Bereich der Therapie im Rahmen des digitalen Workflows ein­gesetzt. Aufgrund der zahlreichen Vorteile findet die digitale intraorale Ab­formung eine immer weitere Verbrei­tung und die Möglichkeiten des digi­-talen Workflows nehmen rasant zu. Gerade durch mögliche Dateifusionen ergibt sich für die Zukunft ein großes Potenzial. Im Bereich der Diagnostik ist der Ein­-satz von Intraoralscannern heutzutage hingegen nur eingeschränkt verbreitet. 3-D-Verlaufsanalyse und Zahnfarbmessung sind bisher eher im Bereich der Dokumentation anzusiedeln, da eindeutige Diagnostikparameter fehlen und im Grunde genommen eigens entwickelt werden müssten. Somit kann man bei Intraoralscannern derzeit nur von einer eingeschränkten Diagnostikmöglichkeit im eigentlichen Sinne der Defi­nition sprechen. Die 3-D-Differenzanalyse hat gegenüber 2-D-Verfahren jedoch zahlreiche Vorteile, da weit mehr Informationen erfasst werden können als rein visuell und zweidimensional. Die Qualität dieser Ana­lyse hängt jedoch in hohem Maße von der Genauig­keit der Datenerfassung ab.

Das wahre Potenzial entfaltet der 3-D-Scan vielleicht erst durch die Dateifusion mit anderen diagnostisch erhobenen Daten. Wie in der Einleitung erwähnt, entsteht Diagnostik stets durch eine zusammenfassende Be­urteilung einzelner Befunde. Es ist daher gut vorstell­bar, dass der Intraoralscan in Zukunft ein wichtiges Element in diesem Befundungsprozess einnimmt. Das Ziel bei der Diagnostik sollte nämlich immer sein: sichere Entscheidungen möglichst objektiv zu treffen.

Literatur

1 Gotfredsen E., Gram M., Ben Brahem E., Hosseini M., Petkov M., Sitorovic M. Effectiveness of shade measurements using a scan­ning and computer software system: a pilot study. International Journal of Oral and Dental Health, 2015. 1(2).
2 Mehl A., et al. 3D monitoring and quality control using intraoral optical camera systems. Int J Comput Dent, 2013. 16(1): p. 23–36.
3 Ender, A. and A. Mehl. Influence of scanning strategies on the accuracy of digital intraoral scanning systems. Int J Comput Dent, 2013. 16(1): p. 11–21.
4 Zimmermann M., Mehl A. Digitale dentale Diagnostik mit intra­oralen Scansystemen – Vorstellung eines Konzepts anhand kli­nischer Fallbeispiele. Conference Paper, Deutscher Zahnärztetag 2016, Frankfurt am Main, 2016.


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