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Kieferorthopädie 13.10.2016

Neue Dimension kieferorthopädischer Diagnose und Planung

Neue Dimension kieferorthopädischer Diagnose und Planung

Mithilfe von orthocaps iSetup® 3D Face wird es Behandlern ermöglicht, aus verschiedenen Quellen zusammengetragene dreidimensionale 
Daten ihrer Patienten in eine einzige Plattform zu integrieren. Die Prüfung und Analyse behandlungsrelevanter Daten wird somit erheblich 
erleichtert. Zudem wird dem Kieferorthopäden ein nützliches Werkzeug in die Hand gegeben, seinen Patienten im Rahmen des Beratungsgesprächs das angestrebte Therapieziel sowie dessen Auswirkungen auf die Ästhetik von Zähnen und Gesicht zu visualisieren. 
 

Einführung

Bei einer kieferorthopädischen Diagnose wird eine detaillierte Untersuchung und Analyse von Röntgenaufnahmen und Fotografien durchgeführt. Durch das Aufkommen von Fernröntgenaufnahmetechniken im Jahre 1931 wurde der Grundstein der kieferorthopädischen 2D-Fernröntgenanalyse gelegt, die auch heute noch Angelpunkt der kieferorthopädischen Diagnose ist. Die mittels dieser Technik gesammelten Daten sind nicht nur unabdingbar für die Diagnostik und Planung kieferorthopädischer Behandlungen, sondern auch für die Erforschung des kraniofazialen Wachstums und von Zahnfehlstellungen. Die berühmten Arbeiten von Broadbent und Brodie, die 1955 von Brodie im Artikel „The Behaviour of the Cranial Base and it’s Components as Revealed by Serial Cephalometric Roentgenograms“ veröffentlicht wurden, unterstreichen die Bedeutung, sich ein „Gesamtbild“ zu verschaffen, und nicht nur die Zähne und Kiefer im Einzelnen zu betrachten. In den 1960er-Jahren setzte sich Brodies Student Robert Ricketts mit der Frage auseinander, wie man ausgehend von Bjorks Arbeiten sowie von Studien anderer Personen Wachstumsvorhersagen (als VTO bekannt) treffen könne. Heute verfügen wir über die notwendigen Technologien und Methoden, damit Kieferorthopäden genauso einfach mit 3D-Daten umgehen können, wie dies früher mit 2D der Fall war. Die Möglichkeit, dreidimensionale Röntgenbilder im DICOM-Format zu generieren, führt zu präziseren Ergebnissen. Dabei ist es jedoch notwendig, die 3D-Daten der Zähne, Knochen und des Weichteilgewebes auf einer einzigen Plattform zu integrieren, um die Analysen zu vereinfachen. 
orthocaps iSetup® 3D Face ist ein Werkzeug, das es Kieferorthopäden ermöglicht, alle aus verschiedenen Quellen stammenden und gesammelten 3D-Daten mithilfe einer einzigen, freien Industriestandardsoftware (z. B. Adobe Acrobat Reader) zu prüfen und zu analysieren.

iSetup® 3D Face

Diese iSetup® Version beinhaltet 3D-Gesichtsdaten (Weichteilgewebe) sowie 3D-Daten der Zähne. Durch die Kombination der 3D-Gesichts- sowie Zahndaten entsteht ein realistisches dreidimensionales Bild des Gesichts des Patienten (Abb. 1), das für die Analyse der Zahnstellung im Verhältnis zum Gesicht verwendet werden kann. Das Bild kann des Weiteren für andere Analysen, wie eine volumetrische Analyse des Mundraumes, durch den Kieferorthopäden herangezogen werden. Zusätzlich können die durch 3D-Röntgenbildgebung erhaltenen DICOM-Daten des darunterliegenden Knochens zu den schon existierenden Daten hinzugefügt werden (Abb. 2). Es sollte aber erwähnt werden, dass für die 3D-Röntgenbildgebung sehr teures Material benötigt wird, das meist die Möglichkeiten einer kleinen, kieferorthopädischen Praxis übersteigt. Hingegen ist es möglich, 3D-Daten des Gesichts eines Patienten zu erhalten, indem zweidimensionale Bilder mit Photogrammetrie-Techniken überlagert werden. Eine Serie von fotografischen 2D-Bildern zu erstellen, ist für einen Kieferorthopäden einfach und kostengünstig. Er benötigt dazu lediglich eine handelsübliche Digitalkamera zum Erstellen der Bilder, die dann zur  Weiterverarbeitung gemeinsam mit den Zahnabdrücken oder Scans an orthocaps geschickt werden.

Ablauf in der Praxis

Um mit dem neuen iSetup® 3D Face arbeiten zu können, muss beim Übermitteln eines Falles an orthocaps zu den üblichen Schritten nur eine Serie von 2D-Bildern des Patientengesichts hinzugefügt werden. orthocaps erstellt daraufhin dann die entsprechenden 3D-Bilder. Dieser Prozess umfasst im Rahmen des Fotografierens des Patienten lediglich ein paar zusätzliche Arbeitsschritte für das Praxispersonal. 

Benötigte Ausstattung

Die verwendete Kamera sollte ein Objektiv mit Festbrennweite haben und mit einem Schärfebereich ausgestattet sein, der für eine Nutzung in kleinen Räumen geeignet ist. Zudem wäre es von Vorteil, wenn die Kamera über einen Serienaufnahmemodus mit hohen Bildraten verfügt (mind. sechs Bilder pro Sekunde). Das Gerät sollte zudem die Fokuseinstellung speichern können, damit das fokussierte Patientengesicht während der Serienaufnahmen bei sich bewegender Kamera scharf bleibt. Des Weiteren muss die Kamera über einen Selbstauslöser verfügen, damit der Bediener den Auslöser für die Serienaufnahme betätigen kann, während die Kamera von einem Ende zum anderen bewegt wird. Um das System montieren zu können, empfiehlt sich darüber hinaus ein stabiles Stativ mit einem sogenannten Fluidkopf. Diese Art von Stativen wird bei Filmaufnahmen verwendet, da mit ihnen leichtgängige Linearbewegungen möglich sind. Die Kamera ist dabei auf einem Kamerakran fixiert (Abb. 3), welcher wiederum auf dem Stativ montiert wird. Der Kamerakran verfügt über eine parallele Montagemöglichkeit, mit der das Kameraobjektiv das Patientengesicht fixieren kann, während der Kran von einer Seite auf die andere bewegt wird. Um eine hohe Bildqualität zu gewährleisten, wird eine passende Beleuchtung benötigt. Bei dieser Technik sollte kein Blitzlicht oder Stroboskop für die Belichtung des Patienten verwendet werden. Schließlich ist ein Hintergrund mit Markierungen notwendig, da die Software, die die Bilder zum Erhalt eines einzigen 3D-Bildes überlagert, besser mit diesen funktioniert. Eine weiße Tafel, welche hinter dem Patienten platziert wird und an der ein mit den erforderlichen Markierungen bedrucktes Blatt positioniert wurde, ist dafür ausreichend (Abb. 4).

Der Ablauf 
beim Fotografieren

Der Patient setzt sich vor die Kamera und anschließend wird die Beleuchtung eingeschaltet. In der Kamera sollte eine kurze Belichtungszeit (zur Vermeidung von Bewegungsunschärfe) und eine kleine Blende (für mehr Tiefenschärfe) eingestellt werden, weshalb eine gute Beleuchtung unumgänglich ist. Zuerst werden drei  Testfotos gemacht, eines von vorn und die beiden anderen jeweils von einer Seite. Diese werden anschließend auf eine adäquate Beleuchtung ohne Schatten überprüft. Die Fotos sollten mit der auf dem Kamerakran montierten Kamera geschossen werden. Falls erforderlich, ist die Beleuchtung anzupassen, um sicherzustellen, dass das Patientengesicht hell ist und keine Schatten zu sehen sind. Der Patient wird nun aufgefordert, zu lächeln und sich dabei nicht zu bewegen. Der Kamerakran wird dann bei regelmäßiger und linearer Geschwindigkeit sowie bei gedrücktem Selbstauslöser von einer Seite auf die andere geschwenkt. Bei rund sechs Bildern pro Sekunde werden dabei insgesamt 30 bis 48 Bilder erstellt. Insgesamt nimmt das Fotografieren rund fünf bis acht Sekunden in Anspruch. Sind die Fotos fertig erstellt, werden diese anschließend in einem Ordner gespeichert und auf den orthocaps FTP-Server zur Weiterverarbeitung hochgeladen.

Erstellen des 
iSetup® 3D Face

Um das iSetup® 3D Face zu erstellen, wird zuerst ein dreidimensionales Bild des Patientengesichts, ausgehend von den erhaltenen zweidimensionalen Bildern, generiert. Diese digitalen 3D-Daten werden anschließend verwendet, um eine volumetrische 3D-Darstellung in einer  Voxel (3D-Pixel) basierenden CAD-Software herzustellen. Die digitalen Scannerbilder der Zähne, die durch Scannen eines physikalischen Modells oder mithilfe eines Intraoralscanners erstellt wurden, werden dann mit diesen Daten vereint, um so ein zusammengesetztes 3D-Voxelbild des lächelnden Patienten zu erhalten. Das Gesichtsfoto des Patienten wird anschließend gemeinsam mit dem Foto der Zähne als 3D-PDF-Datei abgespeichert und auf das orthocaps-Konto des Arztes hochgeladen.

Rendering und Erzeugung strukturierter Oberflächen

 Sowohl die 3D-Gesichtsbilder als auch die der Zähne können mit realistischen Texturen bearbeitet und anschließend wiedergegeben werden (Abb. 5). Dies bedeutet aber einen zusätzlichen Arbeitsschritt. Die mit dieser Technik erhaltenen Vorher-Nachher-Bilder sind ziemlich 
realistisch und können für die Behandlungsplanung im Rahmen des Patientengesprächs effizient eingesetzt werden, da es für diesen so wesentlich einfacher ist, sich das Endergebnis der Behandlung und die entsprechenden Auswirkungen auf sein Lächeln im Einzelnen sowie hinsichtlich seines gesamten Gesichts vorzustellen.

Analyse von iSetup® 3D Face

Die zahlreichen verfügbaren 3D-Werkzeuge sowie die Möglichkeit, Querschnitte im Adobe Reader 3D-PDF-Dokument zu erzeugen, eröffnet Ärzten aber auch Forschern neue, noch ungenutzte Möglichkeiten bei der Verwendung dieser Software (Abb. 6 und 7). Auf CAD-Ebene können die Bilder mit Booleschen Verknüpfungen versehen werden, um für Forschungsprojekte notwendige, spezifische Dateien zu generieren und anschließend speichern zu können.

Zusammenfassung

Durch die Einfachheit, mit der man 3D-Bilder nicht nur von den Zähnen des Patienten oder dessen Gaumen, sondern von seinem gesamten Gesicht und teils sogar des darunterliegenden Knochens und sonstiger Strukturen mithilfe eines vertrauten Softwarepakets (wie Adobe Reader 3D PDF) erhält, eröffnet sich eine völlig neue Dimension in der kieferorthopädischen Diagnose und Forschung. Mit orthocaps iSetup® 3D Face können Kieferorthopäden die Behandlungen ihrer Patienten planen, ohne dabei ausschließlich mit 3D-Zahnmodellen arbeiten zu müssen. Vielmehr agieren sie mit dem Wissen, wie sich die angestrebte kieferorthopädische Behandlung auf die Okklusion, Gesichtsbalance und die Ästhetik des Lächelns auswirkt. Es ist Zeit, endlich wieder das „Gesamtbild“ zu betrachten.

Foto: © Autor
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