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University of Basel

«From file to smile» – virtuelle Zahnkorrekturen

Denis F. Baumann

Gesunde und schöne Zähne gehören zu einem attraktiven Lächeln. Die Kieferorthopädie ist die Fachrichtung der Zahnmedizin, die sich mit der Korrektur von Zahn- und Kieferfehlstellungen beschäftigt. Es gibt eine Reihe von digitalen Verfahren, die in der Klinik für Kieferorthopädie in Basel angewendet werden.

Wer kennt sie nicht aus eigener Erfahrung, die farbigen Zahnspangen und festsitzenden kieferorthopädischen Apparaturen, umgangssprachlich auch «Plättlispange» oder «Gartenzaun» genannt? Technologien wie Computer Aided Design (CAD) und Computer Aided Manufacturing (CAM) haben auch in der Kieferorthopädie Einzug gehalten, sehr zur Freude der Smartphone- und Facebook-Generation. Doch für Zahnkorrekturen gibt es im Grunde keine Alterslimite.

100-Meter-Turm aus Schachteln
Modelle der Kiefer werden jeweils zur Dokumentation und Analyse der Platzverhältnisse im Mund verwendet. Traditionellerweise kommen die Abformmaterialien in einem Metalllöffel zum Einsatz, der nach der Abformung der oralen Strukturen mit Gips zu Modellen ausgegossen wird. Diese Gipsmodelle müssen während mindestens zehn Jahren nach Abschluss der Behandlung in Modellschachteln aufbewahrt werden. Ein Rechenbeispiel: Angenommen, in zehn Jahren werden 2’000 Patientenfälle abgeschlossen. Die drei Modelle jedes Patienten werden in einer Kartonschachtel von einer Höhe von fünf Zentimetern aufbewahrt. Aufeinandergestapelt würde dies einen 100 Meter hohen Turm aus Modellschachteln ergeben – der Georgsturm des Basler Münsters als Vergleich ist 64 Meter hoch … Dagegen hat ein digitales Modell eine Grösse von rund zwei Megabyte, und so finden die 6’000 Modelle der 2’000 Patienten mit einem Datenvolumen von 12’000 Megabyte auf drei DVDs zu 4,7 Gigabyte Platz. Die Vorteile der digitalen Modelle sind, dass sie keinen Platz zur Aufbewahrung benötigen, an jedem Computerarbeitsplatz abrufbar sind und dass Archivierung sowie Bereitstellen der Modellschachteln entfallen. Zudem sind digitale Modelle vor Zerstörung, Beschädigung und Verlust sicher und können auch als Anhänge von E-Mails übers Internet versendet werden. Als Nachteile digitaler Modelle sind die Kosten und Rohstoffe für die IT-Infrastruktur, der Transport in spezialisierte Labors und die damit verbundenen Emissionen und die Wertschöpfung im Ausland zu erwähnen. Die Oberfläche digitaler Modelle besteht aus zahlreichen Dreiecken. Mit der Anzahl der Dreiecke pro Fläche steigt die Genauigkeit. Durch die Digitalisierung wird eine analoge Oberfläche auf eine endliche Anzahl von Elementen reduziert. Wie bei der digitalen Fotografie wird die maximal mögliche Auflösung durch die Anzahl Punkte pro Fläche bestimmt. Jeder Punkt ist ein Eckpunkt eines Dreiecks, und alle Dreiecke zusammen bilden ein Netz, das sich der Oberfläche annähert. Neben dem Scannen von Modellen und den Abformungen stehen heute auch intraorale optische Scanner zur Verfügung, mit denen man direkt am Patienten digitale Modelle seiner Zähne erhalten kann. In Kürze wird auch eine Anwendung verfügbar sein, mithilfe derer der Patient unmittelbar nach dem Scan seiner Zähne in einer Art Vorschau seine Zahnkorrektur in einer Simulation sehen kann. Es ist zu erwarten, dass die zurzeit noch sperrigen und schweren Scanner in naher Zukunft noch kleiner und sogar tragbar werden.

Kräfte, die den Zahn bewegen
Die Aufstellung der Zähne (englisch «Setup») erfolgt in mehreren Schritten. Zuerst muss auf einem digitalen Modell zwischen Zahnfleisch und Zahnkrone unterschieden werden. Das Setup kann darauf mit der Computermaus von Hand oder durch Algorithmen erfolgen. Damit sich ein Zahn bewegt, reichen schon geringe Kräfte ab zehn Gramm aus. Diese Kräfte werden mit Bögen aus Nickel-Titan, Titanium-Molybdän-Alloy oder Edelstahl via Übertragungselemente (Attachments oder Brackets, schweizerdeutsch «Plättli») auf die zu bewegenden Zähne übertragen. Diese festsitzenden kieferorthopädischen Apparaturen werden meist auf der Aussenseite befestigt. Bei Erwachsenen kommen auch Apparaturen zum Einsatz, die auf der Innen seite (lingual, zur Zunge hin) befestigt sind. Es gibt linguale Systeme, bei denen jedes Bracket für jeden Zahn eines Patienten individuell mit CAD/CAM-Technologie hergestellt wird. Diese Brackets passen hoch präzise auf den Zahn und werden aus einer Goldlegierung hergestellt. Bei der Behandlung mit durchsichtigen Schienen (englisch «Aligners») wird, vereinfacht gesagt, die gesamte Distanz, über die ein Zahn während der Behandlung bewegt wird, in kleine, etwa 0,2 Millimeter grosse Zwischenschritte unterteilt. Für jeden Zwischenschritt wird ein Modell in Stereolithografie oder mit einem 3-D-Drucker hergestellt. Auf diesen Modellen werden Schienen angefertigt, mit denen die Zähne dann schrittweise bewegt werden.

Ohne Planung läuft nichts
Studien, die das virtuelle mit dem in vivo erreichten Behandlungsresultat vergleichen, attestieren dem virtuellen digitalen Setup eine Präzision im Bereich eines Millimeters. Dies ist erstaunlich, wenn man bedenkt, dass Zähne in einem biologischen System, das individuell reagieren kann, bewegt werden und die Mitarbeit der Patienten auf das Behandlungsergebnis einen grossen Einfluss hat. Selbstverständlich können kieferorthopädische Behandlungen nach wie vor auch ohne virtuelle digitale Hilfen geplant und erfolgreich durchgeführt werden. Der Hauptanteil der Planung ist analytisches Denken, gepaart mit profundem Fachwissen, und das kann keine Computersoftware übernehmen. Die Planung ist eine Conditio sine qua non jeder Behandlung: «Failing to plan, is planning to fail» – wer nicht plant, plant den Misserfolg. Die Entwicklung schreitet rasant voran. Zitiert sei Bill Gates aus «The Road Ahead»: «We always overestimate the change that will occur in the next two years and underestimate the change that will occur in the next ten. Don’t let yourself be lulled into inaction.» («Wir überschätzen immer wieder den Wandel, der in den nächsten zwei Jahren stattfindet, und unterschätzen jenen der nächsten zehn Jahre. Wiegen Sie sich nicht in Untätigkeit.») Wer hätte denn vor 25 Jahren mit einem Natel-C-Telefongerät geahnt, dass er heute mit seinem Smartphone ausser telefonieren zum Beispiel auch Musik hören, fotografieren, filmen, E-Mails schreiben und im Internet surfen kann?

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