Persönliche PDF-Datei für K.-F. Krey, F. Orlob, S. Gorynia, R. Kühnert · 2016. 6. 14. · K.-F....

Persönliche PDF-Datei für

K.-F. Krey, F. Orlob, S. Gorynia, R. Kühnert

Mit den besten Grüßen vom Georg Thieme Verlag www.thieme.de

Digitale Kieferorthopädie

DOI 10.1055/s-0033-1358207Zahnmedizin up2date 2015; 9: 537–560

Dieser elektronische Sonderdruck ist nur für dieNutzung zu nicht‑kommerziellen, persönlichenZwecken bestimmt (z.B. im Rahmen des fachlichenAustauschs mit einzelnen Kollegen und zur Ver-wendung auf der privaten Homepage des Autors).Diese PDF‑Datei ist nicht für die Einstellung inRepositorien vorgesehen, dies gilt auch für sozialeund wissenschaftliche Netzwerke und Plattformen.

Verlag und Copyright:© 2016 byGeorg Thieme Verlag KGRüdigerstraße 1470469 StuttgartISSN 1865-0457

Nachdruck nurmit Genehmigungdes Verlags

In der gesamten Zahnmedizin sind in den letztenJahren Veränderungen durch die immer stärkereDurchdringung digitaler Verfahren zu spüren. Nebenetablierten Methoden wie der CAD/CAM‑gestütztenHerstellung (CAD: Computer Aided Design; CAM:Computer Aided Manufacturing) von Zahnersatz inForm von Kronen und Brücken, Chairside oder im La-bor, oder der instrumentellen Funktionsanalyse rücktnun die Verbindung dieser Elemente im Sinne einer„Smart Dentistry“ in den Vordergrund. Mit den neuenVerfahren halten auch neue Materialien Einzug in diePraxis. Ebenso wird das Berufsbild des Zahntechnikersin absehbarer Zukunft einem dramatischen Wandelunterliegen.

Einführung

Von ersten holografischen Modellen in der Kiefer-orthopädie vor nun 25 Jahren [1] bis zum komplexendigitalen Abbild der Patientensituation liegt eine langeZeitperiode der Entwicklung. Die digitalen Technolo-gien in der Medizin haben nach bescheidenen Anfän-gen eher experimentellen Charakters in den letztenJahren fast alle Anwendungsfelder durchdrungen. Auchin der Zahnmedizin ist eine vernetzte digitale Infra-struktur von der Diagnostik bis zur Therapie in der

Praxis Realität. So sind CAD/CAM‑Verfahren heutefester Bestandteil der restaurativen Zahnmedizin.

In der Kieferorthopädie konzentrierten sich anfäng-liche Bemühungen auf die Digitalisierung von Gebiss-modellen und deren Vermessung, erst später hieltenkomplexe Behandlungsverfahren Einzug (Invisalign1998, Incognito 1999). Aufgrund der hohen Anforde-rungen an die Technik wurden diese jedoch weit-gehend von Dienstleistern erbracht, die den komplet-ten Workflow – ausgehend vom 3-D‑Scan vonkonventionellen Gipsmodellen bzw. Silikonabformun-gen der Kiefer bis zur Lieferung der fertigen Behand-lungsapparatur – abdeckten. Vor allem hohe Anschaf-fungskosten verhinderten eine weite Verbreitung dafürnotwendiger Geräte und komplexer Softwareprodukte(Modellscanner, komplexe Planungssoftware, CAM-Maschinen, 3-D‑Drucker) in der Praxis.

Auf diesem Gebiet haben sich in der jüngsten Vergan-genheit aber erhebliche Veränderungen ergeben. Sosind Modellscanner mit attraktiven Preisen und ver-besserter Bedienbarkeit, Intraoralscanner und weiter-entwickelte Softwarewerkzeuge dabei, ein breiteresMarktsegment zu erobern. Dies wird in den kommen-den Jahren auch für Fertigungstechnologienwie Fräsenund 3-D‑Drucken in der Kieferorthopädie nicht nur fürdie Praxen gelten, sondern auch die Arbeit in zahn-technischen Laboratorien grundlegend verändern [2].

Digitale KieferorthopädieKarl-Friedrich Krey, Frank Orlob, Susanne Gorynia, Rolf Kühnert

Übersicht

Einführung 537Grundlagen der digitalenDaten- und 3-D‑Bildverarbeitung 539Der digitale Workflow in derKieferorthopädie – schon heuteRealität? 539

Stärken und Schwächen:2-D konventionell versus3-D digital? 553Datenmanagement 554Was bringt die Zukunft? 555Fazit 555

Zahnmedizin up2date 6 Œ2015 Œ537–560 ŒDOI http://dx.doi.org/10.1055/s-0033-1358207

Kieferorthopädie 537

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Dabei sind eine Vielzahl einzelner Geräte und Funktio-nen zu vernetzen. Diese Verbindung der vorliegendenBefunde zu einem virtuellen Abbild der Patienten-situation, deren Auswertung und die darauf aufbauen-de Therapieplanung und Realisierung werden diegrößten Herausforderungen in dieser Entwicklungsein.

Im vorliegenden Übersichtsartikel soll auf die Grund-lagen verschiedener Bausteine der CAD/CAM‑Tech-nologie und eines möglichen digitalen Workflows inder kieferorthopädischen Praxis eingegangen werden.Neben diesen Aspekten werden Fragen der verschiede-nen Datenformate, der sicheren Langzeitspeicherungund des Datenschutzes erörtert.

Tabelle 1

Die wichtigsten Dateiformate der 3-D‑Welt im Überblick.

Format Name Erklärung Offenes Format

*.ply Polygon File Format n entwickelt von Greg Turk (Stanford) als Formatfür 3-D‑Scanner

n Daten als Liste flacher Polygone inkl. Eigenschaftenwie Farbe, Transparenz

n ASCII oder Binary

ja

*.obj Object Format n entwickelt von Wavefront Technologies

n speichert Vertices (Ecke eines Polygons) und Texturen

ja

*.stl Stereo Lithografie/StandardTessellation Language

n maßgeblich für CAD‑Anwendungen entwickelt

n beschreibt Oberflächengeometrie ohne Farbe oderTexturen

n ASCII oder Binary

ja

*.dxf Drawing InterchangeFile Format

n entwickelt von Fa. Autodesk

n Informationen als Objekte (Linien, Polygone,Kreise etc.) gespeichert

n ASCII oder Binary

nein

*.wrl Virtual Reality ModelingLanguage (VRML)

n HTML‑Erweiterung

n hierarchische Auflistung von Objekten (Quader,Zylinder, Kugel etc.) und eigenen Ableitungendieser Objekte

ja

*.3ds Autodesk 3D Studio n hierarchische Blöcke von Polygonen

n Informationen zu Texturen und Materialien

nein

*.nc Gerber-Code(g-Code, RS-274)

n entwickelt am MIT (1950er-Jahre) zur Ansteuerungvon CNC‑Maschinen

n Informationen zu Werkzeug, Bewegung

n heute für Ansteuerung von 3-D‑Druckern

ja

*.dcm Digital Imaging andCommunicationsin Medicine (DICOM)

n zur Kommunikation kompatibler Geräte

n Bildinformationen und Patienteninformationen, aberauch andere Medien (z.B. EKG‑Aufzeichnungen)

n kein 3-D‑Dateiformat im strengeren Sinne

ja

ASCII: American Standard Code for Information Interchange; CNC: Computerized Numerical Control; HTML: Hypertext Markup Language;MIT: Massachusetts Institute of Technology

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Grundlagen der digitalenDaten- und 3-D‑Bildverarbeitung

Neben den alphanumerischen Daten (Patientenname,Geburtsdatum, Behandlungsdokumentation, Plan-erstellung etc.), die auch die Anamnese und klinischeBefunde einschließen und im klinischen Informations-system (KIS, „Abrechnungssoftware“) der Praxis ab-gelegt sind, ergeben sich eine Reihe zwei- und drei-dimensionaler Bilddaten sowie numerische Daten ausz.B. Bewegungsaufzeichnungen.

Ziel der digitalen Repräsentation von Objekten, in die-sem Falle Gebiss, Schädel etc., ist die ausreichend ge-naue, dimensionstreue, dreidimensionale Abbildung.Mit Modellierungsverfahren werden diese Objektenach verschiedenen Verfahren (Scan, Konstruktion)erzeugt. Grundsätzlich sind zu unterscheiden (Abb. 1):n Kanten- oder Drahtmodellen Flächenmodelle (z.B. Non-Uniform Rational

B‑Spline – NURBS)n Volumenmodellen Körpermodellen parametrisches Modelln parametrisches Modell mit Konstruktionshistorie

Für unsere Zwecke sind sowohl Kantenmodelle(3-D‑Scan des Gesichts) bis hin zu parametrischenModellen (CAD‑Daten eines Brackets) anzuwenden.Körpermodelle vereinen Volumenmodelle mit nichtgeometrischen Informationen und bieten interessanteMöglichkeiten bis hin zu physikalischen Simulationen.Insgesamt gibt es für dreidimensionale Daten mehrals 20 Dateiformate, einige proprietär (ausgewählteFormate s.Tab. 1).

Durch Manipulation der xyz-Koordinaten der Knoten-punkte von Flächenmodellen können diese skaliert,rotiert und translatiert werden. Ebenso können Grup-pen von Knotenpunkten (Vertizes)/Flächen (Faces)kopiert und mit logischen Operationen verschiedeneFlächenmodelle kombiniert werden. Mit diesen grund-legenden Operationen ist eine umfassende Gestaltungund Vermessung im dreidimensionalen Raummöglich(Links zu Software und Beispieldateien für eigeneExperimente s.Tab. 7).

Der digitale Workflow inder Kieferorthopädie –schon heute Realität?

Die kieferorthopädische Diagnostik umfasst klassi-scherweise neben der Anamnese eine klinische Unter-suchung, ggf. ergänzt um eine Funktionsanalyse unddie Erhebung paraklinischer Befunde. Dazu zählenModelle des Gebisses in habitueller Okklusion, extra-orale Fotos in der Norma lateralis und en face, Ortho-pantomogramm, Fernröntgenseitbild und weitereBefunde (z.B. digitale Volumentomografie [DVT], Kon-dylografie). Die ausgewerteten und dokumentiertenBefunde bilden die Grundlage der Diagnosestellungund Therapieplanung. Im Sinne einer fortlaufendenDiagnostik werden Teile dieser Befunde mehrfach imLaufe der Behandlung erhoben. Die digitale Diagnostikunterscheidet sich in den verwendeten Informationennicht von der konventionellen, bringt aber einige Be-sonderheiten mit sich.

Soll nun ein digitaler Workflow etabliert werden(Abb. 2), sind all diese Aspekte abzubilden. Zum gegen-wärtigen Zeitpunkt sind für viele der angeführten Auf-gaben einzelne Softwarekomponenten verantwortlich.Um einen vollständigen digitalen Workflow zu etablie-ren, wäre eine vollständige und automatisierte Kom-munikation aller Komponenten notwendig.

Modelltyp

Eckenmodell

Kantenmodell

Flächenmodell

Körpermodell(Volumenmodell)

Dimensionender Elemente

0-D (Punkt)

1-D (Linie)

2-D (Fläche)

3-D (Volumen)

Beispiel

Abb. 1 Übersicht der verschiedenen Modelltypen für CAD‑Konstruktionen.



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Da einige Bausteine des digitalen Workflows kosten-intensiv sind, erst eine hohe Auslastung von z.B. Gerä-ten zum selektiven Lasersintern (SLS) Rentabilität er-laubt und Prozesse wie das Set-up einer Zielokklusionarbeitsintensiv sind, werden von einer Reihe kommer-zieller Anbieter Teilabläufe als Dienstleistung angebo-ten (s.Tab. 5). Der Umfang der Dienstleistungen istvariabel. Dies betrifft die Verwaltung und Speicherungvon Intraoralscans bis zu der kompletten Planung derBehandlung hin zur Zielokklusion und Lieferung allerKomponenten [3]. Die Einflussmöglichkeiten auf die-sen Prozess sind von Anbieter zu Anbieter unter-schiedlich.

Die Präzision und klinische Eignung vieler dieser Sys-teme konnte nachgewiesen werden [4,5]. Auch fürAligner-basierte Systeme konnte eine gute klinischeEignung beschrieben werden [6], deren digitale Pro-zesskette ähnlich organisiert ist. Der Einfluss des Be-handlers auf die Zielokklusion ist teilweise limitiert(s.Tab. 5) und die gnathologischen Prinzipien, nach de-nen das Set-up ausgeführt wurde, werden selten klarkommuniziert. Einige Systeme lassen dem Behandler

aber auch weitgehende Einflussmöglichkeiten odergeben das digitale Set-up direkt in die Hände des Be-handlers.

Bausteine und Interaktion

Patientenmanagement und Abrechnung werden überdas klinische Informationsmanagement-System (KIS)abgebildet. Über entsprechende Schnittstellen (VDDS)können die Stammdaten an die spezifische kiefer-orthopädische Diagnostik und Therapieplanungssoft-ware übergeben werden. Die Dokumentation der The-rapie erfolgt idealerweise ebenfalls in diesem System.Eine Übergabe von Befunden ist hierbei meist nichtvorgesehen.

Auch Anamnese und klinischer Befund sind zu doku-mentieren. Eine direkte elektronische Erfassung istbisher problematisch, da eine elektronische Signaturnotwendig wäre, die einer Unterschrift des Patientenäquivalent ist.

Abb. 2 Einzelschritte im Workflow der virtuellen Planung kieferorthopädischer Behandlungen am Beispiel der Multibandtherapie.



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2-D‑Bilddaten lassen sich über entsprechende Schnitt-stellen aus den Röntgenverwaltungsprogrammen(z.B. Sidexis) oder einer digitalen Kamera importieren(Abb. 3). Da aber keine einheitlichen Standards defi-niert wurden, sind bisher individuelle Lösungen nötig.

Für die Integration von 3-D‑Daten sind geeignete offe-ne Formate eine Voraussetzung (Tab. 1), eine standar-disierte Schnittstelle zur Übergabe dieser Daten istnicht etabliert. Das in der Medizin vielfach verwendeteDICOM‑Format ist für Flächenmodelle nur bedingt ge-eignet. Für im offenen *.stl-Format vorliegende Datenist die Übernahme unproblematisch. Texturinforma-tionen werden als separate Bilddatei mit übergeben.Datensätze aus DVT‑Systemen sind aufgrund der un-terschiedlichen Struktur (Voxeldatensatz, Volumen-modell) nicht ohne Verluste an Informationen in einflächenmodellbasiertes System zu übernehmen. Bisherebenso nicht vollständig gelöst ist die Integration nichtbildbasierter Informationen wie Aufzeichnungen einerKondylografie oder Elektromyografie.

Besonderheiten der messenden Diagnostikmit Computerunterstützung

n Diagnostik mit virtuellen Modellen

Die Verwendung digitalisierter Modelle auf der Grund-lage des Scans eines Gipsmodells zur dreidimensiona-len Diagnostik in der Kieferorthopädie ist seit einigenJahren gebräuchlich und wissenschaftlich gut unter-sucht. Messungen sind ebenso akkurat und repro-duzierbar wie am Gipsmodell [7,8]. Die Zuordnung vonOber- zu Unterkiefer mittels Vestibulärscan bietet aucheine ausreichende Genauigkeit [9].

Merke: Bei der Herstellung von virtuellen Modellen

durch den Scan von Abformungen sind allerdings

die technisch bedingten Limitationen durch unter

sich gehende Stellen in Relation zur Triangulation

zu beachten. Eine technische Lösung ohne erheb-

lichen konstruktiven Mehraufwand scheint dabei

kaum möglich.

Die durch einen intraoralen Scan (Tab. 2) gewonnenenvirtuellen Modelle scheinen die Voraussetzungen fürdie Kieferorthopädie zu erfüllen [10,11]. Es ist in derPraxis aber mit einem im Einzelfall deutlich höherenZeitaufwand zu rechnen [12], wobei der Scanvorgangfür den Patienten nicht unangenehm ist. Einschrän-kend ist jedoch zu beachten, dass die für die kiefer-orthopädische Diagnostik wichtigen Kriterien wie dieapikale Basis oder die Form des Gaumengewölbes mitder Raphe palatina mediana außerordentlich schwererfassbar sind. Neuere Entwicklungen auf diesem Feldscheinen aber auch den Scan dieser schwierigen Re-gionen zu verbessern (Abb. 4).

Eine Überführung von digitalen, dreidimensionalenModellen in haptischeModelle ist mittels RP‑Verfahren(RP: Rapid Prototyping) mit ausreichender Präzisionmöglich [13,14].

Die Rekonstruktion von Modellen aus DVT‑Datensät-zen ist grundsätzlich möglich, aber stark von der Auf-lösung (Voxelgröße) abhängig und noch in der Ent-wicklung [15]. Hier könnten aktuelle Entwicklungen zustrukturadaptierten Signalrekonstruktionsverfahrenauf der Grundlage nicht regulärer Volumenelementekünftig zu deutlichen Verbesserungen führen.

KISklinisches Informationssystem(Dokumentation, Abrechnung,

z.B. DampSoft)

? VDDS

VDDS

*.stl

*.stl/*.nc

*.stl

*.stl

*.csv

*.jpg

*.xml

Diagnostik und Therapie-planungssystem KFO

(z.B. OnyxCeph)3-D-Gesichtsscanner

digitale KameraRöntgen (z.B. SIDEXIS)

Anamnese, klinischer Befund

3-D-Druckerspezifische Informationen(z.B. Bracketbibliotheken)

Modellscanner/Intraoralscanner

Biegemaschine

Abb. 3 Beispielhafte Interaktion und Schnittstellen verschiedener Softwaremodule in der Kieferorthopädie.



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Merke: Es ist allerdings zu bedenken, dass nach

der Stellungnahme der Deutschen Gesellschaft

für Kieferorthopädie e. V. (DGKFO) (2008) eine

Volumentomografie keine Routinediagnostik in der

Kieferorthopädie darstellt. Die Verwendung von

DVT‑Daten zur Diagnostik sollte bei strenger Indi-

kationsstellung auf wenige Anwendungsbereiche

beschränkt sein [16] und wird in diesem Zusam-

menhang nicht weitergehend erläutert.

n 3-D‑Gesichtsscan statt Foto

Die Erfassung der Oberfläche des Gesichts ist sowohlmit Laserscannern als auch mittels Streifenlichtprojek-tion (Tab. 3) möglich. Letztere haben sich aufgrund derschnelleren Aufnahmezeiten und der Vermeidung vonLaserlicht durchgesetzt. Die Genauigkeit der Erfassungvon Strukturen und Messpunkten ist unterschiedlich(von < 1mm bis 1,5mm) [17], für die klinische Diag-nostik jedoch ausreichend genau.

Tabelle 2

Marktübersicht intraoraler Scanner mit wesentlichen Merkmalen.

Name Hersteller Varianten (Pod1, Cart2) Schnittstellen Zeit (Kiefer) Auflösung Puder

TRIOS Ortho 3Shape Pod und Cart möglich je nach Vertriebspartner 3min keine Angaben nein

Lythos Ormco feste Arbeitsstation tragbar offen 5min 30 μm nein

iTero Cadent/AlignTechnology

Cart offen 5–10min keine Angabe nein

True Definition 3M Cart offen < 8min –/15 μm ja

Ora Scanner OraMetrix keine Angabe offen 5–10min 15–50 μm ja

CEREC Blue Cam Sirona Cart eingeschränkt geöffnet(via OPEN‑inLab-Schnitt-stelle), direkte Anbindungan Chairside-System

keine Angabe –/34 μm ja

CEREC Omnicam Sirona Cart eingeschränkt geöffnet(via OPEN‑inLab-Schnitt-stelle), direkte Anbindungan Chairside-System

keine Angabe keine Angabe nein

IntraScan Zfx keine Angabe offen 15min –/40–50 μm nein

PlanScan Scanner Planmeca/E4D keine Angabe offen 60–70 s –/< 25 μm nein

IOS Fast Scan IOS 3D keine Angabe offen 5min 70 μm/– nein

Lava C.O.S. 3M ESPE Cart eingeschränkt geöffnet keine Angabe keine Angabe ja

CS 3500 Carestream DENTAL Pod offen, direkte Anbindungan Chairside-System

keine Angabe keine Angabe nein

APOLLO DI Sirona Cart offen keine Angabe keine Angabe ja

1 Handstück mit USB‑Anschluss, 2 feste Arbeitsstation



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Bei den Geräten (Tab. 4) unterscheiden wir diejenigen,die mit einer Aufnahme das gesamte Gesicht abbilden,von denen, die mehrere Einzelscans fusionieren(Abb. 5). Das Zusammensetzen mehrerer Einzelscansist zwar ein Mehraufwand, aber diese Scanner sindwesentlich kompakter und wahrscheinlich für die kie-ferorthopädische Diagnostik ausreichend. Allerdingsführt die Einbeziehung der dritten Dimension zur stär-keren Sichtbarwerdung von Asymmetrien. Diese sindmit klassischen Analysen unmittelbar nur schwer er-fassbar und lassen die Komplexität dreidimensionalerAnalysen wachsen. Völlig neue Möglichkeiten ergeben

sich durch die volumetrische Überlagerung und damitQuantifizierung von Veränderungen.

Digitale Therapieplanung

Während räumlich bildgebende Verfahren (Oberflä-chenscanverfahren, Volumenscanverfahren) über dieAufzeichnung der Verteilung von Signalintensitäten vorallem geometrische Informationen über die untersuch-te Region liefern, obliegt es geeigneter Bildverarbei-tungssoftware, daraus behandlungsrelevante Aussagen

Abb. 4 a– c Intraoralscan (Lythos, SDS Ormco Corp., Orange, CA/USA) eines Patienten mit daraus rekonstruiertem Modell in OnyxCeph3 mit virtuellem Sockel.

Tabelle 3

3-D‑Scanverfahren, kurz erklärt.

Verfahren Beschreibung Genauigkeit

Streifenlicht (Photogrammetrie) Bildung eines Dreiecks aus Projektor und 2 Kameras, Berechnung der Oberflächen-struktur in 3-D anhand der Verformung einer Projektion, Kombination verschiedenerVerfahren (Triangulationsverfahren, Lichtschnittverfahren, codierter Lichtsatz,Phasenshiftverfahren) zur Erhöhung der Genauigkeit

max. 0,01mm

Laserscan Abtastung des Objekts in Zeilen mit Laser, xyz-Koordinaten für Punktwolke ausLaufzeitdifferenz oder Verformung einer Laserlinie (� Streifenlicht)

0,3–0,01mm

direkte Abtastung Erfassung von Oberflächenpunkten (xyz-Koordinaten) durch (passiven) Roboterarmin 5 Achsen (Drehsensoren), z.B. Microscribe 3DX, nur Einzelpunkte als xyz-Koordinaten

0,05mm

CT‑Scan dreidimensionale CT mit hochauflösender Industrie-CT, nur in industrieller Anwendung theoretisch bis 0,5 μm

Aufzeichnung im Magnetfeld Bestimmung der Lage des Digitizers relativ im Raum durch Interaktion zweierMagnetfelder, Abtastrate 60 Hz, nur Einzelpunkte als xyz-Koordinaten

0,01mm im Nahbereich



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Tabelle 4

Martkübersicht einiger 3-D‑Scanner zur Aufnahme von Gesichtsoberflächen.

Name Hersteller Internetseite Funktion Zeit Größe Schnittstellen

Face Hunter ZirkonZahn http://www.zirkonzahn.com/de/produkte

n arbeitet auf Basis der Physiognomie,was eine achsenbezogene Positionie-rung der Gesichtsscandaten mit denModellen im virtuellen Artikulatorermöglicht

n Farbscan

n Kombination mit CAD/CAM‑Softwaremöglich

n Auflösung 1600 × 1200

0,3 s Scan-geschwindigkeit

31,3 (H) × 9,8(B) × 25,1 cm (T)

Export als *.objmit Textur

3 dMDfaceSystem

3 dMD http://www.3dmd.com

n erfasst das Gesicht um 180°(Ohr zu Ohr)

n ideal für Kinder

n nicht invasives bildgebendes Verfah-ren zur hochgenauen anatomischenDokumentation

n unterstützt chirurgische Behand-lungsplanung und dient zur Verlaufs-kontrolle während der Behandlung


geringer Platzbedarf,Wandmontage möglich

*.stl/*.obj

FaceSCAN3D 3D‑Shape http://www.3d-shape.com/produkte/face_d.php

n Vermessung des kompletten Gesichtsvon Ohr zu Ohr (> 180°) durch eineSpiegelanordnung

n Scan von Gesichtern zur Diagnoseund Verlaufskontrolle vor und nachMund-Kiefer-Gesichtsoperationen

n kephalometrische Analyse derWeichgewebsoberfläche

n Analyse von Schwellungen undAsymmetrien


3000 × 900 × 2000mm3 *.stl/*.obj

GALILEOSComfortPlus3D‑Röntgen-system

Sirona http://www.paveas-dental.de/de/aktionen/aktionen/Galileos-ComfortPlus.php

n GALILEOS ComfortPlus kann optionalmit dem integrierten 3-D‑Gesichts-scanner ausgerüstet werden

n verfügt über DVT, OPG, verschiedeneSchnitte (axial, koronal, sagittal),Detailrekonstruktionen

14 s Aufnahme-dauer, 2–5 seffektive Belich-tungszeit

225 (H) × 160 (B) ×160 (T) cm

–

priti mirror pritidentaGmbH

http://www.pritidenta.com/cms/index.php?s=m_content&id=20&lang=de

n ermöglicht die fotorealistische3-D‑Erfassung der Physiognomieund der Mimik des Patienten

n Erfassung von Geometrie und Farbe

n mit der Software priti imagingkönnen digitale Gesichts- undZahnmodelle miteinanderverknüpft werden

n Auflösung 656 × 494 Pixel

0,25 s 36 (H) × 12,5 (B) ×24 (T) cm

Export als *.objmit Textur

OPG: Orthopantomografie



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und Schlussfolgerungen abzuleiten, die im diagnosti-schen und therapeutischen Workflow verwendet wer-den können.

Dabei spielen manuelle, interaktive oder auch auto-matisch arbeitende geometriebasierte Diskretisie-rungs- und Segmentierungsalgorithmen im Preproces-sing von konkreten Analyse- und Planungsschritteneine wichtige Rolle, z.B. um dentale, skelettale undWeichteiloberflächen gegenseitig abzugrenzen, zu re-konstruieren und erforderlichenfalls auf der Grundlagegeeigneter empirischerModelle zu ergänzen. In diesemVerfahrensschritt können, wenn verfügbar, Datensätzevon zusätzlichen Bildquellen einbezogen werden – z.B.lässt sich die in DVT‑Aufnahmen abgebildete Wurzel-geometrie bei Verwendung geeigneter Registriertech-niken für die Visualisierung, Vermessung oder auchrealitätsnahe Rekonstruktion kompletter Einzelzahn-objekte in Relation zumModellscan verwenden(Abb. 6).

Für das Erstellen eines diagnostischen oder therapeu-tischen Set-ups werden i.d.R. separate Scans vomOber- und Unterkieferzahnbogen einschließlichGaumengewölbe und apikaler Basis in einer für dieWeiterverarbeitung geeigneten okklusalen Relationvorausgesetzt, wobei der skelettale Bezug in der Aus-richtung im Planungskoordinatensystem hinterlegtsein sollte. Je nach Art und Umfang der zu simulieren-den Zahn- und Kieferbewegungen müssen daraus mitgeeigneten Verarbeitungsalgorithmen wenigstens dieumzustellenden Zähne als eigenständige 3-D‑Objektesegmentiert werden. Da Oberflächenscans Appro-

ximalflächen nur selten und Wurzeloberflächen prin-zipiell nicht erfassen können, muss in den meisten Fäl-len auch der Verfahrensteilschritt der Komplettierungvorausgesetzt werden (Abb. 7).

Abb. 6 Kombination von DVT‑Datensatz und Modellscan im Verfahrensschritt der Segmentierung.

Abb. 5 Ansicht eines 3-D‑Oberflächenscans des Gesichts (*.stl mit zusätzlicher Texturinfor-mation) bei der Auswertung in OnyxCeph3 (Image Instruments, Chemnitz GmbH). Artefaktean den Rändern sind vorhanden und im Zuge der Nachbearbeitung zu entfernen. Die kurzenAufnahmezeiten von 0,3 s erlauben auch die Aufnahme von etwas unruhigen Kindern (FaceHunter, ZirkonZahn GmbH, Pustertal, Südtirol/Italien).



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Optional können axiografisch ermittelte Angaben zuKiefergelenkslage und Gelenksbahnverlauf in diePlanung des Behandlungsziels einfließen. Von demim Behandlungsablauf unter der zeitlich variablenKraftwirkung von (Behandlungs-)Apparaturen statt-findenden realen Zahnumstellungsvorgang kann eineZielplanungssoftware auch auf der Basis solch umfang-reicher 3-D‑Daten i.d.R. jedoch nur das an geometri-schen Vorgaben optimierte individuelle Behandlungs-ziel abbilden.

Eine Berücksichtigung der individuellen, lokal unter-schiedlichen skelettalen Verankerungskräfte kann imRahmen solcher numerischen Ansätze nicht erfolgen,da die hierfür benötigten konkreten biomechanischenund rheologischen Angaben nicht bekannt sind. Viel-mehr wird versucht, diese durch Vorgabe von empi-

risch bestimmten Randbedingungen und Grenzwertenfür einzelne Komponenten der Zahnbewegung in einerealistische Planung einzubeziehen. (Dies steht nichtimWiderspruch zu Modellrechnungen, bei denen un-ter Verwendung kontinuumsmechanischer Ansätzeversucht wird, durch die Auswertung von Kräftebilan-zen generelle Aussagen zur skelettalen Verankerungvon Zähnen im Kiefer unter der Einwirkung von Be-handlungsapparaturen zu formulieren.)

Merke: Ähnlich wie beim manuell erstellten Set-up

beschreibt also auch die digitale Umsetzung des

Planungsvorgangs ausschließlich die an funktio-

nellen und ästhetischen Kriterien ausgerichtete

Zielsituation, während die Erreichbarkeit und Sta-

bilität dieser Zielsituation vom Behandler oder

Techniker anhand von erfahrungsbasierten Vor-

gaben abgesichert werden muss.

Der wesentliche Vorteil der virtuellen Umsetzung(Abb. 8) besteht neben der Einsparung zeitaufwendigerLaborarbeitsschritte vor allem in der Reversibilität undder Möglichkeit der numerischen Überwachung vonPlanungsschritten – speziell bei Maßnahmen zum Aus-gleich von Platzdiskrepanzen im Zahnbogen (appro-ximale Schmelzreduktion [ASR], Protrusion, Extrak-tion, Änderung der vertikalen Bogenausformung)sowie bei Maßnahmen zur Einstellung von Okklusionund Kiefergelenkslage. Noch deutlicher kommen dieVorteile der digitalen Set-up-Erstellung bei Verwen-dung von Intraoralscans zum Tragen.

Ob die Planung der Zielsituation dabei in einem Schrittwie bei der Aligner-Therapie, anhand von inkrementellaufeinander aufbauenden oder anhand von zusätz-lichen Scans angepassten Zwischensituationen erfolgt,macht prinzipiell keinen Unterschied.

Abb. 8 Beispiel der virtuellen Umstellung des Oberkieferzahnbogens mit Protokollierung aller Zahnbewegungskomponenten sowie mesialer/distaler ASR.

Abb. 7 Rekonstruktion virtueller Zahnobjekte im Verfahrensteil-schritt „Komplettieren“.



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Zusätzlich bietet die systematische Analyse großerPools von digitalen Planungen in Kombination mit denzugehörigen Ausgangs-, Zwischen- und Endmodellensowie weiterer zum Fall vorliegender Befunddatenmittelfristig die Chance, stochastische Zahnbewe-gungsmodelle zu entwickeln und deren Parameterimmer besser anzupassen, um die Möglichkeiten vonsoftwarebasierten Vorhersagen zum Behandlungsver-lauf und die Wahl der optimalen Behandlungsmetho-dik deutlich erweitern und verbessern zu können.

Analog zum manuellen Laborprozess kann auch diePlanung der konkreten Behandlungsapparaturen amdigitalen Modell erfolgen. Auch hierbei bietet die vir-tuelle Umsetzung vor allem durch die Wiederholbar-keit von Planungsschritten mit modifizierten Parame-tern und die Möglichkeit der exakten Vorgabe undKontrolle von Randbedingungen wesentliche Vorteile.So lassen sich die vom Anwender ausgewählten vir-

tuellen Brackets (Abb. 9) auf ebenen 2-D- oder auchsphärischen 3-D‑Drahtbögen anordnen und relativ zurZielplanung bukkal und/oder lingual positionieren,bez. Drahtbogenform und Basis-Kronen-Abstandindividualisieren und im Anschluss im Block mit denzugehörigen Zahnkronen zur Ausgangssituation derFallplanung zurücksetzen. Zusätzlich kann die indivi-dualisierte Form des Ziel- oder Zwischenbogens alsTemplate für die manuelle oder als Koordinatenfile fürdie maschinelle Fertigung exportiert werden.

Für die direkte oder indirekte Übertragung derBracketpositionen auf den Patienten sind zahlreiche,allerdings oft patentrechtlich geschützte und somitnicht uneingeschränkt nutzbare Techniken bekannt(Abb. 10). Bei all diesen Methoden muss die virtuell ge-plante Relation zwischen virtuellem Bracket und virtu-eller Krone unverändert auf Position und Ausrichtungdes realen Brackets in Bezug auf Modell oder Patient

Abb. 10 Varianten von indirekten und direkten Verfahren zur Übertragung der virtuell geplanten Bracketpositionen.

Abb. 9 Virtuelle Positionierung lingualer Brackets. a Individualisierung in Basis und Bogen. b Rücktransformation zur Behandlungssituation.



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abgebildet werden. Als Zahnbogenreferenz wird dabeimeist die Form von Einzelzähnen oder Zahngruppen(Jigs, Schienen) oder die der Okklusion benutzt (Splin-te). Andere Verfahren nutzen die im Laborsystem be-kannte Lage der beiden Objekte zueinander (Roboter-positionierung).

Da die für die Konstruktion entsprechender Übertra-gungsapparaturen oder für die Positionierung vonSetzwerkzeugen erforderlichen Angaben in der virtu-ellen Planung durch räumliche Transformationen be-kannt und hinterlegt sind, kann prinzipiell jedes dieserÜbertragungsverfahren durch die Planungssoftwareunterstützt werden.

Der Export der virtuell geplanten Apparaturen für Fer-tigungszwecke erfolgt i.d.R. als STL‑Datensatz, der ggf.für das verwendete Herstellungsverfahren aufbereitetwerden muss.

Von der digitalen Therapieplanungzur digital unterstützten Therapie

Die Umsetzung der so geplanten Therapie durch indi-vidualisierte oder teilindividualisierte Therapiemittelist bereits in der Lingualtechnik und Aligner-Therapieseit einigen Jahren möglich. Von verschiedenen Anbie-tern existieren Systeme zur Therapieplanung mit fest-sitzenden Apparaturen (Tab. 5), für die Lingualtechnik[3,18], aber auch für vestibuläre konfektionierteBrackets [19].

Rapid-Prototyping-Technologienin der Kieferorthopädie

Die Herstellung von Therapiemitteln anhand der digi-talen Therapieplanung ist bereits in der Lingualtechnikdank SLS‑Verfahren Stand der Technik (Tab. 5). Ebensoist auf dieser Grundlage die Herstellung von Alignernein seit Jahren etabliertes Verfahren [21]. Diese sindaber vorerst nicht für die kieferorthopädische Praxisgeeignet [22]. Die Herstellung von Behandlungsmittelnmittels RP‑Verfahren könnte aber das Berufsbild desZahntechnikers auch in der Kieferorthopädie revolu-tionieren [23].

Die Drucktechnologien erlauben es heute, mit ausrei-chender Genauigkeit komplexe Formen aus unter-schiedlichen Materialien zu drucken. Neben den be-kannten Anwendungen in der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie zur Splintherstellung in der ortho-gnathen Chirurgie [25] (Abb. 11) wird eine Kopplungmit einer rein virtuell durch Navigation gesteuertenOperation [26] zu erheblichen Veränderungen in derPlanung und Durchführung von Dysgnathieoperatio-nen führen. Näher an der Kieferorthopädie sind ersteErfahrungen mit RP‑gefertigten Positionierungshilfen,die das Setzen kieferorthopädischer Verankerungs-schrauben [27] erleichtern.

Die direkte RP‑Fertigung von kieferorthopädischenApparaturen (Abb. 12), z.B. eines Positioners [28],Aktivators und Protrusionsgeräts, ist in ersten Ver-suchen beschrieben worden [29]. Ebenso ist dieFertigung von Retainern [30] mittels CAD/CAM‑Tech-nologie möglich. Auch erste Anwendungen in derprächirurgischen Kieferorthopädie bei Patienten mitLippen-Kiefer-Gaumen-Spalten wurden bereits doku-mentiert [31]. Die genannten Beispiele verdeutlichendas Veränderungspotenzial, das von diesen Technolo-gien für die Kieferorthopädie und die gesamte Zahn-medizin ausgehen kann [32].

Manuelle und digitale Set-ups

Grundsätzlich können in der Behandlungsplanung ma-

nuelle und digitale Set-ups als gleichwertig betrachtet

werden [20].



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Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme.

Name Firma Internetseite Anwendung Softwarezugangfür den Nutzer

Einfluss des Behandlers

Harmony System AmericanOrthodontics

http://www.americanortho.com/de/harmony.html

n selbstligierendes Lingualsystem

n Wahl zwischen normalen bissehr flachen Brackets

n Selbstzertifizierung von zuHause möglich

nein n Behandler erhält von derFirma digitales 3-D‑Set-up,die Korrekturen und Wün-sche werden zur Firma ge-schickt, die diese korrigiert

n Änderung auch während derBehandlung möglich

WIN DW LingualSystems GmbH

http://www.lingualsystems.de

n Lingualsystem mit individuellenBögen, die von computer-gesteuerten Biegeroboternhergestellt werden

n individuelle Bracketbasis undflaches Design


eBrace CAD/CAMBracketsystem

Riton BiomaterialCo., Ltd.

http://ebraceortho.com n Lingualsystem mit 2 verschie-denen Bracketvarianten:eBrace Visual (speziell nur fürsFrontzahnsegment), eLock(maßgefertigte selbstligierendeBrackets)


INDIVIDUAINDIRECTBOND System

ELIDENT GmbH n http://www.individua.de

n http://www.orthoalliance.de/elident.html

n 3-D‑Technologie, bei der dieBrackets am Computer positio-niert und durch ein indirektesKlebesystem (INDIVIDUA Tray)in den Patientenmund über-tragen werden

n Brackets können schonmitgeliefert werden

ja n digitale Behandlungsplanungkann vom Kieferorthopädenoder von der Firma erstelltwerden

INDIVIDUAINSTANT BONDSystem

n lichtundurchlässig verpackteINDIVIDUA Tray wird inkl. den3M Unitek, APC Flash-FreeBrackets geliefert, die Bracketssind hierbei schon mit Kunst-stoff vorbeschichtet

n kein Vorbereiten des Trays,kann sofort eingesetzt werden

ja n siehe INDIRECT BOND

INDIVIDUA SET‑UPBOND System

n vor der Behandlung indivi-duelles 3-D‑Set-up

n Individualisierung erfolgt dabeidurch die Bracketbasis(Straight-Wire-Technik) oderdurch individuell gebogeneDrähte


n Behandler erhält von derFirma ein 3-D‑Set-up, daser verändern kann

INDIVIDUALINGUAL BONDSystem

n individuelles 3-D‑Set-up

n Lingualsystem nur für dasanteriore Segment (5–5)


n Behandler erhält von derFirma ein 3-D‑Set-up, daser verändern kann



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Tabelle 5

Marktübersicht einiger Anbieter digitaler Behandlungssysteme (Fortsetzung).



Digital LingualStraight WireSystem

LingualLiberty http://www.lingualliberty.com

n Lingualapparatur wird amComputer mithilfe vonCAD/CAM entworfen

n sehr kleine Brackets (1,5mm)

n Selbstzertifizierung von zuHause möglich

ja n 3-D‑Set-up, Bogenwahl undunterschiedliche therapeu-tische Lösungen können vomKieferorthopäden geplantwerden

n bei multidisziplinären Be-handlungen können sichKollegen aus anderen Fach-bereichen ebenfalls ein-loggen und bei der Planunghelfen

Incognito 3M Unitek http://www.lingualtechnik.de/index.php?id=home

n Lingualbracketsystem aus einerspeziellen Goldlegierung, dasdigital entworfen wird

nein n Behandler erhält 3-D‑Set-upund kann der Firma Wün-sche/Anmerkungen mitteilen

Incognito LiteAppliance System

n Behandlungsoption bei Rezidi-ven oder für Patienten mitleichtem bis moderatem Front-zahnengstand

n linguale Bracketpositionierungvon 3–3 oder 4–4

n wenn für die Behandlung desFront-/Eckzahnbereichs einestärkere Verankerung notwen-dig ist, kann das Incognito Lite4–4 mit Splint verwendetwerden

Orthorobot OrthorobotMedizintechnikGmbH

http://www.orthorobot.com

n freie Wahl für bukkale undlinguale Brackettypen, auchlingual selbstlegierend

n virtuelle Behandlungsplanungmit OnyxCeph am Computerund Bracketpositionierung bzw.Drahtherstellung mit Robotern

n Workflow: Abdruck, Ziel-Set-up, Bestimmung der Bracket-position am Computer, mitRoboter auf errechnete Positiongeklebt, Übertragungstray

ja n freie Wahl der Brackettypen

n Erstellen des Ziel-Set-ups undder Behandlungsplanung ent-weder vom Behandler (wennOnyxCeph³ mit dem 3-D‑Mo-dul Virtuelle Behandlungs-planung vorhanden) oder vonOrthorobot

n Kieferorthopäde kann dasZiel-Set-up von Orthorobotbegleiten und kontrollieren

n Nachpositionieren jederzeitmöglich

SureSmile SureSmile http://www.suresmile.com

n mit nahezu allen Bracketsyste-men anwendbar, auch für Lin-gual-, Aligner- und Positioner-behandlung

n Workflow: Aufnahme der Zäh-ne mit SureSmile OraScanneroder 3-D‑Volumentomograf,Erstellung eines 3-D‑Modells,Simulation des gesamten Be-handlungsablaufs mithilfe derSureSmile 3-D‑Behandlungs-planungssoftware, digitale Pla-nung der Drähte, anschließen-des Biegen der Drähte durchSureSmile-Roboter

ja n Behandler hat Zugriff aufSureSmile-Behandlungspla-nungen, standortunabhängigvon jedem Computer

n Erstellung von Set-ups,Behandlungssimulationen

n Bestellung von Bögen kannvon Praxis oder von zu Hauseerfolgen



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Tabelle 5




Ortho System 3Shape http://www.dcd-dohrn.de/wp-content/uploads/2013/01/3Shape-Ortho-System-Broschuere.pdf

n für alle kieferorthopädischenGeräte (Knirscherschienen,Retainer, individuelle Bänder,Splints, chirurgische Bisse,palatinale Expander, Bionator,Twin-Blocks, Herbst-Appara-turen, Planas-Tracks u.a.)

n Workflow: Analyse und Be-handlungsplaner mit OrthoAnalyzer, CAD‑Konstruktionmit Appliance Designer,Fertigung durch Drittanbieter(Lasern, Sintern, 3-D‑Druck),Erstellen von STL‑Datei

ja n Behandler kann einendigitalen Abdruck mit TRIOSerstellen und sofort dieBehandlungsplanung mitOrthoAnalyser durchführen

Insignia SL Ormco http://www.meine-insignia-spange.de

n Workflow: Erstellung virtueller3-D‑Modelle über 3-D‑Scanner,3-D‑Computerbild zeigt denBehandlungsplan mit End-ergebnis, individuelles Fräsender Brackets, exaktes Setzender Brackets auf die Zähne mit-hilfe einer Schablone

ja n Behandler kann selbstKorrekturen im 3-D‑Set-updurchführen

TwinAlignerSystem

Orthocaps http://www.orthocaps.de/files/content/images/pdf-download/Ortho-caps_Broschuere.pdf

n System, verwendet weichereKunststoffe (Kombination aus2 verschiedene Materialartenfür die Schienen: softoCAPSund hardCAPS) und erzeugt sogeringere Kräfte, um Zahnfehl-stellungen effizient zu beheben

n Tragezeit: nachts

n interaktive 3-D‑Digitalvorschauvor Behandlungsbeginn(iSetup)

nein n Behandler erhält 3-D‑Set-up,kann der Firma Wünsche/Korrekturen mitteilen

n Firma setzt diese um undschickt dem Behandler neues3-D‑Set-up

Invisalign Invisalign http://www.invisalign.de n Schienenbehandlung

n Workflow: nach Abdrucknah-me Ausarbeitung eines detail-lierten Behandlungsplansmithilfe des ClinCheck, derSoftware für die virtuelle 3-D‑Planung, ClinCheck zeigt dievorgesehene Abfolge der Zahn-bewegungen im Behandlungs-verlauf

nein n Behandler erhält ClinCheckund kann der Firma Wün-sche/Anmerkungen mitteilen

Invisalign Teen n mit blauen Indikatoren aus-gestattet, welche die Trage-dauer der Aligner anzeigen

n besondere Merkmale, die zurKompensation durchbrechen-der Eckzähne, 2. Prämolarenund 2. Molaren entwickeltwurden

n 6 kostenlose individuellangefertigte Ersatz-Aligner sindebenso inbegriffen

nein n Behandler kann zu Beginn derBehandlung der Firma seineWünsche mitteilen

n Behandler erhält ClinCheckund kann der Firma Wün-sche/Anmerkungen mitteilen



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Tabelle 5




ClearguideExpress AlignerSystem

Ormco https://www.ormcoeurope.com/du/produkte/insignia-clear-guide-express

n Schienentherapie, welche dieTechnologie der OrmcoʼsInsignia Advanced Smile DesignSoftware und die AOA AlignerExpertise kombiniert

n für leichte Korrekturen

ja n Behandler kann leichteKorrekturen im 3-D‑Set-updurchführen

CA DIGITALCLEAR‑Aligner

SCHEU‑DENTALGmbH

http://www.ca-clear-aligner.com/b2c/index.html

n Schienenbehandlung

n Workflow: Gipsmodell (Patien-teninformation), mithilfe vonOnyxCheph3 Herstellung einesdigitalisierten Patientenmo-dells, 3-D‑gedruckte Set-up-Modelle, Schienenherstellung,pro Behandlungsschritt3 Schienen, die aus unter-schiedlichen Materialstärken(soft, medium, hard) bestehen

n 1.Woche dünne Schiene, in der2.Woche folgt eine etwas stär-kere Schiene, bevor in Woche3 und 4 eine härtere Schienegetragen wird

ja n OnyxCeph CA SMART 3D(geplante Software für 2015)ermöglicht mit der Pro-grammversion „Praxis“ demKieferorthopäden die kom-plette virtuelle Darstellungund Durchführung kleinerKorrekturen und Modell-archivierung

n Programmversion „Labor“beinhaltet Umstellungsablauffür Aligner-Therapie (finalesSet-up, Prognose, Sockeln,Separieren, geführte Einzel-step-Umstellungen, finalesOverlay)

Tabelle 6

CAM‑Verfahren, kurz erklärt [24].

Verfahren Beschreibung Materialien Genauigkeit

FDM (Fused Deposition Modeling) schichtweiser Aufbau des Objekts aus schmelz-fähigem Kunststoff aus Düse (Extruder) auf Bau-plattform, diese senkt sich für nächste Schicht ab

Formwachse, Thermoplaste(Polyethylen, Polypropylen, Polylactid,ABS)

0,025–1,25mmSchichtdicke,Wandstärke > 0,2mm

SLT (Stereolithografie) schichtweise Aushärtung eines Photopolymersdurch Laser

Epoxidharze, hochfest bis gummiartig bis 0,001mm

DLP (Digital Light Processing) ähnlich SLT, als Lichtquelle Projektor, der einenLayer in einem Arbeitsgang aushärtet

lichthärtende Kunststoffe 0,025mm

Multijet Modeling/Solid Ground Curing

Druckkopf ähnlich Tintenstrahldrucker mitmehreren Düsen, baut Objekt schichtweise auf(Substrat mit Klebstoff), bei Photopolymerenje Schicht Aushärtung mit UV‑Licht

Wachs, Kunststoffe, Gips, Metall, Glas 0,05mm

Fräsen schrittmotorgesteuertes Werkzeug (Fräse)mit 5 Freiheitsgraden, fräst aus Rohlingdas entsprechende Objekt

Glaskeramik, PMMA, Zirkonoxid,Wachs, Metalle (u. a. Titan, NEM) u.a.

bis 0,002mm

SLS (selektives Lasersintern) generatives Schichtaufbauverfahren, Metallpulverwird auf der Bauplattform 0,001–0,2mm dickaufgebracht und die Objektkontur mittels Lasereingeschmolzen, dann wird die folgende Schichtaufgebracht

Kunststoffe, Metall bis 0,03mm

NEM: Nicht-Edelmetall; PMMA: Polymethylmethacrylat



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Stärken und Schwächen:2-D konventionell vs. 3D digital?

Die digitale dreidimensionale Analyse der Befunde be-nötigt, wie jede neue Technik, eine gewisse Einarbei-tungszeit. So ist eine Zeitersparnis vor allem am Anfangder Etablierung nicht zu erwarten. Mit zunehmenderErfahrung und Übung wird die Geschwindigkeit derArbeit mit diesen Systemen deutlich schneller. So istauch beim intraoralen Scannen eine Lernkurve zu er-

warten. Ein intraoraler Scan durch einen Ungeübtenwird ca. 25 Minuten in Anspruch nehmen, nach einigerZeit aber in weniger als 7 Minuten erledigt sein [33].

Gerade in der Kephalometrie ist die Interpretationechter dreidimensionaler Analysen nicht trivial und eskann nicht auf die bekannten großen auf Fernröntgen-bildern basierenden Studien (z.B. Bolton-Brush GrowthStudy) zumWachstum zurückgegriffen werden. Auchdie nun im Gegensatz zum 2-D‑Bild deutlich hervor-tretenden Asymmetrien erschweren die Analyse.

Abb. 11 Digitale Planung einer Modelloperation (Diana O., 27 Jahre) in der orthognathen Chirurgie. Ausgewählte Einzelschritte von der klinischen Ausgangssituationüber die dreidimensionale Modellsituation und Konstruktion des virtuellen Zielsplints. Mittels RP‑Verfahren (SLS) hergestellter Splint und postoperative Situation (Uni-versitätsmedizin Greifswald).



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Datenmanagement

Datenvolumen

Für eine digitale Prozesskette ist eine Abschätzung deranfallenden Daten zur Planung der Hardwareinfra-struktur nützlich. Es ist davon auszugehen, dass beieinem Kiefermodell (*.stl) mit ca. 200000 Knoten(Vertizes) und 450000 Flächen eine Dateigröße von ca.22 Megabyte (MB) zu erwarten ist. Für einen Gesichts-scan wären es im Mittel 80000 Knoten und 130000Flächen (ca. 9 MB zuzüglich 1 MB für die Oberflächen-textur als *.jpeg-Bild). Ausgehend von einer fiktivenAnzahl von 800 Patientenfällen in der Praxis und nurunter Berücksichtigung der Studienmodelle am Anfang,im Verlauf und am Ende der Behandlung ist ein Spei-cherbedarf von 13,5 Gigabyte (GB) pro Jahr konservativgeschätzt.

Daten in der Cloud?

Wenn der Upload einer Datei von 1 GB bei einer anzu-nehmenden Geschwindigkeit von 16 Mbit/s etwa 8Minuten benötigt, ist die Speicherung der Daten ineinem Cloud-Speicher zu überdenken. Da damit dieDaten die Praxis verlassen, sind einige Überlegungenzum Datenschutz angebracht. In diesem Falle gilt es,den § 11 des Bundesdatenschutzgesetzes (BDSG) zubeachten. Hier ist verankert, dass der Auftraggeber(Praxisinhaber) sicherstellen muss, dass der Anbietertechnisch und organisatorisch für die Speicherung die-ser Daten geeignet ist. Falls die Server des Anbieters imAusland stehen, ist die Einwilligung des Patienten (Da-tenübermittlungsparagraf 4b) einzuholen.

Abb. 12 Beispiel der Konstruktion einer Gaumenplatte bei einem Patienten mit unilateraler Lippen-Kiefer-Gaumen-Spalte zur prächirurgisch-kieferorthopädischen Therapie. a Virtuelles Modell. b Ausgeblocktes Modell mit konstruierter Platte. c Inspektion der Platte hinsichtlichSchichtstärken vor dem Druck. d Fertige, mittels SLS‑Druck erstellte Platte.



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Cave: Auch eine kryptografische Datenverschlüs-

selung (z. B. 256-Bit-AES) ist keine Versicherung für

den Auftraggeber und so sollte jede Möglichkeit

der externen Datenspeicherung peinlich genau

auch juristisch überprüft werden.

Datensicherungen

Je mehr ein digitaler Workflow die Praxis durchdringt,desto essenzieller wird eine verlässliche Datensiche-rung. Ein Ausfall oder Verlust von Daten hätte kata-strophale Folgen. Eine einfache Datensicherung auf z.B.einer externen Festplatte am Ende des Arbeitstages isthochriskant und keinesfalls zu empfehlen. Entspre-chende Empfehlungen sind bei der Bundeärztekammeroder dem Bundesamt für Sicherheit in der Informa-tionstechnik (BSI) verfügbar (s.Kap. Zusatzmaterialien).

Was bringt die Zukunft?

Es ist kaum anzunehmen, dass in einem Zeitraum dernächsten 10 Jahre in der Kieferorthopädie nur noch di-gital gearbeitet wird. Die gesetzlichen Rahmenbedin-gungen und Voraussetzungen im System der gesetz-lichen und privaten Krankenversicherungen (GKV,PKV) müssten sich dafür verändern. Es wird aber mitSicherheit zu einer Verschiebung von handwerklichemGeschick zu durchdachten Planungen als wesentlicheErfolgsfaktoren der Therapie kommen.

Die mechanistische Therapieplanung könnte ange-sichts der Variabilität der biologischen Reaktion aufBiomechanik und Kraftsysteme/-größen problematischwerden. Es ist jedoch fraglich, ob das Prinzip der „fort-laufenden Diagnostik“ mit Anpassung der Therapie andie biologische Reaktion in der Kieferorthopädie ineiner prospektiv vollständig geplanten Therapie ange-messen berücksichtigt werden kann.

Zukünftig soll eine Verbindung von dreidimensionalerPlanung von Zahn- und Kieferbewegungen mit derAnalyse von Kraftsystemen [34] und dynamischerAspekte durch Bewegungsaufzeichnungen des Unter-kiefers kombiniert werden. Automatisierte Algorith-men zur Segmentierung von Zähnen und Fusion ver-schiedener Modelle sind mittlerweile verfügbar [35].Ebenso steht die Verknüpfung mit 3-D‑Daten derWeichgewebe und die Simulation von deren Verände-rungen an. Diese Verfahren sind bereits seit einigenJahren in der Planung in der orthognathen Chirurgie im

Einsatz. Die dabei zur Anwendung kommenden Soft-waresysteme sind oft komplex und erfordern einengroßen Zeitaufwand in der Planung [36], aber eineÜbertragung dieser Erfahrungen in die Kieferortho-pädie wird erfolgen.

Eine höhere Genauigkeit z.B. bei der Herstellung vonOP‑Splinten durch RP‑Verfahren im Vergleich zur kon-ventionellen Herstellung ist derzeit nicht zu erwarten[37]. Neben den Auswirkungen in der klinischen Tätig-keit werden die neuen technischen Grundlagen aberauch die Ausbildung der Studierenden verändern [38].

Fazit

In der Praxis ist die vollständige digitale Diagnostik undTherapie schon heute umsetzbar. Barrieren in der Inte-gration der einzelnen Funktionalitäten durch unein-heitliche Schnittstellen, Dateiformate oder geschlosse-ne Systeme vonseiten der Hersteller sind aber teilweisesehr hoch. Hier gibt es noch erheblichen Verbes-serungsbedarf. In diesem Zusammenhang kann dieForderung nach der Verwendung von offenen Schnitt-stellen und freien Datenformaten dringend unterstütztwerden. Auch die gesetzlichen Rahmenbedingungenerlauben es zurzeit noch nicht, eine „gipsfreie“ Praxiszu realisieren.

Noch ungeklärt ist die Frage, ob die digital geplantenund realisierten Therapien tatsächlich eine verbesserteBehandlungsqualität bedingen. Eine oft angeführteschnellere Therapie ist nicht unbedingt ein Qualitäts-merkmal und Garant für eine langfristige Stabilität. Zu-dem ist noch ungewiss, ob es durch die Digitalisierungzu einer Distanzierung vom Patienten und zu einemVerlust manuell-therapeutischer und klinisch diagnos-tisch-deduktiver Fertigkeiten kommt.

Sicher ist aber, dass der Erfolg einer kieferorthopädi-schen Behandlung zukünftig stärker von einer exaktenPlanung als von der Fähigkeit abhängen wird, gutDrähte zu biegen [39].

Schon 2009 stellten Miyazaki et al. [40] in Aussicht:„The future of dental devices is digital.“Die vollständigeDurchdringung digitaler Technologien wird die Diag-nostik und das Therapiespektrum mit vielen neuenspannenden Möglichkeiten und weitreichenden Ver-änderungen für das Fachgebiet revolutionieren.



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Zusatzmaterialien

Alle Tabellen ohne Gewähr und ohne Garantie aufVollständigkeit der Angaben. Stand der Marktübersich-ten März 2014.

Für die Herstellung der 3-D‑Drucke danken wir demDental Labor Kock Betriebs GmbH & Co. KG (Wallen-horst). Die Ausdrucke erfolgten mit einem SHERAEco-print 30 (SHERAWerkstoff-Technologie GmbH & Co.KG, Lemförde).

Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass keinInteressenkonflikt besteht.

Informationen zur Datensicherheit

n http://www.medical-tribune.de/home/praxis-und-geld/artikeldetail/

schutz-der-patientendaten-von-festplatte-bis-serverraum-2.htmln http://www.Bundesaerztekammer.de/downloads/Empfehlung_

Schweigepflicht_Datenschutz.pdfn http://www.bsi.bund.de/gshb/Leitfaden/index.htmln http://www.bsi.de/literat/tr/tr03116/BSI-TR-03116.pdfn http://www.bsi.bund.de/gshb/index.html

Tabelle 7

3-D‑CAD‑Programme zum Online-Ausprobieren.

Name Beschreibung Link Betriebssystem(e)

Slicer3D Visualisierung und Bildverarbeitungfür die Medizin

http://www.slicer.org Windows, Mac OSX, Linux

inVesalius 2-D- und 3-D‑medizinischeBildverarbeitung

http://svn.softwarepublico.gov.br/trac/invesalius Windows, Mac OSX, Linux

Meshmixer 3-D‑Bearbeitung von Objekten,Modellieren

http://www.meshmixer.com Windows, Mac OSX, Linux

Meshlab Editieren und Ansehen von 3-D‑Daten,umfangreiche Bearbeitung undReparatur von Gitternetzen

http://meshlab.sourceforge.net Windows, Mac OSX

Blender 3D umfangreiches Programm,3-D‑Modellierung bis Animation

http://www.blender.org Windows, Mac OSX, Linux

3D Coat umfangreiches Programm,3-D‑Modellierung bis Animation(Demo)

http://www.3d-coat.com Windows, Mac OSX, Linux

PlastyCAD 3-D‑Modellierungsprogrammspeziell für Zahnmedizin/Medizin(kommerziell)

n http://www.plastycad.com/

n http://www.3diemme.it/

Windows, Mac OSX, Linux

Exocad Dental CAD 3-D‑Konstruktionsprogrammspeziell für Zahntechnik(kommerziell)

http://exocad.com/you-exocad/#/for-dental-technicians Windows

SensAble Konstruktionsprogramm fürZahnersatz (kommerziell)

http://www.dentsable.com Windows

Slic3r Druckvorbereitung und Belegungvon Bauplattform, Generierungder Layer

http://www.slic3r.org Windows, Mac OSX, Linux

Geomagic Freeform taktiles, digitales Modellierungssystem(kommerziell)

http://www.geomagic.com/de/industries/medical Windows



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Über die Autoren

Karl-Friedrich Krey

Prof. Dr. med. dent., M.M.E.

1993–1998 Studium der Zahnmedizin

an der Universität Leipzig. 1998 Staats-

examen und Approbation als Zahnarzt.

2002 Promotion zum Dr. med. dent.

2003‑Fachzahnarzt für Kieferortho-

pädie. 2005 Zertifizierung als POL‑Tutor

durch München-Harvard Allianz.

2005–2007 Studium „Master of Medical Education“ an der

Universität Heidelberg mit Stipendium des Stifterverbands

für die Deutsche Wissenschaft. 2008 Zertifizierung Evidence

based Medicine durch Cochrane Collaboration Freiburg i. Br.

2010 Habilitation zum Thema „Untersuchungen zur Mor-

phologie von dentofazialen und skelettalen Strukturen Er-

wachsener mit Methoden der geometrischen Morphome-

trie“ und Ernennung zum Privatdozenten mit Lehrbefugnis

für das Fach Kieferorthopädie. 2010 Weiterbildungsberech-

tigung für das Fach Kieferorthopädie. Seit 2011 stellver-

tretender Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie und

Koordinator des interdisziplinären Boards für kraniofaziale

Fehlbildungen am Universitätsklinikum Leipzig. Seit 2013

Direktor der Poliklinik für Kieferorthopädie, Universitäts-

medizin Greifswald. Reviewer und Mitarbeit in Editorial

Boards internationaler Fachzeitschriften, zahlreiche Publi-

kationen und Vorträge zu breitem Themenspektrum von

Versorgungsforschung, Lehr-Lernforschung sowie Grund-

lagenforschung in der Kieferorthopädie. Forschungsschwer-

punkte: Anwendung von kaltem Plasma in der Zahnmedizin,

Community medicine/dentistry, CAD/CAM und Digital den-

tistry, Untersuchung der Morphologie dentofazialer Struktu-

ren mittels Methoden der geometrischen Morphometrie und

multivariater Statistik.

Frank Orlob

Jahrgang 1975, Dr. med. dent. Studium

der Zahnmedizin, Friedrich-Schiller-

Universität Jena, Abschlussjahrgang

2001. Ausbildungsassistent in Gemein-

schaftspraxen für Kieferorthopädie und

Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, Chem-

nitz und Zwickau. Fachzahnarztab-

schluss für Kieferorthopädie, Universität

Leipzig. Hauptarbeitsgebiete in Behandlung und Forschung:

Erwachsenenbehandlung, Lippen-Kiefer-Gaumenspalten,

digitale Kieferorthopädie, Funktionskieferorthopädie. Pro-

motion Dr. med. dent. im Fach Kieferorthopädie unter Prof.

Dannhauer, Thema „Methodenvergleich zur Einstellung

spaltnaher Zähne bei Patienten mit einseitiger Lippen-Kiefer-

Gaumenspalte“. Zertifizierungen: festsitzende kieferortho-

pädische Behandlung, Lingualtechnik Incognito/WIN, Invis-

align, noXray-Ceph. Beiträge für Fachliteratur und Tagungen.

Oberarzt der Poliklinik für Kieferorthopädie Leipzig, nieder-

gelassen in eigener Praxis für Kieferorthopädie in Plauen.

Susanne Gorynia

Jahrgang 1985, Dr. med. dent.

2005–2008 Studium der Zahnmedizin,

Charité-Universitätsklinikum Berlin.

2008–2011 Studium der Zahnmedizin,

Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifs-

wald. 2010 Auslandssemester, Malmö

Högskola/Schweden. 2013 Experimen-

telle Doktorarbeit, Thema „Aufbau und

Vergleich zweier Prüfmodelle zur in vitro Testung der antimi-

krobiellen Wirksamkeit von Argon-Plasma“ bei Prof. Dr. med.

A. Kramer/Greifswald. Publikation: „In vitro efficacy of cold

atmospheric pressure plasma on S. sanguinis biofilms in

comparison of two test models“, GMS Hygiene and Infection

Control. 2012–2013 Vorbereitungsassistentin bei Sebastian

Ratjen/Greifswald. Seit 2013 Weiterbildungsassistentin für

Kieferorthopädie bei Dr. Andreas Riedel/Greifswald. Seit

2015 Weiterbildungsassistentin für Kieferorthopädie an der

Universität Greifswald.

Rolf Kühnert

Jahrgang 1956, Dr. rer. nat. 1977–1982

Studium der Physik, Technische Univer-

sität Chemnitz. 1982–1990 Akademie

der Wissenschaften, Institut für Mecha-

nik, Head of Scanning Electron Micros-

copy Department. 1986 Promotion Dr.

rer. nat. (Physik). 1990–1996 Koor-

dinator des Forschungsprojekts German

Research Foundation. 1995–1999 Managing Director K&T

Measuring Systems. 2000–2004 Koordinator des For-

schungsprojekts EU‑CRAFT FP6. Seit 1999 Managing Di-

rector Image Instruments GmbH (Schwerpunkt: Entwicklung

2D/3DDental Imaging Software).

Korrespondenzadresse

Prof. Dr. med. dent. Karl-Friedrich Krey

Poliklinik für Kieferorthopädie

Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde

Walther-Rathenau-Straße 42

17475 Greifswald

Telefon: 03834/867157

Fax: 03834/867113

E-Mail: [email protected]



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Literatur

1 Harradine N, Suominen R, Stephens C et al. Holograms as substi-

tutes for orthodontic study casts: a pilot clinical trial. Am J Orthod

Dentofacial Orthop 1990; 98: 110–116

2 Salmi M. Medical applications of additive manufacturing in sur-

gery and dental care [Doctoral Thesis]. Finnland: Aalto University,

Department of Engineering Desing and Production; 2013

3 Kwon SY, Kim Y, Ahn HW et al. Computer-aided designing and

manufacturing of lingual fixed orthodontic appliances using 2D/

3D registration software and rapid prototyping. Int J Dent 2014;

2014: 164164

4 Grauer D, Proffit WR. Accuracy in tooth positioning with a fully

customized lingual orthodontic appliance. Am J Orthod Dentofac

Orthop 2011; 140: 433–443

5 Dewhorst R. Assessment of computer customized brackets and

positioning jigs. Int J Orthod 2012; 23: 53–58

6 Buschang PH, Ross M, Shaw SG et al. Predicted and actual end-of-

treatment occlusion produced with aligner therapy. Angle Orthod

2015; 85(5): 723–727

7 Luu NS, Nikolcheva LG, Retrouvey JM et al. Linear measurements

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2012; 82: 1098–1106

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tip and torque on virtual study models: a validation study. Prog-

ress Orthod 2013; 14: 19

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CME

1Die Genauigkeit von CAD/CAM‑

gefertigten Werkstücken ist

im Wesentlichen abhängig von:

A dem verwendeten Dateiformat

B dem Fertigungssystem (Druckverfahren, Fräse)

C dem Material (Kunststoff, Zirkonoxid, Metall)

D der verwendeten Software

E einer möglichst erschütterungsfreien Aufstellung der Geräte

2Welche Dateiformate haben

sich bisher in der digitalen

Kieferorthopädie zur Verarbeitung

von 3-D‑Objekten bewährt?

A DICOM

B VRML

C *.stl und *.obj

D *.3ds

E *.jpeg

3Die Zuordnung von digitalen

Modellen in Okklusion bei

Intraoralscannern erfolgt mittels:

A Matching anhand eines oder mehrerer Vestibulärscans

B Digitalisierung eines Zentrikregistrats

C Algorithmus zur Kollisionserkennung

D Digitalisierung eines Wachsbisses

E automatisch über einen Best-Fit-Algorithmus

4Welche Aussage trifft für mittels

3-D‑Druck hergestellte OP‑Splinte

nicht zu?

A Eine Herstellung von Sandwich-Splinten ist bisher nicht beschrieben.

B Splinte aus ABS‑Kunststoff sind nicht für ein längeres Verbleiben im Mund zugelassen.

C Diese Anwendung der RP‑Technologien ist bereits in mehreren Publikationen beschrieben

worden.

D Der Einsatz von RP‑gefertigten Splinten kann auch in der Chirurgie den Workflow nachhaltig

verändern.

E Diese Splinte sind wesentlich genauer als konventionell hergestellte Splinte.

5Wer ist für die Sicherheit der

elektronischen Patientendaten

bei Speicherung in der Cloud

verantwortlich?

A Der Anbieter des Cloud-Dienstes ist verantwortlich.

B Der Patient tritt mit seiner Unterschrift die Verantwortung an das BSI ab.

C Der behandelnde Zahnarzt/Arzt ist verantwortlich.

D Niemand, da das Internet als rechtsfreier Raum anzusehen ist.

E Es gibt für diese Zwecke eine angepasste Internetversicherung.

6Das Funktionsprinzip der

Photogrammetrie basiert auf:

A Abtastung mit Ultraschall in 3-D

B Berechnung von Abständen aufgrund von Laufzeitdifferenzen eines Rhodium-Lasers

C Triangulation zwischen 2 Kameras und Projektion auf das Objekt

D Rekonstruktion aus 2-D‑Fotos anhand der Helligkeitsinformation

E Doppelprojektion und Abtastung mit CCD‑Kamera

CME‑Fragen

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7Bezüglich der Modellvermessung

in der Kieferorthopädie gilt für

digitale Modelle:

A Viele Methoden der Modellvermessung am Gipsmodell lassen sich nicht auf das digitale Modell

übertragen.

B Die Genauigkeit der Vermessungen ist als gleichwertig anzusehen.

C Winkelmessungen sind am digitalen Modell deutlich schwieriger.

D Eine Rekonstruktion der digitalen Modelle in physische Modelle ist bisher nicht möglich.

E Der Messfehler ist bei digitalen Modellen durch die Vergrößerung am Bildschirm auch größer.

8Welches RP‑Verfahren scheint

nach derzeitigem Stand der

Entwicklung für eine kiefer-

orthopädische Praxis geeignet?

A selektives Lasersintern

B FDM‑Drucker mit ABS‑Kunststoff

C Stereolithografie oder Digital Light Processing

D 5-Achs-Simultanfräsen

E robotergestütztes individuelles Fräsen der Brackets

9Welche Aussage zur digitalen

Positionierung von Brackets

ist zutreffend?

A Die Verwendung einer Biegemaschine zur Herstellung passender Bögen ist notwendig.

B Die virtuelle Positionierung und Übertragung ist nicht genauer als konventionelles direktes

Kleben.

C Die Positionierung muss immer über das Malokklusionsmodell erfolgen.

D Für die Planung müssen die CAD‑Daten der Brackets und die Programmierung des Slots hinterlegt

sein.

E Die Bogenebene ist bei virtuellen Set-ups und Bracketpositionierung nicht veränderbar.

10Welche Vorteile sind einem

virtuellen Set-up in der

Kieferorthopädie zuzuschreiben?

A Zahnbewegungen sind kraftadaptiert besser zu planen.

B Nach einem virtuellen Set-up sind ausgedehntere Zahnbewegungen möglich.

C Die Planung ist reversibel und unter Beachtung numerischer Kenngrößen durchführbar.

D Effekte der Funktionskieferorthopädie lassen sich leichter simulieren.

E Vertikale Zahnbewegungen sind präziser planbar.

CME

CME‑Fragen Digitale Kieferorthopädie

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Persönliche PDF-Datei für K.-F. Krey, F. Orlob, S. Gorynia, R. Kühnert · 2016. 6. 14. · K.-F....

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