Beispiel eines digitalen virtuellen Artikulators (Dentsply Sirona)
Beispiel eines digitalen virtuellen Artikulators (Dentsply Sirona)

Artikulatoren werden gebraucht. Sie stehen an der Schnittstelle zwischen Praxis und Labor und sind die entscheidende Arbeitsgrundlage, die den Patienten in der Laborumgebung darstellt. Deswegen ist es wichtig, den Funktions- beziehungsweise Informationswert dieser Arbeitsgrundlage so gut wie möglich zu optimieren, damit die Arbeit für den Patienten oder die Diagnostik und die Fallplanung so gut wie möglich gelingen können. Hier stellen wir die aktuelle Systematik der virtuellen und digitalen Systeme und deren Unterschiede vor. Zudem wird diskutiert, ob und wann es sinnvoll sein kann, mittelwertige oder individuelle Gesichtspunkte für den Gebrauch der virtuellen Artikulatoren zu berücksichtigen.

Frage an den Autor: Welchen Vorteil bietet der virtuelle Artikulator?
Prof. Dr. Bernd Kordaß: Sind die digitalen Artikulator-Varianten beispielsweise in der Mehrheit digitale 3-D-Kopien mechanischer Vorbilder mit vergleichbarem Funktionsumfang, so bietet die Ankopplung an geeignete elektronische Messsysteme und/oder bildgebenden Systeme zusätzliche Optionen, die mit der Kategorie „realdynamische“ oder als Untergruppe „realanatomisch-dynamische“ VR-Systeme (Virtual Reality) verbunden sind. Der Funktionswert der virtuellen Lösungen im Unterschied zu den konventionell-analogen Artikulatoren ergibt sich durch den überragenden Mehrwert in der Visualisierung okklusaler Verzahnungsbeziehungen, aber auch durch eine Vielzahl von zusätzlichen Informationen, die mit dem einzelnen Okklusionskontakt verbunden sind: Neben der Lokalisation und der Ausdehnung sind es der Zeitbezug, die Häufigkeit des Auftretens, die Stärke und die Kaukräfte, die beim Okkludieren auftreten können.

Einführung und Definition

Artikulatoren sind gleichermaßen für die zahnärztliche Praxis und das zahntechnische Labor unverzichtbare Werkzeuge und stehen an deren Schnittstelle als Grundlage der professionellen Kommunikation. Je besser die Artikulatoren für den jeweiligen Patientenfall funktionell ausgerichtet sind, desto besser funktionieren die Arbeiten im Mund des Patienten und desto besser und sicherer lassen sich diagnostische und therapeutische Aspekte ableiten. Deswegen haben Artikulatoren einen „Funktionswert“, der je nach Aufgabenstellung quantifiziert werden kann (Böttger 1982) [1].
Böttger definiert diesen Funktionswert im Zusammenhang mit der grundlegenden Aufgabe des Artikulators, die „Funktion des zur Behandlung anstehenden Falls möglichst fehlerfrei zu reproduzieren. Der Artikulator sollte eine doppelte Funktion erfüllen:
1. die Modelle eines Behandlungsfalls zueinander in eine bestimmte Relation bringen und neben den Öffnungs- und Schließbewegungen auch Gleitbewegungen wie sie im Mund vorkommen exakt nachahmen und …
2. … neben dieser Grundvoraussetzung auch eine Funktionsanalyse sowie das Arbeiten an den Modellen bei der Herstellung von Zahnersatz und prothetischen Behelfen ermöglichen, und zwar ohne besondere Schwierigkeiten.“ [1].

Aus der letzten Bemerkung – „und zwar ohne besondere Schwierigkeiten“ – spricht der zur damaligen Zeit überragende Praktiker Prof. Herrmann Böttger. Ihm war es wichtig, dass die zur Anwendung kommenden Artikulatoren in jeden Fall hilfreich sind und die Aufgabe selbst nicht unnötig verkomplizieren. Wer die Gelegenheit hatte, ihn als Chef oder Professor in Vorlesungen und Seminaren erleben zu können, weiß um seinen unbedingten Pragmatismus. Von ihm ist die Bemerkung über den Gebrauch von Artikulatoren überliefert, dass es für den Praktiker im einzelnen Patientenfall eigentlich unerheblich sei, die Funktionsweise des „Uhrwerks“ genau zu kennen, wenn man doch eigentlich nur wissen möchte, „wie spät es ist“. Damit war nicht der wissenschaftliche Diskurs als solcher und das Ringen um wissenschaftliche Erkenntnis gemeint, sondern die Fokussierung auf das Wesentliche in einem Patientenfall, damit dieser mit vertretbarem Aufwand optimal gelöst werden kann.

Dieser Gedanke ist ganz sicher auch zielführend, wenn man an den Umgang mit digitalen Welten denkt. Die Komplexität der Informationsfülle, die theoretisch erfasst und ausgewertet werden kann, ist um ein Vielfaches größer als bei mechanischen Systemen, wenn man beispielsweise an die Ankopplung von bildgebenen Systemen oder Facescannern et cetera denkt. Ganz bestimmt wird es deswegen im Umgang mit digitalen Werkzeugen auf Strategien ankommen, aus der Überfülle der Informationen und Möglichkeiten das jeweils Relevante zu selektieren und gezielt einzusetzen. Dafür ist bis heute Erfahrung nötig, aber auch Hilfestellung, die die Entscheidung unterstützt.

Die oben genannte Definition selbst spricht aber für sich und ist in dieser Klarheit auch für die digitale Welt uneingeschränkt gültig. Ganz besonders hervorzuheben ist dabei die bereits damals geäußerte Aufgabe des Artikulators, die Bewegungen, „wie sie im Mund vorkommen“, exakt nachzuahmen, was unter den Bedingungen in mechanischen Artikulatoren allerdings immer schwierig und nur mit Einschränkungen möglich war und eigentlich erst jetzt mit den virtuellen Artikulatoren richtig gelingen kann. Natürlich lässt sich die damalige Definition von Böttger noch folgendermaßen sinnvoll ergänzen: Der Artikulator sollte darüber hinausgehend …
3. … okklusions- und ästhetikrelevante Punkte, Linien und Ebenen, zum Beispiel die Kauebene, schädel- und gelenkbezüglich sowie mit den Aspekten der Gesichtsproportionen bis hin zur Kopfhaltung und Körperstatik, wenn erforderlich, darstellen,
4. … Veränderungen der Kieferrelation zu diagnostischen Zwecken oder für eine Therapieplanung patientenindividuell zulassen und …
5. … eine patientenspezifische Probe­behandlung an den Modellen ermöglichen – als Grundlage für Diagnostik und Therapieplanung: additiv (zum Beispiel funktionelles und ästhetisches Wax-up/Mock-up), subtraktiv (zum Beispiel systematisches Einschleifen) oder positionierend (zum Beispiel für Implantate oder Adjustierungen der Zentrik) und Weiteres [4,15,8,16].

Mit der Digitalisierung ist zusätzlich verbunden, dass die digitalen Modelle selbst „dynamisch“ werden und in vielfältiger Hinsicht in einer ganz neuen Dimension Informationsträger und nicht nur passive 3-D-Abbildungen der Oberflächen von Zähnen, Zahnreihen oder Kiefer sind. Die Initiative um Dr. Bernd Reiss zum „Dynamischen, digitalen Modell (DDM)“ greift diese Entwicklungen auf, bündelt die Expertise zu diesem Thema und versammelt einen Kreis von Experten zu dem jeweiligen Aspekt, der mit dem dynamischen Modell verbunden ist [11]. Die digitale Artikulation und Okklusion sind dabei nur ein Gesichtspunkt unter vielen. Ganz im Unterschied zu den mechanischen Modellen lassen sich beispielsweise unschwer Veränderungen über die Zeit implementieren und detailliert auswerten. Ein digitales Monitoring erfasst dabei einzelne Situationen in definierten Zeitabständen und überlagert die Einzelergebnisse (Matching), wobei sich Zahnsubstanzverluste (Abrasionen, Attritionen, Erosionen et cetera) oder beispielsweise Zahnwanderungen im Vergleich zur Ausgangssituation im Zehntelmikrometerbereich genau darstellen lassen [26,38]. Das gleiche gilt unter anderem für Farbinformationen oder auch Schwellungen und Rezessionen der Gingiva.
Ein immenses Fenster zu ganz neuen Sichtweisen und Ansichten wird dadurch aufgestoßen; zugleich müssen aber diese Daten im Kontext interpretiert und verwertbar gemacht werden. Stellungnahmen, die den aktuellen Stand des Wissens aufgreifen, stehen an und natürlich auch die Festlegung von Zielen und Fragestellungen, an denen jetzt konkret gearbeitet werden müsste. Dieser Artikel möchte in diesem Sinne ein Beitrag sein, den Aspekt der digitalen Okklusion und Artikulation, wie er in virtuellen Artikulatoren umgesetzt wird, genauer zu umreißen und die Punkte anzusprechen, die einer gezielten Klärung bedürfen.

Einteilung virtueller Artikulatoren

Wenn Artikulatoren darauf zielen, „Öffnungs- und Schließbewegungen sowie auch Gleitbewegungen, wie sie im Mund vorkommen, exakt nachzuahmen“, dann werden mit der Betonung auf „im Mund“ vorkommend die üblichen Klassifikationsschemata für Artikulatoren bereits deutlich erweitert. Bisherige Klassifikationen orientieren sich an den Einstellmöglichkeiten im Gelenkbereich (mittelwertig, halbindividuell, individuell et cetera), weil dort die mechanischen Steuerelemente platziert sind, die die Bewegungen der Modelle zueinander definieren. Auf der virtuellen Ebene – ohne die mechanischen Einschränkungen –, mag es aber völlig gleichgültig sein, wo man – räumlich gesehen – eine Parametri­sierung der Bewegungsabläufe verortet, im Idealfall werden – diesem Gedanken folgend – die realen Bewegungen des Patienten aufgezeichnet und die Modelle von Ober- und Unterkiefer diesen realen Bewegungen zugeordnet, sodass sich die Modelle genauso wie beim Patienten bewegen, ganz gleich, welche Bewegungen der Patient ausführt. Für diese Gruppe der virtuellen Artikulatoren hat sich der Begriff „realdynamische“ virtuelle Artikulatoren eingeprägt [20,19,36,31,8]. Als eine Untergruppe könnten realanatomisch-dynamische Systeme gelten, wenn nicht Einzelpunkte oder Artikulatorgelenke, sondern anatomisch korrekt abgebildete Kiefergelenke in Bewegungsfunktion dargestellt werden [6,18,22,29]. Gegenüber der rein mechanischen Simulation ist das ein eminenter Fortschritt, der so auch nur mit den computerbasierten Systemen realisiert werden kann [34]. Davon grenzen sich „digitale“ VR-Artikulatoren ab, die gewissermaßen „digitale Kopien“ der mechanischen Vorbilder sind und ganz ähnliche Adjustierungen und Steuerelemente besitzen. Logischerweise unterliegen sie den gleichen Einschränkungen wie ihrer mechanischen Vorbilder mit Blick auf das Reproduzieren der Bewegungen, wie sie am Patienten ablaufen [19]. Ein Klassifikationsschema, das diese Art der Artikulatoren einschließt, hat Wittkowski vorgeschlagen [36] (Tabelle 1).

Tabelle 1 Varianten des virtuellen Artikulators in Typeneinteilung nach Witkowski 2012
Tabelle 1 Varianten des virtuellen Artikulators in Typeneinteilung nach Witkowski 2012

Es ist darauf hingewiesen worden, dass diese virtuellen Kopien mechanischer Arti­kulatoren bislang noch benötigt werden, weil in mancherlei Hinsicht indikationsbezogen nicht alle Fälle im rein digitalen Workflow gelöst werden können und einzelne Arbeitsschritte doch in einem mechanischen Artikulator erfolgen müssten [17]. Dann ergibt es Sinn, das digitale System mit dem mechanischen betreffend der Einstellungen und der geometrischen Beziehungen gleichzuschalten. Lösungen hierfür gibt es von vielen Dentalfirmen für den digitalen Workflow (Abb. 1).

1 Beispiel eines digitalen virtuellen Artikulators (Dentsply Sirona)
1 Beispiel eines digitalen virtuellen Artikulators (Dentsply Sirona)

Hinsichtlich des Einsatzes der rein, das bedeutet ausschließlich, „realdynamischen“ Lösungen ist bislang nicht richtig einschätzbar, wie sich das Bewegungsmuster gegenüber der Ausgangssituation verändert, wenn die Okklusion oder okklusale Führungselemente in nennenswertem Ausmaß auf- beziehungsweise umgebaut werden müssen.

In diesem Fall wird ja selbst eine „Modellvorstellung“ darüber benötigt, wie sich das Bewegungsmuster nach Umstellung der Okklusion mit Änderung der Bisshöhe voraussichtlich ändern wird. Idealerweise findet man einen Bereich, der funktionell halbwegs stationär bleibt und an dem man Bewegungsbahnen aufzeichnen kann, die trotz Änderungen der Kieferrelation mehr oder weniger konstant bleiben [28,2]. Üblicherweise findet man dieses als „stationäres“ Drehzentrum im Bereich der Kiefergelenke, das eine „terminale“ beziehungsweise „zentrische“ Scharnierachse bildet, um die der Unterkiefer geöffnet und wieder geschlossen werden kann, ohne dass sich die horizontale Komponente der Kieferrelation ändert. Ob es ein solches „stationäres“ Drehzentrum in Wirklichkeit gibt oder ob es primär ein mathematisches Kon­strukt ist, mit dem sich die Funktionsweise des Kiefergelenks annähernd beschreiben lässt, mag unterschiedlich gesehen werden; es ist in diesem Fall primär unerheblich, weil es ja nur darum geht, mit ungefährer Genauigkeit das angestrebte und zu erwartende Ergebnis simulieren zu können. Generell gilt dabei natürlich: Je genauer die tatsächliche Bewegung als Bewegung um ein angenommenes Drehzentrum abgebildet werden und je genauer ein solches „Drehzentrum“ verortet werden kann, umso besser und funktionell angepasster wird das spätere Ergebnis sein können [23] (Abb. 2).

2 Bewegungen einer Scharnierachse im Vergleich zu Bewegungen am Inzisalpunkt (VR-Artikulator 3D-VAS, Entwicklung der Universität Greifswald in Kooperation mit Zebris)
2 Bewegungen einer Scharnierachse im Vergleich zu Bewegungen am Inzisalpunkt (VR-Artikulator 3D-VAS, Entwicklung der Universität Greifswald in Kooperation mit Zebris)

Okklusale Bewegungen lassen sich in diesem Modell ganz unabhängig von der Bisshöhe oder der okklusalen Führung immer mit annähernd konstanten Bewegungsbahnen dieser „Scharnierachse“ darstellen und mit gelenkspezifischen Werten, wie dem Kondylenbahnneigungswinkel (HCN), dem Bennett-Winkel (BW), dem Immediat Side Shift (ISS) und weiteren parametrisieren [14]. Im Prinzip imitiert dieses Modell die Funktionsweise eines individuell adjustierten, mechanischen Artikulators, der für diese Aufgaben, in welcher Form auch immer, sinnvollerweise virtuell hinterlegt sein sollte. Ansonsten lassen sich Punkt 4 und 5 in der genannten erweiterten Definition nicht optimal realisieren. Für Punkt 3 benötigt man zusätzlich Informationen über Gesichtsproportionen oder die schädel-/gelenkbezügliche Ausrichtung der Zahnreihen. Diese können aus bildgebenden Systemen wie dem DVT oder Gesichtsscannern stammen oder, wie bei mechanischen Artikulatoren mittels Behelfsteilen, wie einer Art Gesichtsbogen, umgesetzt werden. Elektronische Messsysteme, die aus der Bewegungsfunktion „Drehzentren“ generieren oder Schädelbezugspunkte oder Punkte am Kopf und im Gesichtsbereich viele Digitizerfunktionen virtuell verorten, eignen sich besonders gut, die Voraussetzungen für die Punkte 3 bis 5 zu erfüllen [21].

Genauigkeitsaspekte zur digitalen Okklusion

Die Punkte 1 und 2 betreffen primär die okklusale Funktionsweise. Alles, was in Okklusion oder in unmittelbarer Näherung der Okklusion geschieht, ist hier von besonderem Interesse. Dabei muss man sich immer klar sein, dass es bei der digitalen Okklusion nicht zur Okklusion im eigentlichen Sinne kommt. In der digitalen Welt interagieren nicht starre, rigide Körper mit fester Oberfläche, sondern eingescannte Oberflächen, die mit Punktewolken oder Dreiecksnetzen abgebildet werden (Abb. 3). Diese können sich durchdringen, was in Wirklichkeit im Mund des Patienten aber nicht vorkommen kann. Deswegen stellt sich in der virtuellen Welt noch vielmehr als im Mund des Patienten die Frage, wann ein Kontakt ein Kontakt ist und wie die Kontaktsituation im Mund des Patienten in der virtuellen Modellwelt dargestellt werden kann. Da es ja virtuell nicht zu einer echten Okklusion kommen kann, behilft man sich damit, die Okklusion als Annäherung der Punktewolken und Dreiecksnetzen bis hin zur Durchdringung zu quantifizieren, um so „Kollisionsbereiche“ zu detektieren. Das Ausmaß der Annährung beziehungsweise der Durchdringung kann farbig markiert werden (Abb. 4). Wann ein Kontakt ein Kontakt ist, definiert sich im Grenzbereich zwischen Näherung und Durchdringung, die als okklusaler Kontakt interpretiert wird. Generell könnte dieser Bereich in sinnvollen Grenzen individuell parametrisiert werden. Wie eng oder weit man diesen Bereich wählt, hängt im Prinzip von vielen Faktoren ab – nicht zuletzt von der prinzipiellen Genauigkeit, mit der man die Oberflächen der Zahnreihen scannen und daraus ein realistisches Modell generieren kann. Hier unterscheiden sich Dentalscanner von Intraoralscannern, insbesondere wenn es darum geht, ganze Kiefer und nicht nur Teilsegmente einzuscannen.

3 Okklusales Interagieren von Dreiecksnetzen
3 Okklusales Interagieren von Dreiecksnetzen
4 Farbig markierte Näherungsbereiche
4 Farbig markierte Näherungsbereiche

Grundsätzlich verdoppelt sich der Abstandsfehler zwischen zwei gescannten Oberflächen in Abhängigkeit von deren Genauigkeit und Auflösung. Allerdings kommt hinzu, mit welchem Algorithmus der Abstand zwischen den gescannten Oberflächen berechnet wird. Steil abfallende Flanken einer Höckerstruktur sind ein Problem, wenn der interokklusale Abstand mit Bezug zu einer Referenz­ebene darstellt wird, beispielsweise der Okklusionsebene (Abb. 5a). Je nachdem, wie diese Referenzebene variiert wird, ändern sich auch die Abstände zwischen den Okklusalflächen und damit auch die Darstellung der okklusalen Kontakte.
Darüber hinausgehend ist die Anordnung der Dreiecke, mit denen die Flächenrückführung erfolgt, von Bedeutung. Werden Abstände ausgehend von einer Mittensenkrechten eines Dreiecks bis zum Schnittpunkt mit der korrespondierenden Dreiecksfläche des Antagonisten berechnet, variieren die Abstände je nach Angulation der Dreiecke in der Oberfläche (Abb. 5b). Hinzu kommt, dass man die Auflösung, mit der man eine Oberfläche scannen kann, nicht beliebig erhöhen kann, ansonsten würde der Umfang der Datenmengen die noch akzeptable Größe bezüglich Rechenkapazität und Rechenzeit schnell übersteigen. Die Lösung wäre eine adaptive Messpunktedichte als Kompromis zwischen Richtigkeit und Speicherbedarf – die Schwankungsbreite bei der Abstandsmessung muss jedoch berücksichtigt werden (Abb. 5c). Unter Berücksichtigung dieser Aspekte ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine Genauigkeit zur Darstellung der okklusalen Kontakte zwischen 50 bis 100 µm als realistisch anzunehmen. Gärtner benannte für einen der ersten virtuellen Artikulatoren DentCAM eine Genauigkeit dynamischer Kontakte von ± 76 µm [5].

5a – c (hier a): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit
5a – c (hier a): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit
5a – c (hier b): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit
5a – c (hier b): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit
5a – c (hier c): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit
5a – c (hier c): Grafiken zum Verständnis der Näherungsgenauigkeit

Es ist aber auch die Frage, wie genau man sinnvollerweise die Okklusion bestimmen sollte. Letztlich agieren wir im virtuellen Raum bislang mit starren Körpern und Oberflächen, was nicht den biomechanischen und biologischen Bedingungen entspricht. Die Zähne besitzen eine Eigenbeweglichkeit, die bei Kraftschluss zu Positionsverschiebungen im Zahnbogen, zum Beispiel durch Intrudieren in die Alveole, führt. Zusammen mit der Verbiegung der Unterkieferspanne können diese Positionsänderungen 20 bis 40 µm betragen [33]. Ein spezielles Problem ist dabei seit jeher die Abformung der Unterkieferzahnreihe. Die Zahnreihe verformt sich bei Mundöffnung, weswegen man weite Mundöffnungen meiden sollte, aber ohne Mundöffnung – das gilt genauso für das Scannen – kann eine Abformung eben nicht erfolgen, weswegen ein gewisses Maß einer abformungsbedingten Untergenauigkeit nicht zu vermeiden ist [37]. Deswegen stimmt die Okklusion in maximalem Vielpunktekontakt auf dem Modell bei Bezahnten in aller Regel nicht mit der habituellen Interkuspidation in der Mundhöhle überein. Für eine Übereinstimmung müssen die Zahnreihen am Modell erst anhand eines Okklusionsprotokolls oder Interkuspidationsregistraten nachgearbeitet, das heißt, gezielt an den Oberflächen radiert werden [14].

In der virtuellen Welt können sich aber die Antagonisten durchdringen, was mit Gips- oder Kunststoffmodellen nicht möglich ist. Deswegen ist zu erwarten, dass beim Zulassen eines definierten Ausmaßes einer Durchdringung die digitale Okklusion diese Art der Ungenauigkeit kompensieren kann. Wenn sich also digitale Modelle in Interkuspidation durchdringen beziehungsweise Durchdringungen angezeigt werden, ist das möglicherweise kein Messfehler, sondern Ergebnis der physiologischen Breite biomechanischer Effekte. Die Betrachtung der theoretisch denkbaren und biologisch sinnvollen Angabe eines Zielwerts für die Genauigkeit mag zudem noch von der klinischen Reproduzierbarkeit abhängig sein, mit der eine Okklusionsposition vom Patienten wiederholt eingenommen werden kann. Bei vollbezahnten Patienten und gesicherter Verzahnung kann von einer Reproduzierbarkeit von circa 40 bis 50 µm ausgegangen werden [9]. Im Unterschied dazu kann eine rein gelenkzentrisch definierte Kieferrelation nur im Mittel von 2 bis 3 mm Genauigkeit wiederholt am Patienten registriert werden [3]. Es ergibt deswegen keinen Sinn, im biologischen Sinne genauer als genau werden zu wollen. Zukünftig mag es sein, dass die „Dynamisierung“ eines digitalen Modells die biomechanische Variabilität berücksichtigt und Eigenbeweglichkeiten und Verformungen in definierten Grenzen zulässt und damit der biologischen Wirklichkeit deutlich näher kommt.

Digitale Okklusionsdiagnostik

Ein ganz wesentlicher Punkt ist der Informationswert, dem eine einzelne Kontaktbeziehung im Kontext aller anderen zukommt [24,16]. Deren räumliche und zeitliche Verteilung über den Zahnbogen wird bei der instrumentellen Okklusionsdiagnostik beurteilt, sowie die Qualität der Zahnführungen bei simulierten Gleitbewegungen in latero-, medio-, pro- beziehungsweise auch retrusiver Richtung, je nach dem Anteil der Freiheitsgrade, die der Artikulator im definierten Bewegungsraum zulässt. Digitale Artikulatoren, das heißt die digitalen Kopien mechanischer Vorbilder, lassen sich in gleicher Weise wie die mechanischen anwenden – eine adäquate schädelgelenkbezügliche Modell­orientierung und Einstellung der Steuerelemente vorausgesetzt. Systeme, die sich primär aus den Anforderungsprofilen zahntechnischer Arbeiten entwickelt haben, bieten Lösungen, die entweder gleich den kompletten Artikulator mit fertig montierten Modellen einscannen (Zirkonzahn) oder Hilfsteile vorsehen, die eine Übertragung der montierten Modellsituation mit gleichgeschalteten Sockelträgern beim Scannen sicherstellen (Amann Girrbach). Eine besondere Lösung bietet die Firma Zebris: Der Kopplungslöffel, der die Ankopplung der elektronischen Registrierung mit digitalen Modellen sichert, ist Träger von Impressionen der Oberkieferzahnreihe und dient als Hilfsteil, mit dem sich eine der virtuellen Welt entsprechende Modell­orientierung im mechanischen Artikulator herstellen lässt (Abb. 6).

6 Einsatz eines „Kopplungsteils“ (Zebris) im Artikulator (Amann Girrbach)
6 Einsatz eines „Kopplungsteils“ (Zebris) im Artikulator (Amann Girrbach)

Generell sichert diese Vorgehensweise die Vergleichbarkeit zwischen der Situation im mechanischen Artikulator mit der Situation im digitalen Artikulator. Da hierbei Modelle eingescannt werden, bedarf es genau der gleichen Anforderungen an die Qualität der Abformung und an das Modell. In jedem Fall müssen Abform­artefakte an den okkludieren Flächen sorgfältig entfernt werden. Sofern die habituelle Interkuspidationsposition dargestellt werden soll, bedarf es in aller Regel einer Korrektur der Modelle mittels „Radieren“ gemäß einem Okklusionsprotokoll oder in Anwendung von Durchbissregistraten, deren Kontaktareale auf das Modell durchgezeichnet werden [8]. Es muss dabei solange „radiert“ werden, bis die klinisch vorhandenen Kontakte mit denen im Artikulator übereinstimmen. Im Unterschied zur mechanischen Welt können sich die digitalisierten Kauflächen durchdringen, weswegen zur Analyse des zeitlichen Auftreffens von Kontakten nicht mehr der Anfertigung eines Sägemodells bedarf, vorzugsweise im Unterkiefer. Beim Absenken in Okklusion lassen sich im mechanischen Artikulator diejenigen Zähne und Zahngruppen mit den Kontakten sukzessive entfernen und die Kontaktbeziehungen mit den verbliebenen darstellen (Abb. 7).

7 Darstellung „zentrischer“ Kontakte durch Absenken und sukzessive Entnahme der ­gepinnten Zähne im konventionell-analogen Artikulator
7 Darstellung „zentrischer“ Kontakte durch Absenken und sukzessive Entnahme der ­gepinnten Zähne im konventionell-analogen Artikulator

In der instrumentellen Okklusionsanalyse kommt dem Zahnkontakt ein spezieller Informationswert zu, der im Kontext beurteilt werden muss [4,15]. Ein solcher Kontakt hat einen Zeitbezug hinsichtlich des Auftretens beziehungsweise Auftreffens beim Okkludieren. Er hat darüber hinaus eine klare Verortung im Zahnbogen und eine räumliche Ausdehnung sowie ferner eine Stärke, mit der in Relation zu den anderen Kontakten an der betreffenden Stelle okkludiert wird (Abb. 8). Auch die Richtung entlang der Kau- oder Zahnführungsflächen kann differenziert und entsprechend farblich ähnlich dem Okklusionspapier markiert werden.

Die Digitalisierung der Okklusion macht es aber möglich, zusätzliche Informationen zu gewinnen, beispielsweise, indem man okkludierende Bewegungsmuster betrachtet und die Häufigkeit, mit der beim Kauen eine Annäherung zwischen den okkludierenden Kauflächen stattfindet, was ein Maß für die funktionelle Belastung an diesen Stellen sein mag [32,30,31] (Abb. 8). Alternativ könnte man Messungen zur Beißkraft mittels drucksensitiver Folien (zum Beispiel OkkluSens, Bausch) mit den gescannten Kauflächen in Beziehung setzen. OkkluSens hinterlässt, wie übliches Kontaktpapier auch, Farbmarkierungen an den Kontaktstellen, die wiederum mit intraoral-farbig-scannenden Systemen erfasst werden können, was prinzi­piell die Überlagerung des digitalen Modells mit den Messergebnissen möglich macht.

8 Okklusale Annährungen zwischen korrespondieren Ober- und Unterkieferhälften im 1. und 4. Quadranten. Von links nach rechts, wobei die beiden äußeren Zahnbögen zusammengehören und miteinander okkludieren, dann die mittleren (mit der Blaufärbung) und schließlich die inneren: OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontaktarealen betreffend die Stärke der Annäherung (rot starke Näherung) OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Häufigkeit des Auftretens (dunkelblau häufig), OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Muskelaktivität (rot stärkere Aktivität) UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Muskelaktivität, UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Häufigkeit des Auftretens UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontaktarealen betreffend die Stärke der Annäherung
8 Okklusale Annährungen zwischen korrespondieren Ober- und Unterkieferhälften im 1. und 4. Quadranten. Von links nach rechts, wobei die beiden äußeren Zahnbögen zusammengehören und miteinander okkludieren, dann die mittleren (mit der Blaufärbung) und schließlich die inneren:
OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontaktarealen betreffend die Stärke der Annäherung (rot starke Näherung)
OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Häufigkeit des Auftretens (dunkelblau häufig),
OK-Zahnreihe (1. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Muskelaktivität (rot stärkere Aktivität)
UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Muskelaktivität,
UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontakten betreffend die Häufigkeit des Auftretens
UK-Zahnreihe (4. Quadrant) mit Kontaktarealen betreffend die Stärke der Annäherung

Eine weitere Differenzierung hinsichtlich der Beiß- beziehungsweise Kaukräfte, die beim Okkludieren, sei es Kauen, Pressen, Knirschen et cetera entstehen, wird in Zukunft die parallele und synchrone Messung der Kaumuskelaktivität ergeben können [10] (Abb. 8). Spezielle schädel-/gelenkbezügliche Aspekte oder Gesichtsproportionen lassen sich mittels Referenzierung mit bildgebenden Systemen (vorzugsweise DVT) oder Face-Scannern gewinnen (Abb. 9).

9 Kopplung mit DVT: realanatomisch-dynamisches Artikulationssystem (Sicat Function, Sicat)
9 Kopplung mit DVT: realanatomisch-dynamisches Artikulationssystem (Sicat Function, Sicat)

Um das Informationspotenzial okklusaler Kontakte zu optimieren, bedarf es einer Kopplung mit elektronischen Messsystemen zur Aufzeichnung der Unterkieferfunktion. Hierzu dienen Kopplungsbehelfe, mit denen Schädelbezugskoordinaten zur Sensorgeometrie beziehungsweise -ausrichtung und diese wiederum zu den Zahnreihen referenziert werden können. Diese Kopplungsbehelfe entsprechen im Effekt dem Gesichtsbogen mit Übertragungssteg und Bissgabel in der analogen Welt. Letztlich wird gewissermaßen ein virtueller Gesichtsbogen aufgespannt [13,17] (Abb. 10). Alternativ kann man auch, wie beim Ignident-System, Sensoren, die an den Zähnen befestigt sind, mit einscannen oder Behelfsteile nutzen, die die Lage des Unterkieferzahnbogens zu der Sensor­befestigung am Unterkiefer erfassen, wie es beim Freecoder Bluefox realisiert wurde. Im Ergebnis lassen sich mit diesen Systemen Bewegungsbahnen im Kiefer­gelenkbereich wie auch an den Zahnreihen darstellen und – je nach Umsetzung der digitalisierten Zahnreihen – diese relativ zueinander in Funktion darstellen, einschließlich der okklusalen Kontakte beziehungsweise der virtuellen Annäherungen oder Durchdringungen. Farbcodierungen, die das Ausmaß der Annäherung beziehungsweise Durchdringung anzeigen, haben sich durchgesetzt. Einheitliche Standards gibt es leider nicht – jede Firma beziehungsweise jede Software hat eigene Farbcodierungen, die gegebenenfalls parametrisiert werden können. Es wird in Zukunft sicherlich wichtig sein, solche Standards zu definieren.

10 Kopplungslöffel zur Referenzierung elektronischer Messungen mit digitalisiertem Kiefermodell (Zebris)
10 Kopplungslöffel zur Referenzierung elektronischer Messungen mit digitalisiertem Kiefermodell (Zebris)

Mittelwertige versus individuelle Lösungen

Einer der wichtigen praxisbezogenen Aspekte ist mit der Frage verbunden, wieviel Aufwand mit Blick auf die Individualisierung artikulärer Parameter betrieben werden sollte. Um es auf den Punkt zu bringen: Benötigt man wirklich individuelle Adjustierungen oder sind nicht Mittelwertlösungen völlig ausreichend? Klinische Studien zu dieser Frage gibt es eigentlich nicht, allenfalls Hinweise zur Anfertigung von Aufbissschienen im randomisierten Vergleich zwischen einer Schiene, deren Okklusalrelief im Mittelwertartikulator hergestellt wurde, zu einer Schiene im individuell adjustierten Artikulator. Das Eingliedern dieser Aufbisschienen war doppelt verblindet, das heißt, sowohl Patient als auch Behandler wussten nicht, welche Schiene zuerst eingesetzt und getragen werden sollte. Im Ergebnis ergab sich eine signifikante durchschnittliche Zeitersparnis beim Einschleifen der individuellen Schiene durch einen erfahrenen Behandler der Klinik von zwei bis drei Minuten; zwei der im Mittelwertartikulator hergestellten Schienen konnten nicht eingeschliffen und mussten erneuert werden [35]. Nun ist die Zeitersparnis nicht wirklich groß, allerdings handelte es sich um Kunststoffreliefs, die eingeschliffen werden mussten. Langspannige Brückenrekonstruktionen mit keramischen Kauflächen beispielsweise sind aber ungleich schwieriger einzuschleifen und intraoral anzupassen, was übertragen deutlich mehr Zeit bedeutet hätte. Leider gibt es keine klinischen Studien zu dieser Fragestellung mit solchen Arbeiten. Aber irrelevant ist es offensichtlich nicht, ob nur mittelwertig oder auch individuell eingesteuert wird.

Grundsätzlich ist es immer sinnvoll, sofern keine anderen Anhaltspunkte vorliegen, Artikulatoren nach mittleren geometrischen Werten einzustellen. Epidemiologische, in bevölkerungsorientierten Studien gewonnene Ergebnisse bestätigen die gängigen Mittelwerte für den horizontalen Kondylenneigungswinkel und den Bennett-Winkel [12]. Ausschlaggebend ist allerdings, welche Bezugsebene berücksichtigt wird. In dieser Studie ergab sich zur Kau-/Okklusionsebene ein Mittelwert von circa 35° HCN (für Frauen gegebenenfalls 3° mehr, also circa 38°)und für den Bennett-Winkel ein Mittelwert von 15° für Männer und Frauen gleichermaßen; allerdings war der Bennett-Winkel im Mittel in der Altersgruppe ≥40 Jahre um 2° größer. In dieser Altersgruppe musste zudem eher mit dem Auftreten eines Immediate Sideshifts gerechnet werden. Als Ursache kommt wohl in Betracht, dass sich im Verlauf des Lebens die ligamentäre Stabilität der Kondylen in funktioneller Hinsicht verringert und größere Freiheitsgrade auftreten [39]. Alle anderen Unterschiede betreffend die mittleren Werte erwiesen sich als statistisch nicht signifikant.

Generell zeigten sich die gelenkbezüglichen Mittelwerte betreffend rechter und linker Gelenkseite als überaus symmetrisch, jedoch war diese Symmetrie in vielen einzelnen Fällen nicht gegeben [12]. Es traten nennenswerte Differenzen der HCN zwischen rechter und linker Gelenkseite mit > 5° in 54 Prozent der Fälle auf, wobei ohne Registrierung nicht klar gewesen wäre, auf welcher Seite die HCN größer beziehungsweise kleiner war. Eine Änderung der Gelenkbahnneigung um 5° bewirkt nach von Hessler bereits einen okklusalen Fehler >125 µm, weswegen ein Gelenkbahnneigungswinkel auf 5° genau eingestellt werden sollte [7]. Eine Änderung um 10° kann eine okklusale Störung in der Größenordnung von 260 bis 480 µm erzeugen [27]. Wenn man dementsprechend annimmt, dass es im Intervall zwischen 5 bis 10° HCN-Differenz funktionell relevante Unterschiede der Okklusion geben kann, wurde in der Studie [12] vorgeschlagen, ± 7,5° HCN-Differenz vom Mittelwert als noch akzeptabel zu werten. Dann ließen sich nur circa 1/3 aller Fälle betreffend einer rein mittelwertigen HCN sicher im Artikulator nachahmen. In allen anderen Fällen lagen entweder beide oder die eine oder andere Gelenkseite außerhalb der Schwellenbereiche, wobei im Vorfeld ohne Registrierung nicht entschieden werden kann, welche Seite größer beziehungsweise kleiner war. Demgegenüber steht die Überzeugung, dass unter der Voraussetzung guter Restbezahnung und guter Eckzahnführung in nur in 20 Prozent aller Fälle die Abweichungen okklusal >100 µm auftreten würden und Spitzenwerte allenfalls 200 µm erreichen könnten, was in der Größenordnung läge, die normalerweise eingeschliffen werden kann [25].

Fazit

Bis zur abschließenden Klärung dieser Fragen gibt es ohne Zweifel gute Gründe, Artikulatoren, ob mechanisch oder virtuell, einzusetzen und funktionell zu individualisieren – insbesondere dann, wenn umfangreichere festsitzende Rekonstruktionen mit Aufbau von Zahnführungsflächen geplant sind. In der Umkehrung heißt es allerdings nicht, dass eine Arbeit, die nur mittelwertig angefertigt wurde oder ganz auf den Artikulator verzichtet hat, also nur die statische Okklusion im Schlussbiss berücksichtigt hat, zum Scheitern verurteilt ist. Warum und wann etwas okklusal Rekonstruktives gut oder weniger gut funktioniert, ist letztlich nicht abschließend geklärt. Mit den virtuellen Artikulatoren besitzt man aber diejenigen Tools, mit denen eine solche Klärung viel besser gelingen kann, als es je in der rein mechanischen Welt möglich gewesen wäre.

Aus praxisbezogenen Gesichtspunkten wäre es im Sinne von Böttger am schönsten, wenn man sich mit dem „Uhrwerk“ Gelenkmechanik und der notwendigen Modellorientierung dazu gar nicht auseinandersetzen müsste; allerdings sind eben doch alle Messungen individueller Bewegungsmuster irgendwie mit einem Messraum mit Koordinaten verbunden und es bedarf bislang immer eines gewissen Aufwands, Koordinatendaten in Beziehung zu setzen.

In jeden Fall ist viel klinische Erfahrung hilfreich und umso mehr erforderlich, je weniger man individuell-artikulationsbezogen arbeitet. Grundsätzlich ist jede Art von Individualisierung eine Maßnahme zur Qualitätssicherung der okklusalen Rekonstruktion.

Hier geht es zur Literaturliste.

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  • Umfrage von Dentsplay Sirona: Ein Beruf, doch 1000 Jobs - Was Zahnärzte alles zu tun haben

    Praxismanagement: Befragung von Dentsply Sirona

    Umfrage: Ein Beruf, doch 1000 Jobs – Was Zahnärzte alles zu tun haben

    Zahnärzte und Zahntechniker haben „einen Beruf, doch 1000 Jobs“ – davon ist Dentsply Sirona überzeugt. Um dieser Annahme genauer auf den Grund zu gehen, hat das Unternehmen eine mehrwöchige Online-Umfrage initiiert. Erste Ergebnisse gibt es schon.

  • Es gibt eine Fülle an Befestigungsmaterialien. Welcher Werkstoff kann wie und wofür angewendet werden? Im Curriculum Befestigung an der LMU lernen die Teilnehmer, diese Frage künftig sicher im Praxis- und im Laboralltag beantworten zu können.

    Curriculum Befestigung an LMU München

    Video: „Das Kleben ist in Praxis und Labor ein essentielles Thema“

    Von hoher Bedeutung ist die adhäsive Befestigung in Zahnmedizin und Zahntechnik. Sie ist entscheidend für die Langlebigkeit einer Restauration - und damit für die Zufriedenheit der Patienten. Zahnärzte und Zahntechniker können an der LMU lernen, wie sie Befestigungsmaterialien richtig einsetzen. Im Video erklären wir, was die Teilnehmer des Curriculums Befestigung ab Oktober 2020 erwartet.

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Dr. Sebastian Ruge
Dr. Sebastian Ruge absolvierte sein Diplom-Studium der Mathematik mit Nebenfach Informatik in den Jahren 2002 bis 2008 an der Universität Greifswald. Seit 2007 ist er dort als Mitarbeiter im Steinbeis-Forschungszentrum Dentale Informatik und CAD/CAM-Technologie und seit 2008 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Digitale Zahnmedizin – Okklusions- und Kaufunktionstherapie tätig. 2014 folgte die Promotion zum Dr. rer. med. an der Universitätsmedizin Greifswald.
Prof. Dr. Bernd Kordaß
Prof. Dr. Bernd Kordaß absolvierte sein Studium der Zahnmedizin an der Universität Düsseldorf in den Jahren 1978 bis 1984. Anschließend war er dort bis 1990 als Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung für Zahnärztliche Prothetik und Defektprothetik der Westdeutschen Kieferklinik (­Direktor: Prof. Dr. H. Böttger) tätig. Von 1990 bis 1996 arbeitete er als Oberarzt in der Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik der Westdeutschen Kieferklinik (­Direktor: Prof. Dr. U. Stüttgen). 1997 wurde er zum Professor an der Universität Greifswald und zum Leiter der Abteilung Zahnmedizinische Propädeutik/Community Dentistry und 2002 zum Studiendekan Zahnmedizin sowie zum stellvertretenden Studiendekan Medizin ernannt. 2003 initiierte Prof. Kordaß den kontinuierlichen Aufbau und die Leitung der postgradualen Masterstudiengänge (MSc) an der Universität Greifswald. 2005 kamen die Leitung der Abteilung Zahnmedizinische Radiologie und 2011 die Leitung der Abteilung „Digitale Zahnmedizin – Okklusions- und Kaufunktionstherapie“ im Zentrum ZMK der Universitätsmedizin Greifswald hinzu. Zudem leitet er das Forschungszentrum „Centrum für Dentale Informatik und CAD/CAM-Technologie“ (Aninstitut SFZ).