Fachbericht
Digitale Technologien
19.10.21
Eine gute Option
3-D-gedruckte Kompositaufbauten zur Erhaltung der Vertikaldimension
3-D-Druck, additive Fertigung, Bisshebung, Erosionsgebiss, Vertikaldimension
Durch die fortschreitenden Entwicklungen im Bereich der additiven Fertigung, speziell des 3-D-Drucks und dessen Anwendung in der dentalen Technologie, ergeben sich weitere klinische Einsatzmöglichkeiten. Besonders die Option, auch keramisch gefüllte Kunststoffe (Komposite) verarbeiten zu können, ist für spezielle Indikationen sehr interessant. Die Technologie verspricht ästhetische, preisgünstige und schnelle, vielleicht sogar definitive Versorgungen. Eine der ersten klinischen Studien hierzu wird an der Charité-Universitätsmedizin Berlin durchgeführt. In die Studie sind Patienten mit einem Verlust der vertikalen Dimension eingeschlossen. Der Artikel gibt einen Überblick über den Status quo des dentalen 3-D-Drucks und dokumentiert den Behandlungsablauf eines Patienten, bei dem die Vertikaldimension mittels 3-D-gedruckten Restaurationen neu eingestellt wurde.
Fragen an die Autoren
Warum haben Sie sich dazu entschieden, einen 3-D-Drucker in den klinischen Alltag zu integrieren?
Uns ging es darum, Patienten mit verschiedensten dentalen „Problemen“ schnell und ästhetisch ansprechend versorgen zu können. Der 3-D-Druck ermöglicht uns eine noninvasive Versorgung. Da wir zunehmend den volldigitalisierten Workflow anstreben, bietet uns der 3-D-Druck die Möglichkeit, eine Versorgung mit preisgünstigen und zahnfarbenen Restaurationen in einer Sitzung anzubieten.
Warum haben 3-D-gedruckte Restaurationen gerade bei Patienten mit einem Verlust der vertikalen Dimension einen Vorteil?
Patienten mit ausgeprägten vertikalen Einbußen benötigen in der Regel einen kostenintensiven und langwierigen Behandlungsplan. Durch die Nutzung der 3-D-gedruckten Restaurationen kann auf das Tragen einer Bisshebungsschiene sowie auf ein Wax-up und Mock-up verzichtet werden. Diese können digital durchgeführt werden. Ästhetische Verbesserungen können schnell erreicht werden. Im etablierten Behandlungsprotokoll werden nach der langzeitprovisorischen (therapeutischen) Phase diese Restaurationen entfernt und durch keramische Versorgungen ersetzt. Unsere Idee mit den gedruckten Kompositrestaurationen soll diese beiden Schritte zusammenfassen.
Zu den großen Fortschritten in der Zahnmedizin durch die Einführung der CAD/CAM-Technologie gehört die Etablierung von Zirkonoxid-Keramik als Zahnersatzwerkstoff. Ein wesentlicher Vorteil davon ist die Möglichkeit, eine metallfreie und zahnfarbene Restauration herstellen zu können. Ihr Indikationsbereich reicht von der Einzelzahnkrone bis hin zur mehrgliedrigen Seitenzahnbrücke. Zu berücksichtigen ist, dass die immensen Entwicklungen der Zirkonoxid-Keramik in den vergangenen Jahren ohne die Ausbreitung der CAD/CAM-Technologie – und insbesondere der subtraktiven Fertigung – nicht möglich gewesen wären.
Der größte Nachteil der CAD/CAM-gestützten subtraktiven Fertigung besteht jedoch darin, dass nur ein Bruchteil des in der Regel sehr hochwertigen Materials am Ende das Werkstück bildet. Außerdem ist, je nach Material, mit einem hohen Verschleiß der Fräswerkzeuge zu rechnen.
Alternativ tritt die additive CAD/CAM-unterstützte Fertigung als ressourcenschonendere Möglichkeit in den Vordergrund. Anwendung findet sie bei der Herstellung von Schienen, Schablonen, individuellen Löffeln und Einsetzschlüsseln bei aufwändigen prothetischen Rehabilitationen. Wirtschaftlich ist dies interessant, aber eine zahnmedizinische Therapieerweiterung lässt sich bislang hieraus nicht ableiten. Dies könnte sich nun ändern.
Seit einigen Jahren werden 3-D-Druckmaterialien für temporäre Versorgungen aus dentalen 3-D-Druckern angeboten (zum Beispiel VarseoSmile Temp, Bego) – seit Februar 2020 sogar keramisch gefüllte Hybridmaterialien für definitive Restaurationen (VarseoSmile Crown plus, Bego). Sie erlauben die Herstellung von definitivem Zahnersatz wie Einzelzahnkronen, Inlays, Onlays und Veneers sowie von mehrgliedrigen Brücken als provisorische Versorgung. Sowohl natürliche Zähne als auch Implantate können als Pfeiler genutzt werden.
Werkstoffkundlicher Hintergrund
Das klinische Verschleißverhalten und die Farbveränderungen von 3-D-gedruckten Restaurationen wurden bisher wissenschaftlich nicht untersucht. Das Abrasionsverhalten von ungefüllten Kompositen im Vergleich zu Keramiken wurde, teilweise in vivo als auch in vitro, analysiert [3, 1, 2, 4]. Allerdings wurden hier keine 3-D-gedruckten Restaurationen verwendet. Die Materialauswahl beschränkt sich auf Keramiken oder handelsübliche Komposite.
Ein neu eingeführtes, keramisch gefülltes Hybridmaterial verspricht nun die Möglichkeit, auch definitive Versorgungen dreidimensional drucken zu können. Bei dem Hybridmaterial VarseoSmile Crown plus handelt es sich um eine Kompositmatrix, die mit Keramikpartikeln gefüllt ist. Der Gesamtanteil an anorganischen Füllstoffen (Partikelgröße 0,7 μm) beträgt 30 bis 50 Massen-Prozent. Dieses Material zeichnet sich durch eine niedrige Alterungs- und Verfärbungsneigung aus. Die Anfertigung von ästhetisch hoch ansprechenden Restaurationen ist möglich, dazu stehen diverse, an das bekannte Vita classical System angelehnte Farbtöne (A1 bis D3) zur Verfügung. In-vitro-Studien belegen hohe Bruchlasten und zahnähnliche Abrasionseigenschaften. Bereits geringste Wanddicken von nur 1 mm führen bei einer hohen Biegefestigkeit von 116 MPa bis 150 MPa (abhängig vom Fertigungs- beziehungsweise Bearbeitungsprozess) und einem Elastizitätsmodul von 4090 MPa zu einer hohen Formstabilität und Festigkeit der Restauration. Die Wasserlöslichkeit liegt bei < 1 µg/mm3. Dieser niedrige Wert vermindert Verfärbungen durch Nahrungsmittel und Getränke. Eine Befestigung mit dualhärtenden Befestigungskompositen wird empfohlen. Bei dieser Zementierungsart konnten in Abzugsversuchen mit Kräften zwischen 800 und 1000 N (ohne und nach Kausimulation) keine Dezementierungen beobachtet werden. Auch konnten weder ein Auswaschen des Befestigungskomposits noch ein sich bildender Randspalt nachgewiesen werden. Spannungen auf die Zementfuge sind durch angenäherte Wärmeausdehnungskoeffizienten vermindert. Eine hohe Biokompatibilität und eine dementsprechend geringe Zytotoxizität führte zur Zulassung als Medizinprodukt der Klasse IIa.
Additive versus subtraktive Herstellung
Das bereits erwähnte keramisch gefüllte Hybridmaterial ist für die additive Fertigung vorgesehen. Mit ihr kann schnellere Herstellung der Restaurationen als bei der subtraktiven Fertigung sichergestellt werden. Der 3-D-Druck als additives Verfahren bringt außerdem einen weit geringeren Materialverlust mit sich. Bis auf die Supportstrukturen, die nach der Fertigung nicht weiter zu verwenden sind, kann das Material vollständig für die Restaurationsherstellung genutzt werden. Der Materialaufwand ist demnach deutlich reduziert. Die Materialkosten belaufen sich für eine definitive Krone auf weniger als zwei Euro, bei einer Materialnutzung von weniger als zwei Gramm pro Restauration. Neben einem kompatiblen 3-D-Drucker wird die zum System korrespondierende Nesting-Software benötigt. Diese spezielle Software verteilt die gewünschten Schablonen unter bestmöglicher Materialausnutzung auf dem Material. Sie ist somit ein wichtiger Faktor für die Wirtschaftlichkeit und die Kostenreduzierung des 3-D-Drucks. Des Weiteren wird ein Nachbelichter benötigt. Dieser ist von besonderer Bedeutung, da die endgültige Mechanik und Biokompatibilität der gedruckten Restaurationen nur über die vollständige Aushärtung mit einem validierten Nachbelichter erreicht werden kann. Es ist möglich, 20 Restaurationen gleichzeitig in weniger als einer Stunde herzustellen, je nach technischen Eigenschaften des Druckers. Auf ein aufwendiges Ausarbeiten und Polieren der Restaurationen, gegebenenfalls auch durch einen Zahntechniker, kann verzichtet werden. Handelsübliche Gummis und Polierer eignen sich hervorragend für die Chairside-Ausarbeitung. Natürlich kann diese auch durch einen Zahntechniker erfolgen, falls dies der Workflow des Behandlers und der zeitliche Rahmen zulassen. Sofern ein Intraoralscanner vorhanden ist, ermöglicht das System eine kosteneffiziente Herstellung von temporärem und definitivem Zahnersatz in nur einer Behandlungssitzung (< 2 Stunden).
Präparation
Bezüglich der Präparationsrichtlinien wird beim Einsatz als definitive Versorgung eine für vollkeramische Restaurationen vergleichbare Präparation erforderlich. Es wird eine Hohlkehl- oder Stufenpräparation empfohlen. Eine eindeutige Präparationsgrenze ist unabdingbar. Die Mindestwandstärke der Restauration sollte 1 mm betragen. Vor der Anfertigung sollte darauf geachtet werden, dass keine spitzen Kanten vorhanden sind. Falls dies dennoch der Fall ist, sollten diese mit Polierinstrumenten entfernt werden. Diese Richtlinien beruhen mehr auf Empirie und Erfahrung mit anderen Materialien als auf wirklich wissenschaftlichen Daten. Es darf also durchaus gehofft werden, dass man nach ein paar detaillierten Untersuchungen die Minimalschichtstärken und auch die Anforderungen an die Präparationsgrenze noch einmal anpassen und nach unten korrigieren kann. Mit welchen klinischen Langzeitergebnissen – alternativ zu etablierten Werkstoffen wie Keramiken und Metalllegierungen – gerechnet werden kann, bleibt abzuwarten.
Eine echte Therapieerweiterung ergibt sich, wenn das 3-D-Druckmaterial für noninvasive Rekonstruktionsmaßnahmen verwendet wird. Die additive Fertigung erlaubt es, Restaurationen für unregelmäßige oder veränderte Zahnoberflächen passgenau drucken zu können. Im Gegensatz dazu steht das Fräsen von Hybridkeramik, bei der dünne und spitz auslaufende Restaurationsränder noch immer die Gefahr der Fraktur mit sich bringen. Mithilfe der additiven Fertigung können solche Formen problemlos gefertigt werden. Im Zuge dessen können auch Schneidezähne mit minimalsten Schichtstärken über größere Flächen umgestaltet werden. Dies ist technisch möglich, in der Anwendung bisher aber noch nicht zugelassen.
Anwendungsbereiche
In der klinischen Praxis prüfen wir derzeit den Erfolg der additiven Fertigungstechnologie und des 3-D-Druckmaterials in Problemsituationen, die bisher nur unbefriedigend, mit hohen zahntechnischen oder umfangreich zahnärztlich invasiven Behandlungsmaßnahmen, lösbar waren. Ein immer größer werdendes Indikationsspektrum ergibt sich daher fortlaufend (Tab. 1).
| Indikationsbereich | Eigenschaften |
| Erhöhung der Vertikaldimension/ Bisshebung | Bei Abrasion, Attrition oder Erosion; Bisshebungsschiene entfällt Schnelle ästhetische Verbesserungen Zahnhartsubstanz wird sofort geschützt Noninvasive Versorgung möglich Maximaler Pulpaschutz Neue vertikale Höhe austestbar und korrigierbar Verschleißverhalten gibt Aufschluss über Aktivität des Kausystems Überführung in definitive Versorgung möglich, aber nicht zwingend erforderlich Erprobtes Kaurelief bei digitalem Workflow übertragbar Funktionelle Beschwerden werden reduziert |
| Angeborene Schmelzdefekte/ Molaren-Inzisiven-Hypomineralisation (MIH)/Fluorosen | Kurze Behandlungsintervalle möglich Trockenlegung nur während der Eingliederung Ästhetik besser als bei Kinderstahlkronen und geschichteten Füllungen Psychischer Leidensdruck durch Schmerzen, Hypersensibilitäten und veränderte Zahnform und -farbe schnell reduziert Zahnform und -farbe individuell anpassbar Noninvasives Verfahren Unabhängig von dem manuellen Geschick des Behandlers In Kombination mit KFO-Behandlung möglich |
| Offener Biss/ veränderte Bisslagen | Im Rahmen von abgeschlossenen kieferorthopädischen Behandlungen mit unbefriedigendem Ergebnis Bisslagen ausgleichbar Ebenfalls noninvasiv möglich |
| Trauma/Zähne mit unklarer Prognose | Nach Unfällen schnelle, ansprechende Lösung Als langzeitprovisorische Versorgung nutzbar Trepanation durch Restauration jederzeit möglich Bei parodontal geschädigten Zähnen Kein Interimszahnersatz oder Schiene notwendig |
| Ästhetische Gründe | Als Alternative zu kostenintensiven Keramikveneers Ansprechendes Verhältnis von Opazität und Transluzenz der 3-D-gedruckten Restaurationen |
Patientenfall
Der folgende Fallbericht zeigt einen 38-jährigen Patienten mit einem ausgeprägten Zahnhartsubstanzverlust unklarer Genese. Allgemeinanamnestisch waren keine Auffälligkeiten dokumentiert. Der Patient gab an, einige Jahre nicht beim Zahnarzt gewesen zu sein (Stand 2018), da er die letzte zahnärztliche Behandlung als traumatisch in Erinnerung habe. Nun habe er allerdings Schmerzen an einigen Zähnen und das ästhetische Erscheinungsbild störe ihn zunehmend (Abb. 1 bis 5).
Es wurde eine Panoramaschichtaufnahme angefertigt. Auf dieser zeigten sich einige ausgeprägte kariöse Läsionen. Außerdem eine nicht abgedeckte Wurzelfüllung in regio 46 mit apikaler Aufhellung und eine Schaltlücke in regio 36. Die Zähne 38 und 48 fehlten (Abb. 6). Die präprothetische Vorbehandlung wurde durchgeführt und Anfang 2020 abgeschlossen. Hierbei mussten Wurzelkanalbehandlungen in regio 16, 17 und 47 erfolgen. Zahn 46 wurde revidiert und mit einer Aufbaufüllung verschlossen (Abb. 7). Da es zu diesem Zeitpunkt noch nicht die Idee der klinischen Studie an der Charité gab und somit auch nicht die Möglichkeit, die Bisshebung mittels 3-D-gedruckten Restaurationen durchzuführen, wurde eine Bisshebungsschiene mit adjustierter Oberfläche hergestellt. Das zuvor durchgeführte CMD-Screening zeigte lediglich eine asymmetrische Mundöffnung.
Nach einer Tragedauer von sechs Monaten stellte sich der Patient erneut in der Abteilung für Zahnärztliche Prothetik, Alterszahnmedizin und Funktionslehre der Charité – Universitätsmedizin Berlin vor. Ihm wurde die klinische Studie vorgestellt.
Die Vorteile für den Patienten:
Auf eine Präparation der ohnehin schon angegriffenen Zähne könnte verzichtet werden.
Die ästhetischen Verbesserungen wären enorm.
Eine deutliche Kostenersparnis im Vergleich zu einer Full-Arch-Versorgung aus Keramik wäre möglich.
Der Patient willigte ein. Für die Herstellung der 3-D-gedruckten Restaurationen wurde ein Intraoralscan (Primescan, Dentsply Sirona) durchgeführt und an das Charité-Dentallabor versendet. Alle Zähne, bis auf 18 und 28, sollten als 3-D-non-prep-Restaurationen (VarseoSmile Crown plus, Bego), gedruckt mit dem Varseo XS-Drucker (Bego), hergestellt werden (Abb. 8 bis 11). Als Restaurationsfarbe wurde A3 mit dem Patienten ausgewählt. Die Eingliederung der Restaurationen erfolgte mittels Konditionierung des Schmelzes (37-prozentige Phosphorsäureätzung) und Applikation eines selbstätzenden Adhäsivs auf Schmelz und Dentin (Scotchbond Universal, 3M Espe) durch Verklebung (RelyX Ultimate, 3M Espe) auf den Zähnen. Zementüberschüsse wurden entfernt. Eine Okklusionskontrolle mit Shimstock-Folie wurde durchgeführt (Abb. 12 bis 16).
Nach der Eingliederung der Restaurationen berichtete der Patient, dass er keinerlei Beschwerden verspüre. Allerdings müsse er sich noch an die neue Form und Glätte gewöhnen. Im Rahmen der klinischen Studie stellt sich der Patient nun alle sechs Monate zur Kontrolluntersuchung in der Charité vor, um neben einem ausführlichen zahnärztlichen Befund auch die Zahnfarbe (Vita Easyshade V, Vita Zahnfabrik) der Restaurationen und das Verschleißverhalten mittels eines Intraoralscans (Primescan, Dentsply Sirona) bestimmen zu können. Die Scandaten werden nach drei Jahren miteinander verglichen. Der Abrieb kann so digital bestimmt werden. Die Schaltlücke regio 36 möchte der Patient mit einem Implantat versorgen lassen. Mit der Implantatplanung wurde nach der Eingliederung der 3-D-gedruckten Restaurationen auf der neuen Vertikaldimension begonnen.
Fazit
3-D-gedruckte Restaurationen bieten die Möglichkeit, einen volldigitalisierten Workflow einfach und schnell umzusetzen. Notwendige Investitionen für die Software und den Drucker sind verhältnismäßig niedrig im Vergleich zu anderen Technologien. Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist sehr gut aufgrund der niedrigen Materialkosten und einem reduzierten Zeitaufwand für den Behandler. Das neu auf dem Markt erschienene, keramisch gefüllte Hybridmaterial ist im Hinblick auf dessen werkstoffkundliche Eigenschaften für temporäre und definitive Versorgungen anwendbar. Verschiedenste Indikationsbereiche können im Rahmen einer Versorgung mit diesem Material abgedeckt werden. Sowohl Kinder als auch Erwachsene können mit 3-D-gedruckten Restaurationen versorgt werden, sodass diese Art der direkten Versorgung eine attraktive Option für den klinischen Alltag darstellt. Die Falldokumentation zeigt, dass 3-D-gedruckte Restaurationen eine ästhetische, preisgünstige und schnelle Therapiemöglichkeit zum Erhalt oder zur Wiederherstellung der Vertikaldimension sind.
Literaturverzeichnis unter
www.teamwork-media.de/literatur
| Produkt | Produktname | Firma |
| 3-D-Drucker | Varseo XS | Bego |
| 3-D-Hybridkomposit | VarseoSmile Crown plus | Bego |
| Adhäsiv/selbstätzend | Scotchbond Universal | 3M Espe |
| Intraoralscanner | Primescan | Dentsply Sirona |
| Verklebung | RelyX Ultimate | 3M Espe |
Fachbericht
Digitale Technologien
19.10.21
Eine gute Option
3-D-gedruckte Kompositaufbauten zur Erhaltung der Vertikaldimension
3-D-Druck, additive Fertigung, Bisshebung, Erosionsgebiss, Vertikaldimension
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