Welche Relevanz haben 3D-gedruckte Modelle in der Zahnmedizin? Dies untersuchte aktuell eine Forschergruppe der Poliklinik für Kieferorthopädie der Uni Greifswald.
Nach der Etablierung von intraoralen 3D-Scannern sind digitale Modelle im klinischen Alltag weit verbreitet. Auch wenn eine Vermessung am virtuellen Modell vorzuziehen ist, besteht die Möglichkeit, diese mittels Rapid-Prototyping-Verfahren in ein materielles Objekt umzuwandeln. Der 3D-Druck ist dafür das verbreitetste Verfahren.
Ziel dieser Untersuchung war es, die Eignung 3D-gedruckter Modelle zur metrischen kieferorthopädischen Modellanalyse zu prüfen.
Material und Methode
Abb. 1 Frasaco-Modell
Abb. 2 Gipsmodell nach Alginatabformung
Abb. 3 Virtuelles Modell
Von einem Frasaco-Modell (je Ober und Unterkiefer in habitueller Okklusion, Abb. 1) wurden zehn Alginatabformungen genommen und zehn Gipsmodelle aus Hartgips hergestellt (Abb. 2). Das Frasaco-Modell wurde zudem mit einem 3D-Modellscanner mit einer Auflösung von 10 µm digitalisiert (S600 Arti, Zirkonzahn GmbH, Gais, It). Das digitale Modell (Abb. 3) wurde in OnyxCeph 3D Lab (ImageInstruments GmbH, Chemnitz) rekonstruiert und für den 3D-Druck exportiert. Alle Modelle wurden als Hufeisensockel vorbereitet.
Abb. 4 Geeetech i3 3D-Drucker
Abb. 5 DLP-Drucker D30
Abb. 6 Modell mit Hufeisensockel mittels FDM-Drucker in PLA gedruckt.
Abb. 7 Modell mit Hufeisensockel mit DLP-Drucker hergestellt.
Abb. 8 Digitaler Messschieber mit modifizierten Spitzen und direktem USB-Anschluss.
Es erfolgte der Druck (Abb. 4-7) von jeweils zehn Modellpaaren mit einem DLP (Digital Light Processing)-Drucker (SHERAeco Print D30 mit SHERA model fast, Werkstoff-Technologie GmbH & Co. KG, Lemförde, Deutschland) und mit einem FDM (Fused Depostion Molding)-Drucker (Geeetech i3 Prusa, Getech Co. Ltd., ShenZen, VR China) mit Polylactid (PLA). Das Frasaco-Modell wurde zehnmal und alle anderen Modelle je einmal mit einem modifizierten digitalen Messschieber (PeWe Tools Ltd, Trochtelfingen) vermessen (Abb. 8) und die Daten per USB-Interface direkt importiert.
Es wurden die wesentlichen Kennzahlen wie Overbite, Overjet, vordere und hintere Zahnbogenbreite, SI, si, Tonn und die Bolton-Relationen für alle Modelle ermittelt.
Ergebnisse
Abb. 9 Boxplots wesentlicher Messwerte – Teil 1.
Abb. 10 Boxplots wesentlicher Messwerte – Teil 2.
Abb. 11 Kronenhöhe
Für die Vermessung des Frasaco-Modells ergaben sich 0,05 % Konfidenzintervalle von 0,05-0,1 mm und eine mittlere Standardabweichung von 0,12 mm. In der statistischen Analyse der Messwerte mittels ANOVA bei paarweisem Mann-Whitney-Test fanden sich nur signifikante Unterschiede im si mit 0,3 mm Vergrößerung bei FDM-Modellen (Abb. 10) und eine Abweichung von < 0,4 mm verkleinert gemessenem Overbite bei Gipsmodellen und FDM-Modellen gegenüber dem Original.
Schlussfolgerungen
Die Vermessung von Studienmodellen mit einem digitalen Messschieber weist eine außerordentlich hohe Genauigkeit auf. Die gedruckten Modelle zeigten unabhängig vom Druckverfahren in der Untersuchung nur geringe, klinisch nicht relevante Abweichungen vom Original. Gedruckte Modelle und Gipsmodelle können für die kieferorthopädische Diagnostik als gleichwertig angesehen werden.
In Anbetracht der diagnostischen Möglichkeiten an einem virtuellen Modell erscheint der 3D-Druck zu diagnostischen Zwecken allerdings schon jetzt als nicht mehr zeitgemäß. Die Prüfung der Genauigkeit ist vor dem Hintergrund der Anwendung von 3D-gedruckten Modellen bei der Herstellung von Therapiemitteln jedoch relevant.
Prof. Dr. Karl-Friedrich Krey, Dr. Sebastian Ruge, Dr. Martin Müller und Dr. Anja Ratzmann, Greifswald
