Computersimulation des Sondiervorgangs beim Abtasten von Kronenrandspalten, Konkrementen und Implantatoberflächen
Computer simulation of the probing process when scanning crown marginal gaps, concrements and implant surfaces
by Daniel Frey née Cvevtkovic
Date of Examination:2024-09-05
Date of issue:2024-07-23
Advisor:Prof. Dr. Heiko Visser
Referee:Prof. Dr. Heiko Visser
Referee:PD Dr. Christian Dullin
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10627
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
During clinical examination, it is common practice to check the fit of dental restorations using a dental probe. With this simple procedure it is possible to determine relatively quickly whether the crown edge has contour failure such as overextension, underextension or margin gap. The procedure for probing is part of the dentist education, but both probing and the evaluation of tactile information are done intuitively. With regard to new technologies using computer aided design (CAD) processes for the production of individual dentures, the question arises whether the selection of the probe and the accuracy of the probing can also be checked virtually. Using a mathematical model, an interactive computer program was developed to simulate the probing of any surface with selected probes in real time. The probing corresponds to a smoothing function that depends on the probe shape, the surface to be probed and the probe inclination. The probing processes are visualized as surfaces or curves which depicts the movement of the probe on the surface to be scanned. In addition, the effective surface is calculated, which represents the smallest surface that leads to the same probe deflection during scanning. Quantitatively, the accuracy of the probing is calculated as the ratio between the areas of those surfaces . The principles of probing is demonstrated first for basic geometrical shapes. Groove and step-shaped patterns were used to represent the crown edge gap and bar and knob-shaped patterns were used for resembling concrements and cement residues. The simulation of the probing was carried out with three different probes (WHO, dental and fine). Additionally, an idealized “thin probe” was simulated for comparison. The probes and surfaces were designed using external CAD programs and saved in STL or DXF format. The surface data of implants from Dentsply Sirona were available for probing the implant surfaces. On this basis, a standardized procedure was developed for testing and comparing probes, allowing to obtain quick and meaningful results. To check the probing results in clinical relevant cases of overextension, crown margin gap, concrements on the root surface and peri implant bone loss, four different teeth resembling were scanned and saved in STL format. For probing, the WHO probe and the dental probe were scanned. In order to link the simulation results with the perception of the practitioner, a study on the perceived palpation by test subjects was carried out. The test subjects drew the perceived deflection in the form of a deflection curve along a defined route on the test teeth using the dental probe and the WHO probe at different spatial inclinations. The drawn curves were then compared to the curves of the computer simulation. There was a statistically well-founded agreement between the computer simulation and the test results of the test subjects. In conclusion the results if my thesis show that there is no ideal probe for all indications. The crown margin gap should be probed at right angles with a pointed dental probe. If this is not possible in hard-to-reach places, the probe should also be tilted outwards. The WHO probe is best suited to detect subgingival concrements. The developed simulation software can be used to provide recommendations for the ideal probe configuration for specific use cases.
Keywords: Dental Probing; Probe Comparision; CAD; Computer Simulation; Virtual Probing
German
Bei der klinischen Untersuchung ist es üblich, die Passgenauigkeit dentaler Restaurationen mit der zahnärztlichen Sonde zu überprüfen. Mit diesem einfachen Verfahren ist es relativ schnell möglich, festzustellen, ob der Kronenrand Konturfehler wie Überextension, Unterextension oder Randspalt vorweist. Das praktische Vorgehen beim Sondieren wird in der Lehre vermittelt, aber sowohl das Sondieren als auch die Bewertung der taktilen Informationen erfolgt intuitiv. Im Hinblick auf neue Technologien mittels CAD-Verfahren zur Fertigung vom individuellen Zahnersatz stellt sich die Frage, ob die Auswahl der Sonde und die Genauigkeit der Sondierung auch virtuell überprüft werden kann. Anhand eines mathematischen Modelles wurde ein interaktives Computerprogramm entwickelt, mit dem es möglich ist, die Sondierung beliebiger Oberflächen mit ausgewählten Sonden virtuell und in Echtzeit zu simulieren. Die Sondierung entspricht einer Glättungsfunktion, die von der Sondenform, der abzutastenden Oberfläche und der Sondenneigung abhängt. Das Ergebnis der Sondierung erfolgt in Form von Flächen oder Kurven, welche die Sondenbewegung auf der abzutastenden Fläche visualisieren. Zusätzlich wird die effektive Fläche berechnet, welche die kleinste Fläche darstellt, die beim Abtasten zur gleichen Sondenauslenkung führt. Quantitativ wird die Genauigkeit der Sondierung als Verhältnis zwischen den Flächeninhalten berechnet. Für die abzutastenden Oberflächen wurden zuerst einfache geometrische Formen als Grundmuster ausgewählt, um Gesetzmäßigkeiten bei Sondierungen zu untersuchen. Für die Darstellung des Kronenrandspaltes wurden rillen- und stufenförmige und für Konkremente und Zementreste balken- und noppenförmige Grundmuster angewandt. Die Simulation der Sondierung erfolgte mit der WHO-, der zahnärztlichen und der feinen Sonde. Zusätzlich wurde zum Vergleich eine idealisierte „spitze Sonde“ entworfen. Die Sonden und Oberflächen wurden mit externen CAD-Programmen konstruiert und im STLoder DXF-Format gespeichert. Zur Sondierung der Implantatoberflächen standen die Oberflächendaten von Implantaten der Fa. Dentsply Sirona zur Verfügung. Für den Test und Vergleich von Sonden wurde auf dieser Grundlage auch eine standardisierte Prozedur entwickelt, mit der schnelle und aussagekräftige Ergebnisse geliefert werden können. Für die Überprüfung der Sondierergebnisse in klinischen Fällen wurden für vier Standardfälle Überextension, Kronenrandspalt, Konkremente auf Wurzeloberfläche und periimplantärer Knochenabbau entsprechende Zähne gescannt und im STL-Format gespeichert. Für die Sondierung wurden die WHO- Sonde und die zahnärztliche Sonde gescannt. Um die Simulationsergebnisse zusätzlich mit der Wahrnehmung des Behandlers zu verknüpfen, wurde eine Studie zum gefühlten Abtasten durch Probanden durchgeführt. Die Probanden haben entlang einer definierten Strecke an den Testzähnen jeweils mit der zahnärztlichen und der WHO-Sonde bei verschiedenen räumlichen Neigungen die gefühlte Auslenkung in Form einer Auslenkungskurve gezeichnet. Die gezeichneten Kurven wurden dann visuell auf die Formähnlichkeit mit den Kurven aus der Computersimulation überprüft. Es ergab sich eine statistisch gut abgesicherte Übereinstimmung der Computersimulation mit den Testbefunden der Probanden. Schließlich gibt es keine ideale Sonde für alle Indikationen. Der Kronenrandspalt sollte mit einer spitzen zahnärztlichen Sonde rechtwinklig sondiert werden. Wenn das an schwer zugänglichen Stellen nicht möglich ist, sollte die Sonde zusätzlich nach Außen gekippt werden. Zum Aufspüren der subgingival liegenden Konkremente eignet sich am besten die WHO-Sonde. Mit der entwickelten Software ist ein Instrumentarium erarbeitet, mit dem das abtastende Sondieren analysiert werden kann. Auf dieser Grundlage lassen sich Empfehlungen zur Auswahl von Sondenkonfigurationen für unterschiedliche Fragestellungen geben, die nicht nur durch intuitive Einschätzung oder Erfahrungswerte begründet sind.
Schlagwörter: Zahnärztliche Sondierung; Sondenvergleich; CAD; Computer Simulation; Virtuelles Sondieren
