Digital Michigan splint – from intraoral scanning to ...scher Kontakte auf der Schienenoberﬂäche bei Kieferschluss und schienengeführtem Vor- und Seitschub. Fig 2 Wax model of

International Journal of Computerized Dentistry 2016;19(1):63–76 63

APPLICATION

Zusammenfassung

Ziel: Es sollte untersucht werden, ob eine volldigitale, gipsfreie Herstellung klinisch einsetzbarer Michigan-Schie-nen kosten- und zeiteffizient möglich ist.Methoden: Über digitale Scans der Ober- und Unterkiefer von zehn Probanden wurden mithilfe eines Intraoralscan-ners virtuelle Kiefermodelle erzeugt. Die über Frontzahn-Jigs festgelegte und mittels eines Registriersilikons fixierte Kiefer-relation wurde digitalisiert und den Kiefermodellen zugeord-net. Nach dem Transfer der Datensätze über das firmeneige-ne Online-Portal zum Zahntechniker erfolgte die CAD-Gestaltung der Oberkiefer-Michigan-Schienen. Danach wurden aus einem industriell gefertigten Poly-methylmethacrylat-Block die Schienen mithilfe einer CAM-Software gefräst und anschließend manuell finiert. Bei der Eingliederung der Schienen in der Klinik wurden die Pas-sung, der Halt und die Kontakte der Unterkieferzähne auf der Schienenoberfläche in Statik und Dynamik überprüft.Ergebnisse: Klinisch akzeptabel waren die Passung bezie-hungsweise der Halt bei zehn beziehungsweise neun Schienen. Die initialen Zahnkontakte auf dem Kunststoff-widerlager bewegten sich zwischen 4 und 16.Schlussfolgerungen: Die in der Studie zu klärende Frage kann bejaht werden. Als Vorteile gegenüber der her-

a Dr. med. dent. Philipp Dedem

b Prof. Dr. Jens C. Türp, MSc, M.A.

a und b Klinik für Rekonstruktive Zahnmedizin und Myoarthropa-thien, Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel, Basel, Schweiz

Abstract

Aim: To investigate whether the fully digital, plasterless fab-rication of clinically usable Michigan splints can be accom-plished in a time- and cost-efficient manner.Materials and methods: Digital scans of the maxillary and mandibular arches of 10 subjects were acquired with an intraoral scanner (3Shape, Copenhagen) and used to gener-ate virtual models of the dental arches. Jaw relation records were made using jigs placed on the subjects’ anterior teeth, and silicone registration material was referenced to the jaw models. The data sets were then sent via the company’s online portal to the dental laboratory, where computer-aided design (CAD) of the Michigan-type maxillary splints was per-formed. After receiving the designs, the splints were milled in-office using computer-aided manufacturing (CAM) soft-ware, and finished manually. During try-in, the splints where checked for fit, retention quality, and occlusal contacts of the mandibular teeth on the splint surfaces in static and dynamic occlusion.Results: Fit and retention were clinically acceptable in 10 splints and 9 splints, respectively. The number of initial occlu-sal contacts on the splint surfaces ranged from 4 to 16.Conclusions: The question addressed in this study can be answered in the affirmative. Some of the main advantages of

P. Dedema, J. C. Türpb

Digital Michigan splint – from intraoral scanning to plasterless manufacturing

Die digitale Michigan-Schiene – Vom intraoralen Scan zur gipsfreien Herstellung

Philipp Dedem

International Journal of Computerized Dentistry 2016;19(1):63–7664

APPLICATION

digital manufacturing of Michigan splints over traditional, conventional, impression-based manufacturing are the time-efficient manufacturing process, the high material qual-ity, and the possibility of manufacturing duplicate splints.

Keywords: workflow, digital impression, intraoral scanning, computer-aided design, computer-aided manufacturing, jaw relation record, occlusal splints, craniomandibular disorders, bruxism

Introduction

The use of oral splints for the management of bruxism and painful temporomandibular disorders (TMDs) has been sci-entifically recognized and established for decades.1-3 The stabilization splint (Michigan splint) is the most commonly used interocclusal appliance worldwide.4 Due to its excel-lent benefit–risk ratio, the stabilization splint is the generally accepted gold standard for splint therapy.5 It has three evi-dence-based indications: bruxism, jaw muscle pain, and temporomandibular joint (TMJ) pain. While the purpose of splint therapy for bruxism is to achieve a uniform distribu-tion of forces during tooth grinding or jaw clenching and to protect teeth against attrition, pain reduction is the thera-peutic goal in patients with tempormandibular pain. Today, there is well-founded evidence that the mechanism of pain reduction is alteration of the occlusal vertical dimension after splint insertion and the associated change in the func-tional patterns of the masticatory muscles and in the pos-ition of the mandibular condyles.6 The stabilization splint was developed from a Scandinavian precursor appliance in the 1950s and 1960s by Sigurd Ramfjord and Major Ash at the University of Michigan in Ann Arbor.7 The term “Mich-igan splint” was coined by Alfred Geering and Niklaus Lang from the University of Bern, Switzerland, who first used the term in a German-language publication at the end of 1978.8 The Michigan splint is characterized by the following design features:9

• All maxillary teeth are covered; • Flat and smooth occlusal surfaces; • Balanced and simultaneous occlusal contacts of the man-

dibular teeth (incisors optional) on the splint surface on closing of the mandible;

• “Freedom of centric” as the occlusal concept; • During lateral and protrusive movements, all mandibular

teeth are discluded via cuspid guidance after a distance of about 1 mm (Figs 1 and 2).

kömmlichen Schienenherstellung über konventionelle Abformungen sind unter anderem die zeiteffiziente Ferti-gung, die erhöhte Materialqualität sowie die Möglichkeit der Herstellung von Schienenduplikaten zu nennen.

Schlüsselwörter: Arbeitsablauf, digitale Abformung, Intra-oralscanner, rechnergestütztes Konstruieren, rechnergestütz-te Fertigung, Kieferrelationsbestimmung, Okklusionsschie-nen, kraniomandibuläre Dysfunktionen, Bruxismus

Einleitung

Die Therapie von Bruxismus und schmerzhaften kranio-mandibulären Dysfunktionen mittels oraler Schienen ist wissenschaftlich anerkannt und seit Jahrzehnten etab-liert1-3. Die international am weitesten verbreitete Schiene ist die Stabilisierungsschiene (Michigan-Schiene)4. Hin-sichtlich ihres Nutzen-Risiko-Verhaltens gilt sie unter allen oralen Schienen als Goldstandard5. Sie hat drei wissen-schaftlich anerkannte Indikationen: Bruxismus, Kiefermus-kelschmerzen und Kiefergelenkschmerzen. Während der Zweck der Schiene bei Bruxismus eine gleichmäßige Kraft-verteilung beim Zähneknirschen oder Kieferpressen sowie ein Schutz der Zähne gegen Attrition ist, soll mit ihrer Hilfe bei Myalgie der Kiefermuskeln und Arthralgie der Kiefer-gelenke eine Schmerzverringerung erzielt werden. Inzwi-schen liegen gut fundierte Belege dafür vor, dass eine Schmerzreduktion über die mit Eingliederung der Schiene erzielte Veränderung der Vertikaldistanz und die damit einhergehende Funktionsmusteränderung in der Kaumus-kulatur beziehungsweise die Lageänderung der Unterkie-ferkondylen erfolgt6. Die Stabilisierungsschiene wurde in den 1950er- und 1960er-Jahren von Sigurd Ramfjord und Major Ash an der Universität von Michigan in Ann Arbor aus einem skandinavischen Vorläufer entwickelt7. Der Begriff „Michigan-Schiene“ (englisch: „Michigan splint“) stammt von den Berner Zahnmedizinern Alfred Geering und Niklaus Lang, die diesen erstmals Ende des Jahres 1978 in einem deutschsprachigen Artikel verwendeten8. Die Michigan-Schiene ist durch folgende Konstruktions-merkmale charakterisiert9: • Überdeckung aller Zähne des Oberkiefers • plane und glatte okklusale Fläche • beim Kieferschluss gleichmäßige und gleichzeitige

Okklusionskontakte der Unterkieferzähne auf der Schienenoberfläche (Inzisivi fakultativ)

• Okklusionskonzept „Freiheit in der Zentrik“


APPLICATION

• Bei Vor- und Seitschub des Unterkiefers nach Durch-laufen einer Strecke von rund 1 mm auf der Schie-nenoberfläche Disklusion durch Eckzahnführung (Abb. 1 und 2).

Im Vergleich mit individuell hergestelltem Zahnersatz, wie Kronen und Brücken, stellt eine Michigan-Schiene werk-stofftechnisch ein äußerst einfaches Objekt dar (Abb. 1 und 2). Sie ist monolithisch und besteht aus kalt oder heiß verarbeitetem Polymethylmethacrylat (PMMA). Die traditio-nelle Herstellungsweise einer Michigan-Schiene mittels Gips-modellen ist allerdings arbeitsintensiv und somit relativ teuer. Die Werkstückqualität kann zudem durch Poren, einen erhöhten Anteil Restmonomer und Schrumpfungsprozesse während des Pressvorgangs beeinträchtigt werden. Im Zeit-alter etablierter CAD/CAM-Verfahren und intraoraler Scan-ner drängt sich daher die Frage nach einer alternativen und effizienteren Herstellungsweise auf. Zwar wurden in der Ver-gangenheit Kunststoffschienen mithilfe von teildigitalisierten Arbeitsabläufen hergestellt10-12; hierbei fand die Digitalisie-rung (Scans) der Zahnbögen allerdings mittels konventionel-ler Abformungen und anschließender digitaler Abformun-gen der korrespondierenden Gipsmodelle statt. Lediglich im Bereich der navigierten Implantologie13-15 und für die kiefer-orthopädische Korrektur von Zahnfehlstellungen16 wurde bisher die volldigitale und gipsfreie Herstellung von Kunst-stoffschienen mittels Intraoralscannern beschrieben.

In contrast to custom-manufactured dental prostheses, such as crowns and bridges, Michigan splints are very easy to make (Figs 1 and 2). They are monolithic appliances made of cold- or hot-processed polymethyl methacrylate (PMMA). Howev-er, the traditional method of fabricating Michigan splints using plaster models is laborintensive and thus relatively expensive. Moreover, pore formation, a high residual monomer content, and shrinkage during the pressing process can impair splint quality. Now, in the era of established computer-aided design and computer-aided manufacturing (CAD/CAM) technology and intraoral scanners, the question arises as to whether there may be an alternative and more efficient way to fabricate these appliances. Partly digitized workflows have been used to manufacture plastic splints in the past,10-12 but digitization (scanning) of the dental arches was accomplished using con-ventional impressions and subsequent digital replicas of the corresponding plaster casts. So far, the use of intraoral scan-ners for fully digital, plasterless fabrication of plastic splints has only been described in the fields of navigated implantolo-gy13-15 and orthodontics for correction of misaligned teeth.16

Aim of the study

The study explores the question of whether the technology available today allows for the plasterless and time-efficient fabrication of Michigan splints.

Fig 1 Example illustrating the dimensions of a maxillary Michigan splint and the distribution of antagonistic contacts on the splint surface during closing movement and splint-guided protrusive and lateral movement of the mandible.

Abb. 1 Beispielhafte Darstellung der Ausdehnung einer Oberkiefer-Michigan-Schiene und der Verteilung antagonisti-scher Kontakte auf der Schienenoberfläche bei Kieferschluss und schienengeführtem Vor- und Seitschub.

Fig 2 Wax model of a conventionally fabricated Michigan splint before press fabrication.

Abb. 2 Konventionell hergestellte Michigan-Schiene in Wachs vor dem Pressvorgang.


APPLICATION

Materials and methods

Data acquisition

Ten volunteers were included in the study; each received a Michigan splint for the maxillary arch. For identification pur-poses, the splints were numbered from 1 to 10. Persons with intraosseous implants or bridges in the maxillary arch, remov-able dentures, Angle Class III malocclusion, crossbite, or a vertical incisal edge distance of less than 35 mm during max-imum jaw opening were not eligible to participate.

The individual workflow steps are summarized in Fig-ure 3. The blue boxes indicate steps carried out by a dentist, while the red boxes indicate those performed by a dental technician. A TRIOS intraoral scanner (3Shape, Copenhagen, Denmark) was used to acquire digital impressions of the maxillary and mandibular arches, based on which digital vir-tual models were generated (Fig 4a to d). Jaw relation records were made with the patient supine (because Michigan splints are usually worn during sleep) using an anterior jig. The pos-ition of the mandibular arch relative to that of the maxillary arch was thus defined, recorded with conventional bite regis-tration silicone in the posterior region, and digitized by acquiring one scan on the right and left, respectively (Fig 5a to c). A calculation process based on the best fit algorithm

Ziel der Studie

Die Untersuchung geht der Frage nach, ob mit der heute verfügbaren Technik eine gipsfreie und zudem zeiteffiziente Herstellung einer Michigan-Schiene möglich ist.

Material und Methode

Datenakquisition

An der Studie nahmen zehn Probanden teil, die jeweils eine Michigan-Schiene im Oberkiefer erhielten. Zur Identifizie-rung wurden die Schienen mit den Zahlen 1 bis 10 versehen. Ausgeschlossen wurden Personen mit enossalen Implantaten oder Brücken im Oberkiefer, herausnehmbarem Zahnersatz, einer Angle-Klasse III, einem Kreuzbiss oder einer vertikalen Schneidekantendistanz von weniger als 35 mm bei maxima-ler Kieferöffnung. Die einzelnen Arbeitsschritte sind in Abbil-dung 3 zusammengefasst. Die blau markierten Bereiche wurden durch einen Zahnarzt, die rot markierten durch einen Zahntechniker durchgeführt. Mithilfe des Intraoralscanners Trios® (3Shape, Kopenhagen, Dänemark) wurden digitale Scans der Ober- und Unterkiefer angefertigt; dadurch wur-den virtuelle Kiefermodelle erzeugt (Abb. 4a bis d). Anschlie-ßend wurde am liegenden Patienten – Michigan-Schienen werden in der Regel während des Schlafens getragen – die Kieferrelation mit einem Frontzahn-Jig verschlüsselt. Die auf diese Weise definierte Unterkieferlage relativ zum Oberkiefer wurde mit einem gängigen Registriersilikon im Seitenzahn-bereich fixiert und durch jeweils einen Scan rechts und einen Scan links digitalisiert (Abb. 5a bis c). Mit einem auf dem Prinzip des „best fit“ beruhenden Rechenalgorithmus wur-den die beiden digitalen Kieferrelationsbestimmungen den virtuellen Ober- und Unterkiefermodellen zugeordnet (Abb. 6). Danach erfolgte die Übermittlung der Daten an das Onlineportal von 3Shape. Die Datensätze wurden dort vom systemtypischen Dateiformat (dcm) in das Standardformat stl (surface tesselation language) umgewandelt. Der anschlie-ßende Download der stl-Daten wurde durch die Firma Zir-konzahn (Bruneck, Südtirol) durchgeführt.

„Computer-Aided Design“

Nach dem Download der Datensätze wurden diese in eine CAD-Modellier-Software (Zirkonzahn.Modellier®) impor-tiert. Die intermaxilläre Beziehung von Ober- und Unterkie-fer wurde mithilfe der digitalen Bissnahmen festgelegt (Abb. 7). Die Modelle wurden im virtuellen Artikulator mit-

Fig 3 Workflow steps for plasterless digital manufacturing of Michigan splints (blue boxes: dentist; red boxes: laboratory technician).

Abb. 3 Arbeitsablauf für die digitale gipsfreie Herstellung einer Michigan-Schiene (blau: Zahnarzt/rot: Labor).

Virtual articulation

Virtuelles Artikulieren

Delivery

Eingliederung

Intraoral scan

Intraoralscan

Mail splint to dentist/clinic

Versand der Schiene an Praxis/Klinik

Electronic data dispatch

Datenversand an Portal

CAD

CAD

CAM

CAM

Import data into CAD software

Datenimport in CAD-Software


APPLICATION

a b

c d

Fig 4a to d Scan acquisition in the maxillary and mandibular arch and the resultant virtual models.

Abb. 4a bis d Scanvorgang von Ober- und Unterkiefer mit den daraus resultie-renden virtuellen Modellen.

Fig 6 Virtual recording of jaw relationships by superimposing the maxillary arch, mandibular arch, and jaw relation record.

Abb. 6 Virtuelle Kieferrelationsbestimmung durch Überlage-rung von Oberkiefer, Unterkiefer und Kieferrelationsbestimmung.

Fig 7 Data imported into the CAD software.

Abb. 7 Datenimport in die CAD-Software.

Fig 5a to c Intermaxillary relation and digital bite registration in the right and left posterior segment.

Abb. 5a bis c Intermaxilläre Relation und digitale Bissnahme im rechten und linken Seitenzahnsegment.

b ca


APPLICATION

principle was used to match the positions of the teeth on the two digital jaw relation records with those on the virtual maxillary and mandibular jaw models (Fig 6). The data sets were then electronically sent to the 3Shape dental laboratory, where they were converted from the typical system file for-mat (DCM) to the standard tessellation language (STL) for-mat. The dispatched STL file was downloaded by Zirkonzahn (Bruneck, South Tyrol).

telwertig platziert (Abb. 8). Danach erfolgte die Gestaltung der Michigan-Schienen im Oberkiefer. Hierfür wurden zunächst die Einschubrichtung und somit der prothetische Äquator festgelegt. Nach Markierung der gewünschten Ausdehnung der Schienen (Abb. 9) wurde in diesem Bereich eine gleichmäßig starke „virtuelle Wachsplatte“ aufgebracht. In der Folge wurden mithilfe eines virtuellen Wachsmessers die statischen Kontaktpunkte zwischen der

Fig 8 Average-value articulation.

Abb. 8 Mittelwertiges Einartikulieren.

Fig 9 Determination of the individual splint dimensions.

Abb. 9 Festlegung der individuellen Schienenausdehnung.

Fig 10a to c Contact points in static occlusion were established via material application and removal using the virtual wax knife (a). Contact points on the buccal cusps of the posterior teeth and incisal edges of the anterior teeth of the mandible (b). Design of the canine guidance ramps (c).

Abb. 10a bis c Etablieren der statischen Okklusion durch Auf- und Abtragen mittels virtuellem Wachsmesser (a), Kontaktpunkte im Unterkiefer auf den bukkalen Höckern der Unterkieferseitenzähne und den Inzisalkanten der Frontzähne (b), Aufbau der Eckzahnführungsrampen (c).

a b c

Fig 11a to c Completed splint design (a). Position of the splint in the PMMA block (b). Setting the milling parameters (c).

Abb. 11a bis c Abgeschlossenes Schienendesign (a), Platzierung des Werkstücks im PMMA-Rohling (b), Einstellen der Fräsparame-ter (c).

a b c


APPLICATION

Schiene und den Unterkieferzähnen durch Auf- oder Abtra-gen definiert (Abb. 10a). Je Unterkieferzahn wurde min-destens ein Kontakt (der Unterkieferzähne auf der Schie-nenoberfläche) in statischer Okklusion angestrebt (Abb. 10b). Die Unterkieferbewegungen wurden im Sinne des Okklusionskonzepts der „Freiheit in der Zentrik“ mittels virtuellem Artikulator simuliert und die statischen Kontakt-punkte zu Kontaktflächen erweitert. Hierfür war die Kon-taktstärke (Durchdringung) zur Orientierung farblich codiert (blau = 0 mm/rot = 0,1 mm). Bei schienengeführ-ten Unterkieferbewegungen sollte nach Durchlaufen einer rein horizontalen Strecke von rund 1 mm eine alleinige Eck-zahnführung entlang der Schienenrampen erfolgen. Die Eckzahnrampen wurden diesem Konzept folgend virtuell aufgewachst und angepasst (Abb. 10c). Danach erfolgte die abschließende Glättung der Schienenoberflächen (Aus-gleich von Niveauunterschieden im Oberflächenrelief) mit dem entsprechenden virtuellen Werkzeug. Abbildung 11a zeigt die abgeschlossene virtuelle Schienengestaltung.

„Computer-Aided Manufacturing“

Die Herstellung der Michigan-Schienen erfolgte mittels subtraktivem Fräsverfahren aus einem industriell gefertig-ten Polymethylmethacrylat-Block (Temp Premium Flexib-le®, Zirkonzahn). Hierzu wurden die Schienen in eine CAM-Software (Zirkonzahn.Nesting®) exportiert und im virtuellen Block platziert (Abb. 11b). Die Bearbeitungspa-rameter wurden festgelegt (Abb. 11c) und die Schienen mit einem computergesteuerten 5-Achs-Fräsgerät (M5, Zirkonzahn) hergestellt. Nach Abschluss des Fräsprozesses wurden die Schienenrohlinge (Abb. 12) an den Haltestif-ten von den restlichen Kunststoffblöcken mittels Hand-stück und Fräse herausgetrennt. Die manuelle Nachbear-beitung bestand ausschließlich in einer Glättung der Stiftübergänge und einer Politur der Schienenoberfläche.

Klinik

Die Eingliederung der zehn Michigan-Schienen fand durch den Zweitautor (JCT) statt. Nach Anlieferung wur-den die Schienen (Abb. 13a und b) einer Sichtkontrolle unterzogen, um mögliche Problemstellen, wie scharfe Kanten, zu identifizieren und gegebenenfalls zu beseiti-gen. Bei der Schieneneingliederung am Patienten wurde zunächst die Passung (Kongruenz zwischen innerer Schienenoberfläche und den korrespondierenden Zahn-

Computer-aided design

The downloaded data sets were imported into the Zirkon-zahn Modellier CAD/CAM software. The intermaxillary rela-tionship of the maxillary and mandibular arches was deter-mined with the help of digital impressions (Fig 7). The models were centered in the virtual articulator (Fig 8). Michigan splints for the maxillary arch were then designed. The first step was to determine the direction of insertion and, thus, the prosthetic equator. Once the desired dimensions of the splint had been marked (Fig 9), a “virtual wax plate” of uni-form thickness was applied in this area. Contact points between the splint and the mandibular teeth in static occlu-sion were then established by material application and removal using the virtual wax knife (Fig 10a). The goal was to achieve an occlusal scheme with at least one contact point per mandibular tooth (on the splint surface) in static occlu-sion (Fig 10b). Mandibular movements were simulated with a virtual articulator according to the freedom in centric occlu-sion concept, and the contact points in static occlusion were expanded into contact surfaces. A color-coding scheme was used to visualize contact strength (penetration): blue = 0 mm; red = 0.1 mm. During splint-guided mandibular movement, only canine guidance should occur along the ramps of the splint after traveling a completely horizontal distance of about 1 mm. Following this concept, the canine ramps were virtually waxed and adjusted (Fig 10c). Final smoothing of the splint surfaces (to compensate for height differences in the surface relief) was then performed using an appropriate virtual smoothing tool. The finished virtual splint design is shown in Figure 11a.

Computer-aided manufacturing

Michigan splints were milled out of an industrially manufac-tured PMMA block (Zirkonzahn Temp Premium Flexible) by

Fig 12 Splint after completion of the milling process.

Abb. 12 Schie-nenrohling nach Abschluss des Fräsprozesses.


APPLICATION

subtractive manufacturing. This was accomplished by first importing each splint dataset into the CAM software (Zirkon-zahn.Nesting) and placing it in the virtual block of material (Fig 11b). After entering the processing parameters (Fig 11c), the splints were manufactured using a computer-controlled 5-axis milling unit (Zirkonzahn Milling Unit M5). After comple-tion of the milling process, a handpiece was used to cut the sprues to release the splint blanks from the rest of the plastic block (Fig 12). Manual post-processing consisted only of smoothing the sprue junctions and polishing the splint surface.

Further clinical workflow

The second author (JCT) was responsible for delivering the 10 Michigan splints (Fig 13a and b). After arrival from the labora-tory, the splints were visually inspected to identify and correct any potential problems such as sharp edges, as needed. Dur-ing splint delivery, the splint was first inserted into the volun-teer’s mouth and checked for fit (congruence between the inner splint surface and the corresponding tooth surfaces). For that purpose, the splints were loaded on a solitary point in four different areas (teeth 17, 12, 22, and 27) to identify any tilting axes or points. Minor occlusal adjustments were necessary in the case of splints 2, 3, 4, and 7 (Table 1). This was accom-plished by using a handpiece and bur to correct the area of the tilting axes until no more rocking was detected with the splint in the patient’s mouth. GC Fit Checker (GC, Flums, Austria) was used to identify these problem sites, which mainly consist-ed of plastic septae in the interproximal spaces. The fit of the

oberflächen) überprüft. Hierzu wurden die Schienen in vier unterschiedlichen Bereichen (Regio 17, 12, 22, 27) solitär belastet, um etwaige Kippachsen beziehungswei-se -punkte zu identifizieren. Im Falle der Schienen Nr. 2, 3, 4 und 7 (siehe Tabelle 1/Besonderheiten) wurden mit-tels Handstück und Fräse geringe Einschleifmaßnahmen im Bereich vorhandener Kippachsen durchgeführt, bis intraoral kein Schaukeln der Schienen festgestellt werden konnte. Die betreffenden Störstellen waren mithilfe von Fit CheckerTM (GC, Leuven, Belgien) identifiziert wor-den, sie lagen meistens in Form approximaler Kunststoff-septen vor. Bei der Schienenpassung wurde zwischen zwei Qualitätsstufen unterschieden: klinisch akzeptabel (gut) und unzureichend (schlecht).

Anschließend wurde der Halt der Schienen (Wider-stand gegen das Ablösen der Schienen aus ihrer Endposi-tion) überprüft. Auch beim Schienenhalt wurde zwischen zwei Qualitätsstufen unterschieden: klinisch akzeptabel (gut) sowie unzureichend (schlecht). Die subjektiven Ein-drücke der Patienten bezüglich Spannung und Druck-empfindung wurden schriftlich dokumentiert. Daraufhin wurden mittels blauer Okklusionsfolie die Zahl der stati-schen Kontaktpunkte, mittels roter Folie die der dynami-schen Kontaktlinien der Unterkieferzähne auf der Schie-nenoberfläche ermittelt. Diese initialen Kontakte wurden fotografisch dokumentiert (Abb. 14 und 15). Die zehn Schienen wurden den Patienten nicht zur klinischen Anwendung abgegeben.

Fig 13a and b Finished Michigan splint.

Abb. 13a und b Abgabefertige Michigan-Schiene.

a b


APPLICATION

Fig 14a to d Michigan splint (splint 9) with initial contacts on first insertion.

Abb. 14a bis d Eingegliederte Schiene mit initialen Kontakten (Schiene Nr. 9).

ba

dc

Table 1 Results of the analysis of the 10 Michigan splints

Tab. 1 Auswertung der zehn Michigan-Schienen.

Michigan splint/ Michigan- Schienen Nr.

Fit (good/poor)/ Beurteilung der Passung (gut/schlecht)

Retention quality (good/poor)/ Beurteilung des Halts (gut/schlecht)

Occlusion/Number of initial contacts/

Okklusion/Anzahl initialer Kontakte

Problems/ Besonderheiten

Problem correctable? (Yes/No)/ Abweichungen korrigierbar? (ja/nein)Static/

statischDynamic/ dynamisch

1 Good/gut Good/gut 8 8 Splint 13: Pressure/Zahn 13: Druck Yes/ja

2 Good/gut Good/gut 16 9 Slight rocking/leichtes Schaukeln Yes/ja

3 Good/gut Poor/schlecht 13 12 Slight rocking/leichtes Schaukeln Yes/ja


5 Good/gut Good/gut 4 5 Splits 13, 24, 25: pressure in the palatal direction; Splint 17: pressure in the buccal direction/ Zähne 13, 24, 25: Druck nach palatinal, Zahn 17: Druck nach bukkal

Yes/ja

6 Good/gut Good/gut 11 4 Splints 12, 23: pressure in the buccal direction/Zähne 12, 23: Druck nach bukkal

Yes/ja


8 Good/gut Good/gut 4 9 No problems/ohne Befund Yes/ja

9 Good/gut Good/gut 8 6 No problems/ohne Befund Yes/ja

10 Good/gut Good/gut 9 10 Splints 12, 22: pressure/ Zähne 12, 22: Druck

Yes/ja


APPLICATION

splints was rated on a two-point scale: clinically acceptable (good) and clinically unacceptable (poor).

Splint retention (resistance of the splints to detachment from their final position) was then evaluated. Splint retention was also rated on a two-point scale: clinically acceptable (good) and clinically unacceptable (poor). Any subjective complaints of splint tension and pressure reported by the vol-unteers were documented in the written records. In these cases, blue articulating paper was used to determine the number of static contacts, and red articulating paper was chosen to visualize the lines formed by dynamic occlusion of the mandibular teeth against the splint surface. These initial contacts were documented photographically (Fig 14a to d; Fig 15a to j). The 10 test splints were not given to the patients for clinical use.

Results

The results of the clinical analysis of the 10 Michigan splints are summarized in Table 1. The fit of all 10 splints was clini-cally acceptable (good). Four of the 10 splints (splints 1, 5, 6, and 10) produced subjective complaints of pressure or ten-sion immediately after first insertion. Splint retention was found to be clinically acceptable (good) in nine of the 10 splints (splint 3 had clinically unacceptable [poor] retention).

Ergebnisse

Die klinische Auswertung der zehn Michigan-Schienen ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Alle Schienen wiesen eine klinisch akzeptable Passung (gut) auf. Vier der zehn Pro-banden (Schienen 1, 5, 6, 10) gaben unmittelbar nach dem ersten Einsetzen ein Druck- beziehungsweise Span-nungsgefühl an. Die Beurteilung des Halts wurde für neun Schienen als klinisch akzeptabel (gut) bewertet. Lediglich Schiene Nr. 3 wies einen unzureichenden Halt (schlecht) auf.

Die Zahl der initialen statischen okklusalen Kontakte betrug minimal 4 (Schienen 5 und 8) und maximal 16 (Schiene 2). Die Zahl der dynamischen Kontaktlinien bei Vor- und Seitschub lag zusammengenommen zwischen 4 (Schienen 6 und 7) und 12 (Schienen 3 und 4).

Diskussion

Die Studie hat gezeigt, dass es möglich ist, eine Michi-gan-Schiene mittels eines volldigitalen Arbeitsablaufs gipsfrei herzustellen. Zwar mussten sämtliche Schienen entweder zwecks Erzielung eines spannungsfreien Sitzes angepasst oder zum Erhalt einer ausreichenden Zahl an Okklusionskontakten eingeschliffen werden. Dennoch

Fig 15a to j View of all 10 Michigan splints and initial contacts on first insertion.

Abb. 15a bis j Die zehn eingegliederten Schienen mit initialen Kontakten.

a b c d

e f g h

i j


APPLICATION

waren die vorhandenen Abweichungen vom angestreb-ten Idealzustand nur gering (siehe auch Abbildungen 14a bis d), sodass für alle Schienen nur wenig Korrektur-aufwand erforderlich war. Auch Schiene Nr. 3, die einen zu geringen Halt aufwies, hätte nach einer lokalen Unter-fütterung zur Verbesserung des Halts eingegliedert wer-den können. Der für diese Maßnahmen erforderliche Zeitaufwand entsprach demjenigen, der für vergleichba-re Korrekturen bei laborgefertigten Michigan-Schienen erforderlich ist.

Wie sind die Ergebnisse in einem größeren Zusammen-hang zu werten? Im Bereich von Einzelzahnversorgungen gelten volldigitale CAD/CAM-Systeme als etabliert. So haben sich inzwischen einige Systeme, wie Cerec® (Siro-na, Bensheim), klinisch und wissenschaftlich bewährt und erlauben die Herstellung passgenauer Restaurationen für den Einzelzahnersatz17,18, während es bei den Kieferbo-gen umspannenden Restaurationen nach wie vor Proble-me im Bereich der direkten intraoralen Datenakquisition gibt. Beim direkten Scannen im Patientenmund wird das virtuelle Gesamtmodell durch das Zusammenfügen von Einzelaufnahmen mittels ausgefeilter Algorithmen errech-net. Die Genauigkeit (Richtigkeit und Präzision) des resul-tierenden Modells hängt dabei wesentlich von der durch-geführten Scanstrategie ab19. Zwar zeigen sich unter In-vitro-Bedingungen vergleichbare Ergebnisse von kon-ventionellen Abformungen und Intraoralscans ganzer Kie-fer20,21; inwiefern diese Befunde aber unter klinischen Bedingungen wiederholt werden können, bleibt vorerst abzuwarten.

Der vorliegenden Studie lag die Annahme zugrunde, dass eine Michigan-Schiene geringere Anforderungen an die Genauigkeit zu erfüllen hat als eine den Kieferbogen umspannende festsitzende Rekonstruktion. Die Retention einer Michigan-Schiene auf dem Zahnbogen wird durch einen Klemmeffekt verursacht. Eine präzise Formschlüs-sigkeit wie zwischen einer Implantatschulter und einem Steg ist nicht erforderlich. Auch kann eine geringe Abwei-chung in der Genauigkeit des virtuellen Modells zwischen einer Seite des Kieferbogens und dem kontralateralen Bereich (Verzug) durch die elastischen Eigenschaften des Schienenmaterials (PMMA) kompensiert werden. Ferner bietet die subtraktive Herstellung einer Michigan-Schiene aus einem monolithischen, industriell vorgefertigten, hochvernetzten PMMA-Block große Vorteile, weil es wäh-rend der Herstellung zu keinen schrumpfungsbedingten Passungsungenauigkeiten kommt. Des Weiteren weisen die Materialien weniger Poren und einen geringeren Rest-

The number of initial contacts in static occlusion ranged from a minimum of four (splint 5 and 8) to a maximum of 16 (splint 2). The number of lines formed by dynamic occlusion during protrusive movement and lateral movement ranged from a total of four (splints 6 and 7) to 12 (splints 3 and 4).

Discussion

This study demonstrates the feasibility of plasterless fabrica-tion of Michigan splints using a fully digital workflow. Although all of the test splints had to be manually adjusted to achieve tension-free fit or to establish an adequate num-ber of occlusal contacts, the observed irregularities were only minor deviations from the ideal (see Fig 14a to d). Therefore, all the splints required only minimal adjustment. Splint 3, which had insufficient retention, also would have been suita-ble for clinical use after localized relining for improvement of retention. The time required to make these adjustments was equivalent to that for making the corresponding corrections to laboratory-made Michigan splints.

How should these results be interpreted in the broader context? Fully digital CAD/CAM is an established method for single-tooth restorations. Various clinically and scientifically validated CAD/CAM systems, such as CEREC (Sirona, Ben-sheim, Germany), are already available today, which allow for the production of single-tooth restorations with precise fit.17,18 However, problems still exist in acquiring direct intraoral data sets for full-arch restorations. With direct scan-ning in the patient’s mouth, a virtual full-arch model is calcu-lated by combining individual images using sophisticated algorithms. The accuracy (trueness and precision) of the resulting model depends largely on the scanning approach used.19 Although studies have shown that full-arch conven-tional impressions and virtual impressions made with intraoral scanners produce similar results under in vitro conditions,20,21 the extent to which these results can be reproduced under clinical conditions remains to be seen.

The present study was based on the assumption that the accuracy required for fabricating Michigan splints is lower than that needed to manufacture full-arch, fixed restorations. Retention of a Michigan splint on the dental arch is achieved by a clamping effect. These appliances do not require the same high precision and accuracy of fit as that needed between an implant shoulder and a bar. Moreover, the elastic properties of the splint material (PMMA) can compensate for slight deviations from the virtual model between one side of the dental arch and the opposite side (eg, due to warping).


APPLICATION

The subtractive manufacturing of Michigan splints from monolithic, industrially prefabricated, highly cross-linked PMMA blocks has great advantages because it prevents shrinkage-induced errors of fit from occurring during the manufacture process. Furthermore, PMMA materials have fewer pores and a lower residual monomer content than conventional acrylate polymers.

So, how efficient was the fabrication of the Michigan splints in this study? The clinical workflow steps (Fig 3, blue boxes) consisted of acquiring intraoral scans, making jaw relation records, performing virtual articulation, and deliver-ing final splints to the patients. The digital impression pro-cess, particularly the scanning time (around 5 min per arch), was more time-consuming than taking conventional alginate impressions. However, it can be assumed that more sophisti-cated scanning technology will ultimately reduce the scan-ning times in the future. Furthermore, the delegation of intraoral scanning to specially trained non-dentist staff in routine dental practice seems to be an interesting and unproblematic option. The time required for clinical delivery of CAD/CAM Michigan splints was comparable to that for conventionally manufactured Michigan splints.

In terms of efficiency, the biggest advantages of CAD/CAM splint fabrication are due to the production work per-formed in the dental laboratory (Fig 3, red boxes). For exam-ple, it only took the experienced dental technician an average of 20 min to complete the STL data import and splint design process (Figs 7 to 11). Approximately 15 min was required for post-processing and adjustments. The time needed to make a conventional heat-cured acrylic Michigan splint using a wax bite and press technique is many times higher. As labor costs are a major component of the overall production costs in industrialized Western countries, it can be assumed that the reduction of labor time associated with CAD/CAM splint fab-rication has a great potential for cost reduction. In addition to the lower selling price, another major advantage of using a CAD/CAM system is the permanent availability of the digi-tized data. Thus, if a splint is lost, a duplicate can be easily made without the need for the patient to make an additional appointment for impression-taking. However, the time-saving advantages of CAD/CAM systems are offset by their high acquisition costs. Nevertheless, there seems to be a great potential for cost reduction in conjunction with quality enhancement, especially in workflows involving centralized manufacturing at the industrial level.16

One can only speculate on the reasons why all-digital workflows for Michigan splint fabrication have not yet been established. One reason could be that many private dental

monomergehalt als konventionell zu verarbeitende Acryla-te auf.

Wie effizient war also die Herstellung der Michi gan-Schienen in dieser Studie? Der klinische Aufwand an den Probanden (Abb. 3, blaue Felder) bestand in Form der Intraoralscans, der Kieferrelationsbestimmung, der virtuel-len Artikulation und der abschließenden Eingliederung. Vor allem die Scans waren mit einem Zeitbedarf von rund fünf Minuten je Kiefer zeitintensiver als konventionelle Alginatabformungen. Jedoch ist anzunehmen, dass in Zukunft immer ausgefeiltere Scanprozesse für verkürzte Scanzeiten sorgen werden. Ferner erscheint die Möglich-keit einer künftigen Delegation des Intraoralscannens an speziell geschultes nicht-zahnärztliches Personal im Praxis-alltag interessant und unproblematisch. Der zeitliche Auf-wand für die klinische Abgabe der Michigan-Schienen war mit dem bei konventionell hergestellten Michigan-Schie-nen vergleichbar.

Die großen Vorteile bezüglich der Effizienz liegen aber vor allem im Bereich der zahntechnischen Herstellung (Abb. 3, rote Felder). So wurden für den Import der STL-Daten und das Schienendesign durch einen versierten Zahntechniker durchschnittlich 20 Minuten benötigt (Abb. 7 bis 11). Die manuelle Nachbearbeitung lag bei etwa 15 Minuten. Bei der konventionellen Herstellung einer Michigan-Schiene durch Aufwachsen und Pressen mittels Heißpolymerisat ist ein Vielfaches dieses Zeitauf-wands erforderlich. Da in westlichen Industrieländern die Arbeitszeit einen wesentlichen Anteil an der Entstehung von Herstellungskosten hat, kann von einem großen Potenzial für eine Kostensenkung ausgegangen werden. Einer der größten Vorteile stellt neben einem geringeren Abgabepreis die ständige Verfügbarkeit der digitalisierten Daten dar. So besteht im Fall eines Schienenverlustes die Möglichkeit der einfachen Herstellung eines Duplikats, ohne den Patienten erneut einbestellen und Abformungen unterziehen zu müssen. Den Vorteilen der Zeitersparnis beim Herstellungsprozess stehen hohe Anschaffungskos-ten für CAD/CAM-Systeme gegenüber. Dessen ungeach-tet scheint vor allem bei einer zentralen Fertigung im industriellen Stil16 ein hohes Potenzial für eine Kostenre-duktion bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung zu liegen.

Über die Gründe, warum volldigitale Arbeitsabläufe für die Herstellung von Michigan-Schienen noch nicht etabliert sind, kann nur spekuliert werden. Einerseits steht bei den Privatpraktikern und in vielen zahntechni-schen Labors die Digitalisierung noch am Anfang, ande-rerseits zeigen viele Hersteller digitaler Systeme bisher


APPLICATION

wenig Interesse an der Herstellung von Michigan-Schie-nen oder ähnlich einfacher Apparaturen.

Schlussfolgerungen

Mit volldigitalen, mithin gipsfreien Workflows lassen sich qualitativ hochwertige Michigan-Schienen herstellen. Durch die Verfügbarkeit einmal erzeugter digitaler Daten können Schienenduplikate einfach produziert werden. Aufgrund des geringeren Herstellungsaufwands im Ver-gleich zum konventionellen Herstellungsprozess darf gegenüber einer konventionellen Herstellung mit einer Kostenreduktion gerechnet werden.

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei allen Studierenden der Universität Basel, die sich als Probanden zur Verfügung gestellt haben. Großer Dank gebührt Herrn Jürgen Feier-abend von der Firma Zirkonzahn in Bruneck, Südtirol, für sein großes Engagement sogar an Feierabenden.

practices and dental laboratories are only just starting to use digitalization in practice. Another could be that many digital system manufacturers have shown little interest thus far in the fabrication of Michigan splints and similar simple appliances.

Conclusions

High-quality Michigan splints can be fabricated by using fully digital and hence plasterless workflows. Once generated, the digital data used for splint fabrication remains readily availa-ble; therefore, duplicate splints can be easily made. As less labor time is needed for digital manufacturing of Michigan splints, it can be assumed that this will result in cost reduction compared to conventional manufacturing.

Acknowledgements

The authors would like to thank all the students of the Univer-sity of Basel who volunteered to participate in this study. Many thanks to Jürgen Feierabend of Zirkonzahn in Bruneck, South Tyrol, for his great commitment, even after hours.

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Address/Adresse

Dr. med. dent. Philipp Dedem

Klinik für Rekonstruktive Zahnmedizin und Myoarthropathien

Universitäres Zentrum für Zahnmedizin Basel

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Digital Michigan splint – from intraoral scanning to ...scher Kontakte auf der Schienenoberﬂäche bei Kieferschluss und schienengeführtem Vor- und Seitschub. Fig 2 Wax model of