Innovativer Mini-Dentalroboter für die Zahnmedizin

Der Gang zur Zahnärztin ist nicht immer leicht, insbesondere dann, wenn gebohrt werden muss oder ein Zahn eine Krone benötigt. Eine solche Behandlung erfordert heute in der Regel mehrere Termine: Zunächst werden Karies und geschädigte Zahnsubstanz entfernt und der Zahn für die Krone präpariert. Anschliessend wird ein Abdruck oder ein digitaler Scan genommen, anhand dessen die passgenaue Krone hergestellt wird. Bei einem späteren Termin wird die definitive Krone schliesslich eingesetzt.

Dies könnte in Zukunft schneller gehen: Dank einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen der Klinik für Rekonstruktive Zahnmedizin der Universität Zürich und Forschenden der Ingenieurwissenschaften der Universitäten Basel und Bern ist ein Dentalroboter entstanden, der diese Prozessschritte verkürzen und automatisieren kann.

Der Prototyp des neuen Miniature Intraoral Robot (MIR) ist etwa so gross wie ein Daumen. Damit ist er so klein, dass er bequem in den geöffneten Mund passt und dort fixiert werden kann. Motoren und Steuerung befinden sich ausserhalb und sind mit dem Roboter über biegsame Antriebswellen, Kabel und Schläuche verbunden.

Damit unterscheidet sich der MIR von bestehenden Robotersystemen in der Zahnmedizin, die in der Regel an grossen Roboterarmen ausserhalb des Mundraumes montiert sind und Patient:innen von Bewegungen abhalten oder auf Navigationssysteme angewiesen sind, um Veränderungen zu verfolgen und zu kompensieren. Der MIR hingegen ist mechanisch mit dem Gebiss des Patienten gekoppelt und bewegt sich gemeinsam mit dem Patienten.

«Ziel dieser Entwicklung war es, den Arbeitsablauf bei der Rekonstruktion eines defekten Zahns mit einer Krone, einer Onlay-Krone, einem Inlay oder einem Veneer zu revolutionieren», sagt Ronald E. Jung, Klinikdirektor und Professor der Klinik für Rekonstruktive Zahnmedizin am Zentrum für Zahnmedizin der Universität Zürich. Er und sein Team realisierten diese Vision zusammen mit den Forschungsgruppen von Georg Rauter, Professor für Chirurgierobotik im Department of Biomedical Engineering an der Universität Basel sowie mit Manuela Eugster, Professorin und Leiterin der Neuro Robotics Group an der Universität und dem Universitätsspital Bern.

«Diese enge Verzahnung von ingenieurwissenschaftlicher Entwicklung und klinischer Expertise war ein wesentlicher Erfolgsfaktor bei der Entwicklung des Zahnroboters», erklärt Jung. Dank dieses engen und regen Austauschs konnte die Anwendbarkeit des MIR für den Einsatz in der Zahnmedizin optimiert werden. 

Denn der ferngesteuerte Dentalroboter hat einige Vorteile: So sind personalisierte Behandlungen möglich, bei denen nur die vorher digital ausgerechnete Menge an Zahnsubstanz entfernt wird. Bei einer herkömmlichen Zahnpräparation von Hand dagegen kann es – je nach Zahnärztin oder Zahnarzt – oft zu grösseren Schwankungen bei der Entfernung der Zahnsubstanz führen.

Zudem sind weniger Termine erforderlich und die Gesamtzeit auf dem Behandlungsstuhl reduziert sich. Die Patient:innen können bereits vor dem eigentlichen Eingriff besser einsehen, was genau gemacht wird. Und sie können ihren Kopf relativ frei bewegen, ohne dass die Präparation dadurch beeinträchtigt wird, da sich der Roboter gemeinsam mit dem Kiefer bewegt, an dem er befestigt ist.

Die Forschenden der Universitäten Zürich, Basel und Bern testeten den Dentalroboter bereits an Zahnmodellen aus Kunstoff und einer Keramik mit ähnlicher Härte wie Zahnschmelz. Der Roboter führt die Präparation in zwei Schritten durch: Zunächst reduziert er mit einem breiten Bohrer die Zahnoberfläche, trägt also Material von oben ab. Im zweiten Schritt bearbeitet ein längerer, dünnerer Bohrer die Zahnseiten. Bemerkenswert ist dabei, wie präzise der Dentalroboter bereits arbeitet.

In einem weiteren Schritt soll der jetzige MIR-Prototyp mit Sensoren und einer Kamera ausgestattet werden, die in Echtzeit eine äusserst präzise Überwachung der Position des Bohrers ermöglichen und allfällige Fehler während des Fräsvorgangs korrigieren können. «Selbst nach einem Stromunterbruch wüsste der ‹MIR› anhand der Sensordaten, wo er sich gerade befindet und wo er weitermachen muss», erklärt Georg Rauter von der Universität Basel. Der Ingenieur ist zuversichtlich, dass der Dentalroboter dereinst seinen Test in der Klinik bestehen wird.