Angebote für Studierende der Human- und Zahnmedizin

3D Druck in der zahnmedizinischen Lehre

3D Druck in der zahnmedizinischen Lehre

Zielsetzung

Ziel des Projektes „3D Druck in der zahnmedizinischen Ausbildung“ ist die Konzeption und Erstellung von auf anonymisierten Patientendaten beruhenden dreidimensionalen Modellen zur Simulation zahnärztlicher Eingriffe. Eine der größten Herausforderungen in der ärztlichen und zahnärztlichen Ausbildung besteht darin, den Studierenden jene Fähigkeiten zu vermitteln, die für ihre zukünftige Arbeit erforderlich sind. Im Laufe des Zahnmedizinstudiums müssen Studierende eine Vielzahl praktisch-technischer Fertigkeiten erlernen, wie beispielsweise das Präparieren von Zähnen zur Aufnahme von Kronen oder die Entfernung von Karies mit anschließender plastischer Füllung an Modellen, bevor sie im Rahmen ihrer klinischen Ausbildung (ab dem 6. Fachsemester von 10) Patienten behandeln.

Zum Erlernen dieser Fertigkeiten kommen in der vorklinischen Ausbildung überwiegend Modelle der Hersteller Frasaco® und KaVo® zur Anwendung. Diese konventionellen Modelle haben sich seit vielen Jahren zur Schulung Studierender bewährt und sind fester Bestandteil der Lehre während des Zahnmedizinstudiums. Allerdings sind die Möglichkeiten der genannten Modelle hinsichtlich der realistischen Simulation einer Patientensituation (individuelle Anatomie und Pathologie) weitgehend eingeschränkt, da sie lediglich Variationen in der Zahnanzahl, jedoch nicht in Zahnform, -größe und -stellung, zulassen, was die Lehr- und Lernmöglichkeiten sehr stark einschränkt. Die Möglichkeit der Simulation z.B. einer Kariesexkavation oder einer Zahnextraktion, die einen festen Bestandteil des alltäglichen klinischen zahnärztlichen Behandlungsspektrums darstellen, besteht an diesen Modellen nicht. Zudem sind die genannten Modelle für die Studierenden in der Anschaffung mit hohen Kosten verbunden (HenrySchein®: OK & UK KaVo® 186€; OK & UK Frasaco® 184,80 € (Onlineshop stand 22.02.2020).
Das Projekt zielt darauf ab, patientenindividuelle dreidimensionale Modelle zu erstellen, die im Gegensatz zu den konventionellen Modellen erlauben, eine Vielzahl an  klinischen Situation zu simulieren und somit den Studierenden eine bessere Vorbereitung auf die Behandlung echter Patienten ermöglicht. Die Modelle werden anhand anonymisierter Patientendaten (gemäß der Datenschutz-Grundverordnung DSGVO: VERORDNUNG (EU) 2016/679 DES EUROPÄISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES)  erstellt und im CAD (Computer Aided Design) Verfahren nach Bedarf angepasst. Im Anschluss erfolgt die Fertigung mittels 3D-Druckern im CAM (Computer Aided Manufacturing) Verfahren, um hinsichtlich der Härte und des Abtrages durch rotierende Instrumente möglichst realistisch Zähne wie auch Knochen zu simulieren. Bei der Erstellung der Modelle ist es zudem möglich zusätzliche Modifikationen, wie beispielsweise eine Karies, in die Modelle zu integrieren. Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen im Bereich der Vorklinischen Kurse lässt dieses Verfahren zu, dass man im Falle schwieriger klinischer Patientensituationen die geplante Behandlung am originalgetreuen Modell simulieren kann, um gegebenenfalls mögliche Risiken und Komplikationen während der Behandlung des Patienten im Vorfeld weitestgehend auszuschließen. Im Bereich des Designs der Modelle wird eng mit den Erfahrenen und Unterrichtsbeauftragten zusammengearbeitet, um Studierende optimal auf den klinischen Abschnitt des Studiums vorzubereiten.

Simulation einer Kariesexkavation am 3D gescannten Zahn

3D Modell eines Unterkiefers zum Training oralchirurgischer Eingriff

Im Phantomkopf montierter 3D gedruckter Unterkiefer

Arbeitsgruppenmitglieder

Dr. med. Lukas Seifert (Projektverantwortlicher)

 

Prof. Dr. mult. Robert Sader (wissenschaftlicher Berater)

Prof. Dr. med. dent. Susanne Gerhardt-Szép (wissenschaftlicher Berater)

 

Luisa Fuchs (zahnmedizinische Doktorandin)

Martin Richter (zahnmedizinischer Doktorand)

Benedikt Schnurr (zahnmedizinischer Doktorand)

Karolina Wernig (zahnmedizinische Doktorandin)

Stand der Forschung

Jüngste Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie haben die Entstehung neuer pädagogischer und klinischer Instrumente für medizinisches Fachpersonal ermöglicht. Seit 2009 wurden verschiedene Versuche unternommen, nicht-kadaverische Trainingsmodelle für die HNO 1,2, Neurochirurgie 3-5 und die MKG Chirurgie 6-8 zu entwickeln. Insbesondere die Entwicklung der Fused Deposition Modelling Technik (FDM) hat es Ärzten ermöglicht, individualisierte Patientenmodelle mit Hilfe von Verbrauchermarkt-3D-Druckern zu sehr niedrigen Kosten zu erstellen. Darüber hinaus gibt es heute eine Vielzahl von kostenlosen Softwarelösungen, die einen standardisierten und einfachen Workflow von einem radiologischen Datensatz bis zur Produktion eines stereolithographischen Modells ermöglichen.

Trotz dieser jüngsten technologischen Fortschritte ist wenig über den tatsächlichen pädagogischen Nutzen bekannt, den 3D-gedruckte individualisierte Patientenmodelle im Vergleich zu anderen Trainingsgeräten haben. Der Großteil der vorliegenden Literatur konzentriert sich auf die technische Umsetzung und nicht auf die curriculare Integration von 3D-gedruckten individualisierten Patientenmodellen. Im deutschsprachigen Raum untersuchten bisher nur Kröger et al. individualisierte Trainingsmodelle für die Veneer-Präparation, Zahnfüllungen und Kariesexkavation in einem zahnärztlichen Hands-on-Kurs. Ihre Ergebnisse zeigten, dass 3D-Druck eine praktikable Methode war und die Modelle erhielten ein positives Feedback von Studierenden, jedoch gab es auch viel Raum für  Verbesserungsmöglichkeiten 9. Eine weitere Studie von Marty et al. verglich die Wahrnehmung von 3D-gedruckten individualisierten Patientenmodellen mit kommerziell verfügbaren Modellen in einem konservativen Zahnmedizinkurs und fand signifikante Vorteile im 3D-gedruckten Modell. 10  

 

1.              Chan HHL, Siewerdsen JH, Vescan A, Daly MJ, Prisman E, Irish JC. 3D Rapid Prototyping for Otolaryngology—Head and Neck Surgery: Applications in Image-Guidance, Surgical Simulation and Patient-Specific Modeling. Warburton D, ed. PLoS One. 2015;10(9):e0136370. doi:10.1371/journal.pone.0136370

2.              Mowry SE, Jammal H, Myer C, Solares CA, Weinberger P. A Novel Temporal Bone Simulation Model Using 3D Printing Techniques. Otol Neurotol. 2015;36(9):1562-1565. doi:10.1097/MAO.0000000000000848

3.              Ploch CC, Mansi CSSA, Jayamohan J, Kuhl E. Using 3D Printing to Create Personalized Brain Models for Neurosurgical Training and Preoperative Planning. World Neurosurg. 2016;90:668-674. doi:10.1016/J.WNEU.2016.02.081

4.              Ryan JR, Almefty KK, Nakaji P, Frakes DH. Cerebral Aneurysm Clipping Surgery Simulation Using Patient-Specific 3D Printing and Silicone Casting. World Neurosurg. 2016;88:175-181. doi:10.1016/J.WNEU.2015.12.102

5.              Wen G, Cong Z, Liu K, et al. A practical 3D printed simulator for endoscopic endonasal transsphenoidal surgery to improve basic operational skills. Child’s Nerv Syst. 2016;32(6):1109-1116. doi:10.1007/s00381-016-3051-0

6.              Lioufas PA, Quayle MR, Leong JC, McMenamin PG. 3D Printed Models of Cleft Palate Pathology for Surgical Education. Plast Reconstr surgery Glob open. 2016;4(9):e1029. doi:10.1097/GOX.0000000000001029

7.              Lambrecht JTH, Berndt D, Christensen AM, Zehnder M. Haptic model fabrication for undergraduate and postgraduate teaching. Int J Oral Maxillofac Surg. 2010;39(12):1226-1229. doi:10.1016/J.IJOM.2010.07.014

8.              Werz SM, Zeichner SJ, Berg B-I, Zeilhofer H-F, Thieringer F. 3D Printed Surgical Simulation Models as educational tool by maxillofacial surgeons. Eur J Dent Educ. 2018;22(3):e500-e505. doi:10.1111/eje.12332

9.              Kröger E, Dekiff M, Dirksen D. 3D printed simulation models based on real patient situations for hands-on practice. Eur J Dent Educ. 2017;21(4):e119-e125. doi:10.1111/eje.12229

10.           Marty M, Broutin A, Vergnes J-N, Vaysse F. Comparison of student’s perceptions between 3D printed models versus series models in paediatric dentistry hands-on session. Eur J Dent Educ. 2019;23(1):68-72. doi:10.1111/eje.12404

11.           Nickel, F., Kowalewski, K.-F., Rehberger, F., Hendrie, J. D., Mayer, B. F. B., Kenngott, H. G., … Müller-Stich, B. P. (2017). Face validity of the pulsatile organ perfusion trainer for laparoscopic cholecystectomy. Surgical Endoscopy, 31(2), 714–722. https://doi.org/10.1007/s00464-016-5025-4