Dynamische Navigation für die Platzierung von Zahnimplantaten

Zusammenfassung

Die dynamische computergestützte Implantatchirurgie (DCAIS) ist eine kontrollierte implantatchirurgische Platzierungsmethode, die ohne chirurgische Schablone mit optischer Kontrolle durchgeführt wird. Die intraoperative Echtzeitkontrolle von Bewegung und Position des chirurgischen Geräts vereinfacht den Eingriff und gibt dem Chirurgen mehr Freiheit, indem er eine ähnliche Präzision wie statische Navigationsmethoden bietet.

Zusammenfassung

In der modernen Implantologie gewinnt die Anwendung chirurgischer Navigationssysteme zunehmend an Bedeutung. Neben statisch-chirurgischen Navigationsmethoden setzt sich ein führungsunabhängiges dynamisches Navigationsimplantat-Insertionsverfahren durch. Das Verfahren basiert auf der computergesteuerten Platzierung von Zahnimplantaten unter optischer Kontrolle. Ziel dieser Arbeit ist es, die technischen Schritte eines neuencomputergestützten Implantatchirurgiesystems (DCAIS) (Design, Kalibrierung, Chirurgie) zu demonstrieren und die Genauigkeit der Ergebnisse zu überprüfen. Basierend auf Kegelstrahl-Computertomographie (DVT) werden die genauen Positionen der Implantate mit einer speziellen Software bestimmt. Der erste Schritt der Operation ist die Kalibrierung des Navigationssystems, die auf zwei Arten durchgeführt werden kann: 1) basierend auf DVT-Bildern, die mit einem Marker aufgenommen wurden, oder 2) basierend auf DVT-Bildern ohne Marker. Das Einsetzen von Implantaten erfolgt mit Hilfe der Echtzeitnavigation nach den präoperativen Plänen. Die Genauigkeit der Interventionen kann anhand postoperativer DVT-Bilder beurteilt werden. Die präoperativen Bilder mit den geplanten Positionen der Implantate und postoperativen DVT-Bildern wurden anhand der Angulation (Grad), Plattform und apikalen Abweichung (mm) der Implantate verglichen. Um die Daten auszuwerten, berechneten wir die Standardabweichung (SD), den Mittelwert und den Standardfehler des Mittelwerts (SEM) von Abweichungen innerhalb geplanter und durchgeführter Implantatpositionen. Anhand dieser Daten wurden die Unterschiede zwischen den beiden Kalibriermethoden verglichen. Basierend auf den bisher durchgeführten Eingriffen ermöglicht der Einsatz von DCAIS eine hochpräzise Implantatinsertion. Ein Kalibrierungssystem, das keine beschriftete DVT-Aufzeichnung erfordert, ermöglicht chirurgische Eingriffe mit ähnlicher Genauigkeit wie ein System, das Beschriftung verwendet. Die Genauigkeit des Eingriffs kann durch Training verbessert werden.

Einleitung

Um die Genauigkeit der Zahnimplantatplatzierung zu erhöhen und die Komplikationen zu reduzieren, wurde eine Reihe von Navigationstechniken entwickelt, die auf bildgebenden Untersuchungen basieren. Präoperative Bildgebung und spezielle 3D-Implantatplanungssoftware können verwendet werden, um die genaue Position des Zahnimplantats^{zu planen 1,2}.

Das Ziel der Navigation in der Implantatchirurgie ist es, eine anatomisch präzisere Platzierung des Zahnimplantats zu erreichen, um die idealste Position zu erreichen, um das Risiko möglicher iatrogener Komplikationen (Nerven-, Gefäß-, Knochen- und Nebenhöhlenverletzungen) zu reduzieren. Die navigierte Operation verringert die Invasivität des Eingriffs (lappenlose Operation), was zu weniger Beschwerden und schnellerer Genesung führen kann. Die genaue Implantatplatzierung basiert auf einer vorherigen prothetischen Planung (es ist möglich, die Operation auf der Grundlage einer präoperativen Zahninstallation durchzuführen) und die optimale Implantatpositionierung kann helfen, Knochentransplantationen zu vermeiden.

Heutzutage gibt es zwei Arten von computergestützten Implantaten (CAI) chirurgischen Platzierungsnavigationssystemen - statische und dynamische Navigationssysteme. Die statische Navigation ist eine kontrollierte Implantatinsertionsmethode unter Verwendung einer vorgeplanten und vorgefertigten chirurgischen Schablone. Die dynamische Navigation ist eine vorgeplante computergesteuerte chirurgische Implantatplatzierungsmethode ohne chirurgische Schablone mit optischer Steuerung. Das Steuerungsverfahren verwendet eine Punktwolken-basierte Bildregistrierung, um die virtuellen Bilder durch Anwendung des 3D-Bild-Overlays³ mit der realen Umgebung zusammenzuführen.

DCAI-Systeme ermöglichen eine objektivierte Instrumentensteuerung in Echtzeit in einem GPS-ähnlichen Rahmen. Typischerweise verwenden sie optisches Tracking, um die Position von (optischen) Referenzmarkern zu erkennen und zu verfolgen, die über dem Patienten und den chirurgischen Instrumenten platziert sind, und liefern eine kontinuierliche visuelle Rückmeldung über den chirurgischen Implantatplatzierungsprozess ^1,2.

Die Bewegung und Position des chirurgischen Instruments während der Operation kann live auf einem dreidimensionalen Bild auf einem Monitor überwacht werden. Während des Eingriffs ermöglicht das Kamerasystem eine kontinuierliche Überwachung und einen Vergleich der Position des Kieferknochens des Patienten und der Position des chirurgischen Instruments.

Es gibt zwei Arten von dynamischen Navigationssystemen: Das eine ist das passive System, bei dem die Registrierungsgeräte (Referenzbasen) das von der Lichtquelle emittierte Licht zurück zu den Stereokameras reflektieren; Das andere ist das aktive System, bei dem die Registrierungsgeräte Licht emittieren, gefolgt von Stereokameras ^4,5.

Die nächste Stufe dynamischer Navigationssysteme verwendet Servomotoren, um die Hand des Chirurgen mit taktilen Reizen zu führen, so dass das Gerät mit Roboterarmen die Bewegungen des Chirurgen bestimmen oder in ferner Zukunft sogar vollständig ersetzen kann 4,5,6,7.

Protokoll

Vor der Operation wurde von jedem Patienten eine Einverständniserklärung eingeholt. Nach den Interventionen wurden anonymisierte retrospektive Daten in dieser Studie verwendet.

1. Schritte im traditionellen Arbeitsablauf dynamischer Navigationssysteme mit beschrifteter Clip-Kalibrierungsmethode (nur für die Verwendung am Kieferknochen mit Zähnen):

1. Befestigen Sie einen röntgendichten Fixierungsclip an den Zähnen des Kieferknochens, wo die Behandlung durchgeführt werden soll (Oberkiefer/Unterkiefer), mit einem thermoplastischen Material.
2. Führen Sie eine DVT-Untersuchung des Patienten mit einem beschrifteten Clip im Mund durch (DVT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
3. Planen Sie die Position des Implantats entsprechend der prothetischen Architektur mit der entsprechenden Software.
4. Kalibrieren Sie das Gerät (jeder Schritt kann auf dem Display mit dem Play-Symbol aktiviert werden).
   1. Registrieren Sie das Handstück.
      1. Kalibrieren Sie das Handstückfutter.
      2. Kalibrieren Sie die rotierende Markerscheibe, die in das Handstück eingesetzt ist.
      3. Montieren Sie den Arm zwischen dem Patiententracker und dem beschrifteten Clip und kalibrieren Sie ihn.
5. Überprüfen Sie die Kalibrierung, indem Sie die Spitze des gemessenen Bohrers an die Oberfläche des beschrifteten Clips halten (Abbildung 1).
   1. Befestigen Sie den beschrifteten Clip, der den optischen Marker (Tracker) hält, auf den Zähnen des Ober- oder Unterkiefers (auf welchem Kiefer die Implantatplatzierung erfolgt). Stellen Sie sicher, dass Sie den Clip an derselben Position einsetzen, die in der präoperativen DVT registriert ist.
   2. Kalibrieren Sie den beschrifteten Clip, indem Sie die Metallkugeln des Clips mit dem Drehpunkt der Sonde berühren.
6. Führen Sie die navigierte Implantatplatzierung in örtlicher Betäubung durch und injizieren Sie 2 ml Articain (80 mg/2 ml Articain/Ampulle).
   1. Messen Sie die Bohrerlänge (Berühren des Bohrers mit der Go-Platte) (Abbildung 2).
   2. Überprüfen Sie die visuelle Genauigkeit in Echtzeit vor dem Bohren (Berühren des Bohrers an einer beliebigen Zahnoberfläche und Überprüfen, ob er sich in der gleichen Position auf dem Monitor und dem Mund befindet).
   3. Bestimmen Sie den Eintrittspunkt des Bohrens. Erkunden Sie den Einsatzort ohne die Klappe.
   4. Bohren Sie den Knochen mit dynamischer Navigationssteuerung (Abbildung 3, Abbildung 4 und Abbildung 5).
   5. Messen Sie die Implantatlänge (Berühren des Implantats mit der Go-Platte).
   6. Platzieren Sie das Implantat mit dem Handstück, das den vom dynamischen Navigationssystem gesteuerten Tracker trägt.
   7. Verschließen Sie die Wunde mit 5,0-Monofilament, nicht resorbierbarer Polypropylennaht oder fixieren Sie die vorgefertigte prothetische Arbeit.
7. Erfassen Sie die radiologische Kontrollbildgebung (DVT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).

2. Schritte in den dynamischen Navigationssystemen, die die Tracerkalibrierungsmethode verwenden (nicht gekennzeichnete Methode):

1. Führen Sie eine DVT des Patienten durch (ohne Clip im Mund).
2. Planen Sie die Position des Implantats entsprechend der prothetischen Architektur mit der entsprechenden Software.
3. Kalibrieren Sie das Gerät wie in Schritt 1.4 beschrieben.
4. Kalibrieren Sie das System ohne beschrifteten Clip (nicht beschriftete Methode).
   1. Übertragen Sie den Plan der implantatchirurgischen Platzierung in die Software des verwendeten Navigationssystems. Wählen Sie den Arbeitsbereich auf dem 3D-CT-Bild der Navigationssoftware aus.
   2. Befestigen Sie den Tracker auf den Zähnen (mit einem unbeschrifteten Clip) oder bei einem zahnlosen Kiefer mit einem speziellen Tracker-Haltearm.
   3. Wählen Sie die typischen anatomischen Punkte (Zähne oder Knochenoberfläche) auf einem 3D-CT-Bild des Navigationssystems aus (mindestens drei Punkte).
   4. Identifizieren Sie die ausgewählten anatomischen Punkte im Mund, indem Sie sie mit einem Sondenwerkzeug berühren. (Abbildung 6).
   5. Führen Sie ein Verfeinerungsverfahren an drei bis vier Bereichen durch, indem Sie mit einer Sonde auf die Oberfläche der anatomischen Struktur zeichnen.
5. Setzen Sie das Implantat mit Navigation in örtlicher Betäubung ein und injizieren Sie 2 ml Articain (80 mg/2 ml Articain/Ampulle).
   1. Messen Sie die Bohrerlänge (Berühren des Bohrers an der Go-Platte).
   2. Überprüfen Sie die visuelle Genauigkeit in Echtzeit vor dem Bohren (Berühren des Bohrers an einer beliebigen Zahnoberfläche und Überprüfen, ob er sich in der gleichen Position auf dem Monitor und im Mund befindet).
   3. Bestimmen Sie den Bohrpunkt. Erkunden Sie den Einsatzort ohne die Klappe.
   4. Bohren Sie den Knochen mit dynamischer Navigationssteuerung.
   5. Messen Sie die Implantatlänge (Berühren des Implantats mit der Go-Platte).
   6. Platzieren Sie das Implantat mit dem Handstück mit dem Tracker, der von der dynamischen Navigationssteuerung gesteuert wird.
   7. Verschließen Sie die Wunde mit 5.0 Monofilament, nicht resorbierbarem Polypropylennaht oder fixieren Sie die vorgefertigte prothetische Arbeit.
6. Führen Sie die radiologische Bildgebung (DVT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV) durch.

Ergebnisse

Um DCAIS korrekt verwenden zu können, muss das System kalibriert werden. Es gibt mehrere Kalibriermethoden, die die Genauigkeit der Implantatplatzierung beeinflussen können. Diese Studie zielte darauf ab, die möglichen Auswirkungen verschiedener Kalibrierungsmethoden auf die Genauigkeit von DCAIS zu bewerten.

Basierend auf den bisher durchgeführten Eingriffen ermöglicht der Einsatz von DCAIS eine hochpräzise Implantatinsertion. In unseren frühen Studien verglichen wir 41 clipkalibrierte...

Diskussion

In dem beschrifteten Clip-verwendeten dynamischen Navigationsimplantat-Platzierungssystem wird der traditionelle Workflow durch Clip-Kalibrierung durchgeführt. Auf der Oberfläche des Clips befinden sich drei röntgendichte Metallkugeln, die auf dem DVT-Scan deutlich sichtbar sind. Bei der Tracerkalibrierung sind diese Metallkugeln, die Clips enthalten, weder für die DVT-Abtastung noch für die Systemkalibrierung erforderlich. In Fällen mit vorhandenen Zähnen können sowohl die beschrifteten als auch die unbeschrifte...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
DTX Implant Studio Software	Nobel Biocare	106182	3D surgical planing software
MeshLab	ISTI - CNR research center	2020.12	3D mesh processing software
Nobel Replace CC implant	Nobel Biocare	37285	Implant
X-Guide	X-Nav - Nobel Biocare	SN00001310	dinamic navigation surgery system
X-Guide - XClip	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008381	3D navigation registration device
X-Guide planing software	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008296	3D surgical planing and operating software
X-Mark probe	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008886	3D navigation registration tool
PaX-i3D Smart	Vatech		CBCT
Prolene 5.0			5.0 monofilament, nonabsorbable polypropylene suture