Implantologie


Planungsworkflow mit coDiagnostiX® für eine sichere Implantatinsertion

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Computerassistierte Verfahren haben in der Zahnmedizin in den letzten 20 Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere die navigierte Insertion von Implantaten hat sich gut etabliert. Eines der zahlreichen Planungsprogramme auf dem Markt ist coDiagnostiX von Dental Wings, das schnelle, präzise und sichere Implantatinsertionen ermöglicht. Dank seiner vielfältigen Mess- und Planungsfunktionen lassen sich bei einfachen wie auch bei komplexeren chirurgischen Fällen vorhersagbare Ergebnisse erzielen.

Als essenzielle Grundlagen für die navigierte Implantation sind einerseits die Verbreitung der digitalen Volumentomografie als Technologie zur Detektion von dreidimensionalen Röntgendaten (.dicom „Digital Imaging and Communications in Medicine“) und andererseits die Möglichkeit zur Darstellung von dreidimensionalen Oberflächen über das .stl- Format („stereolithography“ oder „Standard Tessellation Language“) zu nennen [1,2]. Erst die Kombination beider Technologien erlaubt die exakte Übertragung einer virtuellen Implantatplanung auf die klinische Situation [3].

Im klinischen Alltag hat sich dabei die Übertragung mittels präfabrizierter Schablonen durchgesetzt (statische oder Offline-Navigation). Sie ist im Vergleich zur dynamischen Navigation, bei der die Positionsbestimmung der Operationsinstrumente „live“ anhand von Referenzmarkern erfolgt und in Echtzeit auf einem Monitor dargestellt wird, deutlich günstiger, benötigt wenig technisches Equipment und besticht durch ihre bessere Genauigkeit [4].

Die eingesetzten präfabrizierten Bohrschablonen können gefräst oder additiv gefertigt werden (Digital light processing [DLP], Stereolithografie, Laser-Sintern, Laser Beam Melting) [3,5]. Seit den frühen Anfängen 1993 wurde, ausgehend von der ersten Software SIM/Plant (Columbia Scientific Inc), eine Vielzahl an unterschiedlichen Planungsprogrammen auf den Markt gebracht.

Darunter befinden sich zum Beispiel Simplant (Materialise Dental Inc., Glen Burnie, MD, USA), Invivo5 (Anatomage, San Jose, CA, USA), NobelClinician (Nobel Biocare, Göteborg, Schweden), OnDemand3D (Cybermed Inc., Seoul, Korea), Virtual Implant Placement Software (BioHorizons, Inc., Birmingham, AL, USA), Blue Sky Plan (BlueSkyBio, LLC, Grayslake, IL, USA) und eben coDiagnostiX (Dental Wings Inc., Montreal, CA, USA) [1,6]. Basierend auf dieser großen Auswahl obliegt es dem Anwender, ausgehend von den eigenen Wünschen, Fähigkeiten und Bedürfnissen die passendste Software auszuwählen. Eine suffiziente Schulung und ein ausreichend langes Training sowie das Vorhandensein von entsprechender implantologischer Erfahrung sollten dabei auf jeden Fall die Grundlage bilden [7].

Gründe zur Verwendung von schablonengeführter Chirurgie

Das detaillierte Wissen über die genauen anatomischen Verhältnisse erlaubt eine optimale individualisierte Implantatplanung und die Reduktion des Risikos von chirurgischen Komplikationen. Die möglichst exakte Übertragung von der virtuellen in die reale Welt gelingt über die Anwendung von Navigationsschienen. Weitere Vorteile, sowohl für Patienten als auch für Behandler, betreffen den Patientenkomfort und finanzielle Aspekte [8,10].

Vorteile der navigierten Implantologie:

  • optimale Implantatpositionierung mit sicherem Abstand zu sensiblen anatomischen Strukturen und unter Berücksichtigung der Knochenquantität und -qualität
  • mögliche Reduktion der OP-Zeit und der Invasivität
  • Verringerung des Komplikationsrisikos
  • geringere postoperative Schwellung und Schmerzen
  • Verbesserung der Sofortversorgungsmöglichkeit durch optimierte Implantatpositionierung
  • gesteigerte Kosteneffizienz durch reduzierte OP-Dauer, Verringerung der Anzahl von Patientenvisiten und Reduktion von Augmentationen sowie optimierte prothetische Planung
  • Verbesserung der Arzt-Patienten-Kommunikation durch Visualisierung der Planung und Anwendung moderner Behandlungskonzepte [1,4].

Anwendungsbereiche

Grundsätzlich sollte festgehalten werden, dass die Vorteile durch Anwendung von Navigationsschienen der potenziellen Belastung durch die notwendigen DVT- oder CT-Aufnahmen gegenübergestellt werden müssen. Folglich kann es auch durchaus legitim sein, vor allem im „Standardfall“ bei normalen anatomischen Verhältnissen und suffizientem Knochenangebot, darauf zu verzichten.

Empfohlen wird die Navigation bei speziellen Indikationsstellungen:

  • komplexe anatomische Gegebenheiten (fortgeschrittene Kieferatrophie, Zustand nach umfangreichen Augmentationen und Kieferrekonstruktionen)
  • Umsetzung herausfordernder prothetischer Versorgungen
  • spezielle Behandlungskonzepte (Sofortimplantation, Sofortversorgung)
  • Implantattherapie bei komplexen allgemeinmedizinischen Risikosituationen [4,7,11]

Die Gestaltungsmöglichkeiten von Bohrschablonen sind sehr vielseitig. Es kann grundsätzlich zwischen 3 Lagerungsvarianten unterschieden werden. Die gängigste stellt die Lagerung auf der Restbezahnung dar, softwareabhängig kann darüber hinaus aber auch die Abstützung auf Knochen oder Schleimhaut erfolgen. Eine reproduzierbare und sichere Schablonenpositionierung, welche am ehesten bei zahngetragenen Schablonen erzielt wird, ist entscheidend für die Übertragungsgenauigkeit und spielt daher eine wesentliche Rolle für den Anwendungserfolg [4].

Planungsworkflow

Im Wesentlichen besteht der Planungsworkflow aus den folgenden 5 Schritten. Nur ein akkurates und genaues Vorgehen in allen Phasen des Workflows kann ein optimales Ergebnis ermöglichen:

  1. Generieren eines dreidimensionalen Röntgendatensatzes
  2. Generieren eines virtuellen Modells
  3. Segmentierung der Röntgendaten und Überlagerung von Röntgen- und Scandaten
  4. Festlegen der Implantatposition mittels Software und Auswahl der Hülsen
  5. Schablonendesign und Export zur Schablonenherstellung [12]
  6. Schnittbildverfahren, Computertomografie oder DVT

Das Vorhandensein eines dreidimensionalen radiologischen Datensatzes im DICOM-Format ist die Basis für jegliche schablonengeführte Implantatchirurgie. Aufgrund von Verfügbarkeit, Kosten und Strahlendosis hat sich in der Zahnmedizin die digitale Volumentomografie mittlerweile als Methode der Wahl etabliert [2]. Die Qualität der Aufnahme und die klare Darstellung von Grenzen sind entscheidend für die spätere Überlagerung mit den Daten der enoralen Oberflächenabtastung.

Es gilt gewisse Grundregeln einzuhalten:

  • Artefakte sind zu vermeiden (Körper-, Kopf-, Augen-, Schluckaktbewegungen, Entfernen von schattengebenden Fremdkörpern)
  • Separieren der Kiefer durch Beißsperren, Abhalten von Weichgewebe (Wange) z.B. durch Einlegen von Watterollen, Zunge sollte nicht auf den Gaumen gelegt werden
  • Voxelgröße ≤ 200 μm
  • Beschränkung des FOV auf einen Kiefer, sofern nicht beide Kiefer benötigt werden
  • Einsatz von technischen Möglichkeiten zur Artefaktreduktion

Somit gelingt es, das Aufnahmeergebnis zu optimieren und die anatomischen Kieferstrukturen inklusive ihrer schleimhautbedeckten Grenzen klar darzustellen [13]. Restaurationen aus Metall oder Zirkon beeinträchtigen die Darstellung der umliegenden anatomischen Strukturen maßgeblich, was sich letztendlich auch auf die Genauigkeit des klinischen Ergebnisses auswirken kann [7,14,15].

Der dreidimensionale Röntgendatensatz wird anschließend in der Navigationssoftware digital nachbearbeitet. Dieser Prozess, der Segmentierung genannt wird, erfolgt innerhalb der coDiagnostiX- Software manuell durch den Anwender und erlaubt große Handlungsfreiheit. Im Wesentlichen geht es um die Identifikationen von zusammenhängenden Regionen durch die Zusammenfassung benachbarter Voxel mit einem bestimmten Homogenitätskriterium. Mit der Segmentierung gelingt es, Strukturen, Grenzen und Objekte aus dem 3D-Modell herauszurechnen, optimiert darzustellen und für die weitere Verarbeitung separat zur Verfügung zu stellen. Laut Flügge et al. [15] kann dieser Bearbeitungsschritt sogar so signifikant relevant für die erfolgreiche Überlagerung von Röntgen- und Oberflächendaten sein, dass die Nichtdurchführung die in der Literatur beschriebenen Abweichungen bis in den Millimeterbereich erklären kann [2,14,16].

Intraorale Aufnahme oder Scan eines analogen Gipsmodells

Um im Planungsprozess nun weiter voranschreiten zu können, ist zusätzlich zum Röntgendatensatz ein virtuelles Kiefermodell erforderlich. Dieses digitale Modell stellt die intraoralen Oberflächen im STL-Format dar und liefert aufgrund der höheren Genauigkeit im Vergleich zu den Röntgendaten in der Regel auch die Grundlage für das Design der Bohrschablone. STL-Datensätze entstehen durch die Bildung einer Punktwolke nach Durchführung einer Oberflächenabtastung. Diese kann in Form eines intraoralen Oberflächenscans, eines Scans eines Alginat- oder Silikonabdrucks oder eines Scans eines Gipsmodells erfolgen. Durch anschließende Triangulation erfolgt die virtuelle dreidimensionale Darstellung der Oberflächenstruktur in Form eines Dreiecksnetzes [17].

Implantatplanung und Hülsenauswahl

Die coDiagnostiX-Software ist ein offenes System. Das bedeutet, dass diese Software eine integrierte Implantatbibliothek mit mehreren tausend Implantaten besitzt, welche ständig online aktualisiert wird. Befindet man sich im Implantatplanungsmodus, können Implantatmodell, Durchmesser, Länge und Zahnposition sowie nach Bedarf auch Stabilisationspins gewählt und an der passenden Kieferposition integriert werden. Eine Positionsveränderung und Feinjustierung ist stufenlos in alle Raumrichtungen möglich. Gegebenenfalls kann auch eine automatische Parallelisierung zwischen mehreren Implantaten durchgeführt werden [12].

Steht die angestrebte Implantatposition fest, ist es notwendig, die passende Hülse für die Bohrschablone zu wählen. Diese ist abhängig vom Implantatsystem, dem chirurgischen Set und der bevorzugten Arbeitsweise. Für eine navigierte Pilotbohrung reicht es, eine Hülse mit dem Innendurchmesser der Dimension des Pilotbohrers zu verwenden. Für eine vollständig geführte Implantation sind hingegen entweder ein Mehrfachhülsensystem (Außenhülsen und Innenhülsen) oder eine ausreichend groß dimensionierte Hülse mit passendem Bohrlöffelset erforderlich. Die Hülsenposition definiert sich entweder über die Bohrerlänge und lässt sich variabel einstellen oder definiert sich aus 3 vorgegebenen Höhen in Abhängigkeit von der Implantatschulter [10]. In diesem Zusammenhang weisen Kholy et al. [18] in ihrer klinischen Studie darauf hin, dass die Verwendung kürzerer Bohrer, kürzerer Hülsen und längerer Bohrlöffel die Übertragungsgenauigkeit steigert.

Einen Vorteil haben kürzere Bohrer- und Hülsenlängen auch hinsichtlich ihres Platzbedarfs, was gerade bei Patienten mit reduzierter Mundöffnung oder auch generell im posterioren Bereich wichtig sein kann. Allerdings spielen auch individuelle Gegebenheiten wie umgebende Hart- und Weichgewebe eine entscheidende Rolle in der Wahl der passenden Hülse [18]. Auch von einem hülsenfreien Arbeiten sollte abgeraten werden, da die Gefahr besteht, Schablonenmaterial ins Operationsgebiet zu bringen, außer wenn Bohrlöffel/-schlüssel direkt in die Schablone eingesetzt werden [9].

Bohrschablonendesign und Export

Der letzte virtuelle Arbeitsschritt ist die Gestaltung der Borschablone, wobei Ausdehnung, Dimension, Offset, Dicke der Konnektoren sowie Sichtfenster und Beschriftung individuell gewählt werden können. Steht die virtuelle Vorschau der Bohrschablonen zur Verfügung, kann diese als STL-Datensatz exportiert und zur Schienenherstellung (Druck oder Fräsen) z.B. in ein zahntechnisches Labor weitergegeben werden.

3D gedruckte Schablonen verlangen nach Abschluss des Druckprozesses eine Nachbearbeitung in mehreren Schritten: Um Polymerreste von der Oberfläche zu entfernen, ist ein Ultraschallbad in einer Isopropanollösung (99%) erforderlich. Danach erfolgt eine abschließende UV-Härtung. Erst dann werden die für den Druckprozess erforderliche Druckbasis und die Unterstützungselemente manuell entfernt [19]. Unmittelbar vor dem intraoperativen Gebrauch ist eine Desinfektion der fertigen Schablone mit eingesetzten Hülsen in einer 70%igen Alkohollösung oder eine Gassterilisation mit Ethylenoxid unbedingt erforderlich (Abb. 1 bis 4) [19,20].

  • Abb. 1a u. b: Geplantes Implantat in regio 36 in blau. Grüne Linie: überlagerter Modellscan, weiße Linie: geplante Bohrschablone.
  • Abb. 1a u. b: Geplantes Implantat in regio 36 in blau. Grüne Linie: überlagerter Modellscan, weiße Linie: geplante Bohrschablone.
  • Abb. 1a u. b: Geplantes Implantat in regio 36 in blau. Grüne Linie: überlagerter Modellscan, weiße Linie: geplante Bohrschablone.
  • Abb. 1a u. b: Geplantes Implantat in regio 36 in blau. Grüne Linie: überlagerter Modellscan, weiße Linie: geplante Bohrschablone.

  • Abb. 1c: 3D Rekonstruktion – DVT Datensatz-Modell-Bohrschablone.
  • Abb. 2: Bohrschablone im OP-Situs mit eingesetztem Bohrlöffel. Sichtfenster zur Überprüfung der exakten Position.
  • Abb. 1c: 3D Rekonstruktion – DVT Datensatz-Modell-Bohrschablone.
  • Abb. 2: Bohrschablone im OP-Situs mit eingesetztem Bohrlöffel. Sichtfenster zur Überprüfung der exakten Position.

  • Abb. 3: Implantatbohrung.
  • Abb. 4: Postoperatives Röntgen.
  • Abb. 3: Implantatbohrung.
  • Abb. 4: Postoperatives Röntgen.

Dual-Scan-Verfahren

Die Anwendung von Bohrschablonen bei zahnlosen Fällen erfordert ein etwas abgeändertes Vorgehen als beim zahngetragenen Standardfall. Hierbei kann das sogenannte Dual-Scan- Verfahren zum Einsatz kommen, bei dem die Scanprothese mit mehreren radioopaken Markern (z.B. Glaskugeln) versehen wird. Entscheidend dabei ist der suffiziente Sitz der Prothese im Patientenmund während der Röntgenuntersuchung.

Danach ist eine 2. DVT/CT-Aufnahme nur von der Prothese erforderlich. Mithilfe der radioopaken Marker gelingt eine Überlagerung der beiden DICOM-Datensätze in der coDiagnostiX-Software. Nach der prothetisch an der Scanprothese orientierten Implantatplanung und der Definition der Hülsen wird das Schablonendesign auf Basis der Scanprotheseninnenseite durchgeführt. Ergebnis ist eine schleimhautgetragene Schablone mit individuell gestalteten Auflageflächen. Um intraoperativ einen sicheren Sitz gewährleiten zu können, ist es sinnvoll, Verankerungsmöglichkeiten (Pins, Schrauben, provisorische Implantate) mit einzuplanen (Abb. 5 bis 8) [12].

  • Abb. 5: Implantatplanung im zahnlosen Oberkiefer. Lila Linie: eingescannte Prothese, weiße Linie: geplante Bohrschablone.
  • Abb. 6: 3D-Rekonstruktion. Schleimhautgetragene Bohrschablone abgestützt am Gaumen und am Tuber maxillae.
  • Abb. 5: Implantatplanung im zahnlosen Oberkiefer. Lila Linie: eingescannte Prothese, weiße Linie: geplante Bohrschablone.
  • Abb. 6: 3D-Rekonstruktion. Schleimhautgetragene Bohrschablone abgestützt am Gaumen und am Tuber maxillae.

  • Abb. 7: OP-Situs: Pilotbohrung über die Bohrschablone.
  • Abb. 8: Inserierte Implantate.
  • Abb. 7: OP-Situs: Pilotbohrung über die Bohrschablone.
  • Abb. 8: Inserierte Implantate.

Eine weitere Möglichkeit, die sich gerade auch in zahnlosen Fällen anbietet, ist die Lagerung direkt auf dem Kieferknochen, was allerdings auch die chirurgische Darstellung des entsprechenden Areals erfordert. Eine Schablonenfixation mittels Haltepins/-schrauben ist dabei sinnvoll (Abb. 9 bis 13) [12].

  • Abb. 9: Planung einer knochengestützten Bohrschablone auf Basis eines DVT-Datensatzes.
  • Abb. 10: 3D-Rekonstruktion.
  • Abb. 9: Planung einer knochengestützten Bohrschablone auf Basis eines DVT-Datensatzes.
  • Abb. 10: 3D-Rekonstruktion.

  • Abb. 11: Enorale Ansicht.
  • Abb. 12: OP-Situs: eingesetzte Bohrschablone zur Führung der Pilotbohrung.
  • Abb. 11: Enorale Ansicht.
  • Abb. 12: OP-Situs: eingesetzte Bohrschablone zur Führung der Pilotbohrung.

  • Abb. 13: Inserierte Implantate.
  • Abb. 13: Inserierte Implantate.

Spezialschablonen

Die coDiagnsotiX-Software erlaubt eine große Freiheit im Design von Schablonen; so hat man in der Zwischenzeit zusätzliche Möglichkeiten wie Knochenreduktionsschablonen oder Wurzelspitzenresektionsschablonen geschaffen [21]. Darüber hinaus kann die klassische Implantatbohrschablone auch zu einer Biopsieschablone zur Anwendung einer Trepanfräse oder einer Schablone zur geführten Insertion von kieferorthopädischen TADSchrauben umfunktioniert werden [22]. Selbst die Trepanation eines Wurzelkanals kann mittlerweile schablonengeführt vorgenommen werden [23].

Schlussbetrachtung

Die Anwendung von Bohrschablonen ist kein Garant für eine sichere und klinisch richtige Implantatpositionierung. Demnach berichten Unsal et al. [24] in ihrem Literaturreview von einer durchschnittlichen angulären und linearen Abweichung von 5° und 2,3 mm. Der ITI Consensus Report 2018 [2] beschreibt eine durchschnittliche anguläre Abweichung von 3,5° und 1,2 mm krestal und 1,5 mm apikal. Entsprechend wichtig ist daher die Einhaltung von Sicherheitsabständen zu sensiblen anatomischen Strukturen von mindestens 2 mm im Rahmen der Planung [2,24]. Die Gründe für die Ungenauigkeiten können in jedem einzelnen Planungs- und Fertigungsschritt liegen. Kommt es zu Abweichungen oder Komplikationen, liegt es am entsprechend ausgebildeten und erfahrenen Behandler, diese zu erkennen und zu managen [7].

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: DDr. Barbara Kirnbauer - Dr. Petra Rugani


Weiterführende Links

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