Navigierte Implantologie – Möglichkeiten und Grenzen

Die Entdeckung der Osseointegration und die Einführung von Zahnimplantaten in den Praxisalltag haben die orale Rehabilitation revolutioniert. Die ideale dreidimensionale Positionierung eines Implantats spielt dabei eine entscheidende Rolle für die langfristige Stabilität des periimplantären Gewebes und des Erfolges der prothetischen Versorgung. Eine Missachtung der idealen Implantatposition kann zu Schäden an anatomischen Strukturen sowie zu ästhetischen und biomechanischen Komplikationen führen [1-4].

Die Behandlungsplanung sollte dabei lange vor dem Einsetzen des Implantats und am besten vor dem Erstellen des Kostenvoranschlages erfolgen und wird als Konzept der umgekehrten Planung (Backwardplanning) bezeichnet. Die neueste DVT-Technologie bietet die Möglichkeit, die Anatomie des Implantatlagers mit einer reduzierten Strahlendosis zu analysieren. Um eine hohe Detailschärfe (kleine Voxel-Größe) des Röntgenbildes zu erreichen und die Strahlendosis gering zu halten, sollten möglichst kleine Teilbereiche (Field of view) gewählt werden.

Das standardmäßige 3D-Röntgen des ganzen Schädels ist dabei abzulehnen. Aufnahmen eines einzelnen Kiefers oder dessen Teilbereiche sollten bevorzugt werden. Da aufgrund von Ungenauigkeiten und Artefakten die spätere Bohrschablone nicht zuverlässig auf dem DVT-Datensatz direkt designt werden kann, wird ein zusätzlicher Oberflächendatensatz des Patienten benötigt. Dieser kann mittels Intraoralscanner direkt oder über das Laborscannen eines Gipsmodells generiert werden. 

In den letzten Jahren wurden moderne Implantatplanungssoftwares entwickelt, die eine Fusionierung des 3D-Röntgendatensatzes im DICOM-Format mit dem Oberflächendatensatz im STL-Format ermöglichen (Abb. 1). Eine laborgefertigte röntgendichte Scanschablone für die Anfertigung des DVTs, die anschließend in eine Bohrschablone umgearbeitet wird, ist somit heutzutage nicht mehr notwendig. Die meisten auf dem Markt befindlichen Planungssoftwares arbeiten als offene Systeme.

Keßler/Dosch

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Den Anwendenden ist es möglich, verschiedene Implantathersteller sowie deren entsprechende Implantattypen, -durchmesser oder -längen auszuwählen. Durch den zuvor gewählten Sicherheitsabstand um das Implantat wird den Behandelnden angezeigt, ob Mindestabstände zu anatomischen Strukturen, wie z.B. zum N. alveolaris inferior, unterschritten werden. Die prothetische Versorgung wird zumeist als virtueller Platzhalter designt und zum Ausrichten der Implantate benutzt (Abb. 2).

Neuerdings kann sie jedoch auch nach Festlegung der Implantatposition und Auswahl eines entsprechenden Abutments in eine reales Implantatkronendesign oder einen individuellen Gingivaformer überführt werden (Abb. 3). Dieses Vorgehen stellt vor allem bei Sofortimplantaten, wie in dem vorliegenden Fall vorgestellt, einen großen Vorteil dar, um den Gingivaverlauf nach Implantation zu erhalten. Eine entsprechende Sofortversorgung kann im subtraktiven Verfahren gefräst/geschliffen oder im additiven Verfahren gedruckt werden (Abb. 4).

Keßler/Dosch

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Der letzte Schritt nach der virtuellen Implantatplanung besteht in der möglichst exakten Überführung der Implantatposition in den realen OP-Situs. 2 verschiedene Techniken wurden zu diesem Zweck entwickelt: die statische und die dynamische Führung bzw. Navigation [5-7].

Dynamisch navigierte Implantation

Die dynamische Navigation wurde erstmals 1992 im Bereich der Neurochirurgie eingeführt, im Jahre 2000 erfolgte schließlich die Übertragung in die Zahnmedizin [8-10]. Das System nutzt eine optische Bewegungsverfolgungstechnologie, die eine Echtzeitführung des Bohrers während des Eingriffs ermöglicht. Die Echtzeitdarstellung der Position des Instrumentes in Bezug zu einem 3D Röntgendatensatz und der virtuellen Implantatplanung kann mit einem Auto, bei dem die Position mittels GPS auf der digitalen Landkarte angezeigt wird, verglichen werden.

Prof. Dr. Huth

Gewährleistet wird dies durch die Verbindung und Erfassung von speziellen Markern oder Fiducialpunkten im Mund der Patienten/-innen und der Instrumente durch ein optisches Kamerasystem (Abb. 5a und b). Hierdurch erfolgt eine Zuordnung der 3D-Daten (DVT und Oberflächenscan) und der Position der Instrumente an den Patienten/-innen. Die Software berechnet die Position in allen Raumebenen sowie die Achse des Bohrers und vergleicht diese mit der Planung der Implantatposition, sodass eine Simulation der virtuellen Realität auf dem Bildschirm entsteht (Abb. 6).

Prof. Dr. Huth

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Der/die Patient/-in muss mit einem speziellen Referenzmarkersystem gescannt werden, der starr an den Zähnen oder am Kiefer (bei zahnlosen Patienten/-innen) befestigt ist. Danach müssen Schrauben in den Knochen eingebracht werden, um die Registrierung im DVT durchzuführen. Sowohl die Osteotomie als auch die Implantation werden bei der dynamischen Navigation freihändig durchgeführt.

Hierdurch kann die Position des Implantats während des Eingriffs von der operierenden Person verändert werden. Ebenfalls ist durch die dynamische Navigation eine gute Sicht auf das Operationsfeld gewährleistet, auch bei eingeschränkter Mundöffnung, und die Kühlung der Bohrer ist durchgehend gesichert. Ein spezielles Bohrerset ist nicht erforderlich und die Referenzmarker können an jedem Bohrerset befestigt werden [11-13].

Als negativ zu werten ist die hohe Investitionssumme in die Hardware sowie die Lernkurve. Während der Operation muss der Behandelnde den Blick zwischen Bildschirm und dem Operationsgebiet wechseln; eine gute Hand-Augen-Koordination stellt somit eine Grundvoraussetzung für die Operateure/-innen dar und kann gelegentlich zu einer Unterbrechung der chirurgischen Verfahren führen.

Spezifische Schwachstelle des Systems stellt eine fehlende reproduzierbare Position des Referenzierungsclips dar, welche vor allem bei zahn- oder schleimhautgetragenen Markerschienen vorliegen. Durch knochenverankerte/verschraubte Fiducials kann dieses Risiko minimiert werden. Zusätzlich können Fehler durch die optische Verfolgung und Software entstehen und sind mit den generellen Fehlerquellen wie Bewegungs- und Metallartefakte im DVT mit einzuberechnen.

Einige In-vitro-Studien zeigten, dass es eine spezifische Lernkurve für dieses System gibt, und ein persönliches Training an Modellen vor der Durchführung klinischer Fälle ist ratsam. Da während des Eingriffs auf den Computerbildschirm und nicht auf das Operationsfeld geschaut werden muss, ist die Koordination entscheidend [14]. Auch wenn die Ärzte/-innen über klinische Erfahrung verfügen, gibt es ein gewisses Maß an Fehlern, die durch das System verursacht werden.

Die dynamische Navigation ist sowohl für erfahrene als auch für unerfahrene Operateure/-innen in den In-vitro-Studien zuverlässig und effizient. In klinischen Szenarien kann sich die Genauigkeit ändern, vor allem weil durch die Patientenbewegung eine höhere Abweichung resultieren kann.

Die Messung der Genauigkeit bei statischen oder dynamischen Navigationssystemen erfolgt in der Regel durch Überlagerung der präoperativen Planungsdaten und der postoperativen Daten. Die postoperative Implantatposition kann entweder direkt über ein DVT oder indirekt über den Intraoralscan eines auf das Implantat aufgeschraubten Scanbodies gewonnen werden. In verschiedenen Studien werden unterschiedliche Abweichungen verglichen.

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Im Wesentlichen gibt es 4 Arten von Abweichungen: Abweichung in der Vertikalen, dreidimensionale Abweichung an der Implantatspitze sowie Plattform und die Abweichung des Implantatwinkels (Abb. 7). In Vergleichsstudien zur Freihandchirurgie konnten signifikant bessere Werte für die dynamisch navigierte Implantation erreicht werden.

Die Winkelabweichung lag in einer Metaanalyse für klinische Studien bei 3,68° und die dreidimensionale Abweichung am Eintrittspunkt bei 1,03 mm [15]. Die dynamisch geführte Implantation zeigte somit signifikant bessere Werte als die Freihandchirurgie.

Statisch geführte Chirurgie

Die statisch geführte Implantologie mittels Bohrschablonen ist derzeit am weitesten verbreitet. Nach dem Matching des DVTs mit dem Oberflächenscan und der Planung der Implantatposition (Abb. 1 und 2) schließt sich in der CAD-Software das Erstellen der Bohrschablone an (Abb. 8). Die Schablone, die als STL-Format von der Software ausgegeben wird, kann entweder gefräst oder im 3D-Druckverfahren hergestellt werden [16-18].

Keßler/Dosch

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Beim Design der Schiene können entweder nur eine Pilotbohrhülse für die 1. Bohrung ohne Tiefenanschlag oder eine volle Navigation geplant werden. Wird die „full guided“-Option gewählt, sind spezielle Bohrer bzw. Chirurgiesets des Herstellers erforderlich (Abb. 9). Die Systeme können sich zwischen den Herstellern unterscheiden, nicht alle Hersteller bieten einen „full guided“-Weg an.

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Auf der Bohrschablone werden zusätzliche Hülsen, Bohrschlüssel oder Führungshilfen positioniert, die den Durchmesser auf den jeweiligen Bohrer reduzieren (Abb. 10). Es gibt einen physischen Anschlag auf der Schablone, wodurch die Tiefenbohrung mitgeführt wird. Die Vollführung ermöglicht alle Schritte der Osteotomie und Implantateinbringung mittels der Schablone (Abb. 11), anschließend können zuvor hergestellte Sofortversorgung oder ein individueller Gingivaformer eingesetzt werden (Abb. 12).

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Sollte eine Änderung der Implantatpositionierung erforderlich sein, muss eine andere Schablone angefertigt werden, da die Position des Implantates während der Operation ansonsten nur freihändig verändert werden könnte. In den Studien wurde keine spezifische Lernkurve für die statisch geführte Chirurgie definiert. Obwohl sich die Effizienz der operierenden Person bei wiederholten Anwendungen zu verbessern scheint, ist eine typische Lernkurve nicht definiert.

Wie bei dynamischen Systemen können sowohl erfahrene als auch unerfahrene Operateure/-innen im Vergleich zur Freihandchirurgie weniger Positionsabweichungen erzielen [19,20]. Die vollständig geführte Chirurgie zeigte geringere Abweichungswerte im Vergleich zur teilgeführten Chirurgie, die Abweichungen lagen aber für beide Techniken im klinisch akzeptablen Bereich [21,22].

Die alleinige Führung des Pilotbohrers zeigt einen Vorteil bei der Kühlung des Bohrers sowie bei Patienten/-innen mit begrenzter Mundöffnung. Bei geringer Lückenbreite, z.B. bei der Implantation eines lateralen Inzisivus, kann teilweise nur eine Pilotbohrhülse geplant werden, da die „fully guided“-Hülsen zu breit sind. In der Literatur werden verschiedene Arten der statischen Führung je nach Gewebeunterstützung definiert [6,23].

Knochentragende Bohrschablonen

Da eine Bohrschablone nur auf einem Oberflächendatensatz geplant werden kann, muss für knochengestützte Bohrschablonen eine Umrechnung des DICOM- in einen STL-Datensatz erfolgen. Diese Segmentierung geht immer mit einem Informationsverlust und Ungenauigkeit einher. Die knochengestütze Bohrschablone muss in der Operation breitflächig auf dem Knochen platziert werden, wodurch eine invasive Lappenbildung von Nöten ist.

Knochentragende Bohrschablonen werden lediglich bei zahnlosen Patienten/-innen eingesetzt und ermöglichen eine gute Kontrolle der vertikalen Bohrtiefe und des OP-Situs. Postoperativ ist jedoch mit vermehrten Beschwerden und einer verminderten Blutversorgung des Operationsgebietes zu rechnen [6].

Da die Schablonen dazu neigen, sich beim Bohren nach koronal zu bewegen oder durch den Lappen verschoben zu werden, ist es ratsam, die Schablonen mittels spezieller Schrauben an den Knochen zu fixieren. Infolgedessen werden in der Literatur für knochengestützte Bohrschablonen höhere Abweichungen angegeben als für schleimhaut- und zahngestützte [6,24].

Schleimhautgetragene Bohrschablonen

Mukosagestützte Bohrschablonen werden häufig bei zahnlosen Patienten/-innen als atraumatische Alternative zu knochengestützen Bohrschablonen verwendet. Bei ausreichendem Knochen, unter Beachtung der Sicherheitsabstände, und ausreichend befestigter Gingiva ermöglichen sie die lappenlose Implantation, wodurch Bohrschablonen dazu beitragen, die Gesamtzeit der Operation und postoperative Schmerzen zu reduzieren [25-27]. Durch die systemimmanente Ungenauigkeit sollten für die lappenlose Implantation aber gewisse anatomische Dimensionen eingehalten werden.

Flanagan schlug mindestens 5 mm Knochenbreite und 4 mm keratinisiertes Gewebe vor, Malo und Jesch berichteten, dass für die lappenlose Chirurgie mindestens 6 mm Knochenbreite und 6 mm keratinisiertes Gewebe erforderlich sind [28-30]. Bei der lappenlosen Implantation sollte die Schablone perfekt positioniert und nach dem Stanzen mit Schrauben fixiert werden. In der Literatur können hierdurch Genauigkeitswerte im koronalen Bereich von 1,66 mm, apikal von 2,09 mm und 4,09° Winkelabweichung erreicht werden [31].

Die Schleimhautdicke spielt dabei eine entscheidende Rolle für die Genauigkeit, die mit zunehmender Schleimhautdicke abnimmt [6,32]. Bei schleimhautgetragenen Schienen ist die Auswirkung der Gewebeschwellung nach Lokalanästhesie durch den Behandelnden zu beachten [33]. Im zahnlosen Unterkiefer zeigen schleimhautgetragene Schablonen eine geringere Auflagefläche als im Oberkiefer, anderseits ist der Knochen kortikaler und die Bohrfolge ist reproduzierbarer als im spongiösen Oberkiefer. Daher gibt es noch keinen Konsens über die Auswirkungen der Art des Kiefers auf die Genauigkeit [34-36].

Zahngetragene Bohrschablonen

Die Genauigkeit von zahngestützten Bohrschablonen ist höher als die von knochen- und schleimhautgetragenen [6,36,37]. Verfügt ein Patient über mindestens 3 oder 4 parodontal gesunde Zähne, die nicht beweglich sind, sollte eine zahngestützte Bohrschablone gewählt werden [6,23,36,38,39]. Die Abweichung der geplanten zu der umgesetzten Implantatposition mittels zahngestützten Schienen beträgt in einer Metaanalyse 1,12 mm an der Implantatschulter und 1,41 mm an der Implantatspitze, 0,12 mm für die vertikale Abweichung und 3,58° für die Winkelabweichung [40].

Dabei ist sie in Freiendsituationen signifikant höher als in Schaltlücken [17]. Die Bohrschablone sollte rotationssicher sitzen und nicht um ihre Linearachse schwenken, der korrekte Sitz kann durch Sichtfenster in der Schablone kontrolliert werden. Eine Extension beim Schienendesign in den Nachbarsextanten ist zu empfehlen [17].

In der Planungssoftware kann je nach Implantathersteller die Hülsenhöhe zum geplanten Implantat verändert werden. Eine niedrige Hülsenhöhe geht einher mit einer höheren Genauigkeit der Implantatposition, verursacht aber auch eine schlechtere Kühlung der Implantatbohrer [17,39].

Weitere mögliche Fehlerquellen, welche die Abweichung der Implantatposition begünstigen, sind der begrenzte Zugang zum OP-Situs, die schlechte Visualisierung durch Blut und Spülflüssigkeit und die Bewegungen der Patienten/-innen während der Operation [22]. Weitere Systemfehler können durch das DVT, intraorales Scannen, digitale Planung, Herstellung der Schablone durch Fräsen oder 3D-Druck entstehen. Gedruckte Schienen zeigten in Studien vergleichbare Ergebnisse in Schaltlücken [41].

In Freiendsituationen waren die gefrästen Schienen den gedruckten aufgrund ihres höheren E-Moduls (geringeres Durchbiegen der gedruckten Schienen) überlegen [17]. Die Passung zwischen der Hülse und Bohrschablone kann ebenfalls das Ergebnis beeinflussen. Die Hülse sollte mit leichtem Druck in die Bohrschablone eingesetzt werden können.

Ist dies nicht der Fall, muss das Offset in der Planungssoftware verändert werden. Weitere systemimmanente Fehler, wie zum Beispiel die Distanz zwischen Bohrer und Hülse bzw. Bohrlöffel, lassen sich nicht gänzlich eliminieren. Eine zu enge Führung würde zu erhöhtem Metallabrieb und Verpressen der Späne in den Implantatstollen führen.

Zukünftige Entwicklungen

Durch Fortschritte im Bereich künstlicher Intelligenz ist eine Weiterentwicklung und höhere Automatisierung der Planungsprogramme zu erwarten, sodass die Software eine Segmentierung der Röntgenbilder vornimmt und alle anatomischen Strukturen (Nachbarzähne, Sinus maxillaris, Nervus mandibularis sowie knöcherne Begrenzung nach bukko-oral) selbstständig erkennt. Durch den zur Verfügung stehenden dreidimensionalen Raum ist eine automatische Berechnung der Implantatposition möglich. Weitere schon begonnene Entwicklungen können in der Verwendung von speziellen dental MRTs liegen, um die Strahlenbelastung für die Patienten/-innen zu vermeiden (Abb. 13 und 14) [42].

Prof. Dr. Probst

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Der letzte Grad der Automatisierung sind selbstständig agierende Operationsroboter, die eine erhöhte Effizienz und Präzision in besonders komplexen Fällen aufweisen sollen, um die Ermüdung des Chirurgen bzw. der Chirurginnen bzw. auch menschliche Fehler zu vermeiden. 

Fazit

Basierend auf zahlreicher Literatur kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die dynamisch und statisch navigierte Implantation einer reinen Freihandimplantation in Hinblick auf die Positionsgenauigkeit des Implantates überlegen ist. Da für beide Techniken ein 3D-Röntgenbild notwendig ist, müssen sowohl der Kosten-Nutzen-Aufwand als auch die Strahlenexposition individuell abgewogen und gemeinsam mit den Patienten/-innen besprochen werden.

Der Prozess der virtuellen Implantatplanung bedarf einer großen Sorgfalt, um potenzielle Fehlerquellen zu reduzieren und ein vorhersagbares Ergebnis zu erreichen. Bei der statisch navigierten Implantologie können derzeit sowohl gefräste als auch gedruckte Schienen eingesetzt werden. Durch den Kostenvorteil in der Herstellung zeigt sich derzeit ein Trend zu den gedruckten Schienen, der sich in Zukunft eher beschleunigen wird.

Eine digitale Implantatplanung stellt das gewünschte prothetische Endergebnis in den Mittelpunkt und lässt die Teilbereiche der Prothetik und Chirurgie miteinander fusionieren. Nicht zuletzt stellt die virtuelle Planung ein wertvolles Instrument bei der Aufklärung der Patienten/-innen als auch bei der Dokumentation dar. Als wichtigste Vorteile gelten jedoch die höhere Vorhersagbarkeit der Behandlung und die Minimierung der biologischen Risiken. 

Näheres zu den Autoren des Fachbeitrages: Dr. Andreas Keßler

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