Digitale Bohrschablonen

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Die Genauigkeit der statischen computernavigierten Implantation

Fabian Knüver, Prof. Dr. Günter Dhom, Dr. Sonia Mansour M.SC.

 

Warum Sie diesen Beitrag lesen sollten?

Moderne Technologien in der Implantologie suggerieren dem Anwender mehr Planungssicherheit, reduzierte Patientenmorbidität und höhere Genauigkeit. Computerunterstützt hergestellte Bohrschablonen übertragen virtuelle Planungen auf die intraoperative Situation. Moderne Bohrschablonen werden heutzutage mit additiven oder subtraktiven CAM-Verfahren hergestellt. Dieser Beitrag stellt heraus, ob die Verwendung einer digital hergestellten Schablone tatsächlich eine genauere Implantatposition erzielt.

Zusammenfassung: In der computerunterstützten Implantation („Guided Surgery“) wird derzeit am häufigsten die statische Navigation angewendet. Bei diesem Konzept übertragen digitale Bohrschablonen die zuvor virtuell geplante Implantatposition auf den Operationssitus. Die präoperative Planung erfolgt mithilfe einer Computersoftware, die ein dreidimensionales Röntgenbild sowie einen Oberflächenscan miteinander verrechnet und darstellt. Die Schablonen werden auf der Basis eines digitalen Oberflächenscans entweder mittels CAD/CAM-Technologie gedruckt oder gefräst.

Es ist damit zu rechnen, dass schablonengeführte navigierte Implantationen sehr geringe Abweichungen aufweisen (< 2 mm), besonders bei dental abgestützten Schablonen im teilbezahnten Gebiss. Die unterschiedlichen Komponenten dieses digitalen Workflows bergen eine Reihe von möglichen Fehlerquellen, die sich in ihrer Summe erheblich auf das Ergebnis und somit auch auf die prothetische Versorgung auswirken können. Der klinisch tätige Implantologe sollte diese Fehler kennen und interpretieren können. Allerdings liegen diese Abweichungen nachweislich weit unter denen von nicht geführten Implantationen.

Schlüsselworte: Guided Surgery, statische Navigation, Bohrschablone, 3D-Planung, Backward Planning

Zitierweise: Knüver F, Dhom G, Mansour S: Digitale Bohrschablonen. Die Genauigkeit der statischen computernavigierten Implantation. Z Zahnärztl Implantol 2018; 34: 292–298.

DOI 10.3238/ZZI.2018.0292–0298

 

EINLEITUNG

Das sog. Backward Planning ist der derzeitige Goldstandard in der Implantologie, dabei steht die prothetische Planung der chirurgischen voran [19, 32, 41]. Das im englischsprachigen Raum als „prosthetically driven implant placement“ oder „restoration-driven implant placement“ bezeichnete Konzept erfordert die dreidimensionale Implantatpositionierung bezüglich der prothetischen Versorgung [2]. Zur Darstellung der knöchernen Strukturen ist ein Computertomogramm (CT) oder eine digitale Volumentomografie (DVT) erforderlich. Die DVT geht mit einer reduzierten Strahlendosis und einem ausgewählten Field of View (FOV) einher [3]. Zusätzlich ist ein Oberflächenscan in Form eines Intraoralscans oder eines Modellscans der intraoralen Situation notwendig, ebenso wie ein Datensatz der prothetischen Planung in Form eines digitalen oder digitalisierten Wax-ups (s. „Digitale Implantatplanung“ ZZI 2/2018).

Eine geeignete Software fügt die unterschiedlichen Datensätze zusammen (Matching) und stellt damit die knöchernen Verhältnisse und das Weichgewebe dar sowie die prothetische Planung und die sensiblen anatomischen Nachbarstrukturen [21]. Mithilfe der Planungssoftware können Implantate virtuell geplant werden. Diese Informationen können auf eine digitale Bohrschablone übertragen werden, die intraoperativ verwendet werden kann. Die statisch navigierte Implantation ist gekennzeichnet durch die Übertragung der präoperativ geplanten Implantatposition auf eine Bohrschablone, die als Führung während der Implantatbettaufbereitung und ggf. der Implantateinbringung dient [18]. Solche Bohrschablonen versprechen einen exakten Transfer der geplanten auf die tatsächliche Implantatposition.

Diese Entwicklungen sind sehr vielsprechend. Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Präzision der Bohrschablonen spielen dabei eine große Rolle. Die Genauigkeit jedes Behandlungsschritts fließt ebenso ein wie die Summation der Fehler [31]. Das fehlerhaft positionierte Implantat kann einen Einfluss auf das Ergebnis haben.

Dieser Übersichtsartikel beleuchtet die Genauigkeit von digital erstellten Bohrschablonen im teil- und unbezahnten Gebiss. Ein Vergleich der geplanten mit der tatsächlichen Implantatposition und das Langzeitüberleben der Implantate sind die maßgeblichen Parameter.


EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE GENAUIGKEIT

In der vorhandenen Literatur kamen für die präoperative Planung diverse Programme zum Einsatz (Camlog guided surgery, Nobelguide, Simplant/Materialise/Facilitate, OnDemand3D, StentCAD, Swissmedia Online). Als Material für die Herstellung der Bohrschablonen kamen mehrheitlich mittels Stereolithografie gedruckte (Abb. 1) wie auch aus PMMA gefräste Schienen (Abb. 2) zum Einsatz [25].

Die sehr heterogenen Studien haben unterschiedliche Einflussfaktoren identifiziert.

Postoperative Positionskontrolle

Für den Vergleich der digital festgelegten und der finalen Implantatposition kamen sowohl CT- als auch DVT-Aufnahmen zum Einsatz. In einer Studie wurde das Resultat anhand einer Situationsabformung verifiziert und mithilfe des Programms „Geomagic“ mit der zuvor geplanten Position gematcht [26]. Das Risiko der Verfälschungen der Messungen ist überall dort gegenwärtig, wo das Behandlungsresultat mittels röntgenologischer Diagnostik verifiziert worden ist. Gründe dafür sind sog. Artefakte, die in Röntgenaufnahmen aus diversen sich summierenden Fehlerquellen entstehen [1]. Dazu gehören beispielsweise Verschattungen durch Metallrestaurationen, überlagerte, weil okkludierende Zahnreihen oder ganz simpel ungewollte Bewegungen des Patienten (Schlucken), die dazu führen, dass die Aufnahmen für einen Vergleich ungeeignet sind [25].

Implantatlänge

Grundsätzlich scheint die Implantatlänge keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Positionierung zu haben [35], auch wenn bereits beschrieben worden ist, dass es größere Abweichungen an der Implantatspitze bei längeren Implantaten gab, die fully guided inseriert worden sind [10]. Auch gibt es für längere Implantate offenbar größere Abweichungen bzgl. der mesiodistalen Angulation [37, 38]. Um dies zu verhindern, wird die Sicherung der Schablone mittels Fixationspins empfohlen, um die Abweichung in bukkooraler Richtung zu minimieren.

Operationsgebiet

Weiter wirkt sich die Händigkeit des Operateurs auf die akkurate Positionierung des Implantats im Seitenzahnbereich aus. Das heißt, dass Rechtshänder im II. und III. Quadranten nicht so präzise implantieren wie im I. und IV. [26, 33]. Im Frontzahnbereich wurden Implantate präziser positioniert als im Seitenzahnbereich [10]. Allerdings gab es auch Studien, die belegen, dass es keinen Unterschied gibt [37, 38].

Mukosa

Rauchen hat indirekt über die Zunahme der Dicke der Gingiva ebenfalls Einfluss auf die finale Implantatposition [4]. Dies berücksichtigend, empfehlen Schnutenhauser et al. ab einer Gingivadicke von 3,5 mm die Bildung eines Mukoperiostlappens vor Implantation, um die Präzision der Implantatpositionierung zu erhöhen [26]. In manchen Fällen ist selbst bei der Flapless-Technik gänzlich auf Konditionierung der Gingiva z. B. mittels Stanze an der Insertionsstelle verzichtet worden [10]. Da der Durchtritt durch die Gingiva bis zum Übergang in die Knochenkompakta quasi nicht geführt stattfindet, scheint es nur logisch, dass sich die Dicke der Gingiva, wenn sie nicht entsprechend konditioniert worden ist, auf die akkurate Umsetzung der Planung auswirken kann. Eine Schwellung der Gingiva kann ebenfalls durch die Lokalanästhesie hervorgerufen werden, was sich gerade bei reiner Schleimhautlagerung der Schablone auf das Ergebnis auswirkt, genauso wie die Extension der Schablone, sprich die sich möglicherweise einlagernde Oberfläche. Die Dimensionsstabilität der Schablonen ist eine weitere mögliche Fehlerquelle [10].

Belastungsprotokoll

Direkt belastete Implantate stellen wegen der fehlenden Osseointegration ebenfalls eine mögliche Problematik dar, da das Einschrauben des Abutments bzw. des Provisoriums zu einem weiteren Eindrehen des Implantats an sich führen kann.

Bohrhülsen

Ebenfalls Berücksichtigung finden sollte die Höhe der Bohrhülsen, die einen Einfluss auf die Passung der Bohrschablone hat [26]. Derzeit gibt es in der Literatur kein Verfahren, um die Passung der Bohrschablonen (Abb. 3) bzw. die Passung der Bohrhülsen zu untersuchen und zu verifizieren (Abb. 4).

 

ERGEBNISSE

Abweichungen an der Implantatschulter

Der mittlere Fehler für die Abweichung an der Schulter, gemessen vom Implantatzentrum im zahnlosen Gebiss, beträgt 1,3 mm (1,09–1,56 mm) [1, 5, 7, 10, 25, 28, 34, 36–41], im teilbezahnten 0,9 mm (0,79–1,00 mm) [12, 26]. Die signifikant geringere Abweichung finden wir also bei Implantationen mit Restbezahnung. Für alle geführten Implantationen zusammengenommen beträgt der mittlere Fehler 1,2 mm [1, 5–7, 10–12, 14, 22, 24–26, 28, 34–41].

Abweichungen an der Implantatspitze

Der mittlere Fehler für die Abweichung an der Implantatspitze, gemessen vom Implantatzentrum, beträgt bei unbezahnten 1,5 mm (1,33–1,69 mm) [1, 5, 7, 10, 25, 28, 34, 36–41] und bei teilbezahnten Patienten 1,2 mm (1,11–1,20 mm) [12, 26]. Auch diese Abweichungen waren bei teilbezahlten Gebissen signifikant geringer. Der mittlere Fehler aller Implantationen lag bei 1,5 mm [1, 5–7, 10–12, 14, 22, 24–26, 28, 34–41].

Implantatangulation

Die Abweichung der Angulation bei teilbezahnten liegt bei 3,3° (2,07–4,63°) [12, 26] und bei zahnlosen Patienten bei 3,4° (2,77–3,97°) [1, 5, 7, 10, 25, 28, 34, 36– 41]. Es besteht kein signifikanter Unterschied. Der mittlere Fehler aller Fälle lag bei 3,5° [1, 5–7, 10–12,14, 22, 24–26, 28, 34–41].

Fehler der vertikalen Position an der Implantatschulter

Der mittlere Fehler an der Schulter entspricht 0,2 mm (–0,25–0,57 mm) [14, 22, 26, 28, 34, 36–40]. Wegen des Überschreitens des Nullpunkts im Konfidenzintervall kann aber keine evidenzbasierte Aussage über das tatsächliche Auftreten dieses Fehlers getroffen werden.

Fehler der vertikalen Position an der Implantatspitze

Der mittlere Fehler der vertikalen Position an der Spitze beträgt 0,5 mm (–0,08 bis 1,13 mm) [22, 25, 28, 34]. Wegen der Null im Konfidenzintervall gilt das Gleiche wie bei der Aussage bezüglich des tatsächlichen Auftretens des Fehlers an der vertikalen Position an der Schulter.

Implantatüberleben

Nur 2 Artikel geben Auskunft über die Überlebensrate. Diese wird in beiden Fällen mit 100 % nach 12 Monaten angegeben [22, 25].

 

DISKUSSION

Die Analyse der aktuellen Studien zeigte deutlich geringere mittlere Abweichungen in allen zu bewertenden Parametern als vorherige Untersuchungen [31].

Ebenso verdeutlicht sie, dass sich die maximalen Auslenkungen der Fehler verringert haben, besonders wenn eine dental abgestützte Bohrschablone verwendet wurde [31]. Auch wenn die bestehenden Studien zeigen, dass schablonengeführte Implantationen die Umsetzung einer digital geplanten Position ziemlich präzise ermöglichen, kann es dennoch zu einer beträchtlichen Akkumulation von Fehlern kommen. In der Summe können diese Fehler das Resultat nicht nur hinsichtlich der Ästhetik und Funktion der zu inserierenden Suprakonstruktion beeinträchtigen, sondern auch in ihrer Konsequenz benachbarte anatomische Strukturen verletzen.

Freihändig gesetzte Implantate können allein deswegen nicht auf ihre Abweichung von einer gewünschten Position überprüft werden, da sie schon wegen der im Vorfeld fehlenden digitalisierten Planung dieser Kontrollmöglichkeit beraubt worden sind. Dazu haben Vercruyssen et al. in einer Studie Implantate nach einer vorherigen computerunterstützten Planung allein durch Visualisierung durch den Operateur freihändig inserieren lassen und diese Positionen mit den Ergebnissen von sowohl semi- als auch fully-guided inserierten Implantaten verglichen. Verglichen mit beiden Arten der geführten Implantation, wiesen die freihändig gesetzten Implantate eine erheblich größere Streuung auf [35, 36].

Eine weitere Beschränkung der untersuchten Veröffentlichungen stellten die unterschiedlichen Zeitintervalle zwischen Implantation und postoperativer Positionskontrolle dar. So wurde in einer Studie die Lokalisierung direkt nach der OP überprüft [24], in einer anderen nach 10 Tagen [35, 36], während wieder in einer anderen Studie erst 12 Monate nach Belastung überprüft worden ist [25]. Es ist durchaus denkbar, dass die finale Implantatposition durch das Eindrehen eines Abutments oder die Sofortversorgung verändert wird, da die Osseointegration nicht abgeschlossen ist [10].

Die Arbeitsschritte im digitalen Workflow der navigierten Implantatchirurgie gliedern sich wie folgt:

 

  • Aquisition des Volumendatensatzes

 

  • Oberflächenscan eines digitalisierten
    Modells oder eines Intraoralscanners

 

  • Oberflächenscan eines Wax-ups oder
    ein digitales Wax-up

 

  • Matching und Planung mit der Computersoftware

 

  • Herstellung der Bohrschablone (gefräst
    bzw. im 3D-Druck)

Um nachvollziehen zu können, weshalb auch bei navigierter Implantatchirurgie Ungenauigkeiten auftreten, muss der Kliniker die potenziellen Fehlerquellen in den oben genannten Arbeitsschritten kennen.

Richten wir unser Augenmerk zuallererst auf die Erstellung des Volumendatensatzes mittels DVT bzw. CT. Gerne werden die durch das DVT im Verhältnis zum CT geringere Strahlenbelastung sowie niedrigere Kosten aufgeführt, um die Nachteile aufzuwiegen, wie z. B. die geringere Weichgewebsauflösung in der Mittelgesichtsregion oder auch die infolge der weniger gefahrenen Schichten entstehenden Bildverzerrungen durch die Segmentierung [28]. Obwohl die linearen Messungen des DVT exakt zu sein scheinen, können verschiedenste Faktoren die Bildqualität oder – besser – die Qualität der Wiedergabe der tatsächlichen Morphologie beeinflussen. Untersuchungen ergaben statistisch keine signifikanten Unterschiede für die Resultate bezüglich der Planung mittels CT versus DVT [1]. Unbeabsichtigte Bewegungen des Patienten während der Aufnahme sowie röntgendichte Restaurationen führen z. B. zu Verzerrungen in der Bildwiedergabe und haben negative Auswirkungen auf dessen Qualität. Ebenfalls lässt sich nachweisen, dass sich diese Einbußen der Bildgebung im Resultat negativ auf die geplante Vertikalposition auswirken [25]. Es ist empfehlenswert, dass Kliniker darin geschult werden, diese Abweichungen bzw. Verzerrungen in der Röntgendarstellung zu erkennen und anhand ihrer Kenntnis der korrekten Anatomie einordnen zu können [29].

Die Verwendung der Röntgenbildgebung zur Bestimmung der Implantatposition postoperativ stellt ebenfalls eine Fehlerquelle an sich dar, sodass die Segmentierung und die weitere Bildverarbeitung äußerst aufmerksam durchgeführt werden müssen, damit eine für den Vergleich verwertbare Bildqualität erhalten bleibt. Hinzu kommt die Annahme, ein DVT sei besser für die Kontrastauflösung und jene im Submillimeterbereich geeignet, was wieder eine bessere Bestimmung der Position des Implantats begünstigen würde.

Oberflächenscanverfahren erlauben die Darstellung der intraoralen Hart- und Weichgewebsmorphologie. Die Zahl der dem Kliniker zur Verfügung stehenden Scansysteme hat rapide zugenommen. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Genauigkeit und ihrer Funktionsweise, z. B. ob eine Applikation von Scanpuder erforderlich ist. Die Qualität der Scanaufnahmen ist stark anwenderabhängig. Die Vergrößerung des Abstands vom Scanner zum Objekt sowie die Ausdehnung des zu scannenden Bereichs führen zu größeren Fehlern [16, 17]. Die Darstellung von beweglichem Weichgewebe mit Intraoralscannern ist leider nur bedingt befriedigend möglich, weshalb sich bei fortschreitender Zahnlosigkeit die Notwendigkeit einer konventionellen Abformung ergibt, die nachträglich digitalisiert werden muss.

Im Anschluss werden die gewonnenen Datensätze aus digitaler Bildgebung sowie Scanverfahren durch eine Planungssoftware gematcht und harmonisiert. Dabei ergibt sich eine weitere potenzielle Fehlerquelle, denn je mehr nicht kongruente Daten miteinander verrechnet werden, desto ungenauer wird der harmonisiert berechnete Datensatz. Solche nicht verrechenbaren Daten werden, wie schon erwähnt, durch Artefakte im Röntgendatensatz begünstigt, z. B. Metallrestaurationen, okkludierende (überlagernde) Zahnreihen und versehentliche Bewegungen des Patienten. Gerade bei den in der Praxis verwendeten Planungsprogrammen treten Schwierigkeiten auf, wenn solche Artefakte entstanden sind und mit den Scandaten verarbeitet werden müssen. Hinzu kommt die Tatsache, dass die nun schon nicht mehr exakten Bilder zusätzlich manuell vom Anwender bearbeitet werden und nicht auf der einprogrammierten idealisierten Darstellung verbleiben [13].

Implantathersteller bieten konfektionierte Bohrhülsen an, die in die dafür vorgesehenen Aufnahmelager der Schablone eingebracht werden müssen. Optional werden Bohrlöffel eingebracht, die konfektionierte Implantatbohrer mit aufsteigendem Durchmesser aufnehmen (Abb. 5). In dem Zusammentreffen dieser Einzelteile, nämlich Bohrhülse und Bohrlöffel sowie Bohrlöffel und Bohrer, können sich wiederum Fehler summieren [5–7]. Dieses Spiel kann verringert werden, indem man den Hülsendurchmesser reduziert [27]. Somit sollten Höhe und Lokalisation der Hülse bereits vor Anfertigung der Schablone genauestens unter Berücksichtigung potenziell auftretender Probleme durchdacht werden.

Eine immer wieder hervorgehobene Fehlerquelle in der exakten Übertragung der Implantatplanung ist die Stabilisierung der Bohrschablone (Abb. 6) während der hülsengeführten Bohrung [1, 4–7, 10, 14, 35]. Schleimhautgelagerte Schablonen weisen Mikrobewegungen auf, sogar dann, wenn sie mit Fixationspins gesichert werden, was ebenfalls zu Abweichungen führt [5–7].

Der Parameter mit der größten Abweichung scheint in der Vertikalposition zu liegen, verglichen mit den Abweichungen in der Horizontalen und der Angulation. Verantwortlich dafür könnten die Beweglichkeit der Hülse sowie die fehlende Kontrolle darüber sein. Unter Zuhilfenahme eines neuartigen Präzisionspins kann die Abweichung erheblich begrenzt werden, sodass präfabrizierte Restaurationen mit einer maximaler Fehlpassung von 40 µm eingesetzt werden konnten [31]. Somit hat auch das finale Design der Bohrschablone einen erheblichen Einfluss auf das Endergebnis.

All diesen Einschränkungen zum Trotz ist eine Verbesserung der Genauigkeit durch den digitalen Workflow sowie im digitalen Workflow selbst zu beobachten.

 

FAZIT

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es zu einer Verbesserung der Genauigkeit in der navigierten Implantatchirurgie führt, wenn mit Schablonen und Bohrhülsen gearbeitet wird.

Höhere Genauigkeit konnte verzeichnet werden, wenn teilbezahnte Patienten mit digital geplanten Schablonen implantiert wurden; die Abweichungen bei unbezahnten Patienten sind etwas größer. Insgesamt aber bleiben alle Abweichungen unter 2 mm.

Viele Faktoren führen zu Abweichungen der resultierenden von der initial geplanten Position des Implantats. Welchen dieser Faktoren die größte Bedeutung beizumessen ist, sollte weiter untersucht werden.

Derzeit ist der Vergleich der prä- und postoperativen Röntgenaufnahmen ein hilfreiches Mittel. Ihre Sensitivität bezüglich der Ermittlung der Genauigkeit der Implantatposition ist allerdings limitiert, und die erhöhte Strahlenbelastung ist zu überdenken.

Interessenkonflikt: Die Autoren geben an, dass im Zusammenhang mit diesem Beitrag kein Interesenkonflikt besteht.

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(Stand: 28.11.2018)

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