Navigierte digitale Implantologie Möglichkeiten und Grenzen innovativer Technologien - Department of Biomedical ...
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Thieringer et al. Navigierte digitale Implantologie
Florian M. Thieringer, Paridokht Zarean, Parichehr Zarean, Sead Abazi, Tim Joda
Navigierte digitale Implantologie
Möglichkeiten und Grenzen innovativer
Technologien
INDIZES
digitale Planung, statische Navigation, Bohrschablone, dynamische Navigation, Echtzeit-Navi-
gation, navigierte Implantologie, computerassistierte Implantologie, digitaler Workflow, drei-
dimensionale Behandlungsplanung, 3-D-Druck, geführte Operation, chirurgische Navigation,
roboterunterstützte Chirurgie
ZUSAMMENFASSUNG
Die ideale Platzierung dentaler Implantate im Kieferknochen unter biologischen, funktionellen
und ästhetischen Gesichtspunkten ist erfolgsentscheidend. Hierbei spielt vor allem die optimale
prothetische Versorgung als Behandlungsziel für die Planung der exakten Implantatinsertion
im Sinne einer prothetisch-chirurgischen Rückwärtsplanung (Backward-Planning), bei adäqua-
ten Knochen- und Weichteilverhältnissen, eine wichtige Rolle. Innovative Diagnose- und
3-D-Simulationsverfahren zur Erhöhung der Sicherheit und Vorhersagegenauigkeit einer Implan-
tation und Unterstützung im digitalen Behandlungsprozess gewinnen auch bei Routinefällen
zunehmend Akzeptanz – angefangen bei „mentalen“ Navigationskonzepten mit computer-
basierter Implantatpositionsplanung, über die inzwischen etablierte statische Navigation mit
extern oder in der Praxis 3-D-gedruckten oder gefrästen Implantat-Bohrschablonen, bis hin zu
dynamischen, präzisen Echtzeit-Navigationssystemen. Letztere Systeme erlauben intraoperativ
eine dreidimensionale Orientierung der Bohrer- und Implantatposition auf Basis von digitalen
Volumentomografie(DVT)- und Computertomografie(CT)-Daten und optischem Tracking. In der
Evaluations- und Erprobungsphase sind gegenwärtig spannende Konzepte zur roboterunterstütz-
ten Implantatinsertion. Sie erlauben einen Blick in die mögliche Zukunft. Vor- und Nachteile der
beschriebenen Workflows und Technologien werden aufgeführt und diskutiert. Möglichkeiten
und Grenzen der unterschiedlichen Behandlungs- bzw. Navigationskonzepte werden erläutert,
um einen umfassenden Einblick und Überblick über die aktuell und zukünftig verfügbaren Wege
in der digitalen dentalen Implantologie zu gewinnen.
Manuskripteingang: 20.07.2021, Annahme: 31.08.2021
Einleitung Komplexität ist umso größer, wenn die Folgen
des Zahnverlustes zu (ausgeprägten) Resorptions
Die Therapie des teilbezahnten oder zahnlosen erscheinungen des Alveolarkamms geführt haben.
Patienten mit implantatgetragenem Zahnersatz Infolgedessen kommt es oftmals zu erheblichen
ist eine interdisziplinäre Herausforderung für das Schwierigkeiten beim Erreichen einer optimalen
klinische Team aus zahnärztlicher Prothetik und dreidimensionalen (3-D-) Implantatposition1. Die
Chirurgie, einschließlich der Zahntechnik. Die computergestützte Implantologie „Computer-
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Aided Implant Surgery“ [CAIS]) wird für die Pla- mit einzelnen CAIS-Systemen beim teilbezahnten
nung und Platzierung der Implantate in der opti- Patienten berichtet wurde7–9, fehlt es an verglei-
malen, vorher festgelegten Position eingesetzt, um chenden Studien, in denen verschiedene CAIS-
einen langfristigen Erfolg in Bezug auf Funktion und Freihand-Positionierungsprotokolle innerhalb
und Ästhetik zu erzielen. eines ähnlichen Set-ups verglichen werden.
Generell betrachtet können CAIS-Systeme Das Ziel dieses vergleichenden technischen
übergeordnet in statische und dynamische Sys- Berichts ist es, verschiedene CAIS-Systeme unter
teme unterteilt werden, basierend auf der ver- Verwendung der (a) mentalen, (b) statischen und
wendeten Technologie und den angewandten (c) dynamischen CAIS vorzustellen. Zuletzt werden
Behandlungsprotokollen2,3. In dem Fall, in dem der Konzepte der (d) roboterassistierten Navigation
digitale Workflow nicht während der chirurgischen bzw. Implantation präsentiert, die jedoch, zumin-
Platzierung, sondern nur während der Planung dest gegenwärtig, noch fern der breiten Anwen-
der Implantatposition verwendet wird, werden dung in der Praxis sind.
die Implantate freihändig gesetzt und der Chirurg
verwendet anatomische Orientierungspunkte oder
Messungen, um die vorgegebene Position zu iden- Computerassistierte Implantat
tifizieren. Ein solches Protokoll wird in der Litera-
chirurgie: CAIS
tur häufig als mentale Navigation, Freihand- oder
digital geplante konventionell gesetzte Implantat- Osseointegrierte Implantate gelten inzwischen als
chirurgie bezeichnet4–6. Statische CAIS-Systeme Standard zur Rekonstruktion von Funktion und
verwenden in der Regel stereolithografisch herge- Ästhetik bei teilbezahnten oder zahnlosen Patien-
stellte (3-D-gedruckte) Bohrschablonen in Kombi- ten8,10. Komplikationen aufgrund von Implantat-
nation mit speziellen chirurgischen Kits für die ope- fehlstellungen, z. B. durch Kortikalisperforationen,
rative Implantatbettaufbereitung und -insertion. Wurzelverletzungen oder Beschädigung anderer
Im Gegensatz hierzu werden bei den dynamischen relevanter anatomischer Strukturen, sind keine
CAIS-Systemen optische Tracking-Technologien Seltenheit11,12. Die langfristige Erfolgsrate, ins-
verwendet, um eine freihändige Platzierung der besondere die periimplantäre Weich- und Hart-
Implantate mit Positionsbestimmung in Echtzeit zu gewebestabilität, wird von der Genauigkeit der
ermöglichen. dreidimensionalen Positionierung der Implantate
In Studien, in denen die Genauigkeit verschie- wesentlich beeinflusst. Dazu zählen die korrekte
dener CAIS-Systeme verglichen wurde, wurde die Implantatposition, der korrekte Implantatwinkel
höchste Präzision bei Patienten mit einzelnen feh- und die korrekte Implantattiefe im Kieferkno-
lenden Zähnen berichtet, gefolgt von teilbezahn- chen13–15 (Abb. 1)16.
ten und zuletzt zahnlosen Patienten7. Es überrascht
nicht, dass die komplett zahnlose Patientenkohorte
Digitale dreidimensionale Bildgebung und
die am wenigsten genaue Implantatpositionierung
virtuelle Behandlungsplanung
aufweist. Die Anatomie kann aufgrund des Fehlens
reproduzierbarer Referenzpunkte, der häufig fort- Durch die in der Zahnmedizin inzwischen etab-
geschrittenen Resorption des Alveolarknochens lierte digitale dreidimensionale radiologische Bild-
und der daraus erwachsenen chirurgischen Kom- gebung ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer
plexität eine Herausforderung für die Freihandplat- verbesserten Diagnostik, sondern auch die der
zierung darstellen. Herausforderungen bestehen Erstellung von bilddatenbasierten 3-D-Behand-
auch für CAIS-Systeme, da das Fehlen von Zähnen lungsplänen17. Columbia Scientific (Maryland,
die Stabilisierung der Bohrschablone erschwert und USA) führte bereits im Jahr 1988 die softwareba-
die Präzision digitaler Diagnostiken, wie des intra- sierte Diagnostik und Behandlungssimulation
oralen Scannens, verringern kann. Obwohl in Stu- auf Basis von Computertomografie(CT)-Daten
dien über die Genauigkeit der Implantatposition ein. Kurz darauf ermöglichte die Softwarelösung
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geplant postoperativ
Vollständige
1 robotergeführte
Implantation
1. Abweichung Schulter Roboterassistierte Implantation
2. Abweichung Apex
Dynamische Navigation
3. Abweichung Achse
Statische „vollgeführte“ Navigation
2
Statische „halbgeführte“ Navigation
3 Freihand-Implantation mit Orientierungsschiene
Freihand-Implantation/mentale CAIS
Abb. 1 Bewertung der ursprünglichen/präoperativ geplan- Abb. 2 Navigationskonzepte in der Implantologie von der Freihand- bzw. „menta-
ten und tatsächlichen Position eines dentalen Implantats len“ Navigation bis zur autonomen Vollrobotik nach Genauigkeit und Verbreitungs-
(Bewertungskriterien der Abweichung von 1 Implantatschul- grad (Basis = häufige Anwendung) ohne absolute Wertung. Gerade beim direkten
ter/„entry point“, 2 Implantatapex und 3 Implantatachse). Vergleich der statischen und dynamischen Navigation sind noch Studien unter stan-
(Quelle: modifiziert nach: Wu et al.16). dardisierten Bedingungen erforderlich. CAIS: Computerassistierte Implantatchirurgie.
(Quelle: PD Dr. mult. Florian M. Thieringer).
„image-Master-101“ die Darstellung von Zahnim- Genauigkeit und Sicherheit des geführten bzw.
plantaten zusammen mit radiologischen Bilddaten. navigierten chirurgischen Eingriffs im Vergleich
Wenig später, 1993, wurde mit SimPlant (zunächst zu Freihandtechniken zu erhöhen22–25. Alle ver-
Fa. Columbia Scientific, dann Fa. Materialise, Leu- schiedenen Navigationskonzepte basieren auf dem
ven, Belgien) die Auswahl und Überblendung vir- Ansatz, die präoperativen digitalen räumlichen
tueller Implantate mit exakten Abmessungen auf Planungsdaten auf das Operationsgebiet exakt zu
CT-Bildern möglich18. Das Aufkommen der denta- übertragen26.
len, digitalen Volumentomografie (DVT) in Kom-
bination mit dreidimensionalen Diagnostik- und
Statische und dynamische Navigation
Planungstools hat zu einem großen Fortschritt in
der virtuellen Behandlungsplanung geführt und Die statische und die dynamische Navigation sind
die Übertragung der geplanten Implantatposi- die Hauptkonzepte der fast ausschließlich com-
tion vom Computerbildschirm auf den Patienten puterbasierten Unterstützungssysteme in der
ermöglicht19. Heutzutage existieren zahlreiche Implantologie (Abb. 2). Bei beiden Konzepten ist
Softwareprogramme, die die virtuelle Insertion von es das Ziel, durch virtuelle Planung und Übertra-
maßstabgetreu dargestellten Implantaten in DVT- gung der Informationen im Operationssaal eine
oder CT-Datensätzen von Patienten erlauben20. Abweichung vom endgültigen Behandlungsergeb-
Methoden, die auf der computergestützten nis zu minimieren und eine höhere Genauigkeit zu
Chirurgie basieren, wurden auch zu wichtigen erreichen20,27. Vor allem bei komplexen Fällen, in
unterstützenden Werkzeugen des digitalen den- denen präzise chirurgische Verfahren zum Schutz
talen Workflows für die präoperative Implantat- von anatomischen Strukturen erforderlich sind,
behandlungsplanung, die Implantatsimulation, ist die CAIS indiziert20. Wichtig bei der Indikati-
Implantation und Prothetik sowie die Beurteilung onsstellung sind die Bewertung nach den Grund-
der postoperativen Ergebnisse20,21. Seitdem wur- prinzipien des Strahlenschutzes (ALARA: „As Low
den verschiedene Technologien und Ansätze wie As Reasonably Achievable“) und die Berücksichti-
computer- und robotergestützte Operationen gung der höheren Behandlungskosten durch den
einschließlich „Augmented Reality“-Systemen Planungsmehraufwand im Vergleich zur Freihand-
auf den Markt gebracht, um Leistungsumfang, Implantation.
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Tab. 1 Klassifizierung statischer Navigationskonzepte.
Schablonenunterstützung Sichtbarkeit Bohr- und Implantationsführung
a) Schleimhautgetragene Schablone a) Geschlossene Schablonen a) Vollgeführt („fully guided“, FG)
b) Knochengetragene Schablone b) Offene Schablonen b) Teilgeführt/halbgeführt („half-
guided“, HG): bohrergeführt, pilot-
c) Zahngetragene Schablone
bohrergeführt, nicht computergeführte
Schablone/Positionierungsschiene
Mentale und Statische Navigation ser für einen Patienten, während bei anderen
Systemen nur eine Schablone − mit abnehmba-
Statische Bohrschablonen dienen zur starren Füh- ren Hülsen oder Hülsen auf Bohrern − verwendet
rung der Implantatbohrer während des Bohrvor- wird29.
gangs. Eine über die Führung hinausgehende
dynamische Visualisierung der Bohrerposition im
Einflussfaktoren auf die Genauigkeit
Knochen sowie der Planungsdaten oder anato-
mischen Strukturen ist nicht oder nur beschränkt Die Genauigkeit dieser Bohrschablonen wird durch
möglich. Die Schablonen werden auf der Basis verschiedene Faktoren während des Herstellungs-
von DVT- oder CT-Daten mit überlagerten extra- prozesses beeinflusst: radiologische Bildgebung
oralen Modelloberflächenscans (analog–digital) (z. B. Bild- oder Bewegungsartefakte), Datenseg-
bzw. alternativ Intraoralscans (IOS) mit entspre- mentierung, verwendete Oberflächenscans (von
chender Implantatplanungssoftware modelliert. Modellen oder IOS), Datenregistrierung (auto-
Die Herstellung der Schablonen erfolgt im CAD/ matisch oder manuell), softwarebasierte Planung
CAM-Verfahren durch (additive) 3-D-Druck- und softwarebasiertes Design, Fräs- bzw. Druck-
oder (subtraktive) Fräsverfahren in Dentallaboren verfahren, verwendete Materialien, Nachbearbei-
oder − zunehmend häufiger − auch in Praxislabo- tung (Postprocessing), Sterilisation, unterschied-
ren. Inzwischen existieren zahlreiche Varianten von liche Bohrhülsen, intraorale Positionierung und
Bohrschablonen mit verschiedenen Konzepten der Stabilisierung der Schablonen. Der Hauptgrund
Bohrer- und Implantatführung. für Abweichungen findet sich jedoch meistens bei
Anwendungsfehlern (z. B. Fehlpositionierung der
Bohrschablone beim Eingriff) und nicht unbedingt
Instrumentenkits für statische Navigation
im Herstellungsprozess3,30–40. Einige wissenschaft-
Mit dem Ziel, die korrekte Position und Tiefe des liche Studien untersuchten auch zusätzliche Fakto-
Implantatbetts zu übertragen und intraoperativ ren, die zur Implantatabweichung beitragen kön-
zu kontrollieren, wurden für einige Implantat- nen, wie den Effekt von rechts- oder linkshändigen
systeme spezielle Sets/Kits und besondere (in der Chirurgen beim Einsetzen eines Implantats sowie
Regel längere) Bohrer mit physischen Stoppern die Abnutzung von Hülsen und Bohrern nach lan-
und/oder Indikationslinien bzw. Tiefenmarkie- ger Verwendung6,41.
rungen entwickelt. Es gibt noch weitere Unter-
schiede zwischen den Systemen. Einige statische
Klassifizierung statischer
Schablonen können sowohl für die Bohrung als
Navigationskonzepte
auch für die Implantatinsertion verwendet wer-
den, während diese bei manchen Systemen vor Statische Navigationskonzepte können nach der
der Implantatinsertion entfernt werden soll- Art der Führung, der chirurgischen Sicht, der Boh-
ten6,26,28. In einigen Fällen gibt es unterschiedli- rung und der Möglichkeit der Implantatinsertion
che Schablonen mit variablem Hülsendurchmes- klassifiziert werden, wie in Tabelle 1 aufgeführt26.
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Schleimhautgetragene Bohrschablonen Zahngetragene Schablonen
Schleimhautgetragene Bohrschablonen (vollstän- Diese Art von Schablonen werden bei teilbezahn-
dig geführt bzw. „fully guided“) können für die ten Patienten eingesetzt: Verbliebene Zähne/
statische Navigation bei lappenlosen („flapless“) Kronen dienen als zuverlässige Auflage zur Stabi-
Operationen bei unbezahnten Patienten die erste lisierung der Bohrschablonen. Alternativ können
Wahl sein. Ihre Stabilität kann durch die Ver- bei spärlicher Bezahnung und geplanten Extrak-
wendung von transmukosalen Fixierungsstiften tionen auch vorübergehende Implantate und Ver-
verbessert werden. Bei teilbezahnten Patienten ankerungsstifte als Schablonenanker eingesetzt
kann die Stabilisierung von schleimhautgetrage- und die Implantation mehrstufig statisch navigiert
nen Schablonen verbessert werden, wenn diese durchgeführt werden26. Zahngetragene Schablo-
mit zahn- oder kronengetragenen Abschnitten nen bieten eine höhere Stabilität und Genauigkeit
kombiniert werden6,26. Höhere Patientenzufrie- bei der Implantation als schleimhaut- oder kno-
denheit aufgrund geringerer Stuhlzeit, weniger chengestützte Schablonen. Bei der Planung dieser
Schmerzen und Schwellungen sowie geringere Schablonen ist es wichtig, das operative Vorgehen
Morbidität nach lappenlosen Eingriffen sind und Lappendesign mit zu berücksichtigen, da die
einige der Vorteile der Verwendung von schleim- Weichgewebe ggf. mit der Bohrschablone interfe-
hautgetragenen (vollständig geführten) Bohr- rieren können und damit den Eingriff erschweren.
schablonen im Vergleich zu Implantationen mit
klassischer Lappenbildung und Freilegung der
„Sichtbarkeit“ bei Schablonen – offen oder
ossären Implantatumgebung. In Fällen, in denen
geschlossen
eine Knochen- oder Gewebeaugmentation erfor-
derlich ist, haben mukosagestützte Bohrscha Differenzieren in Bezug auf die „Sichtbarkeit“ durch
blonen keine Indikation, es sei denn, es wird ein Guide-Systeme lassen sich zwei Arten von Schablo-
Tunnelzugang zur Gewebeaugmentation ver- nen: offene und geschlossene Systeme. Geschlos-
wendet12,42–44. sene Schablonen werden häufig bei vollständig
geführten („fully guided“) Operationen verwendet.
Bohrer und Implantate gleiten vollständig durch
Knochengestützte Schablonen
die präzise anliegende Schablone (bzw. Bohrhülse)
Knochengestützte Schablonen sind bei anatomisch und sollen so eine mögliche Fehlpositionierung der
komplexen Situationen und der Indikation für eine Implantate verhindern. Andererseits kann bei der
Knochenaugmentation indiziert. Obwohl dieser Bohrung Kühlflüssigkeit vom Knochen abgeschirmt
Zugang häufig eine direkte Sicht auf den Knochen werden. Damit besteht die Gefahr der Erhöhung
und anatomische Orientierungspunkte ermöglicht, der Knochentemperatur und Beeinträchtigung des
ist die Patientenzufriedenheit, im Vergleich zu Heilungsprozesses. Offene Schablonensysteme
Implantationen mit in der Regel weniger invasiven mit freiem Zugang/Fenster (meist von der bukka-
Zugängen bei schleimhaut- oder zahngestützten len Seite) bieten die Möglichkeit der ausreichenden
Schablonen, aufgrund der höheren Morbidität, der Kühlung bei direkter visueller Kontrolle während des
Schwellungen und Schmerzen, des Analgetikaver- Bohrens. Zudem besteht die Möglichkeit zur Positi-
brauchs und der längeren Behandlungszeit gerin- onskorrektur des Implantats noch während der Auf-
ger42–44. Bei der Planung von Zugangswegen und bereitung des Bohrstollens. Ein Nachteil kann jedoch
Schablonendesign sollte berücksichtigt werden, die Zunahme von Positionierungsfehlern sein46.
dass ein freipräparierter Mukoperiostlappen die
Genauigkeit der Führungsstabilität einer Implan-
„Fully guided“ – vollständig geführt
tatschablone verringern kann45.
Je nach Art der Bohrung und der Implantatplatzie-
rung werden statische Führungen in drei Kategorien
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eingeteilt, einschließlich der vollständig geführten Vergleich zu allen anderen Navigationskonzep-
(„fully guided“, FG) und halb geführten (HG). Beim ten in der Implantatchirurgie auf. Auf der anderen
FG-Konzept wird die gesamte Aufbereitung des Seite fallen bei diesem häufig eingesetzten Verfah-
Implantatstollens geführt. Einige Studien konnten ren keine zusätzlichen Kosten an. Der Erfolg bei der
zeigen, dass der FG-Ansatz die höchste Genauigkeit Implantatinsertion ist von der chirurgischen Erfah-
bei der Übertragung der präoperativen Planung in rung abhängig, erfordert jedoch keine Kenntnisse
den Operationsbereich aufweist. Allerdings bietet im Bereich der digitalen Operationsplanung und
das FG-Konzept kaum Möglichkeiten, den Behand- der CAD/CAM-Verfahren.
lungsplan während des Eingriffs noch zu ändern.
Daher wird empfohlen, vor Anwendung zunächst
Erfahrung im Bereich der 3-D-Planung zu sam- Dynamische Navigation mit
meln47. Ein weiterer Nachteil sind die relativ hohen
Echtzeit-Navigationssystemen
Herstellungskosten der FG-Schablonen, vor allem
im Vergleich zur Freihandtechnik48. Die intraoperative Navigation erlaubt, vergleichbar
mit den inzwischen in nahezu jedem Auto inte-
grierten Straßen-Navigationsgeräten, die Echt-
„Half-guided“ – halbgeführt
zeitdarstellung der exakten Position eines Instru-
Die halbgeführte oder teilgeführte Implantat- mentes oder Pointers (Auto) in Bezug zu einem
chirurgie beinhaltet verschiedene Planungs- und radiologischen Datensatz und/oder anatomischen
Schablonenkonzepte („Halbschablonen“) und 3-D-Planungsdaten (Landkarte). In Disziplinen,
deckt nicht immer alle chirurgischen Schritte bei wie der Neurochirurgie, HNO oder Mund-, Kie-
der Knochenbohrung ab26. Bei der pilotbohrer- fer- und Gesichtschirurgie, werden chirurgische
geführten („First-drill“-) Bohrung, wird die Halb- Navigationssysteme inzwischen standardmäßig
schablone bei der ersten Bohrung zur Orientierung und mit wachsender Frequenz eingesetzt. Die
eingesetzt und für die nächsten Bohrungen wie- in
traoperative Navigation erhöht die Sicherheit
der entfernt. Die Möglichkeit von Änderungen in bei operativen Eingriffen und erlaubt nicht nur die
der Knochenbohrung nach der ersten Bohrung ist exakte Umsetzung der präoperativ auf Basis von
einer der Vorteile dieser Technik. Andererseits ist radiologischen Bilddaten durchgeführten virtuel-
die Erfahrung des Chirurgen erforderlich, da hier len Planung, sondern auch die dynamische intra-
die endgültige Positionierung des Implantats frei- operative Orientierung. Bei Bedarf kann, je nach
händig (FH) erfolgt47,49. intraoperativem Verlauf, der Plan auch noch wäh-
rend der Operation geändert werden. Dies ist mit
statischen Schablonen nahezu unmöglich und ein
Nicht computergeführt
entscheidender Vorteil der dynamischen Naviga-
Die nicht computergeführte Methode ist eine wei- tion gegenüber statischen Konzepten.
tere Art der teilgeführten Implantatchirurgie mit Implantologische Navigationssysteme als Ver-
Positionierungsschienen, die im Vergleich zu com- treter der dynamischen computergestützten Chi
putergeführten Techniken wie Bohren und Pilot- rurgie (d-CAIS) ermöglichen wie ihre „großen
bohren sowie FG eine geringere Genauigkeit und Geschwister“ aus den neurochirurgischen Ope-
Stabilität aufweist47,50,51. rationssälen die Echtzeitdarstellung von Instru-
menten, Bohrer und von Implantaten während
der Implantatbettaufbereitung und der Insertion
Mentalgeführte Implantation
eines Implantats über die gesamte Dauer eines
Die mentalgeführte („brain-guided“) oder chirurgischen Eingriffs. Präoperativ rekonstruierte
Freihand(FH)-Technik ohne Verwendung von 3-D-Bilder werden räumlich und geometrisch kor-
Schablonen oder Geräten weist die geringste rekt auf dem aktuellen DVT-Datensatz des Patien-
Genauigkeit (bei größter chirurgischer Sicht) im ten eingeblendet20.
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a b
c d
Abb. 3a bis e Komponenten eines dynamischen Naviga
tionssystems (Denacam, Fa. mininavident): a) am Handstück
angebrachtes stereoskopisches Navigationssystem, b) Touch-
screen (links im Bild) für Echtzeit-3-D-Visualisierung und
multiplanare Darstellung der Bohrerposition/Rechnerbasis,
c) Bildschirminhalt, Echtzeitdarstellung der Bohrerposition
in 3-D-Darstellung, zusätzlich Fadenkreuz als „Zielvorrich-
tung“ sowie dynamische Angabe der Angulation/Positions
abweichung und Tiefenbohrung, d) klassische statische
3-D-gedruckte Bohrschablone (für die dynamische Naviga
tion nicht nötig), zahngetragener Marker-Tray und Regis
trierwerkzeug für die dynamische Navigation, e) Registrie-
rung des Pilotbohrers. e
Voraussetzung für die dynamische Navigation Mehrere Studien haben gezeigt, dass geführte
ist die Verbindung von optischen Markern oder Operationen besonders in kritischen Situationen
Fiducialpunkten mit den Patienten und Instrumen- von Vorteil sein können, wenn wichtige anatomi-
ten (Abb. 3, Abb. 4a und b) sowie ein Kamerasys- sche Strukturen (z. B. Sinus, Nerv) gefährdet sind
tem, das diese „Fiducials“ optisch erfasst (Abb. 3a und eine Tiefenkontrolle erforderlich ist7,18,53. Da
und e). Unter den verschiedenen Fiducialmarkern, Tiefenabweichungen nicht selten sind, wird ein
einschließlich knochenfester, zahn- oder schleim- Sicherheitsabstand von mindestens zwei Millime-
hautgetragener Markerschienen (Tray mit Marker tern (mm) empfohlen, besonders in der Nähe von
siehe Abb. 3d und 4), haben knochenverankerte/ wichtigen anatomischen Strukturen20.
verschraubte Fiducials eine höhere Genauigkeit, Darüber hinaus könnten geführte dynamische
während zahn- oder schleimhautgetragene Schie- Operationen ein nützlicher Ansatz bei minimalin-
nen deformieren und Abweichungen erzeugen vasiven lappenlosen („flapless“) Implantatopera-
können52. tionen sein, bei begrenztem interdentalen Raum,
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a b
Abb. 4a bis c Regelmäßige Kontrolle der Systemgenauigkeit während eines Eingriffs
(Bohrerspitze an Zahn): a) Anatomische Landmarks werden mit der Bohrerspitze mar-
kiert. b) Die korrespondierende Darstellung auf dem Bildschirm des Navigationsgerä-
tes zeigt exakte Übereinstimmung. c) Bei Bohrerwechsel wird das System in wenigen
Sekunden mit dem Registrierwerkzeug neu kalibriert, um die exakten Bohrerdaten
c anzeigen zu können2.
wo die Verwendung einer statischen Führung hohen Kosten der Navigationssysteme, der Feh-
nicht möglich ist, sowie in Situationen, in denen ler des Systems, der die räumliche Beziehung zwi-
die Angulation und die Nähe des Implantats zu schen Patient und Referenzpunkt beeinträchtigen
den benachbarten Zähnen eine höhere Genauig- könnte, und in der Folge ein möglicher Fehler bei
keit erfordern, weil das herausragende Merkmal der Einführungsstelle einige der Nachteile dieser
der dynamischen Navigation im Vergleich zur Art der Navigationsoperation51,55,56.
halbgeführten statischen und Freihandmethode Darüber hinaus werden chirurgische Naviga-
die höhere Genauigkeit der Angulation unter den tionssysteme über einen Bildschirm bereitgestellt,
eingesetzten Implantaten ist28,54. der sich nicht in unmittelbarer Nähe des Opera-
Im Vergleich zur statischen Schablone zeigte tionsgebiets befindet (Abb. 5), und es ist erfor-
sich hierbei auch eine signifikant höhere Genau- derlich, die Aufmerksamkeit während der dyna-
igkeit in Bezug auf Eintrittspunkt und Apex des mischen Navigation zwischen dem Bildschirm
Implantats2. Die dynamische Navigation wird auch und dem Operationsgebiet zu wechseln, um die
in einigen Fällen empfohlen, in denen aufgrund visuellen Navigationsinformationen an das Ope-
der eingeschränkten Mundöffnung oder aus ähn- rationsgebiet anzupassen. Die Aufrechterhaltung
lichen Gründen die direkte Visualisierung nicht einer guten Hand-Augen-Koordination kann zu
möglich ist. Ein weiterer Vorteil der dynamischen einer Unterbrechung der chirurgischen Verfahren
Navigationssoftware ist die Möglichkeit, parallele führen57, und die Bewegungen der chirurgischen
Implantate zu inserieren und den Behandlungs- Instrumente können gedreht, vergrößert oder
plan während des Eingriffs zu modifizieren28,51,54. gespiegelt werden, während sie auf dem Bildschirm
Auf der anderen Seite sind die Lernkurve, die angezeigt werden. Dies sind einige der Nachteile
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des dynamischen Navigationssystems57. Obwohl
die ersten Ergebnisse von Studien zur Genau-
igkeit der dynamischen Navigation bei Zahn
implantat-Operationen sehr erfolgsversprechend
sind, besteht Bedarf an weiteren standardisierten
Untersuchungen, um diese in der Implantologie
noch relativ neue Technologie im Vergleich zu Frei-
hand- und statisch geführten Operationen zu eva-
luieren26,27. In-vitro-Studien können im Vergleich
zu klinischen Studien eine höhere Genauigkeit bei
der Navigation erzielen. „Laborbedingungen“ bei
Modelloperationen erlauben meist einen besseren
Zugang und eine breitere Visualisierung und wei-
sen keine Einschränkungen durch Blut, Speichel
oder Patientenbewegung auf2.
In einer von Engkawong et al. veröffentlich-
ten Arbeit mit randomisiertem, prospektivem
Studiendesign wurden freihandgeführte, dyna-
misch (d-CAIS) und statisch (s-CAIS) navigierte
Abb. 5 Dynamisches Navigationssystem während der Implan-
Implantatfälle an einem Kollektiv von 90 Pro-
tation. Der Chirurg sieht in Echtzeit Positionsabweichungen,
banden untersucht. In Bezug auf postopera- Winkelabweichungen und Bohrtiefe, auch in Relation zu den
tive Schmerzen, Schwellungsgrad, Einnahme radiologischen Bilddaten/Planungsdaten. In der Nähe von kriti-
schen anatomischen Strukturen wird gewarnt. (1: Touch-Display
von Schmerzmitteln und Patientenzufriedenheit des Navigationssystems, 2: 3-D-Planungsdaten/Planungslaptop,
konnten keine signifikanten Unterschiede nach- 3: chirurgisches Bohrsystem, 4: stereoskopische Kameraeinheit
am Implantatwinkelstück, 5: Target/Fiducial, zahngetragen).
gewiesen werden55.
mischen Verhältnissen bei eingeschränkter Mund-
Klinischer Fall einer dynamischen
öffnung für eine dynamische navigierte Operation
Navigation (d-CAIS)
entschieden. Es ist besonders darauf hinzuweisen,
Der klinische Fall zeigt ein Step-by-step-Protokoll dass ein 2-mm-Sicherheitsabstand zu anatomisch
der Planung und dynamischen Navigation im kom- relevanten Strukturen eingehalten werden muss.
plett digitalen Workflow. Ferner muss die Patientin aufgeklärt werden, dass
Eine 60-jährige weibliche Patientin stellte sich die Gefahr einer Perforation im Bereich des Nasen-
für die Implantation bei Freiendsituation in der bodens und/oder des Sinus maxillaris besteht.
„Federation Dentaire Internationale“(FDI)-Posi- Das dynamische CAIS-Behandlungsprotokoll
tion 26 an der Klinik vor. Eine 25 Jahre alte Brücke, beinhaltete drei Schritte (Abb. 6).
getragen auf den Pfeilerzähnen 22, 23 und 25,
mit einem Flieger 26 musste entfernt werden. Die
Schritt 1: Digitale Datenerfassung
neue Planung beinhaltete eine Einzelzahnversor-
gung mit einem Implantat in Regio 26 und eine Neben der klinischen Befunderhebung und Dia-
neue Brücke, getragen auf den Zahnpfeilern 22, 23 gnostik wurden für die Digitalisierung der individu-
und 25. Während der Planung zeigte sich ein aus- ellen Patientensituation ein DVT angefertigt sowie
geprägter Knochenverlust durch fehlende funk- ein Intraoralscan (IOS, Fa. Trios3, 3Shape, Kopen-
tionelle Belastung im Bereich der Freiendlücke in hagen, Dänemark) durchgeführt. Bei dem IOS
Regio 26. Eine Sinusbodenelevation wurde durch wurde der für das Navigationssystem (Denacam,
die Patientin abgelehnt, sodass wir uns bei ausge- Fa. mininavident, Liestal, Schweiz) spezifische
prägter Kieferkammatrophie und beengten anato- Tray mit Marker (Denatray/Denamark, Fa. mini-
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a b
c d
Abb. 6a bis d Prothetisch orientierte Rückwärtsplanung bei geplantem Einzelzahnersatz an 26: a) eingeblendeter Scan
des Marker-Trays, b) Darstellung der geplanten Implantatposition im Verhältnis zum Nachbarzahn 25 und Sinus maxillaris,
c) Marker-Tray mit optischem Target, d) Situation im Patientenmund bei der navigierten Aufbereitung des Implantatbetts.
navident) im Patientenmund für die spätere räum- Die abgeschlossene Planung wurde schließlich
liche Überlagerung von DVT und Oberflächenscan über einen USB-Datenträger ins dynamische Navi-
(Registrierung) erfasst. Konventionelle zahntech- gationssystem importiert.
nische Modelle oder eine Röntgenschablone wer-
den in diesem Workflow nicht benötigt.
Schritt 3: Dynamisch navigierte
Implantatinsertion
Schritt 2: Virtuelle Implantatplanung
Vor der Implantatinsertion wurde der Flieger 26 der
Die Planung erfolgte basierend auf dem DVT- alten Brücke abgetrennt und entfernt. Der Mar-
Datensatz und einem enoraler Scan des Oberkiefers ker des dynamischen Navigationssystems wurde
und des Markers des dynamischen Navigationssys- am Oberkiefer zahngetragen befestigt aufgesetzt
tems. Die „Digital Imaging and Communications (Abb. 6d). Nach erfolgter Registrierung des Win-
in Medicine“(DICOM)-Dateien vom DVT und die kelstücks und des Bohrers mit einem Registrier-
„Standard Tessellation Language“(STL)- Datei des werkzeug (Denareg, Fa. mininavident) (s. Abb. 4c),
enoralen Scans wurden in die virtuelle Implantat- erfolgte die Überprüfung der Genauigkeit an den
planungssoftware eingelesen (coDiagnostiX, Fa. Inzisiven der Patientin (s. Abb. 4a und b). Unter
Dental Wings, Montreal, Kanada). Beide Daten- Lokalanästhesie erfolgten die minimalinvasive Prä-
sätze wurden mittels Triangulations-Algorithmus paration eines Mukoperiostlappens und die dyna-
übereinander gelagert. Die optimale 3-D-Implan- misch navigierte Aufbereitung des Implantatbetts
tatpositionierung wurde entsprechend des Set-ups unter kontinuierlichem Monitoring von Bohrer
des enoralen Scans geplant. position, -angulation und -tiefe.
278 Implantologie 2021;29(3):269–284Thieringer et al. Navigierte digitale Implantologie
a b
Abb. 7a und b a) Die koronare Darstellung der postoperativen Bildgebung zeigt die korrekte Position des Implantats Regio 26 bei geringer Rest
knochenhöhe des Alveolarfortsatzes. b) Entsprechende präoperative Planungsdaten mit 8-mm-Implantat (blau); intraoperativ wurde der Wechsel auf
ein 10-mm-Implantat (Straumann TL RN 4.1 x 10 mm) beschlossen.
Die Platzierung des Implantats erfolgte aus chirurgenkontrollierten Implantologiehandstück,
freier Hand (Straumann SP RN 4,1 x 8 mm, Fa. das während des Eingriffs mit haptischem Feed-
Straumann, Basel, Schweiz). Da initial nur eine back unterstützt57. Es handelt sich nicht um einen
ungenügende Primärstabilität bei limitiertem Kno- autonom agierenden, d. h. selbstständig operie-
chenangebot erzielt werden konnte, wurde ein renden Roboter, sondern um ein Unterstützungs-
2 mm längeres Implantat inseriert (Straumann SP system, das die Chirurgenhand mit dem Hand-
RN 4,1 x 10 mm). Auf diese Weise konnte eine stück und den Implantatbohrer in die vorab mit
gute Implantat-Primärstabilität erreicht werden. der Implantatplanungssoftware definierte Position
Die postoperative klinische Situation und Bild- führt. Yomi steuert während der Implantation die
gebung zeigen die korrekte prothetische 3-D-Posi- Tiefe, Angulation und Position für die Implantat-
tion des Implantats entsprechend der präoperati- bohrung. Ein Vorteil dieses Robotersystems ist,
ven Planung (Abb. 7). wie bei der dynamischen Navigation, die Mög-
lichkeit, chirurgische Pläne während eines Eingriffs
zu ändern. Darüber hinaus ist durch die schab-
Robotergestützte Navigation, lonenfreie Behandlung ein effizientes minimalin-
vasives Vorgehen mithilfe der haptischen Tech-
Implantation und Osteotomien
nologie möglich10. Das Fehlen einer statischen
Die Zahl der medizinischen Anwendungen im Bohrschablone im Operationsgebiet ermöglicht
Bereich der robotergestützten Chirurgie nimmt einen optimalen Zugang, vergleichbar mit der
kontinuierlich zu und zeigt, dass die Medizinrobo- Freihand-Implantation, bei ausreichender Sicht
tik ein enormes Potenzial für die Zukunft hat. Die und Kühlung während der Bohrung57. Erhaltene
Technologie hat ihren Ursprung in der Pionierar- Präzision sowie eine höhere Wirksamkeit und
beit der National Aeronautics and Space Adminis- Stabilität sind weitere Vorteile robotergestützter
tration (NASA), deren Wissenschaftler Mitte der Operationen, besonders in komplexen Fällen, bei
1980er Jahre den Grundstein der ferngesteuerten denen auch Ermüdung des Chirurgen und mensch-
Roboterchirurgie legten56. liche Fehler Einfluss auf das Ergebnis haben kön-
Das Roboter-Dentalimplantatsystem Yomi (Fa. nen56. Nachteile dieser Technologie sind sicherlich
Neocis, Florida, USA) wurde 2017 von der US- ein hoher Anschaffungspreis, aktuell noch längere
amerikanischen Food and Drug Administration Operationszeiten, die erforderlichen Kenntnisse
(FDA) für erste implantologische Indikationen und Fähigkeiten, einschließlich psychomotorischer
zugelassen. Die Funktionsweise dieses Systems Fähigkeiten sowie der Fähigkeiten zur Operations-
basiert auf einem roboterarmgesteuerten, jedoch planung und Steuerung der Roboter-Konsole58–60.
Implantologie 2021;29(3):269–284 279Thieringer et al. Navigierte digitale Implantologie
neeinsatz in der dentalen Implantologie. Weitere
Studien sind für beide vorgestellte Robotersysteme
erforderlich, um die Machbarkeit, Sicherheit und
Zuverlässigkeit in der klinischen Praxis zu bewer-
ten. Trotzdem zeigt die Entwicklung der Medizin-
technik das Potenzial derartiger Technologien für
die Zukunft. Sehr interessant ist in diesem Zusam-
menhang auch die Kombination von innovativen,
zunehmend auch für die Zahnheilkunde relevan-
ten Technologien wie der künstlichen Intelligenz
(„Artificial Intelligence“, AI) mit der Roboterchi-
rurgie für autonome, robotergestützte Operatio-
Abb. 8 Der autonom agierende Laser-Operationsroboter
CARLO kann die virtuelle Planung von Osteotomien mit
nen24,25,56,64,65.
hoher Genauigkeit am Patienten umsetzen. (Bildquelle:
Universitätsspital Basel).
Fazit
Ein weiterer Schritt nach vorne in der Medi- Dieser vergleichende technische Bericht soll eine
zinrobotik sind selbstständig agierende Opera aktuelle Übersicht der entsprechenden Systeme
tionsroboter. Ende 2017 stellte Zhao das welt- bieten. Für den Praktiker ist es schwierig, sich zwi-
weit erste autonome robotergestützte System schen den verschiedenen Systemen und Anwen-
zur Zahnimplantation, das „Autonomous Den- dungen zurechtzufinden. Ferner ist eine Umstel-
tal Implant Robotic System“ (ADIR), vor. ADIR lung auf vollnavigierte Systeme auch mit erhöhtem
wurde in einem In-vivo-Tierversuch evaluiert Investment verbunden. Es muss darüber hinaus
und zeigte dabei eine sehr hohe Umsetzungs- mit einer zeitlichen Lernkurve gerechnet werden.
genauigkeit bei der Implantation und signifikant Aktuell wird noch ein überwiegender Anteil
bessere Ergebnisse als bei der Vergleichsgruppe, von Implantationen in Freihandtechnik und/oder
die mit Schablonen und dem „fully guided“ Pro- durch statische Navigation (Voll-/Halbschablone)
tokoll operiert wurde61. ADIR hat die Fähigkeit, durchgeführt26. Das volle Potenzial der 3-D-digi-
sich während des Implantat eingriffs kontinu- talen bildgebenden Verfahren, der computerassis-
ierlich und automatisch anzupassen, ohne dass tierten Operationsplanung und der Durchführung
ein Chirurg eingreifen müsste. Ein bereits für von Operationen mit statischen oder dynamischen
die Knochenosteotomie im Oberkieferbereich Navigationssystemen entfaltet sich erst in der sinn-
an Menschen zugelassener Roboter ist CARLO, vollen Kombination dieser innovativen Technolo-
ein Akronym für „Cold Ablation, Robot-guided gien. Sie erlauben im Vergleich zu traditionellen
Laser Ostetome“ (Fa. Advanced Osteotomy „mentalen“ Behandlungskonzepten eine bisher
Tools/AOT, Basel, Schweiz). Dieser Roboter kaum erreichbare Genauigkeit bei der Umsetzung
kann selbstständig Knochen mit einem Er:YAG- der präoperativen Planung im Patientenmund.
Laser (ohne thermische Schäden) schneiden und Hierbei muss beachtet werden, dass eine radiolo-
dabei am Computer geplante Schnittgeometrien gische 3-D-Bilddiagnostik erforderlich ist. Sowohl
hochpräzise auf den Menschen übertragen62,63 der Kosten-Nutzen-Aufwand als auch die erhöhte
(Abb. 8). Strahlenexposition müssen individuell von Fall zu
Die Einsatzmöglichkeiten von CARLO für Fall abgewogen und gemeinsam mit den Patienten
implantologische Indikationen sind noch einge- diskutiert werden.
schränkt. Der sehr hohe Anschaffungspreis des Mehrere wissenschaftliche Studien konnten
Systems und der Planungs- und Materialaufwand bereits zeigen, dass die dynamische Navigations-
für Operationen sind Hindernisse für den Routi- chirurgie im Vergleich zu traditionellen statischen
280 Implantologie 2021;29(3):269–284Thieringer et al. Navigierte digitale Implantologie
Schablonen entweder vergleichbare oder in man- 9. Kiatkroekkrai P, Takolpuckdee C, Subbalekha K, Mat-
theos N, Pimkhaokham A. Accuracy of implant position
chen Fällen sogar höhere Genauigkeit aufweist. when placed using static computer-assisted implant surgical
Hierbei darf jedoch nicht vergessen werden, dass guides manufactured with two different optical scanning
techniques: a randomized clinical trial. Int J Oral Max Surg
die Vergleichsstudien meist nicht mit der gleichen 2020;49:377–383.
Methodik durchgeführt wurden. Daher sind für 10. Jung RE, Pjetursson BE, Glauser R, Zembic A, Zwahlen M,
Lang NP. A systematic review of the 5-year survival and
die Zukunft weitere Studien mit standardisiertem
complication rates of implant-supported single crowns.
Aufbau erforderlich, um einen zuverlässigen und Clin Oral Implan Res 2008;19:119–130.
exakten Vergleich zwischen verschiedenen Formen 11. Herklotz I, Beuer F, Kunz A, Hildebrand D. Navigation in
implantology. Int J Comput Dent 2017;20:9–19.
von computer- oder robotergestützten Eingriffen 12. Arısan V, Karabuda CZ, Mumcu E, Özdemir T. Implant
durchführen zu können66,67. Positioning Errors in Freehand and Computer-Aided Place-
ment Methods: A Single-Blind Clinical Comparative Study.
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14. Monaco C, Arena A, Corsaletti L, Santomauro V, Venezia P,
Die Autoren erklären, dass die Arbeit in Abwesen- Cavalcanti R et al. 2D/3D accuracies of implant position
heit jeglicher kommerzieller oder finanzieller Bezie- after guided surgery using different surgical protocols: A
hungen durchgeführt wurde, die als potenzieller retrospective study. J Prosthodont Res 2020;64:424–430.
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Navigated digital implantology
Possibilities and limitations of innovative technologies
KEY WORDS
digital planning, static navigation, surgical guide, dynamic navigation, real-time navigation, navi
gated implantology, computer-assisted implantology, digital workflow, 3D treatment planning,
3D printing, guided surgery, surgical navigation, robot-assisted surgery
ABSTRACT
In dental implantology, the optimal insertion of implants in the jaw bone is crucial for success
from a biologic, functional, and esthetic perspective. In this context, the optimal prosthetic res-
torations play an essential role as a treatment goal for planning the exact implant placement in
terms of prosthetic-surgical backward planning. Innovative diagnostic and planning procedures
to increase the safety and predictive accuracy of an implant procedure and support in the digital
treatment process are also gaining increasing acceptance in routine cases, from “mental” naviga-
tion concepts with computer-based implant planning to the already established static navigation
with surgical implant guides 3D printed either externally or in practice, to dynamic, precise real-
time navigation systems. The latter systems allow 3D orientation of the drill and implant position
based on DVT and CT data and optical tracking during implant placement. Exciting concepts for
robot-assisted implant placement are currently in the evaluation and testing phase and provide a
glimpse into the (possible) future. The advantages and disadvantages of the described workflows
and technologies are listed and discussed. Possibilities and limitations of the different treatment or
navigation concepts are explained to gain a comprehensive insight and overview of the current
and future opportunities available in digital dental implantology.
Implantologie 2021;29(3):269–284 283Sie können auch lesen
