Summary
Dynamisk datorstödd implantatkirurgi (DCAIS) är en kontrollerad implantatkirurgisk placeringsmetod som utförs utan en kirurgisk mall med optisk kontroll. Den intraoperativa kontrollen i realtid av rörelse och position för den kirurgiska enheten förenklar proceduren och ger kirurgen mer frihet, vilket ger liknande precision som statiska navigeringsmetoder.
Abstract
I modern implantologi blir tillämpningen av kirurgiska navigationssystem allt viktigare. Förutom statiska kirurgiska navigeringsmetoder blir ett guideoberoende dynamiskt navigeringsimplantatplaceringsförfarande mer utbrett. Förfarandet är baserat på datorstyrd tandimplantatplacering med optisk kontroll. Detta arbete syftar till att demonstrera de tekniska stegen i ett nytt dynamic datorstödd implantatkirurgi (DCAIS) system (design, kalibrering, kirurgi) och kontrollera noggrannheten i resultaten. Baserat på konstråle datortomografi (CBCT) skanningar bestäms de exakta positionerna för implantat med dedikerad programvara. Det första steget i operationen är kalibreringen av navigationssystemet, som kan utföras på två sätt: 1) baserat på CBCT-bilder tagna med en markör eller 2) baserat på CBCT-bilder utan markörer. Implantat sätts in med hjälp av realtidsnavigering enligt de preoperativa planerna. Noggrannheten i interventionerna kan utvärderas baserat på postoperativa CBCT-bilder. De preoperativa bilderna som innehåller implantatens planerade positioner och postoperativa CBCT-bilder jämfördes baserat på implantatens vinkling (grad), plattform och apikala avvikelse (mm). För att utvärdera data beräknade vi standardavvikelsen (SD), medelvärdet och standardfelet för medelvärdet (SEM) för avvikelser inom planerade och utförda implantatpositioner. Skillnaderna mellan de två kalibreringsmetoderna jämfördes baserat på dessa data. Baserat på de ingrepp som hittills utförts möjliggör användningen av DCAIS implantatplacering med hög precision. Ett kalibreringssystem som inte kräver märkt CBCT-inspelning möjliggör kirurgisk ingrepp med liknande noggrannhet som ett system som använder märkning. Interventionens noggrannhet kan förbättras genom träning.
Introduction
För att öka noggrannheten i tandimplantatplaceringen och minska komplikationerna har en rad navigeringstekniker baserade på bildstudier utvecklats. Preoperativ avbildning och speciell 3D-implantatplaneringsprogramvara kan användas för att planera den exakta positionen för tandimplantatet 1,2.
Syftet med implantatkirurginavigering är att uppnå en mer anatomiskt exakt placering av tandimplantatet för att uppnå den mest idealiska positionen, för att minska risken för möjliga iatrogena komplikationer (nerv-, kärl-, ben- och sinusskador). Den navigerade operationen minskar interventionens invasivitet (klafflös kirurgi), vilket kan leda till färre klagomål och snabbare återhämtning. Den exakta implantatplaceringen baseras på tidigare protesplanering (det är möjligt att utföra operationen på grundval av en preoperativ tandinstallation) och den optimala implantatpositioneringen kan hjälpa till att undvika bentransplantation.
Numera finns det två typer av datorassisterade implantat (CAI) kirurgiska placeringsnavigeringssystem-statiska och dynamiska navigationssystem. Statisk navigering är en kontrollerad implantatplaceringsmetod med hjälp av en förplanerad och prefabricerad kirurgisk mall. Dynamisk navigering är en förplanerad datorstyrd implantatkirurgisk placeringsmetod utan en kirurgisk mall med optisk kontroll. Kontrollproceduren använder punktmolnbaserad bildregistrering för att slå samman de virtuella bilderna med den verkliga miljön genom att använda 3D-bildöverlägg3.
DCAI-system möjliggör objektifierad instrumentkontroll i realtid inom ett GPS-liknande ramverk. Vanligtvis använder de optisk spårning för att upptäcka och spåra positionen för (optiska) referensmarkörer placerade över patienten och de kirurgiska instrumenten och ge kontinuerlig visuell feedback på implantatets kirurgiska placeringsprocess 1,2.
Det kirurgiska instrumentets rörelse och position under operationen kan övervakas live på en tredimensionell bild på en bildskärm. Under proceduren möjliggör kamerasystemet kontinuerlig övervakning och jämförelse av positionen för patientens käkben och det kirurgiska instrumentets position.
Det finns två typer av dynamiska navigationssystem: en är det passiva systemet, i vilket fall registreringsanordningarna (referensbaser) reflekterar ljus som emitteras från ljuskällan tillbaka till stereokamerorna; Det andra är det aktiva systemet, där registreringsanordningarna avger ljus som följs av stereokameror 4,5.
Nästa nivå av dynamiska navigationssystem använder servomotorer för att styra kirurgens hand med taktila stimuli så att enheten med robotarmar kan bestämma kirurgens rörelser eller till och med ersätta dem helt i en avlägsen framtid 4,5,6,7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Informerat samtycke erhölls från varje patient före operationen. Efter interventionerna användes anonymiserade retrospektiva data i denna studie.
1. Steg i det traditionella arbetsflödet för dynamiska navigationssystem med märkt klippkalibreringsmetod (endast för användning på käkben med tänder):
- Fäst en radioaktiv fixeringsklämma på tänderna på käkbenet där behandlingen ska utföras (maxilla/underkäke) med hjälp av ett termoplastiskt material.
- Gör en CBCT-undersökning av patienten med en märkt klämma i munnen (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
- Planera implantatets position enligt protesarkitekturen med lämplig programvara.
- Kalibrera enheten (varje steg kan aktiveras på displayen med Play-symbolen ).
- Registrera handstycket.
- Kalibrera handstycket chuck.
- Kalibrera den roterande markörskivan som sätts in i handstycket.
- Montera armen mellan patientspåraren och den märkta klämman och kalibrera den.
- Registrera handstycket.
- Kontrollera kalibreringen genom att hålla spetsen på den uppmätta borren mot ytan på den märkta klämman (bild 1).
- Fixa det märkta klippet som håller den optiska markören (tracker) på tänderna i över- eller underkäken (på vilken käke implantatplaceringen sker). Se till att sätta in klippet i samma position som är registrerat på den preoperativa CBCT.
- Kalibrera det märkta klippet genom att vidröra klämmans metallsfärer med sondens vridning.
- Utför den navigerade implantatplaceringen i lokalbedövning och injicera 2 ml articain (80 mg/2 ml articain/ampull).
- Mät borrlängden (vidrör borren till go-plattan) (bild 2).
- Kontrollera den visuella noggrannheten i realtid innan du borrar (rör borren mot vilken tandyta som helst och kontrollera att den är i samma position på monitorn och munnen).
- Bestäm ingångspunkten för borrning. Utforska operationsplatsen utan klaffen.
- Borra benet med dynamisk navigeringskontroll (bild 3, bild 4 och bild 5).
- Mät implantatets längd (rör implantatet till go-plattan).
- Placera implantatet med handstycket som bär trackern som styrs av det dynamiska navigationssystemet.
- Stäng såret med 5,0 monofilament, icke-absorberbar polypropensutur, eller fixa det prefabricerade protesarbetet.
- Skaffa kontroll radiologisk avbildning (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
2. Steg i de dynamiska navigationssystemen med spårkalibreringsmetoden (ej märkt metod):
- Utför CBCT hos patienten (utan klämma i munnen).
- Planera implantatets position enligt protesarkitekturen med lämplig programvara.
- Kalibrera enheten enligt beskrivningen i steg 1.4.
- Kalibrera systemet utan ett märkt klipp (inte märkt metod).
- Överför planen för implantatets kirurgiska placering till programvaran för det använda navigationssystemet. Välj arbetsytan på 3D CT-avbildningen av navigeringsprogramvaran.
- Fäst trackern på tänderna (med en omärkt klämma) eller i händelse av en edentulous käke med en speciell tracker-hållande arm.
- Välj de typiska anatomiska punkterna (tänder eller benyta) på en 3D CT-bild av navigationssystemet (minst tre punkter).
- Identifiera de valda anatomiska punkterna i munnen genom att röra dem med ett sondverktyg. (Figur 6).
- Utför förfiningsproceduren på tre till fyra områden genom att rita på ytan av den anatomiska strukturen med en sond.
- Placera implantatet med navigering i lokalbedövning och injicera 2 ml articain (80 mg/2 ml articain/ampull).
- Mät borrlängden (rör borren mot go-plattan).
- Kontrollera den visuella noggrannheten i realtid innan du borrar (rör borren mot vilken tandyta som helst och kontrollera att den är i samma position på monitorn och i munnen).
- Bestäm borrpunkten. Utforska operationsplatsen utan klaffen.
- Borra benet med dynamisk navigeringskontroll.
- Mät implantatets längd (rör implantatet till go-plattan).
- Placera implantatet med handstycket som bär trackern som styrs av det dynamiska navigationskontrollsystemet.
- Stäng såret med 5,0 monofilament, icke-absorberbar polypropen sutur eller fixa det prefabricerade protesarbetet.
- Gör kontroll radiologisk avbildning (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
För att använda DCAIS korrekt måste systemet kalibreras. Det finns flera kalibreringsmetoder som kan påverka noggrannheten i implantatplaceringen. Denna studie syftade till att bedöma den potentiella effekten av olika kalibreringsmetoder på noggrannheten hos DCAIS.
Baserat på de ingrepp som hittills utförts möjliggör användningen av DCAIS en implantatplacering med hög precision. I våra tidiga studier jämförde vi 41 klippkalibrerade dynamiska navigerade implantatplaceringar med 17 spårkalibrerade dynamiska navigerade implantatplaceringar.
Enligt våra tidiga data (tabell 1, tabell 2, tabell 3, figur 7, figur 8, figur 9 och figur 10) visade resultaten vid användning av de två kalibreringsmetoderna att det inte finns någon signifikant korrelation mellan plattformen och vinkelavvikelsen i buccolingual (BL) och mesiodistal (MD) riktningar. Genom att jämföra implantatens planerade och slutliga position visade sig kalibreringen med ett klipp vara mer exakt jämfört med ett spår som gjordes med ett spårämne, men skillnaden är inte signifikant (tabell 1, tabell 2, tabell 3, figur 7, figur 8, figur 9 och figur 10 ). Baserat på tidigare publicerade data från Block et al., implantatplacering med ett dynamiskt navigationssystem möjliggör implantatplacering med hög precision1. Interventionens noggrannhet kan förbättras genom träning8.
Bild 1: Kalibrering med klämma. Kalibrering genom att hålla spetsen på den uppmätta borren mot ytan på den märkta klämman. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 2: Borrkalibrering. Mätning av borrlängden genom att vidröra borren till go-plattan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Borrprocess i munnen. Borrning av benet under dynamisk navigeringskontroll. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 4: Livevy i realtid av borrningsprocessen på monitorn. Realtidskontrollvy över benborrning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 5: Live-vy i realtid av borrningsprocessen på monitorn. Realtidskontrollvy över benborrning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Kalibrering med spårämne. Identifiera de valda anatomiska punkterna i munnen genom att röra dem med ett sondverktyg. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: Medelavvikelse för de uppmätta värdena (skillnad mellan implantatens planerade och slutliga position) med de två olika kalibreringsmetoderna. Global plattformsavvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatplattformen för planerade och placerade implantat. Plattform B / L-avvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatplattformen för planerade och placerade implantat i buccolinguala dimensioner. Plattform M/D-avvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatplattformen för planerade och placerade implantat i mesiodistala dimensioner. Plattformsdjupavvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatplattformen för planerade och placerade implantat i djupdimensioner. Plattformens icke-djupavvikelse (mm): resultatet av plattformens B/L- och M/D-avvikelser. Apikal icke-djupavvikelse (mm): resultatet av de apikala B/L- och M/D-avvikelserna. Global apikal avvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatets topp av planerade och placerade implantat. Apikal B / L-avvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatets topp av planerade och placerade implantat i buccolinguala dimensioner. Apikal M/D-avvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatets topp av planerade och placerade implantat i mesiodistala dimensioner. Apikal djupavvikelse (mm): rumsligt avstånd mellan mitten av implantatets topp av planerade och placerade implantat i djupdimensioner. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: Standardavvikelse för de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9: Standardfel för medelavvikelsen för de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10: Analys av de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Genomsnittlig avvikelse | ||||||||||
| Global plattform (mm) | Plattform B/L Avvikelse (mm) | Plattforms M/D-avvikelse (mm) | Plattformsdjupavvikelse (mm) | Plattformens icke-djupavvikelse (mm) | Apikal icke-djupavvikelse (mm) | Global apikal (mm) | Apikal B/L-avvikelse (mm) | Apikal M/D-avvikelse (mm) | Apikal djupavvikelse (mm) | |
| klipp | 1.68 | 0.14 | -0.24 | 0.53 | 1.1 | 1.29 | 1.81 | 0.18 | 0,00 | 0.45 |
| spårämne | 1.99 | 0.11 | 0.32 | 0.86 | 1.21 | 1.62 | 2.28 | 0.31 | 0.43 | 0.86 |
Tabell 1: Medelvärde för de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna.
| Standardavvikelse | ||||||||||
| Global plattform (mm) | Plattform B/L Avvikelse (mm) | Plattforms M/D-avvikelse (mm) | Plattformsdjupavvikelse (mm) | Plattformens icke-djupavvikelse (mm) | Apikal icke-djupavvikelse (mm) | Global apikal (mm) | Apikal B/L-avvikelse (mm) | Apikal M/D-avvikelse (mm) | Apikal djupavvikelse (mm) | |
| klipp | 1.03 | 0.79 | 1.14 | 1.29 | 0.89 | 1.16 | 1.22 | 0.79 | 1.52 | 1.26 |
| spårämne | 0.84 | 0.94 | 1.3 | 1.3 | 0.94 | 1.23 | 1.07 | 1.12 | 1.61 | 1.27 |
Tabell 2: Standardavvikelse för de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna.
| Standardfel för medelavvikelsen | ||||||||||
| Global plattform (mm) | Plattform B/L Avvikelse (mm) | Plattforms M/D-avvikelse (mm) | Plattformsdjupavvikelse (mm) | Plattformens icke-djupavvikelse (mm) | Apikal icke-djupavvikelse (mm) | Global apikal (mm) | Apikal B/L-avvikelse (mm) | Apikal M/D-avvikelse (mm) | Apikal djupavvikelse (mm) | |
| klipp | 0.16 | 0.12 | 0.18 | 0.2 | 0.14 | 0.18 | 0.19 | 0.12 | 0.24 | 0.2 |
| spårämne | 0.2 | 0.23 | 0.32 | 0.32 | 0.23 | 0.3 | 0.26 | 0.27 | 0.39 | 0.31 |
Tabell 3: Standardfel för medelavvikelsen för de uppmätta värdena. Skillnaden mellan implantatens planerade och slutliga position med hjälp av de två olika kalibreringsmetoderna.
| Dynamiska navigationsimplantationssystem | |
| fördel (+) | nackdel (-) |
| · Mycket exakt implantatplacering | · Ett systemfel som stör det rumsliga förhållandet mellan referenspunkterna och patienten kan leda till fel i implantatbäddens design och implantatpositionering |
| · Mindre invasiv, kortare läkningstid, färre klagomål | · Längre utbildningstid krävs för att använda systemet korrekt |
| · Mindre risk för komplikationer (t.ex. nervskador) | · Dyr |
| · Lätt att använda i små munöppningar och i molområdet | |
| · Behöver inte en separat kirurgisk instrumentuppsättning | |
| · Effektiv tidsanvändning, planering och operation kan utföras samma dag | |
| · Möjlighet att ändra position och storlek på de tidigare planerade implantaten under operationen | |
| · Kan också användas i smala interdentala utrymmen | |
Tabell 4: Fördelar och nackdelar med dynamiska navigerade implantatsystem.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I det märkta klippanvända dynamiska navigeringsimplantatplaceringssystemet görs det traditionella arbetsflödet genom klippkalibrering. Det finns tre radiopaque metallsfärer på ytan av klämman, som är tydligt synliga på CBCT-skanningen. När det gäller spårkalibreringsmetoden är dessa metallsfärer som innehåller klämmor varken nödvändiga för CBCT-skanning eller systemkalibrering. I fall med befintliga tänder kan både de märkta och omärkta klämmorna användas (två olika kalibreringsmetoder). Klämman är fäst vid tänderna med termoplastiskt material. I tandlösa fall kan endast spårmetoden utan klämma användas för kalibrering. Klämman fäst på tänderna eller en speciell hållarm fixerad på käkbenet håller den optiska referensbasen under den navigerade implantatkirurgiska placeringen3 (tabell 4).
För att säkerställa korrekt registrering bör klämman fixeras i exakt samma position i förhållande till käkbenet under implantatplaceringen. Ett löst eller felaktigt fixerat klipp kan leda till navigeringsfel och irreversibel avvikelse från den planerade implantatpositionen. Nackdelarna med att använda klippkalibreringsmetoden är behovet av själva klippförberedelserna, adekvat utbildning av personal, hämmad avbildning i sluten ocklusion på grund av klippet (bettplaneringen är begränsad) och svår dynamisk navigering9 som ett resultat placeringen av klippet är för nära operationsplatsen under implantatplacering, orsakar överlappning mellan klippet och den optiska referensbasen på handstycket.
Vid navigerad implantatkirurgisk placering utförd med omärkt klämma, i motsats till det radiogenomskinliga klippet, används anatomiska formationer (t.ex. tand, ben) eller andra strukturer (t.ex. krona) för kalibrering. I motsats till den kända formen på ett fast klipp görs referensstrukturer synliga för navigering genom en ytkontaktsökning med en enhet som kallas spårämne. Spårämnet är en spetsig, pennliknande enhet med en optisk spårningsbas. Spårämnet används för att identifiera tre till sex punkter eller till och med hela ytor, som är tydligt synliga på bilden tack vare spåraren. Detta ger en registreringsmappning mellan den skapade bilden och den fysiska ytan av patientens kandidatstruktur. Denna ytdetekteringsmetod används också vid tandlöshet.
Noggrannheten i det dynamiska navigationssystemet liknar den som rapporteras för statiska navigationssystem. Vi har uppnått samma resultat i de två kalibreringsmetoderna inom den dynamiska navigeringen.
Med DCAIS finns det mindre behov av att utforska stora benytor; Därför kan snitt minskas och minskad slemhinneflikbildning kan uppnås. När det gäller den dynamiska metoden är det möjligt att ändra den kirurgiska planen eller avvika från planen i realtid. Det dynamiska implantatplaceringssystemet fungerar med kortare kirurgisk instrumentering; Därför kan den användas i andra molära regioner och för patienter som har en begränsad öppning av munnen. Det finns inget behov av specifik borrutrustning eller kirurgiska instrument för dynamiska navigationssystem. Övervakning av operationen som visas möjliggör en ergonomisk kroppsposition hos specialisten, så att kirurgen kan uppnå idealisk hållning 1,8,10.
Genom att använda spårkalibreringen av dynamisk navigering kan vi uppnå samma noggrannhet och undvika behovet av klippförberedelser. Metodernas noggrannhet beror på läkaren, och adekvat utbildning är avgörande. Metoden kräver mycket exakt planering, och mer exakt implantatpositionering och protesresultat förväntas.
Metoden möjliggör omedelbar implantatbelastning (vid stark primärstabilitet), eftersom protesen kan förberedas i förväg baserat på designen. Om det kirurgiska ingreppet är korrekt passar protesen implantatets position. De största hindren för att använda DCAIS är dess (för närvarande) höga kostnader och tidskrävande inlärningsprocess.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alla författare har avslöjat alla intressekonflikter.
Acknowledgments
Denna forskning fick inget specifikt bidrag från finansieringsorgan inom den offentliga, kommersiella eller ideella sektorn.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DTX Implant Studio Software | Nobel Biocare | 106182 | 3D surgical planing software |
| MeshLab | ISTI - CNR research center | 2020.12 | 3D mesh processing software |
| Nobel Replace CC implant | Nobel Biocare | 37285 | Implant |
| X-Guide | X-Nav - Nobel Biocare | SN00001310 | dinamic navigation surgery system |
| X-Guide - XClip | X-Nav - Nobel Biocare | XNVP008381 | 3D navigation registration device |
| X-Guide planing software | X-Nav - Nobel Biocare | XNVP008296 | 3D surgical planing and operating software |
| X-Mark probe | X-Nav - Nobel Biocare | XNVP008886 | 3D navigation registration tool |
| PaX-i3D Smart | Vatech | CBCT | |
| Prolene 5.0 | 5.0 monofilament, nonabsorbable polypropylene suture |
References
- Block, M. S., Emery, R. W., Cullum, D. R., Sheikh, A. Implant placement is more accurate using dynamic navigation. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 75 (7), 1377-1386 (2017).
- Kaewsiri, D., Panmekiate, S., Subbalekha, K., Mattheos, N., Pimkhaokham, A. The accuracy of static vs. dynamic computer-assisted implant surgery in single tooth space: A randomized controlled trial. Clinical Oral Implants Research. 30 (6), 505-514 (2019).
- Block, M. S., Emery, R. W. Static or dynamic navigation for implant placement-choosing the method of guidance. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 74 (2), 269-277 (2016).
- Stefanelli, L. V., et al. Accuracy of a novel trace-registration method for dynamic navigation surgery. International Journal of Periodontics & Restorative Dentistry. 40 (3), 427-435 (2020).
- Mediavilla Guzman, A., Riad Deglow , E., Zubizarreta-Macho, A., Agustin-Panadero, R., Hernandez Montero, S. Accuracy of computer-aided dynamic navigation compared to computer-aided static navigation for dental implant placement: An in vitro study. Journal of Clinical Medicine. 8 (12), 2123 (2019).
- Sun, T. M., Lan, T. H., Pan, C. Y., Lee, H. E. Dental implant navigation system guide the surgery future. Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 34 (1), 56-64 (2018).
- Wu, Y., Wang, F., Fan, S., Chow, J. K.
- Block, M. S., Emery, R. W., Lank, K., Ryan, J. Implant placement accuracy using dynamic navigation. International Journal of Oral & Maxillofacial Implants. 32 (1), 92-99 (2017).
- Panchal, N., Mahmood, L., Retana, A., Emery, R. Dynamic navigation for dental implant surgery. Oral and Maxillofacial Surgery Clinics of North America. 31 (4), 539-547 (2019).
- Emery, R. W., Merritt, S. A., Lank, K., Gibbs, J. D. Accuracy of dynamic navigation for dental implant placement-model-based evaluation. Journal of Oral Implantology. 42 (5), 399-405 (2016).
