Summary
動的コンピュータ支援インプラント手術(DCAIS)は、光学制御を使用して外科的テンプレートなしで実行される制御されたインプラント外科的埋入方法です。手術装置の動きと位置のリアルタイムの術中制御は、手順を簡素化し、外科医により多くの自由を与え、静的ナビゲーション方法と同様の精度を提供します。
Abstract
現代のインプラント学では、外科用ナビゲーションシステムの応用がますます重要になっています。静的な外科的ナビゲーション方法に加えて、ガイドに依存しない動的ナビゲーションインプラント埋入手順がより普及しています。この手順は、光学制御を利用したコンピューターガイド付き歯科インプラントの配置に基づいています。この作業は、新しいコンピュータ支援インプラント手術(DCAIS)システムの技術的ステップ(設計、キャリブレーション、手術)を実証し、結果の精度を確認することを目的としています。コーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)スキャンに基づいて、インプラントの正確な位置は専用のソフトウェアで決定されます。操作の最初のステップはナビゲーションシステムのキャリブレーションであり、1)マーカーで撮影されたCBCT画像に基づくか、2)マーカーなしでCBCT画像に基づいて実行できます。インプラントは、術前の計画に従ってリアルタイムナビゲーションの助けを借りて挿入されます。介入の精度は、術後のCBCT画像に基づいて評価できます。インプラントの計画位置を含む術前画像と術後CBCT画像をインプラントの角度(度),プラットフォーム,頂端偏差(mm)に基づいて比較した。データを評価するために、計画および実行されたインプラント位置内の偏差の平均の標準偏差(SD)、平均、および標準誤差(SEM)を計算しました。このデータに基づいて、2つのキャリブレーション方法の差を比較しました。これまでに実施された介入に基づいて、DCAISの使用は高精度のインプラント埋入を可能にします。標識されたCBCT記録を必要としない校正システムは、標識を使用するシステムと同様の精度で外科的介入を可能にします。介入の精度はトレーニングによって改善できます。
Introduction
歯科インプラント埋入の精度を高め、合併症を軽減するために、画像研究に基づくさまざまなナビゲーション技術が開発されています。術前イメージングおよび特別な3Dインプラント計画ソフトウェアを使用して、歯科インプラント1,2の正確な位置を計画することができる。
インプラント手術ナビゲーションの目的は、歯科インプラントのより解剖学的に正確な配置を達成して最も理想的な位置を達成し、医原性合併症(神経、血管、骨、副鼻腔損傷)のリスクを軽減することです。ナビゲート手術は、介入(フラップレス手術)の侵襲性を低下させ、苦情を減らし、回復を早めることができます。正確なインプラントの配置は、事前の補綴計画(術前の歯の取り付けに基づいて手術を行うことが可能です)に基づいており、最適なインプラントの配置は骨移植を回避するのに役立ちます。
現在、コンピューター支援インプラント(CAI)手術用配置ナビゲーションシステムには、静的ナビゲーションシステムと動的ナビゲーションシステムの2種類があります。静的ナビゲーションは、事前に計画および事前に製造された外科用テンプレートを使用して制御されたインプラント埋入方法です。ダイナミックナビゲーションは、光学制御を使用した手術テンプレートを使用しない、事前に計画されたコンピューターガイド付きインプラント手術埋入方法です。制御手順では、点群ベースの画像登録を使用して、3D画像オーバーレイ3を適用することにより、仮想画像を実環境とマージします。
DCAIシステムは、GPSのようなフレームワーク内でリアルタイムのオブジェクト化された機器制御を可能にします。典型的には、それらは、光学的追跡を使用して、患者および手術器具の上に置かれた(光学的)参照マーカーの位置を検出および追跡し、インプラント手術埋入プロセスに関する継続的な視覚的フィードバックを提供する1、2。
手術中の手術器具の動きと位置は、モニター上の3次元画像でライブで監視できます。処置中、カメラシステムは、患者の顎骨の位置と手術器具の位置の継続的な監視と比較を可能にする。
ダイナミックナビゲーションシステムには2つのタイプがあり、1つはパッシブシステムであり、その場合、レジストレーションデバイス(基準ベース)は光源から放出された光をステレオカメラに反射します。もう一つはアクティブシステムであり、登録装置が発光し、ステレオカメラ4,5がそれに続く。
次のレベルのダイナミックナビゲーションシステムは、サーボモーターを使用して触覚刺激で外科医の手をガイドし、ロボットアームを備えたデバイスが外科医の動きを判断したり、遠い将来に完全に交換したりできるようにします4,5,6,7。
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Protocol
インフォームドコンセントは、手術前にすべての患者から得られた。介入後、匿名化された遡及的データがこの研究で使用された。
1.ラベル付きクリップキャリブレーション方法を使用した動的ナビゲーションシステムの従来のワークフローの手順(歯のある顎骨にのみ使用):
- 熱可塑性材料を使用して、治療を行う顎骨(上顎/下顎)の歯に放射線不透過性固定クリップを取り付けます。
- ラベルの付いたクリップを口に入れて患者のCBCT検査を行います(CBCT、FOV 8 cm x 11 cm、12 mA、95 kV)。
- 適切なソフトウェアを使用して、補綴アーキテクチャに従ってインプラントの位置を計画します。
- デバイスを調整します(各ステップは、 ディスプレイ上で再生 記号でアクティブにできます)。
- ハンドピースを登録します。
- ハンドピースチャックを調整します。
- ハンドピースに挿入された回転マーカーディスクを調整します。
- 患者トラッカーとラベルの付いたクリップの間にアームを組み立て、校正します。
- ハンドピースを登録します。
- 測定されたドリルの先端をラベルの付いたクリップの表面に保持して、キャリブレーションを確認します(図1)。
- 光学マーカー(トラッカー)を保持しているラベルの付いたクリップを上顎または下顎(インプラントの配置が行われる顎)の歯に固定します。術前のCBCTに登録されているのと同じ位置にクリップを挿入してください。
- プローブのピボットでクリップの金属球に触れて、ラベルの付いたクリップを調整します。
- 局所麻酔でナビゲートインプラント埋入を行い、2 mLのアーティカイン(80 mg / 2 mLのアーティカイン/アンプル)を注入します。
- ドリルの長さを測定します(ドリルをゴープレートに触れます)(図2)。
- 穴を開ける前に、リアルタイムの視覚的精度を確認してください(ドリルを歯の表面に触れ、モニターと口の同じ位置にあることを確認します)。
- 掘削のエントリポイントを決定します。フラップなしで操作サイトを探索します。
- ダイナミックナビゲーションコントロールを使用してボーンにドリルで穴を開けます(図3、図 4、 および図5)。
- インプラントの長さを測定します(インプラントをゴープレートに触れます)。
- ダイナミックナビゲーションシステムによって制御されるトラッカーを装着したハンドピースでインプラントを配置します。
- 5.0モノフィラメント、非吸収性ポリプロピレン縫合糸で傷を閉じるか、プレハブ補綴物を固定します。
- 制御放射線画像(CBCT、FOV 8 cm x 11 cm、12 mA、95 kV)を取得します。
2.トレーサーキャリブレーション方法(ラベルなし方法)を使用したダイナミックナビゲーションシステムの手順:
- 患者のCBCTを実行します(口の中にクリップなし)。
- 適切なソフトウェアを使用して、補綴アーキテクチャに従ってインプラントの位置を計画します。
- 手順1.4で詳しく説明されているように、デバイスを調整します。
- ラベル付きクリップなしでシステムを校正します(ラベルなしの方法)。
- インプラント手術配置の計画を、使用済みのナビゲーションシステムのソフトウェアに転送します。ナビゲーションソフトの3D CT画像上のワークスペースを選択します。
- トラッカーを歯に固定するか(ラベルのないクリップを使用)、または無歯顎の場合は特別なトラッカー保持アームで固定します。
- ナビゲーションシステムの3D CT画像上の典型的な解剖学的ポイント(歯または骨の表面)を選択します(最小3ポイント)。
- プローブツールでそれらに触れることによって、口の中で選択された解剖学的ポイントを特定します。(図6)。
- 解剖学的構造の表面にプローブで描画することにより、3〜4つの領域で微細化手順を実行します。
- ナビゲーション付きのインプラントを局所麻酔に入れ、2 mLのアーティカイン(80 mg / 2 mLのアーティカイン/アンプル)を注射します。
- ドリルの長さを測定します(ドリルをゴープレートに触れます)。
- 穴を開ける前に、リアルタイムの視覚的精度を確認してください(ドリルを歯の表面に触れ、モニターと口の同じ位置にあることを確認します)。
- 掘削点を決定します。フラップなしで操作サイトを探索します。
- ダイナミックナビゲーションコントロールでボーンをドリルします。
- インプラントの長さを測定します(インプラントをゴープレートに触れます)。
- ダイナミックナビゲーションコントロールシステムによって制御されるトラッカーを装着したハンドピースでインプラントを配置します。
- 5.0モノフィラメント、非吸収性ポリプロピレン縫合糸で傷を閉じるか、プレハブ補綴物を固定します。
- 制御放射線画像(CBCT、FOV 8 cm x 11 cm、12 mA、95 kV)を作成します。
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Representative Results
DCAIS を正しく使用するには、システムを較正する必要があります。インプラント埋入の精度に影響を与える可能性のあるキャリブレーション方法はいくつかあります。この研究は、DCAISの精度に対するさまざまなキャリブレーション方法の潜在的な影響を評価することを目的としています。
これまでに行われた介入に基づいて、DCAISの使用は高精度のインプラント埋入を可能にします。初期の研究では、41のクリップキャリブレーションされた動的ナビゲーションインプラント埋入と17のトレーサーキャリブレーションされた動的ナビゲーションインプラント埋入を比較しました。
初期のデータ(表1、表2、表3、図7、図8、図9、および図10)によると、2つのキャリブレーション方法を使用した場合、結果は、プラットフォームと頬側(BL)および中遠位(MD)方向の角度偏差との間に有意な相関がないことを示しました。 インプラントの計画位置と最終位置を比較すると、クリップを使用したキャリブレーションはトレーサーを使用したキャリブレーションよりも正確であることが証明されましたが、違いは有意ではありません(表1、表2、表3、図7、図8、図 9、および図10).Blockらが以前に発表したデータに基づくと、ダイナミックナビゲーションシステムによるインプラント埋入により、高精度のインプラント埋入が可能になります1。介入の精度は、トレーニングによって改善することができます8.
図1:クリップによるキャリブレーション。 測定されたドリルの先端をラベル付きクリップの表面に保持することによるキャリブレーション。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:ドリルキャリブレーション。 ドリルをゴープレートに触れてドリルの長さを測定します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:口の中の穴あけプロセス。 ダイナミックナビゲーションコントロールの下でボーンをドリルします。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図4:モニター上の掘削プロセスのリアルタイムライブビュー。 骨穴あけのリアルタイム制御ビュー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図5:モニター上の掘削プロセスのリアルタイムライブビュー。 骨穴あけのリアルタイム制御ビュー。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図6:トレーサーによるキャリブレーション。 プローブツールでそれらに触れることによって口の中で選択された解剖学的ポイントを識別します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図7:2つの異なるキャリブレーション方法を使用した測定値の平均偏差(インプラントの計画位置と最終位置の差)。 グローバルプラットフォームの偏差(mm):計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラントプラットフォームの中心間の空間距離。プラットフォームB / L偏差(mm):計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラントプラットフォームの中心間の空間距離を頬側寸法で示します。プラットフォームのM / D偏差(mm):中遠位寸法の計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラントプラットフォームの中心間の空間距離。プラットフォームの深さ偏差(mm):深さ寸法で計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラントプラットフォームの中心間の空間距離。プラットフォームの非深さ偏差(mm): プラットフォームのB / LおよびM / D偏差の結果。頂端非深さ偏差(mm):頂端B/LおよびM/D偏差の結果。グローバル頂端偏差(mm):計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラント頂点の中心間の空間距離。頂端B / L偏差(mm):計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラント頂点の中心間の空間距離を頬側寸法で示します。頂端M / D偏差(mm):中遠位寸法で計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラント頂点の中心間の空間距離。頂端深さ偏差(mm):深さ寸法における計画されたインプラントと配置されたインプラントのインプラント頂点の中心間の空間距離。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図8:測定値の標準偏差。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図9:測定値の平均偏差の標準誤差。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図10:測定値の分析。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 平均偏差 | ||||||||||
| グローバルプラットフォーム(ミリメートル) | プラットフォーム B/L 偏差 (mm) | プラットフォームのM/D偏差(mm) | プラットフォームの深さの偏差(mm) | プラットフォームの非深さ偏差(mm) | 頂端非深さ偏差(mm) | グローバルアピカル(ミリメートル) | 頂端B/L偏差(ミリメートル) | 頂端 M/D 偏差 (mm) | 頂端深さ偏差(ミリメートル) | |
| 刈る | 1.68 | 0.14 | -0.24 | 0.53 | 1.1 | 1.29 | 1.81 | 0.18 | 0,00 | 0.45 |
| トレーサー | 1.99 | 0.11 | 0.32 | 0.86 | 1.21 | 1.62 | 2.28 | 0.31 | 0.43 | 0.86 |
表1:測定値の平均偏差。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。
| 標準偏差 | ||||||||||
| グローバルプラットフォーム(ミリメートル) | プラットフォーム B/L 偏差 (mm) | プラットフォームのM/D偏差(mm) | プラットフォームの深さの偏差(mm) | プラットフォームの非深さ偏差(mm) | 頂端非深さ偏差(mm) | グローバルアピカル(ミリメートル) | 頂端B/L偏差(ミリメートル) | 頂端 M/D 偏差 (mm) | 頂端深さ偏差(ミリメートル) | |
| 刈る | 1.03 | 0.79 | 1.14 | 1.29 | 0.89 | 1.16 | 1.22 | 0.79 | 1.52 | 1.26 |
| トレーサー | 0.84 | 0.94 | 1.3 | 1.3 | 0.94 | 1.23 | 1.07 | 1.12 | 1.61 | 1.27 |
表2:測定値の標準偏差。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。
| 平均偏差の標準誤差 | ||||||||||
| グローバルプラットフォーム(ミリメートル) | プラットフォーム B/L 偏差 (mm) | プラットフォームのM/D偏差(mm) | プラットフォームの深さの偏差(mm) | プラットフォームの非深さ偏差(mm) | 頂端非深さ偏差(mm) | グローバルアピカル(ミリメートル) | 頂端B/L偏差(ミリメートル) | 頂端 M/D 偏差 (mm) | 頂端深さ偏差(ミリメートル) | |
| 刈る | 0.16 | 0.12 | 0.18 | 0.2 | 0.14 | 0.18 | 0.19 | 0.12 | 0.24 | 0.2 |
| トレーサー | 0.2 | 0.23 | 0.32 | 0.32 | 0.23 | 0.3 | 0.26 | 0.27 | 0.39 | 0.31 |
表3:測定値の平均偏差の標準誤差。 2つの異なるキャリブレーション方法を使用したインプラントの計画位置と最終位置の差。
| ダイナミックナビゲーション埋め込みシステム | |
| アドバンテージ (+) | デメリット (-) |
| ·非常に正確なインプラント埋入 | ·基準点と患者の間の空間的関係を妨げるシステム障害は、インプラントベッドの設計とインプラントの位置決めにエラーを引き起こす可能性があります |
| ·侵襲性が低く、治癒時間が短く、苦情が少ない | ·システムを正しく使用するために必要なトレーニング期間の延長 |
| ·合併症(神経損傷など)のリスクが少ない | ·高 価 |
| ·小さな口の開口部や大臼歯領域で使いやすい | |
| ·別の手術器具セットは必要ありません | |
| ·時間、計画、手術の効率的な使用を同じ日に行うことができます | |
| ·手術中に以前に計画されたインプラントの位置とサイズを変更する可能性 | |
| ·狭い歯間スペースでも使用可能 | |
表4:ダイナミックナビゲーションインプラントシステムの長所と短所。
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Discussion
ラベル付きクリップ使用ダイナミックナビゲーションインプラント配置システムでは、従来のワークフローはクリップキャリブレーションによって行われます。クリップの表面には3つの放射線不透過性の金属球があり、CBCTスキャンではっきりと見えます。トレーサーキャリブレーション方法の場合、クリップを含むこれらの金属球は、CBCTスキャンにもシステムキャリブレーションに必要ありません。既存の歯がある場合は、ラベル付きクリップとラベルなしクリップの両方を使用できます(2つの異なるキャリブレーション方法)。クリップは熱可塑性材料で歯に取り付けられています。歯のないケースでは、クリップなしのトレーサー法のみをキャリブレーションに使用できます。歯に固定されたクリップまたは顎骨に固定された特別な保持アームは、ナビゲートされたインプラント手術埋入中に光学基準ベースを保持します3 (表4)。
正確な位置合わせを確実にするために、インプラントの配置中にクリップを顎骨に対してまったく同じ位置に固定する必要があります。クリップが緩くまたは不正確に固定されていると、ナビゲーションエラーが発生し、計画されたインプラント位置から不可逆的にずれる可能性があります。クリップキャリブレーション法を使用することの欠点は、クリップの準備自体の必要性、人員の適切なトレーニング、クリップによる閉塞閉塞でのイメージングの阻害(咬合計画が制限される)、および困難な動的ナビゲーション9 その結果、インプラント埋入時にクリップの配置が手術部位に近すぎること、 ハンドピースのクリップと光学基準ベースの間に重なりが生じます。
ラベルのないクリップを使用して行われるナビゲートされたインプラントの外科的埋入の場合、放射線不透過性クリップとは対照的に、解剖学的形成(例えば、歯、骨)または他の構造(例えば、クラウン)が較正に使用される。固定クリップの既知の形状とは対照的に、参照構造は、トレーサーと呼ばれるデバイスを使用した表面タッチスキャンによってナビゲーションのために見えるようになります。トレーサーは、光学追跡ベースを備えた先のとがったペンのようなデバイスです。トレーサーは、トラッカーのおかげで画像上にはっきりと見える3〜6点または表面全体を識別するために使用されます。これにより、作成された画像と患者の候補構造の物理的表面との間の登録マッピングが提供されます。この表面検出方法は、歯がない場合にも使用されます。
動的ナビゲーションシステムの精度は、静的ナビゲーションシステムについて報告されたものと同様です。動的ナビゲーション内の2つのキャリブレーション方法で同じ結果を達成しました。
DCAISを使用すると、大きな骨表面を探索する必要が少なくなります。したがって、切開を減らすことができ、粘膜フラップ形成を減少させることができる。動的方法の場合、手術計画を変更したり、リアルタイムで計画から逸脱したりすることができます。動的インプラント埋入システムは、より短い手術器具で動作します。したがって、第二臼歯領域および口の開口部が制限されている患者の場合に使用することができる。ダイナミックナビゲーションシステム用の特定のドリル機器や手術器具は必要ありません。展示されている手術を監視することで、専門家の人間工学に基づいた体位が可能になり、外科医は理想的な姿勢1,8,10を達成することができます。
動的ナビゲーションのトレーサーキャリブレーションを使用することで、同じ精度を達成し、クリップの準備の必要性を回避できます。方法の正確さは医師によって異なり、適切なトレーニングが不可欠です。この方法は非常に正確な計画を必要とし、より正確なインプラントの位置決めと補綴結果が期待されます。
この方法は、設計に基づいてプロテーゼを事前に準備することができるので、即時のインプラント負荷(強い一次安定性の場合)を可能にする。外科的処置が正確であれば、プロテーゼはインプラントの位置に適合します。DCAISを使用する際の主な障害は、(現在)高コストで時間のかかる学習プロセスです。
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Disclosures
すべての著者は、あらゆる利益相反を開示しています。
Acknowledgments
この研究は、公的、商業的、または非営利セクターの資金提供機関から特定の助成金を受け取っていませんでした。
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
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