Dynamiczna nawigacja przy wszczepianiu implantów dentystycznych

Podsumowanie

Dynamiczna chirurgia implantologiczna wspomagana komputerowo (DCAIS) to kontrolowana metoda chirurgicznego umieszczania implantów wykonywana bez szablonu chirurgicznego za pomocą kontroli optycznej. Śródoperacyjna kontrola ruchu i położenia urządzenia chirurgicznego w czasie rzeczywistym upraszcza zabieg i daje chirurgowi większą swobodę, zapewniając podobną precyzję jak statyczne metody nawigacji.

Streszczenie

W nowoczesnej implantologii zastosowanie chirurgicznych systemów nawigacji staje się coraz ważniejsze. Oprócz statycznych metod nawigacji chirurgicznej, coraz powszechniejsza staje się niezależna od przewodnika procedura umieszczania implantów z nawigacją dynamiczną. Zabieg opiera się na komputerowym wszczepieniu implantu zębowego z wykorzystaniem kontroli optycznej. Ta praca ma na celu zademonstrowanie technicznych kroków nowego stylu dynamic computer-aided implant surgery (DCAIS) systemu (projektowanie, kalibracja, operacja) i sprawdzenie dokładności wyników. Na podstawie skanów tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT) za pomocą dedykowanego oprogramowania określane są dokładne pozycje implantów. Pierwszym krokiem operacji jest kalibracja systemu nawigacyjnego, która może być wykonana na dwa sposoby: 1) na podstawie zdjęć CBCT wykonanych markerem lub 2) na podstawie obrazów CBCT bez markerów. Implanty są wprowadzane za pomocą nawigacji w czasie rzeczywistym zgodnie z planami przedoperacyjnymi. Dokładność interwencji można ocenić na podstawie pooperacyjnych obrazów CBCT. Obrazy przedoperacyjne zawierające planowane pozycje implantów i pooperacyjne obrazy CBCT porównano na podstawie kąta (stopnia), platformy i odchylenia wierzchołkowego (mm) implantów. Aby ocenić dane, obliczyliśmy odchylenie standardowe (SD), średnią i błąd standardowy średniej (SEM) odchyleń w obrębie planowanych i wykonywanych pozycji implantów. Na podstawie tych danych porównano różnice między obiema metodami kalibracji. Bazując na dotychczasowych interwencjach, zastosowanie DCAIS pozwala na bardzo precyzyjne wszczepienie implantu. System kalibracji, który nie wymaga znakowanego zapisu CBCT, pozwala na interwencję chirurgiczną z podobną dokładnością, jak system wykorzystujący etykietowanie. Dokładność interwencji można poprawić poprzez szkolenie.

Wprowadzenie

Aby zwiększyć dokładność umieszczania implantów dentystycznych i zmniejszyć liczbę powikłań, opracowano szereg technik nawigacji opartych na badaniach obrazowych. Obrazowanie przedoperacyjne i specjalne oprogramowanie do planowania implantów 3D mogą być wykorzystane do zaplanowania dokładnej pozycji implantu dentystycznego^1,2.

Celem nawigacji chirurgii implantologicznej jest osiągnięcie bardziej anatomicznie precyzyjnego umieszczenia implantu dentystycznego, aby osiągnąć najbardziej idealną pozycję, aby zmniejszyć ryzyko możliwych jatrogennych powikłań (urazy nerwów, naczyń krwionośnych, kości i zatok). Chirurgia sterowana zmniejsza inwazyjność interwencji (chirurgia bezpłatowa), co może prowadzić do mniejszej liczby dolegliwości i szybszego powrotu do zdrowia. Dokładne wszczepienie implantu opiera się na wcześniejszym planowaniu protetycznym (możliwe jest wykonanie operacji na podstawie przedoperacyjnego montażu zęba), a optymalne ustawienie implantu może pomóc w uniknięciu przeszczepu kości.

Obecnie istnieją dwa rodzaje systemów nawigacji chirurgicznego implantu wspomaganego komputerowo (CAI) - statyczne i dynamiczne systemy nawigacji. Nawigacja statyczna to kontrolowana metoda wszczepienia implantu przy użyciu wcześniej zaplanowanego i prefabrykowanego szablonu chirurgicznego. Nawigacja dynamiczna to wstępnie zaplanowana metoda chirurgicznego wszczepienia implantu pod sterowaniem komputerowym bez szablonu chirurgicznego za pomocą sterowania optycznego. Procedura kontrolna wykorzystuje rejestrację obrazów w oparciu o chmurę punktów w celu scalenia obrazów wirtualnych z rzeczywistym środowiskiem poprzez zastosowanie nakładki obrazu 3D³.

Systemy DCAI umożliwiają obiektywne sterowanie instrumentami w czasie rzeczywistym w ramach podobnych do GPS. Zazwyczaj wykorzystują one śledzenie optyczne do wykrywania i śledzenia położenia (optycznych) znaczników odniesienia umieszczonych nad pacjentem i narzędziami chirurgicznymi oraz zapewniają ciągłą wizualną informację zwrotną na temat procesu chirurgicznego wszczepiania implantu^1,2.

Ruch i pozycja narzędzia chirurgicznego podczas operacji mogą być monitorowane na żywo na trójwymiarowym obrazie na monitorze. Podczas zabiegu system kamer pozwala na ciągłe monitorowanie i porównywanie położenia kości szczęki pacjenta z położeniem narzędzia chirurgicznego.

Istnieją dwa rodzaje dynamicznych systemów nawigacji: jeden to system pasywny, w którym to przypadku urządzenia rejestrujące (bazy referencyjne) odbijają światło emitowane ze źródła światła z powrotem do kamer stereo; drugi to system aktywny, gdzie urządzenia rejestrujące emitują światło, za którym podążają kamery stereoskopowe^4,5.

Następny poziom dynamicznych systemów nawigacji wykorzystuje serwomotory do kierowania ręką chirurga za pomocą bodźców dotykowych, dzięki czemu urządzenie z ramionami robota może określać ruchy chirurga lub nawet całkowicie je zastąpić w odległej przyszłości^4,5,6,7.

Protokół

Uzyskano świadomą zgodę od każdego pacjenta przed operacją. Po interwencjach w tym badaniu wykorzystano zanonimizowane dane retrospektywne.

1. Kroki w tradycyjnym przepływie pracy dynamicznych systemów nawigacji przy użyciu metody kalibracji opisanego klipsa (tylko do użytku na kości szczęki z zębami):

1. Przymocuj klips mocujący nieprzepuszczający promieni rentgenowskich do zębów kości szczęki, w której ma być wykonany zabieg (szczęka/żuchwa) za pomocą materiału termoplastycznego.
2. Wykonaj badanie CBCT pacjenta z oznakowanym klipsem w jamie ustnej (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
3. Zaplanuj położenie implantu zgodnie z architekturą protetyczną za pomocą odpowiedniego oprogramowania.
4. Skalibruj urządzenie (każdy krok można aktywować na wyświetlaczu za pomocą symbolu odtwarzania).
   1. Zarejestruj rękojeść.
      1. Skalibruj uchwyt rękojeści.
      2. Skalibruj obracającą się tarczę znacznikową włożoną do rękojeści.
      3. Zamontuj ramię między monitorem pacjenta a oznaczonym klipsem i skalibruj je.
5. Sprawdź kalibrację, przytrzymując końcówkę mierzonego wiertła przy powierzchni oznaczonego klipsa (Rysunek 1).
   1. Zamocuj oznaczony klips przytrzymujący znacznik optyczny (tracker) na zębach górnej lub dolnej szczęki (na której szczęki następuje umieszczenie implantu). Upewnij się, że klips został włożony w tę samą pozycję, która jest zarejestrowana w przedoperacyjnym CBCT.
   2. Skalibruj oznaczony klips, dotykając metalowych kulek zacisku sworzniem sondy.
6. Wykonaj nawigację po wszczepieniu implantu w znieczuleniu miejscowym, wstrzykując 2 ml articainy (80 mg/2 ml articainy/ampułkę).
   1. Zmierz długość wiertła (dotykając wiertła do płytki go) (Rysunek 2).
   2. Sprawdź dokładność wizualną w czasie rzeczywistym przed wierceniem (dotykanie wiertłem dowolnej powierzchni zęba i sprawdzanie, czy znajduje się w tej samej pozycji na monitorze i w jamie ustnej).
   3. Określ punkt wejścia wiercenia. Zbadaj miejsce operacji bez klapy.
   4. Wydrąż kość za pomocą dynamicznej kontroli nawigacji (Rysunek 3, Rysunek 4 i Rysunek 5) .
   5. Zmierz długość implantu (dotykając implantu płytką go).
   6. Umieść implant z rękojeścią w urządzeniu śledzącym sterowanym przez system dynamicznej nawigacji.
   7. Zamknij ranę monofilamentowym, niewchłanialnym szwem polipropylenowym 5.0 lub zamocuj prefabrykowaną pracę protetyczną.
7. Uzyskanie kontrolnego obrazowania radiologicznego (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).

2. Kroki w dynamicznych systemach nawigacji przy użyciu metody kalibracji znacznika (metoda nieoznaczona):

1. Wykonaj CBCT pacjenta (bez klipsa w jamie ustnej).
2. Zaplanuj położenie implantu zgodnie z architekturą protetyczną za pomocą odpowiedniego oprogramowania.
3. Skalibruj urządzenie zgodnie z opisem w kroku 1.4.
4. Skalibruj system bez oznaczonego zacisku (metoda nieopisana).
   1. Przenieś plan chirurgicznego wszczepienia implantu do oprogramowania używanego systemu nawigacji. Wybierz obszar roboczy na obrazie 3D CT oprogramowania nawigacyjnego.
   2. Przymocuj tracker do zębów (za pomocą nieopisanego klipsa) lub w przypadku bezzębia szczęki za pomocą specjalnego ramienia trzymającego tracker.
   3. Wybierz typowe punkty anatomiczne (zęby lub powierzchnię kości) na obrazie 3D CT systemu nawigacji (minimum trzy punkty).
   4. Zidentyfikuj wybrane punkty anatomiczne w jamie ustnej, dotykając ich sondą. (Rysunek 6).
   5. Wykonaj procedurę udoskonalania na trzech do czterech obszarach, rysując powierzchnię struktury anatomicznej za pomocą sondy.
5. Umieścić implant z nawigacją w znieczuleniu miejscowym, wstrzykując 2 ml articainy (80 mg/2 ml articainy/ampułkę).
   1. Zmierz długość wiertła (dotykając wiertła do płytki go).
   2. Sprawdź dokładność wizualną w czasie rzeczywistym przed wierceniem (dotykanie wiertłem dowolnej powierzchni zęba i sprawdzanie, czy znajduje się w tej samej pozycji na monitorze i w jamie ustnej).
   3. Określ punkt wiercenia. Zbadaj miejsce operacji bez klapy.
   4. Wydrąż kość za pomocą dynamicznej kontroli nawigacji.
   5. Zmierz długość implantu (dotykając implantu płytką go).
   6. Umieść implant z rękojeścią w urządzeniu śledzącym sterowanym przez system dynamicznej kontroli nawigacji.
   7. Zamknąć ranę monofilamentowym, niewchłanialnym szwem polipropylenowym 5.0 lub przymocować prefabrykowaną pracę protetyczną.
6. Wykonać kontrolne obrazowanie radiologiczne (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).

Wyniki

Aby poprawnie korzystać z DCAIS, system musi być skalibrowany. Istnieje kilka metod kalibracji, które mogą mieć wpływ na dokładność wszczepienia implantu. Badanie to miało na celu ocenę potencjalnego wpływu różnych metod kalibracji na dokładność DCAIS.

Na podstawie dotychczasowych interwencji, zastosowanie DCAIS pozwala na bardzo precyzyjne wszczepienie implantu. W naszych wczesnych badaniach porównaliśmy 41 skalibrowanych implantów z dynamiczną nawigacją z klipsem z 17 dynamicznymi wszczepien...

Dyskusja

W systemie umieszczania implantów do dynamicznej nawigacji z opisanym klipsem, tradycyjny przepływ pracy odbywa się poprzez kalibrację klipsa. Na powierzchni klipsa znajdują się trzy metalowe kule nieprzepuszczające promieni rentgenowskich, które są wyraźnie widoczne na skanie CBCT. W przypadku metody kalibracji znacznika, te metalowe kulki zawierające klipsy nie są konieczne do skanowania CBCT ani do kalibracji systemu. W przypadkach, w których istnieją już zęby, można stosować zarówno klipsy z etykietą, jak i bez etyki...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Oprogramowanie DTX Implant Studio	Nobel Biocare	106182	oprogramowanie do strugania chirurgicznego
3D MeshLab	ISTI - Centrum badawcze CNR	2020.12	Oprogramowanie do obróbki siatek 3D
Nobel Replace CC implant	Nobel Biocare	37285	Implant
X-Guide	X-Nav - Nobel Biocare	SN00001310	system chirurgii nawigacji dynamicznej
X-Guide - XClip	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008381	Urządzenie do rejestracji nawigacji 3D Oprogramowanie
strugania	X-Guide X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008296	Oprogramowanie do planowania i obsługi chirurgicznej 3D Sonda
X-Mark	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008886	Nawigacja 3D Narzędzie do rejestracji
PaX-i3D Smart	Vatech		CBCT
Prolene 5.0			5.0 monofilamentowy, niewchłanialny szew polipropylenowy