Summary
Динамическая компьютерная имплантационная хирургия (DCAIS) - это контролируемый хирургический метод установки имплантата, выполняемый без хирургического шаблона с использованием оптического контроля. Интраоперационное управление движением и положением хирургического устройства в режиме реального времени упрощает процедуру и дает больше свободы хирургу, обеспечивая такую же точность, как и методы статической навигации.
Abstract
В современной имплантологии применение хирургических навигационных систем приобретает все большее значение. В дополнение к методам статической хирургической навигации все более распространенной становится независимая от руководства процедура установки динамического навигационного имплантата. Процедура основана на компьютерной установке зубных имплантатов с использованием оптического контроля. Эта работа направлена на демонстрацию технических шагов новой системыавтоматизированной имплантационной хирургии (DCAIS) (проектирование, калибровка, хирургия) и проверку точности результатов. На основе конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ) точные положения имплантатов определяются с помощью специального программного обеспечения. Первым этапом операции является калибровка навигационной системы, которая может быть выполнена двумя способами: 1) на основе изображений КЛКТ, сделанных маркером или 2) на основе изображений КЛКТ без маркеров. Имплантаты вставляются с помощью навигации в режиме реального времени в соответствии с предоперационными планами. Точность вмешательств может быть оценена на основе послеоперационных изображений КЛКТ. Предоперационные изображения, содержащие запланированные положения имплантатов, и послеоперационные изображения КЛКТ сравнивались на основе ангуляции (степени), платформы и апикального отклонения (мм) имплантатов. Чтобы оценить данные, мы рассчитали стандартное отклонение (SD), среднее и стандартную погрешность среднего (SEM) отклонений в пределах запланированных и выполненных положений имплантата. На основе этих данных сравнивались различия между двумя методами калибровки. Основываясь на вмешательствах, выполненных до сих пор, использование DCAIS позволяет установить имплантаты с высокой точностью. Калибровочная система, которая не требует маркировки записи КЛКТ, позволяет проводить хирургическое вмешательство с той же точностью, что и система, использующая маркировку. Точность вмешательства может быть улучшена путем обучения.
Introduction
Для повышения точности установки зубных имплантатов и уменьшения осложнений был разработан ряд навигационных методов, основанных на исследованиях визуализации. Предоперационная визуализация и специальное программное обеспечение для планирования 3D-имплантатов могут быть использованы для планирования точного положения зубного имплантата 1,2.
Целью имплантационной хирургии является выполнение более анатомически точного размещения зубного имплантата для достижения наиболее идеального положения, чтобы снизить риск возможных ятрогенных осложнений (травмы нервов, сосудов, костей и пазух). Навигационная операция снижает инвазивность вмешательства (лоскутная хирургия), что может привести к меньшему количеству жалоб и более быстрому выздоровлению. Точная установка имплантата основана на предварительном планировании протеза (можно выполнить операцию на основе предоперационной установки зуба), а оптимальное позиционирование имплантата может помочь избежать костной пластики.
В настоящее время существует два типа компьютерных имплантатов (CAI) хирургических навигационных систем - статические и динамические навигационные системы. Статическая навигация - это контролируемый метод установки имплантата с использованием предварительно спланированного и сборного хирургического шаблона. Динамическая навигация - это заранее спланированный компьютерный хирургический метод установки имплантата без хирургического шаблона с использованием оптического управления. Процедура управления использует регистрацию изображений на основе облака точек для объединения виртуальных изображений с реальной средой путем применения наложения 3D-изображения3.
Системы DCAI делают возможным объективированное управление приборами в режиме реального времени в рамках GPS-подобной структуры. Как правило, они используют оптическое отслеживание для обнаружения и отслеживания положения (оптических) эталонных маркеров, размещенных над пациентом и хирургическими инструментами, и обеспечивают непрерывную визуальную обратную связь по процессу хирургического размещения имплантата 1,2.
Движение и положение хирургического инструмента во время операции можно контролировать в прямом эфире на трехмерном изображении на мониторе. Во время процедуры система камер позволяет непрерывно контролировать и сравнивать положение челюстной кости пациента и положение хирургического инструмента.
Существует два типа динамических навигационных систем: одна - пассивная система, в этом случае регистрационные устройства (опорные базы) отражают свет, излучаемый источником света, обратно в стереокамеры; другая - активная система, где регистрационные устройства излучают свет, за которым следуютстереокамеры 4,5.
Следующий уровень динамических навигационных систем использует серводвигатели для направления руки хирурга тактильными стимулами, чтобы устройство с роботизированными руками могло определять движения хирурга или даже полностью заменять их в отдаленном будущем 4,5,6,7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Информированное согласие было получено от каждого пациента перед операцией. После вмешательств в этом исследовании использовались анонимные ретроспективные данные.
1. Этапы традиционного рабочего процесса динамических навигационных систем с использованием методом калибровки помеченного клипа (только для использования на челюстной кости с зубьями):
- Прикрепите рентгеноконтрастный зажим для фиксации к зубам челюстной кости, где должно быть выполнено лечение (верхняя челюсть / нижняя челюсть) с использованием термопластичного материала.
- Сделать КЛКТ обследование пациента с меченым зажимом во рту (КЛКТ, FOV 8 см х 11 см, 12 мА, 95 кВ).
- Спланируйте положение имплантата в соответствии с архитектурой протеза с помощью соответствующего программного обеспечения.
- Откалибруйте устройство (каждый шаг можно активировать на дисплее с помощью символа Play ).
- Зарегистрируйте наконечник.
- Калибруйте патрон наконечника.
- Откалибруйте вращающийся маркер-диск, вставленный в наконечник.
- Соберите руку между трекером пациента и маркированным зажимом и откалибруйте его.
- Зарегистрируйте наконечник.
- Проверьте калибровку, поднеся наконечник измеряемого сверла к поверхности маркированного зажима (рисунок 1).
- Зафиксируйте маркированный клипс, удерживая оптический маркер (трекер) на зубах верхней или нижней челюсти (на какой челюсти происходит установка имплантата). Убедитесь, что зажим вставлен в то же положение, что и на предоперационной КЛКТ.
- Откалибруйте маркированный зажим, коснувшись металлических сфер зажима поворотом зонда.
- Выполните навигационную установку имплантата в местной анестезии, введя 2 мл артикаина (80 мг/2 мл артикаина/ампула).
- Измерьте длину сверла (соприкоснувшись сверлом к выходной пластине) (рисунок 2).
- Проверьте визуальную точность в режиме реального времени перед сверлением (прикасаясь сверлом к любой поверхности зуба и проверяя, что она находится в одинаковом положении на мониторе и во рту).
- Определите точку входа бурения. Исследуйте место эксплуатации без заслонки.
- Просверлите кость с помощью динамического навигационного управления (рисунок 3, рисунок 4 и рисунок 5).
- Измерьте длину имплантата (прикоснувшись имплантатом к пластине go).
- Поместите имплантат с наконечником с трекером, управляемым динамической навигационной системой.
- Закройте рану монофиламентным, нерассасывающимся полипропиленовым швом 5.0 или зафиксируйте сборные протезы.
- Получение контрольной радиологической визуализации (КЛКТ, FOV 8 см x 11 см, 12 мА, 95 кВ).
2. Этапы в динамических навигационных системах с использованием метода калибровки индикатора (не маркированный метод):
- Выполняют КЛКТ пациента (без зажимов во рту).
- Спланируйте положение имплантата в соответствии с архитектурой протеза с помощью соответствующего программного обеспечения.
- Откалибруйте устройство, как описано в шаге 1.4.
- Калибровка системы без помеченного зажима (метод без маркировки).
- Перенесите план хирургического размещения имплантата в программное обеспечение используемой навигационной системы. Выберите рабочую область на 3D-компьютерном снимке навигационного программного обеспечения.
- Закрепите трекер на зубах (с непомеченным зажимом) или в случае беззубой челюсти специальным трекером-удерживающим руку.
- Выберите типичные анатомические точки (зубы или поверхность кости) на 3D-КТ-изображении навигационной системы (минимум три точки).
- Определите выбранные анатомические точки во рту, коснувшись их инструментом зонда. (Рисунок 6).
- Выполните процедуру уточнения на трех-четырех участках, нанеся на поверхность анатомической структуры зонд.
- Поместите имплантат с навигацией в местную анестезию, введя 2 мл артикаина (80 мг/2 мл артикаина/ампулы).
- Измерьте длину сверла (прикоснувшись дрелью к выходной пластине).
- Проверьте визуальную точность в режиме реального времени перед сверлением (прикасаясь сверлом к любой поверхности зуба и проверяя, что она находится в одинаковом положении на мониторе и во рту).
- Определите точку сверления. Исследуйте место эксплуатации без заслонки.
- Просверлите кость с динамическим управлением навигацией.
- Измерьте длину имплантата (прикоснувшись имплантатом к пластине go).
- Поместите имплантат с наконечником, одетым в трекер, управляемый системой динамического навигационного управления.
- Закройте рану 5.0 мононитью, нерассасывающимся полипропиленовым швом или зафиксируйте сборную протезную работу.
- Производят контрольную радиологическую визуализацию (КЛКТ, FOV 8 см х 11 см, 12 мА, 95 кВ).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Для правильного использования DCAIS система должна быть откалибрована. Существует несколько методов калибровки, которые могут повлиять на точность установки имплантата. Это исследование было направлено на оценку потенциального влияния различных методов калибровки на точность DCAIS.
Основываясь на вмешательствах, выполненных до сих пор, использование DCAIS позволяет высокоточную установку имплантатов. В наших ранних исследованиях мы сравнили 41 откалиброванную клипсу динамическую навигационную установку имплантатов с 17 трассирующими калиброванными динамическими навигационными установками имплантатов.
Согласно нашим ранним данным (Таблица 1, Таблица 2, Таблица 3, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9 и Рисунок 10), при использовании двух методов калибровки результаты показали, что нет значимой корреляции между платформой и угловым отклонением в буколингвальном (BL) и мезиодистальном (MD) направлениях. Сравнивая запланированное и конечное положение имплантатов, калибровка с помощью зажима оказалась более точной по сравнению с той, которая была выполнена с помощью индикатора, но разница не является существенной (Таблица 1, Таблица 2, Таблица 3, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9 и Рисунок 10 ). Основываясь на ранее опубликованных данных Block et al., установка имплантатов с динамической навигационной системой позволяет высокоточную установку имплантатов1. Точность вмешательства может быть улучшена тренировкой8.
Рисунок 1: Калибровка с помощью зажима. Калибровка путем удержания наконечника измеряемого сверла к поверхности маркированного зажима. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Калибровка дрели. Измерение длины сверла путем прикосновения сверла к выходной пластине. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Процесс сверления во рту. Сверление кости под динамическим навигационным управлением. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Просмотр процесса бурения в режиме реального времени на мониторе. Контрольный вид сверления кости в режиме реального времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Просмотр процесса бурения в режиме реального времени на мониторе. Контрольный вид сверления кости в режиме реального времени. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Калибровка с помощью индикатора. Идентификация выбранных анатомических точек во рту путем прикосновения к ним с помощью пробного инструмента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7: Среднее отклонение измеренных значений (разница между запланированным и конечным положением имплантатов) с использованием двух различных методов калибровки. Глобальное отклонение платформы (мм): пространственное расстояние между центром имплантационной платформы планируемых и размещенных имплантатов. Отклонение платформы B/L (мм): пространственное расстояние между центром имплантационной платформы планируемых и размещенных имплантатов в букколингвальных размерах. Отклонение платформы M/D (мм): пространственное расстояние между центром имплантационной платформы планируемых и размещенных имплантатов в мезиодистальных размерах. Отклонение глубины платформы (мм): пространственное расстояние между центром имплантационной платформы планируемых и размещенных имплантатов по глубинным размерам. Неглубинное отклонение платформы (мм): результирующее отклонение платформы B/L и M/D. Апикальное неглубокое отклонение (мм): результирующее апикальное отклонение B/L и M/D. Глобальное апикальное отклонение (мм): пространственное расстояние между центром вершины имплантата планируемых и размещенных имплантатов. Апикальное отклонение B/L (мм): пространственное расстояние между центром вершины имплантата планируемых и размещенных имплантатов в букколингвальных размерах. Апикальное отклонение M/D (мм): пространственное расстояние между центром вершины имплантата планируемых и размещенных имплантатов в мезиодистальных размерах. Отклонение глубины апикального отверстия (мм): пространственное расстояние между центром вершины имплантата планируемых и размещенных имплантатов по глубинным размерам. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8: Стандартное отклонение измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 9: Стандартная погрешность среднего отклонения измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 10: Анализ измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| Среднее отклонение | ||||||||||
| Глобальная платформа (мм) | Платформа B/L Отклонение (мм) | Отклонение платформы M/D (мм) | Отклонение глубины платформы (мм) | Неглубокое отклонение платформы (мм) | Апикальное неглубокое отклонение (мм) | Глобальная апикальная (мм) | Апикальное отклонение B/L (мм) | Апикальное отклонение M/D (мм) | Отклонение глубины апикального отверстия (мм) | |
| клип | 1.68 | 0.14 | -0.24 | 0.53 | 1.1 | 1.29 | 1.81 | 0.18 | 0,00 | 0.45 |
| трассер | 1.99 | 0.11 | 0.32 | 0.86 | 1.21 | 1.62 | 2.28 | 0.31 | 0.43 | 0.86 |
Таблица 1: Среднее отклонение измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки.
| Стандартное отклонение | ||||||||||
| Глобальная платформа (мм) | Платформа B/L Отклонение (мм) | Отклонение платформы M/D (мм) | Отклонение глубины платформы (мм) | Неглубокое отклонение платформы (мм) | Апикальное неглубокое отклонение (мм) | Глобальная апикальная (мм) | Апикальное отклонение B/L (мм) | Апикальное отклонение M/D (мм) | Отклонение глубины апикального отверстия (мм) | |
| клип | 1.03 | 0.79 | 1.14 | 1.29 | 0.89 | 1.16 | 1.22 | 0.79 | 1.52 | 1.26 |
| трассер | 0.84 | 0.94 | 1.3 | 1.3 | 0.94 | 1.23 | 1.07 | 1.12 | 1.61 | 1.27 |
Таблица 2: Стандартное отклонение измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки.
| Стандартная погрешность среднего отклонения | ||||||||||
| Глобальная платформа (мм) | Платформа B/L Отклонение (мм) | Отклонение платформы M/D (мм) | Отклонение глубины платформы (мм) | Неглубокое отклонение платформы (мм) | Апикальное неглубокое отклонение (мм) | Глобальная апикальная (мм) | Апикальное отклонение B/L (мм) | Апикальное отклонение M/D (мм) | Отклонение глубины апикального отверстия (мм) | |
| клип | 0.16 | 0.12 | 0.18 | 0.2 | 0.14 | 0.18 | 0.19 | 0.12 | 0.24 | 0.2 |
| трассер | 0.2 | 0.23 | 0.32 | 0.32 | 0.23 | 0.3 | 0.26 | 0.27 | 0.39 | 0.31 |
Таблица 3: Стандартная погрешность среднего отклонения измеренных значений. Разница между запланированным и конечным положением имплантатов с использованием двух различных методов калибровки.
| Системы динамической навигационной имплантации | |
| преимущество (+) | недостаток (-) |
| · Очень точная установка имплантатов | · Сбой системы, который мешает пространственным отношениям между опорными точками и пациентом, может привести к ошибкам в конструкции имплантационного слоя и позиционировании имплантата |
| · Менее инвазивный, более короткое время заживления, меньше жалоб | · Более длительный период обучения, необходимый для правильного использования системы |
| · Меньший риск осложнений (например, повреждение нервов) | · Дорогой |
| · Прост в использовании в небольших ротовых отверстиях и в молярной области | |
| · Не требует отдельного набора хирургических инструментов | |
| · Эффективное использование времени, планирование и операция могут быть выполнены в один и тот же день | |
| · Возможность изменения положения и размера ранее запланированных имплантатов во время операции | |
| · Может также использоваться в узких межзубных пространствах | |
Таблица 4: Преимущества и недостатки динамических навигационных имплантационных систем.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В маркированной системе динамической навигационной установки имплантатов, используемой клипом, традиционный рабочий процесс выполняется путем калибровки клипа. На поверхности зажима находятся три рентгеноконтрастные металлические сферы, которые хорошо видны на КЛКТ-сканировании. В случае метода калибровки индикатора эти металлические сферы, содержащие зажимы, не являются необходимыми ни для сканирования КЛКТ, ни для калибровки системы. В случаях с существующими зубьями могут использоваться как маркированные, так и непомеченные клипсы (два разных метода калибровки). Зажим крепится к зубьям термопластичным материалом. В беззубых случаях для калибровки можно использовать только трассирующий метод без зажима. Зажим, закрепленный на зубах, или специальный удерживающий рычаг, закрепленный на челюстной кости, удерживает оптическую опорную базу во время хирургического размещения навигационного имплантата3 (таблица 4).
Для обеспечения точной регистрации зажим должен быть закреплен в точно таком же положении относительно челюстной кости во время установки имплантата. Свободно или неточно закрепленный зажим может привести к навигационным ошибкам и необратимому отклонению от запланированного положения имплантата. Недостатками использования метода калибровки клипа являются необходимость самой подготовки клипа, адекватная подготовка персонала, заторможенная визуализация в закрытой окклюзии из-за клипса (планирование укуса ограничено) и сложная динамическая навигация9 в результате размещения клипа слишком близко к месту операции во время установки имплантата, вызывая перекрытие между зажимом и оптической опорной базой на наконечнике.
В случае навигационной установки имплантата, выполняемой с немаркированным клипсой, в отличие от радионепрозрачного клипса, для калибровки используются анатомические образования (например, зуб, кость) или другие структуры (например, коронка). В отличие от известной формы фиксированного клипа, эталонные структуры становятся видимыми для навигации с помощью сканирования поверхности с помощью устройства, называемого трассировщиком. Трассировщик представляет собой заостренное, похожее на ручку устройство с оптической основой слежения. Трассировщик используется для идентификации трех-шести точек или даже целых поверхностей, которые хорошо видны на изображении благодаря трекеру. Это обеспечивает регистрационное сопоставление между созданным изображением и физической поверхностью структуры кандидата пациента. Этот метод обнаружения поверхности используется и в случае беззубости.
Точность динамической навигационной системы аналогична той, о которой сообщается для статических навигационных систем. Мы достигли того же результата в двух методах калибровки в динамической навигации.
С DCAIS меньше необходимости в исследовании больших костных поверхностей; таким образом, разрезы могут быть уменьшены, и может быть достигнуто уменьшение образования слизистого лоскута. В случае динамического метода возможно изменение плана операции или отклонение от плана в режиме реального времени. Система динамической установки имплантатов работает с более коротким хирургическим инструментом; поэтому его можно использовать во вторых молярных областях и в случае пациентов, имеющих ограниченное открытие рта. Нет необходимости в специальном буровом оборудовании или хирургических инструментах для динамических навигационных систем. Мониторинг операции на дисплее позволяет эргономично расположить тело специалиста, поэтому хирург может достичь идеальнойосанки 1,8,10.
Используя трассировочную калибровку динамической навигации, мы можем достичь той же точности и избежать необходимости подготовки клипа. Точность методов зависит от врача, и адекватная подготовка имеет важное значение. Метод требует очень точного планирования, и ожидаются более точные результаты позиционирования имплантатов и протезирования.
Метод допускает немедленную загрузку имплантата (в случае сильной первичной стабильности), так как протез может быть подготовлен заранее на основе конструкции. Если хирургическая процедура точна, протез соответствует положению имплантата. Основными препятствиями для использования DCAIS являются его (в настоящее время) высокая стоимость и трудоемкий процесс обучения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Все авторы раскрыли все конфликты интересов.
Acknowledgments
Это исследование не получило какого-либо конкретного гранта от финансирующих учреждений в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.
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).
