Summary
La chirurgia implantare dinamica assistita da computer (DCAIS) è un metodo di posizionamento chirurgico con impianto controllato eseguito senza una dima chirurgica utilizzando il controllo ottico. Il controllo intraoperatorio in tempo reale del movimento e della posizione del dispositivo chirurgico semplifica la procedura e offre maggiore libertà al chirurgo, fornendo una precisione simile ai metodi di navigazione statica.
Abstract
Nell'implantologia moderna, l'applicazione dei sistemi di navigazione chirurgica sta diventando sempre più importante. Oltre ai metodi di navigazione chirurgica statica, una procedura di posizionamento dell'impianto di navigazione dinamica indipendente dalla guida sta diventando sempre più diffusa. La procedura si basa sul posizionamento di impianti dentali guidati da computer utilizzando il controllo ottico. Questo lavoro mira a dimostrare le fasi tecniche di un nuovo sistema dichirurgia implantare assistita da computer (DCAIS) (progettazione, calibrazione, chirurgia) e verificare l'accuratezza dei risultati. Sulla base delle scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT), le posizioni esatte degli impianti vengono determinate con un software dedicato. Il primo passo dell'operazione è la calibrazione del sistema di navigazione, che può essere eseguita in due modi: 1) basata su immagini CBCT scattate con un marker o 2) basata su immagini CBCT senza marcatori. Gli impianti vengono inseriti con l'ausilio della navigazione in tempo reale secondo i piani preoperatori. L'accuratezza degli interventi può essere valutata sulla base di immagini CBCT postoperatorie. Le immagini preoperatorie contenenti le posizioni pianificate degli impianti e le immagini CBCT postoperatorie sono state confrontate in base all'angolazione (gradi), alla piattaforma e alla deviazione apicale (mm) degli impianti. Per valutare i dati, abbiamo calcolato la deviazione standard (SD), la media e l'errore standard della media (SEM) delle deviazioni all'interno delle posizioni dell'impianto pianificate ed eseguite. Le differenze tra i due metodi di calibrazione sono state confrontate sulla base di questi dati. Sulla base degli interventi eseguiti finora, l'uso di DCAIS consente un posizionamento implantare ad alta precisione. Un sistema di calibrazione che non richiede la registrazione CBCT etichettata consente un intervento chirurgico con precisione simile a quella di un sistema che utilizza l'etichettatura. L'accuratezza dell'intervento può essere migliorata con la formazione.
Introduction
Per aumentare l'accuratezza del posizionamento degli impianti dentali e ridurre le complicanze, è stata sviluppata una serie di tecniche di navigazione basate su studi di imaging. L'imaging preoperatorio e lo speciale software di pianificazione implantare 3D possono essere utilizzati per pianificare la posizione esatta dell'impianto dentale 1,2.
Lo scopo della navigazione in chirurgia implantare è quello di ottenere un posizionamento anatomicamente più preciso dell'impianto dentale per ottenere la posizione più ideale, per ridurre il rischio di possibili complicanze iatrogene (lesioni nervose, vascolari, ossee e sinusali). La chirurgia navigata diminuisce l'invasività dell'intervento (chirurgia senza lembo), che può portare a un minor numero di reclami e a un recupero più rapido. Il posizionamento accurato dell'impianto si basa su una pianificazione protesica precedente (è possibile eseguire l'operazione sulla base di un'installazione preoperatoria del dente) e il posizionamento ottimale dell'impianto può aiutare a evitare l'innesto osseo.
Al giorno d'oggi, ci sono due tipi di sistemi di navigazione per posizionamento chirurgico con impianto computerizzato (CAI): sistemi di navigazione statici e dinamici. La navigazione statica è un metodo di posizionamento controllato dell'impianto che utilizza una dima chirurgica prepianificata e prefabbricata. La navigazione dinamica è un metodo di posizionamento chirurgico di impianto guidato da computer pre-pianificato senza una dima chirurgica che utilizza il controllo ottico. La procedura di controllo utilizza la registrazione delle immagini basata su nuvola di punti per unire le immagini virtuali con l'ambiente reale applicando l'immagine 3D overlay3.
I sistemi DCAI rendono possibile il controllo dello strumento oggettivo in tempo reale all'interno di un framework simile al GPS. Tipicamente, utilizzano il tracciamento ottico per rilevare e tracciare la posizione dei marcatori di riferimento (ottici) posizionati sul paziente e sugli strumenti chirurgici e forniscono un feedback visivo continuo sul processo di posizionamento chirurgico dell'impianto 1,2.
Il movimento e la posizione dello strumento chirurgico durante l'intervento chirurgico possono essere monitorati in tempo reale su un'immagine tridimensionale su un monitor. Durante la procedura, il sistema di telecamere consente il monitoraggio continuo e il confronto della posizione dell'osso mascellare del paziente e della posizione dello strumento chirurgico.
Esistono due tipi di sistemi di navigazione dinamica: uno è il sistema passivo, nel qual caso i dispositivi di registrazione (basi di riferimento) riflettono la luce emessa dalla sorgente luminosa alle telecamere stereo; L'altro è il sistema attivo, dove i dispositivi di registrazione emettono luce che è seguita da telecamere stereo 4,5.
Il livello successivo dei sistemi di navigazione dinamica utilizza servomotori per guidare la mano del chirurgo con stimoli tattili in modo che il dispositivo con bracci robotici possa determinare i movimenti del chirurgo o addirittura sostituirli completamente in un lontano futuro 4,5,6,7.
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Protocol
Il consenso informato è stato ottenuto da ogni paziente prima dell'intervento chirurgico. Dopo gli interventi sono stati utilizzati dati retrospettivi anonimi in questo studio.
1. Passaggi nel flusso di lavoro tradizionale dei sistemi di navigazione dinamica che utilizzano il metodo di calibrazione della clip etichettato (solo per l'uso su osso mascellare con denti):
- Fissare una clip di fissaggio radiopaca ai denti dell'osso mascellare dove deve essere eseguito il trattamento (mascella/mandibola) utilizzando un materiale termoplastico.
- Effettuare un esame CBCT del paziente con una clip marcata in bocca (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
- Pianificare la posizione dell'impianto in base all'architettura protesica con il software appropriato.
- Calibrare il dispositivo (ogni passaggio può essere attivato sul display con il simbolo Play ).
- Registrare il manipolo.
- Calibrare il mandrino del manipolo.
- Calibrare il disco marcatore rotante inserito nel manipolo.
- Assemblare il braccio tra il tracker paziente e la clip etichettata e calibrarlo.
- Registrare il manipolo.
- Controllare la calibrazione tenendo la punta del trapano misurato sulla superficie della clip etichettata (Figura 1).
- Fissare la clip etichettata che tiene il marcatore ottico (tracker) sui denti della mascella superiore o inferiore (su quale mascella si verifica il posizionamento dell'impianto). Assicurarsi di inserire la clip nella stessa posizione registrata sulla CBCT preoperatoria.
- Calibrare la clip etichettata toccando le sfere metalliche della clip con il perno della sonda.
- Eseguire il posizionamento dell'impianto navigato in anestesia locale, iniettando 2 ml di articaina (80 mg/2 ml di articaina/fiala).
- Misurare la lunghezza del trapano (toccando il trapano sulla piastra di andata) (Figura 2).
- Controllare la precisione visiva in tempo reale prima di forare (toccando il trapano su qualsiasi superficie del dente e controllando che sia nella stessa posizione sul monitor e sulla bocca).
- Determinare il punto di ingresso della perforazione. Esplora il sito operativo senza il lembo.
- Forare l'osso con il controllo dinamico della navigazione (Figura 3, Figura 4 e Figura 5) .
- Misurare la lunghezza dell'impianto (toccando l'impianto sulla piastra di andata).
- Posizionare l'impianto con il manipolo indossando il tracker controllato dal sistema di navigazione dinamica.
- Chiudere la ferita con monofilamento 5.0, sutura in polipropilene non assorbibile o fissare il lavoro protesico prefabbricato.
- Acquisire il controllo dell'imaging radiologico (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
2. Passaggi nei sistemi di navigazione dinamica che utilizzano il metodo di calibrazione del tracciante (metodo non etichettato):
- Eseguire la CBCT del paziente (senza clip in bocca).
- Pianificare la posizione dell'impianto in base all'architettura protesica con il software appropriato.
- Calibrare il dispositivo come descritto nel passaggio 1.4.
- Calibrare il sistema senza una clip etichettata (metodo non etichettato).
- Trasferire il piano del posizionamento chirurgico dell'impianto nel software del sistema di navigazione utilizzato. Selezionare l'area di lavoro sull'immagine CT 3D del software di navigazione.
- Fissare il tracker sui denti (con una clip non etichettata) o nel caso di una mascella edentula, con uno speciale braccio di tenuta del tracker.
- Selezionare i punti anatomici tipici (denti o superficie ossea) su un'immagine TC 3D del sistema di navigazione (minimo tre punti).
- Identificare i punti anatomici selezionati nella bocca toccandoli con uno strumento sonda. (Figura 6).
- Eseguire la procedura di raffinazione su tre o quattro aree disegnando sulla superficie della struttura anatomica con una sonda.
- Posizionare l'impianto con navigazione in anestesia locale, iniettando 2 ml di articaina (80 mg/2 mL di articaina/fiala).
- Misurare la lunghezza del trapano (toccando il trapano sulla piastra di andata).
- Controllare l'accuratezza visiva in tempo reale prima di praticare la perforazione (toccando il trapano su qualsiasi superficie del dente e verificando che sia nella stessa posizione sul monitor e in bocca).
- Determinare il punto di foratura. Esplora il sito operativo senza il lembo.
- Perfora l'osso con il controllo dinamico della navigazione.
- Misurare la lunghezza dell'impianto (toccando l'impianto sulla piastra di andata).
- Posizionare l'impianto con il manipolo indossando il tracker controllato dal sistema di controllo dinamico della navigazione.
- Chiudere la ferita con monofilamento 5.0, sutura in polipropilene non assorbibile o fissare il lavoro protesico prefabbricato.
- Effettuare il controllo radiologico per immagini (CBCT, FOV 8 cm x 11 cm, 12 mA, 95 kV).
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Representative Results
Per utilizzare correttamente DCAIS, il sistema deve essere calibrato. Esistono diversi metodi di calibrazione che possono influire sull'accuratezza del posizionamento dell'impianto. Questo studio mirava a valutare il potenziale impatto di diversi metodi di calibrazione sull'accuratezza del DCAIS.
Sulla base degli interventi eseguiti finora, l'utilizzo del DCAIS consente un posizionamento implantare ad alta precisione. Nei nostri primi studi, abbiamo confrontato 41 posizionamenti di impianti dinamici calibrati con clip con 17 posizionamenti di impianti dinamici calibrati con tracciante.
Secondo i nostri primi dati (Tabella 1, Tabella 2, Tabella 3, Figura 7, Figura 8, Figura 9 e Figura 10), quando si utilizzano i due metodi di calibrazione, i risultati hanno mostrato che non esiste una correlazione significativa tra la piattaforma e la deviazione angolare nelle direzioni buccolinguale (BL) e mesiodistale (MD). Confrontando la posizione pianificata e finale degli impianti, la calibrazione con una clip si è dimostrata più accurata rispetto a quella fatta con un tracciante, ma la differenza non è significativa (Tabella 1, Tabella 2, Tabella 3, Figura 7, Figura 8, Figura 9 e Figura 10 ). Sulla base dei dati precedentemente pubblicati da Block et al., il posizionamento dell'impianto con un sistema di navigazione dinamica consente un posizionamento dell'impianto ad alta precisione1. L'accuratezza dell'intervento può essere migliorata con la formazione8.
Figura 1: Calibrazione con clip. Calibrazione tenendo la punta del trapano misurato sulla superficie della clip etichettata. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 2: Taratura del trapano. Misurare la lunghezza del trapano toccando il trapano sulla piastra di andata. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 3: Processo di perforazione in bocca. Foratura dell'osso sotto controllo di navigazione dinamica. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 4: Visualizzazione in tempo reale del processo di perforazione sul monitor. Vista di controllo in tempo reale della perforazione ossea. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 5: Visualizzazione in tempo reale del processo di perforazione sul monitor. Vista di controllo in tempo reale della perforazione ossea. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 6: Taratura con tracciante. Identificare i punti anatomici selezionati nella bocca toccandoli con uno strumento sonda. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 7: Deviazione media dei valori misurati (differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti) utilizzando i due diversi metodi di taratura. Deviazione globale della piattaforma (mm): distanza spaziale tra il centro della piattaforma implantare degli impianti pianificati e posizionati. Deviazione piattaforma B/L (mm): distanza spaziale tra il centro della piattaforma implantare degli impianti progettati e posizionati in dimensioni buccolinguali. Deviazione M/D della piattaforma (mm): distanza spaziale tra il centro della piattaforma implantare degli impianti pianificati e posizionati in dimensioni mesioditali. Deviazione di profondità della piattaforma (mm): distanza spaziale tra il centro della piattaforma implantare degli impianti progettati e posizionati in dimensioni di profondità. Deviazione non profonda del marciapiede (mm): la risultante delle deviazioni del marciapiede B/L e M/D. Deviazione apicale non profonda (mm): la risultante delle deviazioni apicali B/L e M/D. Deviazione apicale globale (mm): distanza spaziale tra il centro dell'apice dell'impianto degli impianti pianificati e posizionati. Deviazione apicale B/L (mm): distanza spaziale tra il centro dell'apice dell'impianto degli impianti progettati e posizionati in dimensioni buccolinguali. Deviazione M/D apicale (mm): distanza spaziale tra il centro dell'apice dell'impianto degli impianti progettati e posizionati in dimensioni mesioditali. Deviazione apicale della profondità (mm): distanza spaziale tra il centro dell'apice dell'impianto degli impianti progettati e posizionati in dimensioni di profondità. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 8: Deviazione standard dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 9: Errore standard della deviazione media dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Figura 10: Analisi dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
| Deviazione media | ||||||||||
| Piattaforma globale (mm) | Deviazione piattaforma B/L (mm) | Deviazione piattaforma M/D (mm) | Deviazione profondità piattaforma (mm) | Deviazione non profonda della piattaforma (mm) | Deviazione apicale non profonda (mm) | Apicale globale (mm) | Deviazione apicale B/L (mm) | Deviazione M/D apicale (mm) | Deviazione profondità apicale (mm) | |
| morsetto | 1.68 | 0.14 | -0.24 | 0.53 | 1.1 | 1.29 | 1.81 | 0.18 | 0,00 | 0.45 |
| tracciante | 1.99 | 0.11 | 0.32 | 0.86 | 1.21 | 1.62 | 2.28 | 0.31 | 0.43 | 0.86 |
Tabella 1: Deviazione media dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione.
| Deviazione standard | ||||||||||
| Piattaforma globale (mm) | Deviazione piattaforma B/L (mm) | Deviazione piattaforma M/D (mm) | Deviazione profondità piattaforma (mm) | Deviazione non profonda della piattaforma (mm) | Deviazione apicale non profonda (mm) | Apicale globale (mm) | Deviazione apicale B/L (mm) | Deviazione M/D apicale (mm) | Deviazione profondità apicale (mm) | |
| morsetto | 1.03 | 0.79 | 1.14 | 1.29 | 0.89 | 1.16 | 1.22 | 0.79 | 1.52 | 1.26 |
| tracciante | 0.84 | 0.94 | 1.3 | 1.3 | 0.94 | 1.23 | 1.07 | 1.12 | 1.61 | 1.27 |
Tabella 2: Deviazione standard dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione.
| Errore standard della deviazione media | ||||||||||
| Piattaforma globale (mm) | Deviazione piattaforma B/L (mm) | Deviazione piattaforma M/D (mm) | Deviazione profondità piattaforma (mm) | Deviazione non profonda della piattaforma (mm) | Deviazione apicale non profonda (mm) | Apicale globale (mm) | Deviazione apicale B/L (mm) | Deviazione M/D apicale (mm) | Deviazione profondità apicale (mm) | |
| morsetto | 0.16 | 0.12 | 0.18 | 0.2 | 0.14 | 0.18 | 0.19 | 0.12 | 0.24 | 0.2 |
| tracciante | 0.2 | 0.23 | 0.32 | 0.32 | 0.23 | 0.3 | 0.26 | 0.27 | 0.39 | 0.31 |
Tabella 3: Errore standard della deviazione media dei valori misurati. La differenza tra la posizione pianificata e quella finale degli impianti utilizzando i due diversi metodi di calibrazione.
| Sistemi di impianto a navigazione dinamica | |
| vantaggio (+) | Svantaggio (-) |
| · Posizionamento dell'impianto molto preciso | · Un guasto del sistema che interferisce con la relazione spaziale tra i punti di riferimento e il paziente può portare a errori nella progettazione del letto implantare e nel posizionamento dell'impianto. |
| · Meno invasivo, tempi di guarigione più brevi, meno disturbi | · Periodo di formazione più lungo necessario per utilizzare correttamente il sistema |
| · Minor rischio di complicanze (ad es. danni ai nervi) | · Costoso |
| · Facile da usare in piccole aperture della bocca e nella regione molare | |
| · Non richiede un set di strumenti chirurgici separato | |
| · L'uso efficiente del tempo, la pianificazione e l'intervento chirurgico possono essere eseguiti nello stesso giorno | |
| · Possibilità di modificare la posizione e le dimensioni degli impianti precedentemente pianificati durante l'intervento chirurgico | |
| · Può essere utilizzato anche in spazi interdentali ristretti | |
Tabella 4: Vantaggi e svantaggi dei sistemi implantari dinamici a navigazione.
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Discussion
Nel sistema di posizionamento dell'impianto di navigazione dinamica etichettato con clip, il flusso di lavoro tradizionale viene eseguito mediante calibrazione della clip. Ci sono tre sfere metalliche radiopache sulla superficie della clip, che sono chiaramente visibili sulla scansione CBCT. Nel caso del metodo di calibrazione del tracciante, queste sfere metalliche contenenti clip non sono necessarie né per la scansione CBCT né per la calibrazione del sistema. Nei casi con denti esistenti, è possibile utilizzare sia le clip etichettate che quelle non etichettate (due diversi metodi di calibrazione). La clip è fissata ai denti con materiale termoplastico. Nei casi senza denti, solo il metodo del tracciante senza clip può essere utilizzato per la calibrazione. La clip fissata sui denti o uno speciale braccio di tenuta fissato sull'osso mascellare mantiene la base di riferimento ottica durante il posizionamento chirurgico dell'impianto navigato3 (Tabella 4).
Per garantire una registrazione accurata, la clip deve essere fissata esattamente nella stessa posizione rispetto all'osso mascellare durante il posizionamento dell'impianto. Una clip fissata in modo vago o impreciso può portare a errori di navigazione e deviazione irreversibile dalla posizione dell'impianto pianificata. Gli svantaggi dell'utilizzo del metodo di calibrazione della clip sono la necessità di preparare la clip stessa, un'adeguata formazione del personale, l'inibizione dell'imaging in occlusione chiusa a causa della clip (la pianificazione del morso è limitata) e la difficile navigazione dinamica9 di conseguenza il posizionamento della clip è troppo vicino al sito chirurgico durante il posizionamento dell'impianto, causando sovrapposizione tra la clip e la base di riferimento ottica sul manipolo.
Nel caso di posizionamento chirurgico di impianto navigato eseguito con clip non etichettata, contrariamente alla clip radio-opaca, per la calibrazione vengono utilizzate formazioni anatomiche (ad esempio, dente, osso) o altre strutture (ad esempio, corona). In contrasto con la forma nota di una clip fissa, le strutture di riferimento sono rese visibili per la navigazione da una scansione touch superficiale con un dispositivo chiamato tracciante. Il tracciante è un dispositivo appuntito simile a una penna con una base di tracciamento ottico. Il tracciante viene utilizzato per identificare da tre a sei punti o addirittura intere superfici, che sono chiaramente visibili sull'immagine grazie al tracker. Ciò fornisce una mappatura di registrazione tra l'immagine creata e la superficie fisica della struttura candidata del paziente. Questo metodo di rilevamento della superficie viene utilizzato anche in caso di mancanza di denti.
L'accuratezza del sistema di navigazione dinamica è simile a quella riportata per i sistemi di navigazione statici. Abbiamo ottenuto lo stesso risultato nei due metodi di calibrazione all'interno della navigazione dinamica.
Con DCAIS, c'è meno bisogno di esplorare grandi superfici ossee; Pertanto, le incisioni possono essere ridotte e si può ottenere una diminuzione della formazione del lembo della mucosa. Nel caso del metodo dinamico, è possibile modificare il piano chirurgico o deviare dal piano in tempo reale. Il sistema di posizionamento dinamico dell'impianto funziona con strumentazione chirurgica più corta; Pertanto, può essere utilizzato nelle regioni dei secondi molari e nel caso di pazienti con un'apertura limitata della bocca. Non sono necessarie attrezzature di perforazione specifiche o strumenti chirurgici per i sistemi di navigazione dinamica. Il monitoraggio dell'intervento chirurgico in mostra consente una posizione ergonomica del corpo dello specialista, in modo che il chirurgo sia in grado di raggiungere una postura ideale 1,8,10.
Utilizzando la calibrazione del tracciante della navigazione dinamica, possiamo ottenere la stessa precisione ed evitare la necessità di preparare la clip. L'accuratezza dei metodi dipende dal medico e una formazione adeguata è essenziale. Il metodo richiede una pianificazione molto precisa e si prevedono risultati protesici e di posizionamento dell'impianto più accurati.
Il metodo consente un carico implantare immediato (in caso di forte stabilità primaria), in quanto la protesi può essere preparata in anticipo in base al design. Se la procedura chirurgica è accurata, la protesi si adatta alla posizione dell'impianto. I principali ostacoli all'utilizzo del DCAIS sono il suo (attualmente) costo elevato e il processo di apprendimento che richiede tempo.
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Disclosures
Tutti gli autori hanno rivelato tutti i conflitti di interesse.
Acknowledgments
Questa ricerca non ha ricevuto alcuna sovvenzione specifica da agenzie di finanziamento nei settori pubblico, commerciale o senza scopo di lucro.
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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