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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sägeführungsvorrichtung zur Entnahme von Knochenvolumen aus dem Kiefer eines Patienten, sowie ein damit verbundenes Verfahren für die nicht-invasive Messung von Knochenvolumen, sowie eine Sägeführungsvorrichtung zur Entnahme eines Knochenvolumens im Kiefer eines Patienten.
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In der Medizin allgemein ist es bekannt, einem Patienten an einer geeigneten Stelle Knochenmaterial zu entnehmen und dieses an einer anderen Stelle einzusetzen, um damit einen fehlenden Teil zu ersetzen. Diese sogenannte autogene Knochentransplantation stellt u. a. in der Zahnmedizin eine besondere Herausforderung dar.
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Eine autogene Knochentransplantation ist bspw. oftmals vor dem Einsetzen von Implantaten notwendig, die in der Zahnmedizin zur Behandlung und Versorgung von Patienten mit Zahnlücken eingesetzt werden. Eine Voraussetzung für das Einsetzen von Implantaten in den Kiefer der betroffenen Patienten ist dabei unter anderem das Vorhandensein von ausreichendem Knochenmaterial an der Stelle, an der das Implantat eingesetzt werden soll. Dieses Knochenmaterial wir in aller Regel gesunden Kieferabschnitten des Patienten entnommen. Bei der Knochenentnahme aus dem Kiefer ist es notwendig, zahlreiche empfindliche Strukturen auf kleinstem Raum zu beachten und zu schützen, wie bspw. Nerven, Zähne und ev. bereits vorhandene Implantate.
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Die
US 2009/0 092 948 A1 offenbart u.a. Systeme und Verfahren zur Planung und/oder Einführung eines Zahnimplantats in einem Patienten. Das hierin offenbarte System umfasst ein Herstellungsmodul, mit welchem ein physikalisches Modell eines Mundbereichs des Patienten hergestellt wird, sowie eine chirurgische Führungsvorrichtung, mit welcher die Implantation basierend auf dreidimensional gewonnenen Daten, geführt wird.
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Im Stand der Technik wird die sogenannte Linea obliqua sowohl im bezahnten als auch im zahnlosen Unterkiefer beziehungsweise einer anderen geeigneten Donorregion sehr häufig als enorale Knochenentnahmestelle für die Eigenknochengewinnung beschrieben. Die Linea obliqua ist eine am seitlichen Bereich des Corpus mandibulae liegende Knochenkante, die in den Vorderrand des Ramus mandibulae übergeht.
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Für das Lösen eines Knochenblockes aus der Linea obliqua kommen gegenwärtig dünne Fräsen (z. B. Lindemannfräsen), oszillierenden Sägen und seit einigen Jahren auch ultraschallgetriebene Sägen zur Anwendung, die sich durch ihre Laufruhe und schonende Arbeitsweise gegenüber weichgeweblichen Strukturen auszeichnen. Für die Knochenentnahme ist die Präparation von zwei horizontalen und zwei vertikalen Schlitzen im Knochen erforderlich, die sich an den Ecken knapp überschneiden und den kortikalen Anteil des Ramus mandibulae vollständig durchtrennen.
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Eingeschränkt wird das mögliche Volumen des Knochenblockes hauptsächlich durch den Patienten-individuell unterschiedlichen Verlauf des Nervus alveolaris inferior in der retromolaren Region oder die Wurzelspitzen in der Kinnregion. Als häufigste Komplikation wird außerdem eine Parästhesie im Innervationsgebiet des Nervus alveolaris inferior und des Nervus buccalis beschrieben.
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Bisher wurde die präoperative Analyse dieser Region durch die Vermessung mittels zweidimensionalem Röntgen (Panoramaübersichtsaufnahme) beschrieben, sowie seit Einführung der Computertomographie (CT) und digitalen Volumentomographie (DVT) teilweise auf Basis einer dreidimensionalen Darstellung der Spenderregion, und zwar durch die Bestimmung des Abstandes der Knochenoberkante zum Nervkanal mittels Anlegen eines (virtuellen) Lineals. Ferner ist bekannt, die Spenderregion mit dem Programm AutoCut® zu vermessen (siehe Verdugo F. et al., ”Quantitation of Mandibular Ramus Volume as a Source of Bone Grafting”, Clin. Implant. Dent. Relat. Res. (2009) Apr 23), eine Methode, die jedoch als eher unzuverlässig einzuschätzen ist, und bei der sich die gewonnene Information nicht direkt auf die autogene Spenderregion im Patienten übertragen lässt.
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Ferner ist es üblich, die Knochenblöcke nur nach Augenmaß, ggf. mit Hilfe einer einfachen (handausgeschnittenen papier-)Schablone, herauszusägen. Für die enorale Knochengewinnung (z. B. an der Linea obliqua) mit der (Ultraschall-)Säge werden in der Regel vier Sägeschlitze benötigt. Zuerst werden die Ecken der geplanten Entnahmestelle intraoperativ häufig durch Ankörnung gekennzeichnet. Der erste Sägeschlitz – und alle 3 folgenden – werden dann frei Hand unter Berücksichtigung des Verlaufes des Unterkiefers und seiner dreidimensionalen Kontur gesetzt. Dabei beeinflussen vor allem die Erfahrung und die anatomischen Kenntnisse des Operateurs das Risiko einer Verletzung der anatomischen Nachbarstrukturen, wie z. B. Nerven und Zähne. Letztendlich kann erst nach dem Lösen des Knochenblockes beurteilt werden, ob möglicherweise der benachbarte Nervus alveolaris inferior oder Zahnwurzeln zu Schaden gekommen sind. Ferner besteht bei dieser arbiträren Vorgehensweise die Gefahr, dass die definitive Größe des gewonnenen Knochenblocks vom eigentlich benötigten Volumen abweicht, und dadurch ggf. ein zu kleines Knochenvolumen entnommen wird.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl eine geeignete Planungshilfe/ein geeignetes Verfahren, als auch eine personenbezogene Sägeführungsvorrichtung/Leitschiene (Template) für die Knochenentnahme bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Sägeführungsvorrichtung zur Entnahme von Knochenvolumen aus dem Kiefer eines Patienten gelöst, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- a) dreidimensionale Darstellung des Kiefers des Patienten,
- b) dreidimensionale Darstellung des Nervus alveolaris inferior im Kiefer des Patienten, benachbarter Zähne und Wurzeln,
- c) Bestimmung einer Empfängerregion für das Knochenvolumen,
- d) Auswahl eines Knochenbereiches als Spenderregion unter Berücksichtigung der in Schritt a) und b) gewonnenen Daten, sowie unter Berücksichtigung der Dimensionen der Empfängerregion,
- e) Erstellen eines dreidimensionalen Datensatzes für eine Sägeführungsvorrichtung mit Rücksicht auf die in d) ausgewählte Spenderregion, und
- f) Bereitstellen einer Sägeführungsvorrichtung basierend auf dem in Schritt e) gewonnenen dreidimensionalen Datensatz, wobei die Sägeführungsvorrichtung derart dimensioniert und ausgebildet wird, dass sie mit einem ersten Unterrand den abgelösten Mucoperiostlappen des Kiefers abhalten kann, dass sie ferner eine fensterartige Ausnehmung aufweist, welche die Größe des zu entnehmenden Knochenvolumens vorgibt, und dass sie eine Dicke, Materialstärke oder Sägekante aufweist, welche die Eindringtiefe der Säge begrenzt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Sägeführungsvorrichtung zur Entnahme eines Knochenvolumens im Kiefer eines Patienten gelöst, die derart dimensioniert und ausgebildet ist, dass sie mit einem ersten Unterrand den abgelösten Mucoperiostlappen des Kiefers abhalten kann, dass sie ferner eine fensterartige Ausnehmung aufweist, welche die Größe des zu entnehmenden Knochenvolumens vorgibt, und dass sie eine Dicke, Materialstärke oder Sägekante aufweist, welche die Eindringtiefe der Säge begrenzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Knochenvolumen im Kiefer eines Patienten nicht-invasiv gemessen bzw. Knochenvolumen gewonnen, und zwar indem der Kiefer des Patienten dreidimensional dargestellt wird, der Nervus alvolaris inferior im Kiefer des Patienten, benachbarte Zähne und Wurzeln dreidimensional dargestellt werden, und ein Knochenbereich als Spenderregion unter Berücksichtigung der zuvor gewonnenen Daten, sowie unter Berücksichtigung der Empfängerregion des Knochenvolumens ausgewählt wird.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch vollkommen gelöst.
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Mit dem vorliegend erstmals bereitgestellten Verfahren sowie der hieraus gewonnenen Sägeführungsvorrichtung wird es dem Praktiker ermöglicht, das Knochenvolumen dreidimensional abschätzen zu können, und die Knochenentnahme dadurch zu optimieren. Vorteilhafterweise wird dadurch gegenüber den im Stand der Technik bekannten Verfahren vermieden, dass zuviel oder zu wenig Knochenvolumen entnommen wird, als eigentlich notwendig wäre. Die sich hieraus für den Patienten ergebenden Unannehmlichkeiten werden dadurch vorteilhaft vermieden.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Computerprogramm eingesetzt, das als Simulationsvorrichtung für die Knochengewinnung dient. Ferner werden anhand des Computerprogramms die Daten für die Patienten-spezifische digitale Planung für die Knochengewinnung erhalten. Damit wird (i) der Knochen des Patienten digitalisiert dargestellt, einschließlich mindestens eines Teiles des Zahnbogens, (ii) der Verlauf des Nervus alveolaris inferior und benachbarter Zähne einschließlich ihrer Wurzeln genau digital dargestellt, und (iii) ein dreidimensionaler Datensatz geschaffen, mit welchem ein Template für die Knochenentnahme am Patienten erstellt werden kann. Vorteilhafterweise können die Daten durch die Erfassung und Erstellung über das Computerprogramm elektronisch gespeichert und ggf. bei Bedarf versendet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der relevante Kieferabschnitt dreidimensional dargestellt, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gefährdete Strukturen, wie bspw. Zähne und der Nervus alveolaris inferior oder andere schätzenswerte Strukturen, mit einem Sicherheitsabstand von ca. 1,5 mm bis ca. 2,5 mm markiert werden. Mit der dadurch festgelegten Markierung kann dann die Knochenregion, die als Spenderregion geeignet ist, unter Berücksichtigung der Empfängerregion ausgewählt werden. Mit den hierdurch gewonnenen Parametern kann dann erfindungsgemäß die Sägeführungsvorrichtung gefertigt werden.
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Vorliegend werden die Begriffe ”Sägeführungsvorrichtung”, ”Schablone”, und ”Template” synonym verwendet, wobei mit all diesen Begriffen eine Vorrichtung gemeint ist, die nach Art einer Vorlage ein ausgeschnittenes Muster aufweist bzw. ein Fenster vorgibt, an dessen Kanten oder Rändern entlang der Knochen des Kiefers, auf/an welchen die Sägeführungsvorrichtung gelegt wird, so ausgeschnitten, werden kann, dass der Knochen nach dem durch die Vorrichtung vorgegebenen Muster/Fenster bearbeitet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Eckpunkte sowie die Eindringtiefe für die Säge festgelegt und gekennzeichnet.
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Die erfindungsgemäße Sägeführungsvorrichtung, die vorzugsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, hat einerseits den Vorteil, dass mit ihrem Unterrand die Gingiva abgehalten werden kann, und dass sie andererseits als Führung für die Säge dient und diese über das von der Schablone gebildete und den Spenderbereich markierende Fenster geführt werden kann. Durch die Breite bzw. Dicke der Schablone wird ferner gleichzeitig die Eindringtiefe der Säge vorgegeben, so dass ein zu tiefes Eindringen der Säge in den Knochen vorteilhaft vermieden wird. Höhe, Breite und Tiefe des zu entnehmenden Knochenblocks können mit der erfindungsgemäßen Schablone dadurch exakt und Patienten-spezifisch vorgegeben werden. Die Sägeführungsvorrichtung weist dabei Führungsflächen auf, die das Fenster bzw. Muster der Sägeführungsvorrichtung begrenzen und welche durch Ihre Dimensionen und Dicke die Eindringtiefe der anzusetzenden Säge vorgeben.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Sägeführungsvorrichtung/Schablone zumindest ein Fixierungselement zur Anbringung am Kiefer bzw. am Kieferknochen auf.
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Mithilfe dieser Fixierungselemente kann dann ein Verrutschen der Sägeführungsvorrichtung, wenn diese an der entsprechenden Stelle bzw. Spenderregion an- bzw. aufgebracht ist, und dadurch ein unkorrektes Einsägen des Knochens vorteilhaft vermieden werden. Geeignete Fixierungselemente sind dabei bspw. Schrauben, Nagel, gebogene oder gegossene Halteelemente wie bspw. Klammern, zahngestützte Halteelemente.
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Nach Einbringung der Sägeführungsvorrichtung in den Kiefer/auf den benachbarten Zähnen und nach ggf. deren Fixierung kann die Säge entlang der Führungsflächen der Sägeführungsvorrichtung geführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sägeführungsvorrichtung dabei ein verschleißfestes Material auf, bzw. besteht aus einem solchen. Derartige Materialen können bspw. die folgenden sein: Hartmetall, Keramik, insbesondere Zrikonoxid-Keramik, hochfester Kunststoff. Diese Materialien sind dem Fachmann bekannt und im Handel frei erhältlich. Es versteht sich dabei, dass für bestimmte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sägeführungsvorrichtung auch eine verschleißfeste Beschichtung vorgesehen sein kann, die bspw. Titan-Nitrid, Titan-Carbid, Teflon, Diamor® oder Ähnliches aufweist bzw. aus dieser besteht. Auch Kombinationen aus zweien oder mehreren verschleißfesten Materialien sind denkbar, ebenso in Kombination mit einer entsprechenden Beschichtung.
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Dabei kann erfindungsgemäß auch entweder die gesamte Sägeführungsvorrichtung aus dem verschleißfesten Material sein, oder es kann ein Einsatzkörper aus einem verschleißfesten Material verwendet werden, der an dem Grundkörper befestigt ist. Die Sägevorrichtung kann mithilfe eines Digital Fabricator (kurz Fabber, auch 3D-Drucker), Lasersinterung oder einer anderen Technik zur dreidimensionalen Gestaltung hergestellt werden (subtraktiv, additiv, formend, hybrid).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sägeführungsvorrichtung einen ersten Abschnitt auf, der zur Anbringung und Fixierung der Sägeführungsvorrichtung auf den Unterkiefer in Verlängerung oder parallel zur Zahnreihe angebracht wird, sowie einen zweiten, die fensterartige Ausnehmung aufweisenden Abschnitt, der derart ausgebildet ist, dass er seitlich über dem Unterkiefer im Bereich der Linea Obliqua oder im retromolaren Bereich beziehungsweise einem anderen geeigneten Kieferabschnitt zu liegen kommt.
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Die fensterartige Ausnehmung ist dabei von den Führungsflächen/-kanten umgrenzt, die den Spenderbereich umgeben, und war sowohl hinsichtlich der flächigen Ausdehnung der Bereiches als auch hinsichtlich der Dicke des Spenderbereiches bzw. des zu entnehmenden Knochenblocks, wobei letztere über die Dicke der Führungskanten erreicht wird.
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Die zur Entnahme des Knochenblockes bzw. -volumens einzusetzende Sage kann dabei bspw. eine Ultraschallsäge sein.
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Die einzusetzende Säge kann darüber hinaus auch eine Anschlagsbegrenzung aufweisen, die seitlich herausragt, oder eine visuelle Anzeige oder Markierung für die Eindringtiefe, bspw. eine Einkerbung oder Farbmarkierung.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Knochenvolumen aus dem Kiefer eines Patienten gewonnen werden, und zwar mit den folgenden Schritten
- a) dreidimensionale Darstellung des Kiefers des Patienten,
- b) dreidimensionale Darstellung des Nervus alveolaris inferior im Kiefer des Patienten, benachbarter Zähne und Wurzeln,
- c) Auswahl eines Knochenbereiches als Spenderregion unter Berücksichtigung der in Schritt a) und b) gewonnenen Daten, sowie unter Berücksichtigung der Empfängerregion des Knochenvolumens,
- d) Erstellen eines dreidimensionalen Datensatzes für die erfindungsgemäße Sägeführungsvorrichtung mit Rücksicht auf die in c) identifizierte Spenderregion,
- e) Bereitstellen und Einlegen der erfindungsgemäßen Sägeführungsvorrichtung, die anhand des in Schritt d) gewonnenen Datensatzes hergestellt wird, in die Spenderregion des Kiefers des Patienten, und
- f) Aussägen und Gewinnen des durch die Sägeführungsvorrichtung vorgegebenen Knochenvolumens in der Spenderregion des Kiefers des Patienten.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Unterkiefers eines Patienten mit einer auf den Unterkiefer aufgelegten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sägeführungsvorrichtung;
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2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den in 1 dargestellten Unterkiefer im Bereich des Fensters der aufliegenden Sägeführungsvorrichtung;
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3 eine schematische Darstellung eines Teilquerschnitts des Unterkiefers aus 1, im Bereich außerhalb des Fensters der aufliegenden Sägeführungsvorrichtung;
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4 eine Darstellung einer isolierten Sägeführungsvorrichtung, die der in den 1 bis 3 aufgelegten Sägeführungsvorrichtung entspricht;
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5 eine schematische Darstellung einer Führungsfläche einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sägeführungsvorrichtung, anhand derer die Eindringtiefe einer Säge in den Kiefer geführt wird.
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In 1 ist mit 1 insgesamt der Unterkiefer eines Patienten bezeichnet, sowie mit 2 die Linea obliqua, sowie eine auf den Unterkiefer aufgesetzte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sageführungsvorrichtung 3. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Fixierelement 4 vorgesehen, bspw. eine Schraube, über welche die Sägeführungsvorrichtung 3 am Unterkiefer 1 fixiert wird.
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Die Sägeführungsvorrichtung 3 weist einen Rand 12 auf, der die Gingiva bzw. den abgelösten Mucoperiostlappen des Kiefers abhalten soll (siehe hierzu insbesondere 2), sowie eine fensterartige Ausnehmung 14, mit welchem die Größe des zu entnehmenden Knochenblocks auf der Kieferoberfläche begrenzt wird. Die fensterartige Ausnehmung 14 wird von einer Führungskante umlaufend begrenzt, die eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Dicke bzw. Materialstärke (siehe auch 4) besitzt, die die Eindringtiefe der einzusetzenden Säge bestimmt.
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Die in 1 gezeigte Ausführungsform der Sägeführungsvorrichtung 3 weist ferner einen ersten Abschnitt 16 auf, der zur Anbringung und Fixierung der Sägeführungsvorrichtung 3 auf dem Unterkiefer in Verlängerung oder parallel zur Zahnreihe anbringbar ist. Dieser Abschnitt 16 kann auch einen schmalen Abschnitt 17 aufweisen, welcher derart dimensioniert ist, dass er der zumindest teilweisen Abdeckung der Zähne und dadurch auch Verankerung der Sägeführungsvorrichtung geeignet ist.
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Ein zweiter Abschnitt 18 weist dann die fensterartige Ausnehmung 14 auf; dieser Abschnitt ist derart dimensioniert und ausgebildet, dass er seitlich über dem Unterkiefer im Bereich der Linea obliqua 2 oder im retromolaren Bereich anbringbar bzw. auflegbar ist. Es versteht sich, dass dieser Abschnitt auch für jeden anderen Kieferabschnitt entsprechend passend ausgebildet sein kann.
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Die Dicke bzw. Materialstärke der Führungskanten ist dabei so dimensioniert, dass nur der kortikale Anteil des Unterkieferknochens 1 durchtrennt wird.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Ausführungsform im Querschnitt, und zwar im Bereich des Unterkiefers 1, über dem die fensterartige Ausnehmung 14 vorgesehen ist.
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Zu erkennen ist hier einerseits, wie durch die Dicke bzw. Materialstärke der Sägeführungsvorrichtung 3 für eine Säge, die einen entsprechenden Aufsatz oder eine Markierung enthält, die jeweilige Eindringtiefe festgelegt werden kann. In 2 ist ferner mit 6 der Nervus alveolaris inferior bezeichnet, der durch den Unterkiefer verläuft, sowie mit 7 die abpräparierte Gingiva, und mit 8 der kortikale Knochenanteil (unschraffierter Bereich des Querschnitts des Unterkieferknochens) und mit 9 der spongiöse Knochenanteil (gepunktet).
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2 zeigt darüber hinaus, wie der Unterrand 12 die abpräparierte Gingiva zurückhält, um den Knochen für den Einsatz zur Knochenentnahme frei zugänglich zu halten; gleichzeitig wird hier auch die Eindringtiefe 10 festgelegt.
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In 3 und 4 ist die in den 1 und 2 gezeigte Ausführungsform vergrößert dargestellt: hier wird der durch die fensterartige Ausnehmung 14 Innenraum 20 verdeutlicht, der die zweidimensionale Größenausdehnung des geplanten Knochenblocks vorgibt, sowie aufgrund der Materialstärke der Führungskanten 19 die geplante Eindringtiefe 10 für die Säge.
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5 schließlich zeit in einem Längsschnitt eine Führungskante 19 der Sägeführungsvorrichtung 3, entlang derer eine Säge 13 in den Knochen eingeführt wurde. Die Führungskante weist eine bestimmte, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermessene Dicke z auf, die selbstverständlich – je nach Ergebnis der Vermessung – über die Länge der Führungskante variieren kann, wie in 5 gezeigt. Die unterschiedliche Dicke der Führungskante berücksichtigt dabei insbesondere den Verlauf des spongiösen Knochenanteils, da die Säge vorzugsweise nicht in diesen Eindringen kann, und ist diesem entsprechend ausgebildet.
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Die Säge weist einen Ansatz oder eine Markierung auf, anhand derer die Eindringtiefe eingehalten werden kann.
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Dabei versteht sich, dass die Dicke bzw. Materialstärke der Sägeführungsvorrichtung 3 mit Rücksicht auf den an der Säge vorgesehenen Ansatz oder Markierung vorzusehen sein wird, bzw. diese Berücksichtigung auch andersherum durchzuführen ist.
