DE19902273A1

DE19902273A1 - Vorrichtung zur Bestimmung einer Plazierung von Dental-Implantaten im Kieferknochen

Info

Publication number: DE19902273A1
Application number: DE19902273A
Authority: DE
Inventors: Dieter Edinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-08-03

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Plazierung von Dental-Implantaten im Kieferknochen mittels eines computergerstützten Navigationssystems, bei dem die Position des Implantatbohrers dreidimensional in Röntgenaufnahmen mit einem angrenzenden Knochen gemeinsam abgebildet werden, und bei dem ein dynamischer Referenzrahmen über eine während der Operation schraubbare Hülsenverbindung an einem individuell gebogenen an den Restzähnen mit Kunststoff fixierten Draht befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur intraoperativen Bestimmung einer Plazierung von Dental-Implantaten im Kieferknochen mittels eines Navigatiosnssystems, durch das die monmentane Implantatbohrerposition in einer dreidimensionalen Röntgenaufnahme abgebildet wird, und die Kieferposition im Raum mittels eines befestigten dynamischen Referenzrahmens bestimmt wird.

In der Implantologie ist nicht nur die sichere Plazierung des Implantats interessant, sondern für ein optimales Ergebnis wird die prothetisch korrekte Position gesucht. Außerdem wagt man sich immer mehr in die Grenzbereiche des nur limitiert verfügbaren Knochens. Verfahren zur Knochenregeneration und Transplantation wurden entwickelt, und die Implantatverankerung in einem nur minimalen Knochenangebot wird versucht.

Hierdurch ergeben sich besondere Probleme in der modernen Implantologie: es ist zwar eine ideale Planung der prothetisch korrekten Implantatposition zu einem präoperativen Zeitpunkt möglich (Weinberg L.A.: CT scan as a radiologic data base for optimum implant orientation. Journal of Prosthefic Dentistry 69 (4): 381-385, 1993. Todd A.D., Gher M.E., Quintero G., Richardson A.C.: Interpretation of linear and computed tomograms in the assessment of implant recipient sites. Journal of Periodontology 64 (12): 1243-1249, 1993. Lam E.W., Ruprecht A., Yang J.: Comparison of two-dimensional orthoradially reformatted computed tomography and panoramic radiography for dental implant treatment planning. Journal of Prosthetic Dentistry 74 (1): 42-46, 1995. Jedoch besteht bis zum jetzigen Zeitpunkt kein zuverlässiges Verfahren, diese Position sicher in den Mund des Patienten zu übertragen.

Vorrichtungen zur exakten Positionierung von Dental-Implantaten sind z. B. in Form von Metallkugeln bekannt (Branemark, Zarb, Albrektsson: Gewebeintegrierter Zahnersatz, Quintessenz-Verlag, 1985), die in einer Kunststoffschablone befestigt sind. Diese Meßkugeln werden an den Stellen auf der Schablone fixiert, an denen die voraussichtliche Implantation erfolgen wird. Befindet sich diese Schablone während einer Röntgenaufnahme im Munde des Patienten, so werden die Metallkugeln auf der Röntgenaufnahme relativ zu den angrenzenden Knochenstrukturen sichtbar. Als Röntgenverfahren kommen hierbei Panoramaaufnahmen, sonstige tomographische Verfahren und Computertomographien in Betracht. Da der Durchmesser der abgebildeten Kugeln bekannt ist, läßt sich an Hand der Kugelgrüße auf der Röntgenaufnahme die Verzeichnung durch die Aufnahmetechnik errechnen. Durch dieses Verfahren läßt sich zwar das vorhandene Knochenangebot im Zusammenhang mit der geplanten Implantation abschätzen, jedoch ist die so gestaltete Schablone kaum während der Operation als Hilfe zu benutzen.

Bei einem zweiten Verfahren (K. Jakobs, ZWR, 106. Jahrg. 1997, Nr. 1/2) werden in die Schablone Titanhülsen eingesetzt, die mit entsprechenden Röntgenverfahren relativ zum angrenzenden Knochen sichtbar werden. Durch diese Hülsen ist nicht nur die Implantatposition definiert, sondern außerdem auch die geplante Implantatrichtung. Diese Titanhülsen werden zunächst alleine auf Grund prothetische Gesichtspunkte auf der Schablone befestigt, d. h. sie spiegeln die richtige Implantatposition relativ zu den geplanten Zahnkronen wieder. Durch die Röntgenaufnahmetechnik zeigt sich jedoch in den meisten Fällen, dass auf Grund des vorhandenen Knochenangebots eine Implantation in dieser Position nicht möglich ist, sondern dass eine Kompromißposition durch Verschiebung und Rotation des Implantats erforderlich ist. Diese Positionsveränderung läßt sich zwar auf Grund entsprechender Computerprogramme ermitteln und an ein angeschlossenes CAD-System weitergegeben, aber hier besteht nun wiederum das Problem, dass die Ebene, auf die diese Umstellungswerte bezogen sind, nicht eindeutig definiert ist und dadurch die erforderliche Positionsänderung der Titanhülsen nur ungenau auf die Bohrschablone übertragbar ist.

Ein weiteres in DE 197 28 864 A1 und DE 197 28 865 A1 beschriebenes Verfahren basiert darauf, dass Doppel-Titanhülsen in eine Schablone eingesetzt werden und nach Anfertigung des Computertomogramms die erforderliche Versetzung der Hülsen mittels eines schrillmotorgesteuerten Roboters erfolgt. Auch diese Schablone ist jedoch nur noch begrenzt einsetzbar, wenn sich intraoperativ die Notwendigkeit einer Umstellund der Implantate ergibt.

In diesen Problembereichen verspricht eine neue Technologie, die computergestützte intraoperative Navigation, einen erheblichen Fortschritt. Entsprechende Navigationssysteme sind schon seit längerem, z. B. in der Neurochirurgie in Gebrauch. Mit Ihrer Hilfe ist der Chirurg in der Lage, Strukturen im Gehirn anzugehen, ohne eine direkte Einsicht zu haben (Watanabe E., Kosugy Y.: Intraoperative neuronavigator system in neurosurgery and computer surgery. In: Fujino T (Hrsg.): Simulation and computer aided surgery. John Wiley and Sons, Chichester 1994. EP 0 429 148 A1, A 0 488 987 A1, EA 0 488 987 A1, EA 0 647 428 A2).

Auch in die Kieferchirurgie haben entsprechende Verfahren Einzug gehalten, hier sind sie bei der Durchführung plastisch rekonstruktiver Operationen hilfreich (Hassfeld S., Muehling J., Zoeller J.: Intraoperative navigation in oral and maxillofacial surgery. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 24 (1 Pt 2): 111-119, 1995). Eine besondere Indikation ist die Insertion von Stabilisierungsschrauben in Wirbelfortsätzen. Diese Schrauben müssen in unmittelbarer Nähe des Wirbelkanals so plaziert werden, dass sie dem nicht weiter sichtbaren Wirbelfortsatz folgen und keine benachbarten Strukturen verletzen (Nolte L.P., Visarius H., Arm E., Langlotz F., Schwarzenbach O., Zamorano L.: Coputer-aided fixation of spinal implants. J Image Guid Surg 1 (2): 88-93, 1995, Li Q.H., Holdener H.J., Zamorano L., King P.; Jiang Z.W., Vinas F.C., Nolte L., Visarius H., Diaz F.: Computer-assisted insertion of pedicle screws. Springer-Verlag, Berlin 1996). Diese Operation hat im Prinzip Ähnlichkeit mit einer zahnärztlichen Implantation. Ein entsprechendes Navigationsverfahren wurde auch schon zur Plazierung von Implantaten im Kieferbereich benutzt (EP 0 741 994 A1). Allerdings kommen hier elektromagnetische 3-D- Sensoren zum Einsatz, die durch die elektromagnetischen Einflüsse in einem normalen nicht weiter präparierten zahnärztlichen Behandlungszimmer nur schwer anwendbar sind.

Als Nachteil der genannten Navigationsverfahren zeigt sich, dass ein Referenzteil am Kiefer befestigt werden muss, das sich vor dem Mundspalt befindet und dort während der Operation den Chirurgen und die Assistenten behindert. Außerdem ist dieses Referenzteil berührungsempfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei ausreichender Genauigkeit die Positionierung der Implantate sowohl im Hinblick auf die vorhandene Knochenstruktur, als auch auf die geplante Zahnkronenposition zulässt und eine intraoperative räumliche Zuordnung des Implantatbohrers ermöglicht, ohne den Chirurgen währen der Operation zu sehr zu behindern.

Diese Aufgabe wird durch die gekennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet. Eine Ausführungsform der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand von drei schematischen Zeichnungen, beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung des Navigationssystems, nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 die Befestigung des dynamischen Referenz-Rahmens am Kiefer,

Fig. 3 weitere Befestigungsmöglichkeiten des dynamischen Referenz-Rahmens am Kiefer.

Im folgenden werden die einzelnen Schritte beschrieben, die zur Implantatpositionierung mittels Computernavigation erforderlich sind.

Vorläufige prothetische Planung der Implantatposition

Wie bei der konventionellen Implantatplanung ist auch bei der Computernavigation zunächst die Analyse von montierten Modellen erforderlich. Auf diesen Modellen erfolgen ein Wax up der geplanten implantatgetragenen Restauration und eventuelle Korrekturen der vorhandenen Zähne. Der Zahntechniker wird hierbei lediglich prothetische Gesichtspunkte berücksichtigen und eine Röntgenschiene herstellen, wobei die einzelnen Implantatpositionen unter Berücksichtigung ihrer Richtung durch Titanhülsen gekennzeichnet sind.

Definition von Markierungspunkten zur Refernzierung von CT und Kiefer

Es müssen im CT und am Kiefer mindestens drei nicht liniar angeordnete Punkte erkennbar sein. Hierzu können Höckerspitzen, Fissuren, Interdentalräume oder Füllungskanten benutzt werden. Bei zahnlosen Patienten müssen vor Anfertigung des CT's z. B. in Lokalanästhesie drei Miniosteosyntheseschrauben im Knochen fixtiert werden.

Anfertigung eines Computertomogramms

Das hierauf anzufertigende Computertomogramm muß bestimmte Kriterien erfüllen:

- Die parallel zur Okklusionsebene ausgerichteten Schichten müssen einen Abstand von 1 mm oder weniger besitzen.
- Die oben genannten Marker müssen sichtbar sein.
- Die anatomisch zur Orientierung relevanten Schädelbereiche bzw. die gefährdeten Strukturen müssen erkennbar sein.

Endgültige Planung der Implantatpositionen

Die verwendete Software ist mit diversen Modulen ausgestattet, die zunächst eine beliebige Darstellung eines CT's ermöglichen. Hierbei können Schichten in verschiedenen Fenstern angezeigt werden und auch dreidimensionale Darstellungen des Kiefers erfolgen. Durch den Kiefer sind darüber hinaus auch Querschnitte an beliebigen Stellen möglich. Es werden zunächst die drei genannten Markerpunkte im CT aufgesucht und definiert. Nun werden die Eintrittspunkte und die Zielpunkte, die sogenannten Trajektorien, für jedes geplante Implantat definiert. Es kann die Ausrichtung der Trajektorien zueinander in der frei drehbaren 3D-Ansicht beurteilt und anschließend korrigiert werden, bis die Implantate parallel zueinander angeordnet sind.

Insertion der Implantate

Die Anordnung wird in Fig. 1 dargestellt. Während der Operation ist der Bildschirm (1) der Workstation im Sichtbereich des Operateurs aufgestellt. Zusätzlich befindet sich über dem OP- Tisch der Lokalisator (2) mit den drei Videokameras. Die Software ist zur Kommunikation mit diesem Lokalisator zusätzlich mit einer Navigations-Software ausgestattet.

Am Kiefer (3), in dem die Implantation erfolgen soll, wird der vorbereitete dynamische Referenzrahmen (4) fixiert.

Es folgt zunächst die Referenzierung von CT und Kiefer, indem mit einem digitalen Pointer die verschiedenen Markerpunkte aufgesucht werden. Bei diesem Pointer handelt es sich um einen Zeiger, in dessen Griff Leuchtdioden zur Lokalisation angebracht sind.

Am chirurgischen Winkelstück (5) ist das Universal instrument tracking Tool (UITT, 6) befestigt zur räumlichen Lokalisierung. Die Spitze des Spiralbohrers ist hierdurch in verschieden Fenstern auf dem Bildschirm als Kreuz erkennbar, das den Istpunkt markiert. Es handelt sich hierbei um drei sogenannte perpendikuläre Ansichten, die sich in ihrer räumlichen Ausrichtung an der geplanten Implantatrichtung orientieren. Ein viertes Fenster ermöglicht die 3 D-Ansicht, die der Blickrichtung des Chirurgen entspricht. Außerdem ist in den Fenstern die Sollposition markiert. Schließlich zeigt eine Linie eine eventuelle Abweichung der Richtung des Spiralbohrers von der geplanten Implantatrichtung. Durch eine Verschiebung bzw. Winkeländerung des Winkelstücks wird jetzt angestrebt, Kreuz und Kreis zur Deckung zu bringen. Die Umschaltung aller dieser Funktionen erfolgt mit einem Handschaltpult, das in eine sterile Folie verpackt vom Chirurgen bedient werden kann. Der Abstand zum target point wird auf dem Bildschirm in Millimetern angeben. Die Bohrung folgt bis zu der geplanten Tiefe, wobei auf dem Bildschirm die Anzeige Null erreicht hat.

Die Befestigung des DRF wird in Fig. 2 dargestellt. Hierbei wird am Kiefer (1), in dem die Implantation erfolgen soll, über die Restbezahnung (2) eine im Labor gefertigte Kunststoff- Schablone (3) zementiert, an der sich ein individuell für diesen Patienten gebogener Draht (4) befindet. Diese Arbeit wird außerhalb des Operationsraumes vor der eigentlichen Operation durchgeführt. Erst nach der Schleimhautpräparation wird das Ende dieses Drahtes (5) mit einem Adapter (6) mittels eines sterilen Schraubenziehers (7) der eigentliche DRF (8) über einen fest verbundenen Draht (9) fixiert.

Anpassung des Verfahrens an verschiedene anatomische Situationen

Es ist in jedem Fall darauf zu achten, dass der DRF absolut starr mit dem Kiefer verbunden ist, da kleinste Bewegungen zu Fehlern der Implantatposition führen würden. Die Darstellung der einzelnen Situationen erfolgt in Fig. 3.

Einseitige Freiendsituation (1)

Bei einer einseitigen Freiendsituation kann an den Zähnen der anderen Kieferhälfte eine Kunststoffschiene aus lichthärtendem Kunststoff hergestellt werden, die vor der Operation mit temponärem Zement an den Zähnen befestigt wird. In diese Schiene ist ein stabiler individuell gebogener Draht eingearbeitet, an den wiederum während der Operation der DRF mit einer Schraubklemme fixiert werden kann.

Beidseitige Freiendsituation (2)

Hier wird eine entsprechende Kunststoffschiene an den verbliebenen Frontzähnen fixiert, Falls diese Befestigung nicht ausreichend stabil ist, kann ein zusätzlicher Ausleger über den Wurzelspitzenbereich hinaus angebracht werden, der dort temporär mit einer Osteosyntheseschraube fixiert wird.

Implantation in einer Schaltlücke (3)

Hier kann eine Schablone an den vorhandenen Restzähnen ebenfalls so befestigt werden, dass das Operationgebiet ausgespart wird. Eventuell kann mit einem bogenförmigen Metalldraht die Schiene über das Operationgebiet hinweg versteift werden.

Zahnloser Kiefer (4)

Am zahnlosen Kiefer wird der DRF mittels eines laborgefertigten Drahtgestells befestigt, wobei das Drahtgestell wiederum mittels dreier Osteosytheseschrauben fixiert wird.

Claims

1. Vorrichtung zur intraoperativen Bestimmung einer Plazierung von Dental-Implantaten im Kieferknochen mittels eines Navigatiosnssystems, durch das die monmentane Implantatbohrerposition in einer dreidimensionalen Röntgenaufnahme abgebildet wird, und die Kieferposition im Raum mittels eines befestigten dynamischen Referenzrahmens bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dynamische Referenzrahmen mindestens aus einem Befestigungselement an den Zähnen und/oder dem Kiefer und einem zugeordneten lösbaren Element mit dem dynamischen Referenzrahmen besteht.

2. Dadurch gekennzeichnet dass die Verbindung zwischen Befestigungselement und lösbarem Element durch eine schraubbare Hülsenverbindung gebildet ist.

3. Dadurch gekennzeichnet, dass ein angepasstes Kunststoffteil als Verbindung mit den Zähnen und/oder dem Kiefer gebildet ist, von dem ein drahtförmiger Träger zur Bildung des Befestigungsteils ausgeht.

4. Dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung am Kiefer über Knochenschrauben erfolgt.