4 Accuraatheid implantaat planningssystemen M. Vercruyssen 4.1 Inleiding Bij het plaatsen van implantaten krijgt een chirurg te maken met een aantal beperkingen, zoals beperkt zicht in de mondholte, lokale anesthesie en de ingreeptijd. Ook moet de chirurg tweedimensionale röntgenfoto s mentaal omzetten naar een driedimensionale chirurgische omgeving. Verder dient de chirurg de implantaatplaatsing af te stemmen op de esthetische, biomechanische en functionele eisen van de prothetische reconstructie. Een nauwkeurige preoperatieve planning, waarbij het aantal, de positie en de inclinatie van de implantaten wordt vastgelegd, zorgt ervoor dat de chirurg zich tijdens de ingreep kan concentreren op de omgang met de patiënt en het correct uitvoeren van de planning. Een peroperatieve planning kan uitgevoerd worden op basis van driedimensionale radiografie (computertomografie, CT of cone-beam computertomografie; CBCT). CBCT heeft het voordeel een goede opnamekwaliteit te combineren met een lage stralingsdosis. De protheticus bereidt een radiologische richtplaat voor waarin de gewenste implantaatpositie en inclinatie verwerkt zijn. Op basis van deze richtplaat kan de chirurg dan de implantaten plannen, rekening houdend met zowel het aanwezige botvolume als de geplande suprastructuur. Om deze planning dan over te brengen naar de patiënt zijn momenteel verschillende systemen op de markt (Vercruyssen et al., 2008). Het doel van dit hoofdstuk is een korte omschrijving te geven van de huidige systemen en dieper in te gaan op de accuraatheid van de overdracht van de planningsgegevens naar het chirurgisch veld. 4.2 Huidige systemen Momenteel zijn er meerdere softwareprogramma s om implantaten te plannen in het kaakbot van de patiënt. Hiervoor worden de gegevens van een CT of CBCT door de software omgezet naar een driedimensionaal model van de kaak. Verder kan men in de software implantaten creëren en deze positioneren. Niet alleen het kaakbot kan worden gevisualiseerd in 3D maar ook een prothetische richtplaat. Omdat kunststof radiologisch niet zichtbaar is, dient men 44
Accuraatheid implantaat planningssystemen radio-opake markers aan te brengen in de richtplaat. Dit kan op verschillende manieren. Ten eerste via een richtplaat met de ideale elementpositie, waarbij de gebitselementen en mogelijk ook de basis vervaardigd zijn uit radio-opaak materiaal (bariumsulfaat; afb. 4.1). De patiënt wordt vervolgens gescand met deze prothese in de mond. Er wordt dus één scan gemaakt. Een tweede manier is via een prothetische richtplaat met radio-opake markers (afb. 4.2). Deze markers kunnen uit verschillende materialen bestaan. Men kan glazen bolletjes met een vaste diameter op de prothese hechten of men kan uitsparingen (1-2 mm) maken in de prothese en deze opvullen met guttapercha. Bij deze procedure worden twee scans gemaakt. Eerst wordt de patiënt gescand met de prothese in de mond, daarna wordt de prothese afzonderlijk gescand. Deze gegevens (van de beide scans) worden vervolgens in de software via de markers samengebracht. Dit heet het dual-scan protocol. Met deze dual-scan procedure is het mogelijk de prothese al dan niet te visualiseren in de planningssoftware (afb. 4.3 en 4.4). Het vervaardigen van deze prothetische richtplaat is een belangrijke stap in het hele proces. De elementenpositie bepaalt uiteindelijk de positie van de implantaten. De pasvorm van de scanprothese is essentieel wanneer gewerkt wordt met een mucosaal afgesteunde richtplaat. De basis van de prothese zal immers de basis van de uiteindelijke richtplaat vormen. Wanneer de scanprothese dus onvoldoende stabiliteit heeft, heeft ook de uiteindelijke chirurgische richtplaat onvoldoende stabiliteit. Het is van groot belang er hierbij op te letten dat er zich geen lucht bevindt tussen de prothese en de mucosa. Afbeelding 4.1 Scanprothese met bariumsulfaattanden. Afbeelding 4.2 Scanprothese met guttamarkers. Afbeelding 4.3 Voorbeeld planning zonder scanprothese in beeld (dual-scan). Afbeelding 4.4 Voorbeeld planning met scanprothese in beeld (dual-scan). 45
M. Vercruyssen Dit alles maakt een ideale planning mogelijk in een driedimensionale omgeving. De overdracht van de planningsgegevens vanuit de software naar de patiënt vindt plaats via een richtplaat of via navigatie. Richtplaten kunnen op verschillende manieren worden vervaardigd. Op basis van de planningssoftware kan de richtplaat volledig computergestuurd worden vervaardigd (stereolithografie) of via een tussenstap in het laboratorium. Het plaatsen van implantaten via een richtplaat kan met verschillende typen geleiding. Bij een eerste type wordt alleen de boor geleid en wordt het implantaat met de vrije hand geplaatst; bij een tweede type wordt ook de implantaatplaatsing volledig geleid en is er een fysieke of visuele stop om de verticale positie van het implantaat te controleren. De geleiding van de boor vindt plaats via geleidingshulzen, meestal in de vorm van een extern handje dat in de richtplaat wordt geplaatst (afb. 4.5). Voor elke diameter van de boor is er een ander handje. Afhankelijk van het systeem kunnen deze handjes in hoogte verschillen (afhankelijk van de afstand van de bovenrand van de richtplaat tot het meest coronale punt van het implantaat en de gebruikte boorlengte). Een handleiding wordt meegeleverd met de richtplaat om aan te geven welke handjes gebruikt dienen te worden. Bij andere systemen is deze afstand gefixeerd en hebben de handjes allemaal dezelfde hoogte en is de lengte van de boren alleen afhankelijk van de implantaatlengte en de verticale positie van de implantaten. Tegenwoordig zijn er verschillende implantaatsystemen waarvoor een eigen geleidingssyteem is ontwikkeld, aangepast aan de specifieke eigenschappen van het implantaatsysteem. Hierdoor kan de geleiding geoptimaliseerd worden (bijvoorbeeld Astra TM Facilitate, Biomet 3i Navigator, Dentsply Friadent ExpertEase, NobelBiocare NobelGuide, Straumann Straumann Guided Surgery ). Dit vereist per implantaatsysteem een aparte chirurgische behandelset. Om dit probleem te omzeilen zijn er ook nog steeds gelei- Afbeelding 4.5 Voorbeeld van een geleidingshandje voor een boor met een diameter van 2 mm. 46
Accuraatheid implantaat planningssystemen dingssystemen (bijvoorbeeld Materialise Universal System ), waarbij met verschillende implantaattypen kan worden gewerkt. Het verschil in nauwkeurigheid van deze systemen is nog niet onderzocht in een vergelijkende studie. Een richtplaat kan elementafgesteund zijn wanneer er nog minimaal drie steunpunten in de mond zijn. Verder zijn er botafgesteunde richtplaten voor edentate of partieel dentate patiënten met een minimale edentate zone die overeenkomt met drie tanden. Daarnaast zijn er mucosaal afgesteunde richtplaten voor de edentate kaak (afb. 4.6). Er is een ontwikkeling gaande om fixatie-implantaten als verankeringspunten aan te brengen om de scanprothese en de richtplaat te ondersteunen; dit heet een implantaatafgesteunde richtplaat. 4.3 De accuraatheid Om de accuuraatheid van een systeem na te gaan, wordt meestal na het plaatsen van de implantaten een nieuwe CT- of CBCT-scan vervaardigd, zodat men de implantaatplanning kan vergelijken met de daadwerkelijke positie van de implantaten. Hierbij worden de en vaak als volgt weergegeven (afb. 4.7): aan het ingangspunt, aan de apex, in hoogte en de angulaire. Een recent overzichtsartikel (Schneider et al., 2009) geeft de resultaten weer van verschillende onderzoeken (tabel 4.1). Eén onderzoek werd uitgevoerd op model (in vitro, 50 osteotomieën; Sarment et al., 2003), er waren vier kadaverstudies (116 osteotomieën; Van Assche et al., 2007; Van Steenberghe et al., 2002; Kalt en Gehrke, 2008; Ruppin et al., 2008) en drie in-vivo-onderzoeken (155 osteotomieën; Di Giacomo 4 1 3 2 Afbeelding 4.6 Voorbeeld van een mucosaal afgesteunde richtplaat, vervaardigd door middel van stereolithografie. Afbeelding 4.7 Richting van de van de variabele accuraatheid. 1: aan het ingangspunt, 2: aan de apex, 3: in hoogte en 4: de angulaire. 47
M. Vercruyssen et al., 2005; Vrielinck et al., 2003; Ozan et al., 2009). In totaal werden 321 posities geanalyseerd, waarvan 50 alleen osteotomieën en 271 geplaatste implantaten. In dit onderzoek werden vier verschillende systemen gebruikt (Simplant/Surgiguide, Nobelguide, Stent CAD en Med3D). Eén onderzoek (48 posities) gebruikte in het laboratorium vervaardigde richtplaten, gebaseerd op een softwareplanning (Kalt en Gehrke, 2008), in de andere onderzoeken werd gebruikgemaakt van stereolithografisch vervaardigde richtplaten. In alle onderzoeken werden CT-scans gemaakt om de en te evalueren. Tussen de verschillende onderzoeken werden vergelijkingen gemaakt op basis van: 1. de opzet van het onderzoek (humaan, kadaver of in vitro); 2. het productieproces van de richtplaat (via stereolithografie of via het laboratorium); 3. de afsteuning van de richtplaat (bot, gebitselement, implantaat of mucosa). Deze vergelijkingen werden gemaakt voor: 1. de aan het ingangspunt en de apex; 2. de in de hoogte; 3. de in de angulatie. Tabel 4.1 Overzicht van de accuraatheidsstudies (Schneider et al., 2009). nummer auteur systeem richtplaatproductie onderzoeksopzet steun richtplaat 1 Di Giacomo et al. SimPlant Rapid humaan bot/en of element (2005) 2 Sarment et al. (2003) SimPlant Rapid model model 3 Vrielinck et al. (2003) SurgiGuide, Materialise 4 Van Assche et al. Nobel (2007) 5 Van Steenberghe Nobel et al. (2002) Rapid humaan bot/pinnen Rapid kadaver gebitselement of mucosa en/of pinnen Rapid kadaver bot/pinnen 6 Ozan et al. (2009) Stent CAD Rapid humaan bot humaan gebitselement humaan mucosa 7 Kalt en Gehrke Med3D laboratorium kadaver implantaat (2008) 8 Ruppin et al. (2008) SimPlant Rapid kadaver bot M: gemiddelde; max: maximaal. 48
Accuraatheid implantaat planningssystemen De gemiddelde aan het ingangspunt was 1,07 mm (95% CI: 0,76-1,22 mm) en aan de apex 1,63 mm (95% CI: 1,26-2 mm). Aan het ingangspunt was de gelijkaardig in de in-vivo-onderzoeken (1,16 mm, 95% CI: 0,92-1,39 mm), de ex-vivo-onderzoeken (1,04 mm, 95% CI: 0,74-1,34 mm) en het in-vitroonderzoek (0,90 mm, 95% CI: 0,76-1,04 mm). Aan de apex bedroeg de gemiddelde 1,96 mm (95% CI: 1,33-2,58 mm) in de humane onderzoeken, 1,42 mm (95% CI: 0,59-2,25 mm) in de kadavers en 1 mm (95% CI: 0,83-1,17 mm) op model. In het modelonderzoek met de in het laboratorium vervaardigde richtplaat (Kalt en Gehrke, 2008) bedroeg de gemiddelde aan het ingangspunt 0,83 mm (95% CI: 0,69-0,97) en 2,17 mm (95% CI: 1,88-2,46 mm) aan de apex. Onderzoeken met stereolithografische richtplaten (7 onderzoeken, 273 posities) hadden een gemiddelde aan het ingangspunt van 1,11 mm (95% CI: 0,94-1,28 mm) en 1,53 mm (95% CI: 1,19-1,87 mm) aan de apex. Er was geen significant verschil tussen elementafgesteunde, botafgesteunde of implantaatafgesteunde richtplaten in vergelijking met de mucosaal afgesteunde richtplaten (Ozan et al., 2009), noch aan het ingangspunt noch aan de apex. De gemiddelde aan het ingangspunt was 1,35 mm (95% CI: 0,96-1,73 mm) voor de botafgesteunde richtplaten, 0,84 mm (95% CI: 0,57-1,12 mm) voor de elementafgesteunde, 0,83 mm (95% CI: 0,69-0,97 mm) voor de implantaatafgesteunde en 1,06 mm (95% CI: 0,85-1,27 mm) voor de mucosaal ingang M ingang max apex M apex max angulatie angulatie hoogte M hoogte max M ( ) max ( ) 1,45 4,5 2,99 7,1 7,25 12,2 0,9 1,2 1 1,6 4,5 5,4 1,51 4,7 3,07 6,4 10,46 21 1,1 2,3 1,2 2,4 1,8 4 0,8 0,9 1,8 1,1 1,28 2,9 1,57 3,6 4,63 9,9 0,87 1,8 0,95 2,2 2,91 5,6 1,06 2,6 1,6 4,1 4,51 9 0,83 1,69 2,17 3,79 8,44 15,98 0,28 1,94 1,5 3,5 7,9 18,5 0,6 1,4 49
M. Vercruyssen afgesteunde richtplaten en verder aan de apex respectievelijk 2,06 mm (95% CI: 1,24-2,87 mm), 1,71 mm (95% CI: 0,79-1,61 mm), 2,17 mm (95% CI: 1,88-2,46 mm) en 1,60 mm (95% CI: 1,24-1,96 mm). Als er dus werd gekeken naar de aan het ingangspunt of de apex, werd geen statistisch significant verschil gevonden tussen onderzoeken met een verschillende onderzoeksopzet, manier van richtplaatproductie of afsteuning van de richtplaat. De gemiddelde in de hoogte werd gerapporteerd in twee onderzoeken (beide in kadaver). De gemiddelde was 0,43 mm (95% CI: 0,12-0,74 mm). In de studie met de in het laboratorium gefabriceerde richtplaat was de gemiddelde in de hoogte 0,28 mm (95% CI: 0,14-0,42 mm) en met de stereolithografische richtplaat was dit 0,60 mm (95% CI: 0,48-0,72 mm). Informatie over de in angulatie werd gevonden in alle acht onderzoeken. De gemiddelde in angulatie was 5,261 (95% CI: 3,94-6,581). In de drie klinische onderzoeken was de gemiddelde 5,731 (95% CI: 3,96-7,491), in de vier kadaverstudies 4,91 (95% CI: 2,24-7,551) en in het in-vitro-onderzoek (Sarment et al. 2003) was dat 4,51 (95% CI: 3,95-5,051). In het onderzoek met de in het laboratorium gefabriceerde richtplaat was de gemiddelde in de angulatie 8,441 (95% CI: 7,31-9,571) en met de stereolithografische richtplaten was dit 4,871 (95% CI: 3,62-6,121). Voor de elementafgesteunde richtplaat was de gemiddelde 2,821 (95% CI: 1,57-4,071), voor de botafgesteunde richtplaten 6,391 (95% CI: 3,61-9,171), voor implantaatafgesteunde richtplaten 8,441 (95% CI: 7,31-9,571) en voor de mucosaal afgesteunde richtplaten 4,511 (95% CI: 3,76-5,261). Ook hier werd geen statistisch significant verschil gevonden in de in angulatie als er gekeken werd naar de onderzoeksopzet, de manier van richtplaatproductie of de afsteuning van de richtplaat. Uit dit overzichtsartikel blijkt dat de gemiddelde in horizontale richting rond de 1 mm ligt ter hoogte van het ingangspunt en rond de 1,6 mm aan de apex. Verder ligt de gemiddelde in de hoogte (verticale richting) rond 0,5 mm en de gemiddelde in de angulatie ligt rond de 5-6. Men moet wel rekening houden met uitschieters en dus de maximale in het achterhoofd houden. Uit dit overzichtsartikel blijkt niet dat een bepaald type richtplaat superieur is aan een ander type. Hetzelfde geldt voor het fabricageproces van de richtplaat; slechts in één onderzoek werden richtplaten gebruikt die in een laboratorium waren vervaardigd en men kon geen statistisch verschil vinden met de andere onderzoeken. Verder kunnen er ook alleen technische problemen voorkomen bij het gebruik van een richtplaat. 1. De richtplaat kan een beperkte interocclusale ruimte in de dorsale regio veroorzaken, waardoor het onmogelijk wordt de boor via de richtplaat correct te positioneren. 2. Er kan een breuk optreden van de richtplaat tijdens de behandeling. Belangrijk is dus dat de richtplaat wordt vervaardigd uit stevig en rigide materiaal. 3. Er kan een onder- of overschatting van het aanwezige botvolume voor- 50
Accuraatheid implantaat planningssystemen komen tijdens de planning, waardoor in sommige gevallen een botopbouw toch noodzakelijk wordt. De oorzaak hiervan kan de kwaliteit van de radiologische beelden zijn. Ook de instelling van de Hounsefield units voor het berekenen van het driedimensionale model in de planningssoftware kan hierbij een rol spelen. 4.4 Discussie Het gebruik van richtplaten bij het plaatsen van implantaten gaat steeds gepaard met en in vergelijking met de planning. Deze en kunnen in elk stadium optreden: tijdens de CT-scan (het juist positioneren van de patiënt, de positie en de stabiliteit van de scanprothese, beweging van de patiënt), tijdens de segmentatie, fabricage van de richtplaat, fixatie van de richtplaat tijdens de ingreep, correct gebruik van de boren door de geleidingshulzen heen of het al dan niet geleid plaatsen van de implantaten. Theoretisch kunnen al deze fouten een geven in dezelfde richting, ook al zullen deze fouten elkaar in de meeste gevallen compenseren. Een in-vitro-onderzoek (Van Assche en Quirynen, 2010) toonde aan dat indien men alleen de van het boorproces van een systeem bekijkt, de aanzienlijk kan oplopen, alleen al door een bepaalde speling van de boor ten opzichte van de geleidingshulzen. Uiteraard is een hoge accuraatheid gewenst bij het plaatsen van de implantaten, in het bijzonder wanneer men flapless gaat werken. Enerzijds om belangrijke anatomische structuren te vermijden, anderzijds om het gewenste prothetische behandelplan te kunnen uitvoeren. Een clinicus die dus geïnteresseerd is in geleide implantaatplaatsing, in het bijzonder de planning van de software en de overdracht naar het chirurgisch veld, moet alvorens een keuze te maken alle aspecten, van de bestralingsdosis tot het positioneren van de richtplaat, evalueren. 4.5 Conclusie Vandaag de dag zijn er verschillende softwareprogramma s voorhanden, verschillende manieren van richtplaatproductie, verschillende manieren om de richtplaat te fixeren en verschillende chirurgische protocollen. In de toekomst is meer onderzoek nodig om de exacte en in kaart te brengen van de verschillende systemen die er op dit moment voorhanden zijn en om na te gaan wat er geoptimaliseerd kan worden aan de bestaande systemen om de mate van accuratesse te verhogen. Het gebruik van een softwareprogramma om een driedimensionale planning te maken kan een hulpmiddel en van toegevoegde waarde zijn voor elke implantaatbehandeling. Er zijn momenteel te weinig klinische onderzoeken om aanbevelingen te kunnen doen voor een bepaald systeem op basis van het fabricageproces, de manier van afsteuning of de chirurgische procedure. 51
M. Vercruyssen Literatuur Assche N van, Quirynen M. Tolerance within a surgical guide. Clin Oral Implants Res 2010 Apr 1;21(4):455-8. Assche N van, Steenberghe D van, Guerrero ME, Hirsch E, Schutyser F, Quirynen M, Jacobs R (2007). Accuracy of implant placement based on pre-surgical planning of threedimensional cone-beam images: a pilot study. J Clin Periodontol 2007 Sep;34(9):816-21. Di Giacomo GA, Cury PR, Araujo NS de, Sendyk WR, Sendyk CL. Clinical application of stereolithographic surgical guides for implant placement: preliminary results. J Periodontol 2005;76:503-7. Kalt G, Gehrke P. Transfer precision of three-dimensional implant planning with CT assisted offline navigation. Int J Comput Dent 2008;11:213-25. Ozan O, Turkyilmaz I, Ersoy AE, McGlumphy EA, Rosenstiel SF. Clinical accuracy of 3 different types of computed tomographyderived stereolithographic surgical guides in implant placement. J Oral Maxillofac Surg 2009;67:394-401. Ruppin J, Popovic A, Strauss M, Spuntrup E, Steiner A, Stoll C. Evaluation of the accuracy of three different computer-aided surgery systems in dental implantology: optical tracking vs. stereolithographic splint systems. Clin Oral Implants Res 2008;19:709-16. Sarment DP, Sukovic P, Clinthorne N. Accuracy of implant placement with a stereolithographic surgical guide. Int J Oral Maxillofac Implants 2003;18:571-7. Schneider D, Marquardt P, Zwahlen M, Jung RE. A systematic review on the accuracy and the clinical outcome of computer-guided template-based implant dentistry. Clin Oral Implants Res 2009 Sep;20 (Suppl 4):73-86. Steenberghe D van, Naert I, Andersson M, Brajnovic I, Cleynenbreugel J van, Suetens P. A custom template and definitive prosthesis allowing immediate implant loading in the maxilla: a clinical report. Int J Oral Maxillofac Implants 2002;17:663-70. Vercruyssen M, Jacobs R, Assche N van, Steenberghe D van. The use of CT scan based planning for oral rehabilitation by means of implants and its transfer to the surgical field: a critical review on accuracy. J Oral Rehabil 2008 Jun;35(6):454-74. Vrielinck L, Politis C, Schepers S, Pauwels M, Naert I. Image-based planning and clinical validation of zygoma and pterygoid implant placement in patients with severe bone atrophy using customized drill guides. Preliminary results from a prospective clinical follow-up study. Int J Oral Maxillofac Surg 2003;32:7-14. 52