Implantacja z wykorzystaniem szablonu chirurgicznego z tuleją analiza matematyczna

Transkrypt

1 Implantacja z wykorzystaniem szablonu chirurgicznego z tuleją analiza matematyczna Implantation using a surgical guide with sleeve mathematical analysis of the problem Autorzy_Bartłomiej Iwańczyk, Piotr Wychowański, Igor Kresa, Andrzej Wojtowicz, Gabriela Oledzka, Michał Oszwałdowski, Karolina Cupriak, Paweł Nieckula i Paweł Zawadzki Streszczenie: Szablony chirurgiczne są coraz częściej wykorzystywane w zabiegach implantacji, ponieważ upraszczają procedurę i minimalizują powikłania. Najczęściej wybieranym typem szablonu jest typ partially limiting umożliwiający pełne ukierunkowanie przestrzenne tylko dla pierwszego wiertła w sekwencji nawiercania łoża pod implant, co sprawia, że metoda ta jest niedokładna. Celem pracy jest opis nowej koncepcji szablonu, w którym tuleja, tak jak w typie partially limiting ma tylko jedną średnicę, lecz nie dla pierwszego wiertła, a dla ostatniego. Przedstawione postępowanie niesie ze sobą ryzyko poszerzenia łoża za sprawą wychylenia wiertła poza planowaną oś nawiercania. Opisany błąd w przygotowaniu łoża jest jednak ograniczony, a co ważniejsze, możliwy do przewidzenia za pomocą precyzyjnych obliczeń. Stworzono program komputerowy, który liczy maksymalny błąd wychylenia wiertła od osi długiej planowanego implantu i zauważono szereg czynników zmniejszających jego wartość. Summary: Surgical guides are becoming more common among implantologists due to its simplicity and reliability. Out of different methods of using surgical guides type partially limiting is mostly selected by surgeons. However, it provides full guiding only for the irst drill bit in the whole sequence of drilling a hole for the implant, which, in turn, makes this technique inaccurate. The aim of this framework is to present a concept of the new surgical guide design, in which the sleeve is only of one diameter, like in the partially limiting type, but for the last drill bit, instead of the irst one. At the same time the procedure described in this work is not without drawbacks. There is a risk of widening the hole due to the deviation of angle of the drilling during initial sequences. However, it is possible to foresee the inaccuracy of the drilling angle by precise calculations. A dedicated software was also prepared to calculate the maximum deviation of the drilling angle, relative to the long axis of the implant. Słowa kluczowe: implanty, szablon chirurgiczny, tuleja o średnicy ostatniego wiertła. Key words:, surgical guide, sleeve of diameter for the last drill bit. Ryc. 1_Do przeprowadzenia badań użyto specjalnie stworzonej do tego aplikacji komputerowej, której zadaniem było obliczenie różnicy pomiędzy idealnym a najbardziej przesuniętym położeniem wiertła przechodzącego przez tuleję do kości. Ryc. 1 _Pacjentom po utracie zębów potrzebna jest rehabilitacja układu stomatognatycznego. Zmienioną funkcję i estetykę najlepiej przywracać za pomocą stałych protez zębowych, w tym rozwiązań opartych na implantach, które pełnią funkcję ilarów analogiczną do korzeni zębów. 1 W związku z możliwościami, jakie daje zastosowanie wszczepów, implantologia jest dynamicznie rozwijającym się segmentem stomatologii. 2 Rozwój technologii i długoletnie obserwacje potwierdzają skuteczności leczenia implantologicznego jako metody z wyboru w przypadku utraty zębów. Sukces tego leczenia jest zależny od czynników takich, jak: budowa implantu, kwaliikacja pacjenta, prawidłowe 22 4_2016

2 zaplanowanie i wykonanie zabiegu oraz opieka pozabiegowa. 3,4 W przeszłości implanty były wszczepiane w miejsca z największą objętością kości, mniejszą uwagę przykładano do przyszłego położenia ostatecznej odbudowy protetycznej umocowanej na wszczepie. 5 Pominięcie protetycznych aspektów na etapie planowania przyszłego uzupełnienia może prowadzić do tego, że odbudowa u pacjenta nie będzie prawidłowo dostosowana do warunków okluzji i artykulacji, będąc jednocześnie niezadowalającą pod względem estetycznym i biomechanicznym. 6,7 Potrzeba precyzyjnego wprowadzenia implantu tak, żeby był ulokowany w odpowiednim miejscu podyktowanym zarówno anatomią kości pacjenta, jak i planem protetycznym była bodźcem do stworzenia szablonów protetycznych, dzięki którym możliwe stało się stworzenie szablonu chirurgicznego. Szablon chirurgiczny jest narzędziem pozwalającym na precyzyjne przeniesienie planu zabiegu (ex vivo), uwzględniającego optymalną lokalizację przyszłego wszczepu do warunków zabiegowych (in vivo) i tym samym zwiększenie dokładności implantacji Szablony chirurgiczne dzielą się na: _nonlimiting design, _partially limiting design, _completly limiting design, Szablony typu nonlimiting obrazują jedynie położenie planowanej korony w stosunku do wybranego miejsca implantacji. Szablony takie powstają zazwyczaj w oparciu o szablony protetyczne. Kąt nawiercania i pozycjonowanie implantu zależą od chirurga, który w nawigacji kieruje się sąsiednimi i przeciwstawnymi zębami, co może się wiązać z nieakceptowalnym pozycjonowaniem implantu poza tkanką kostną. Typ partially limiting określa tor wprowadzenia tylko pierwszego wiertła (pilotowego) do osteotomii. Dalszy przebieg implantacji jest przeprowadzany przez chirurga z wolnej ręki, co może być przyczyną błędów w angulacji przy nawiercaniu i ostatecznie nieprawidłowej lokalizacji wszczepu, zwłaszcza u pacjentów z niską gęstością kości (typ IV). Mimo licznych modyikacji, zarówno materiałów, z którego szablon powstawał, jak i budowy oraz typu obrazowania, nie udało się osiągnąć kompletnego ograniczenia błędów w czasie nawiercania. Ryc. 2 Typ completly limiting zapewnia odpowiednią angulację dla wszystkich wierteł w sekwencji użytych do osteotomii. Jest to typ szablonu dający największą możliwą dokładność nawiercania, jednak badania wykazały, że implanty wszczepione przy użyciu tego typu szablonu również wykazują pewną dyslokację przestrzenną w stosunku do zaplanowanej wcześniej pozycji. 12 Najczęściej wybieranym szablonem chirurgicznym jest typ partially limiting ze względu na dobrą efektywność kliniczną przy stosunkowo niewielkim koszcie wytworzenia, co wpływa na jego większą popularność niż bardziej precyzyjnego i znacznie droższego typu completly limiting. 13 Znajomość zalet i wad wymienionych systemów skłania do opracowania rozwiązania, które powoli na bardziej precyzyjne wprowadzenie wszczepu niż typ partially limiting, nie zwiększając kosztów operacji. Zaplanowano nawiercanie łoża, przygotowany szablon posiadał tuleję dedykowaną ostatniemu wiertłu w sekwencji. Zawarta w szablonie tuleja zapewnia wprowadzenie poprzednich wierteł na odpowiednią długość, jednocześnie częściowo precyzując ich angulację. Celem pracy jest sprawdzenie wartości maksymalnego błędu nawiercania przy zastosowaniu wyżej opisanej metody osteotomii. Ryc. 2_Przekrój przez wiertło przechodzące przez tuleję do kości podczas maksymalnego wychylenia równoznacznego z maksymalnym błędem podczas nawiercania. 4_

3 Ryc. 3_Za pomocą przedstawionej aplikacji przeprowadzono symulację nawiercania łoża pod implant w zmiennych warunkach (a, b, c, d, e). Ryc. 3 _Materiały i metody Użycie przez operatora szablonu chirurgicznego o zbyt dużej średnicy tulei w stosunku do wiertła może potencjalnie wiązać się z nieprecyzyjnym nawiercaniem, czego odwzorowaniem jest dyslokacja wiertła. Wspominana aplikacja wymaga wprowadzenia 4 parametrów, którymi są: 1_długość wiertła implantologicznego (l), 2_średnica wiertła implantologicznego (d), 3_wysokość tulei szablonu chirurgicznego (h), 4_średnica tulei szablonu chirurgicznego (w). Program dokonuje obliczeń dla maksymalnego wychylenia wiertła, opartego na 2 przeciwległych ścianach tulei szablonu chirurgicznego, uwzględniając średnicę i długość wiertła znajdującego się poza tuleją szablonu. Na rycinie 2 przedstawiono przekrój przez wiertło przechodzące przez tuleję do kości podczas maksymalnego wychylenia równoznacznego z maksymalnym błędem podczas nawiercania. By uzyskać wartość liczbową rozbieżności, należy nanieść wspomniane parametry do poszczególnych okien w aplikacji. W rezultacie, po obliczeniu program podaje uzyskane kolejne wartości: 1_wartość x oznaczająca kąt wychylenia wiertła od pozycji idealnej mierzony w stopniach, 2_wartość y oznaczająca odległość rzeczywistej osi wiertła od osi idealnej, 3_wartość z oznaczająca odległość środka wiertła na jego zakończeniu wprowadzonego w osi rzeczywistej a płaszczyzną wyznaczoną przez zakończenie wiertła w pozycji idealnej, 4_wartość A oznaczająca długość odcinka pomiędzy punktami wyznaczonymi przez środek zakończenia wiertła w pozycji idealnej i w pozycji rzeczywistej, 5_wartość E oznaczająca odległość najbardziej wychylonego punktu wiertła od osi wyznaczonej przez wewnętrzny brzeg tulei rzeczywiste wychylenie wiertła poza planowane łoże implantu. Schemat nawiercania łoża pod implant jest następujący: 1_wiertło o najmniejszej średnicy pilotujące, 2_sekwencja wierteł o rosnących średnicach aż do uzyskania odpowiedniego łoża implantu. Parametry każdego wiertła użytego w sekwencji nawiercania należy nanieść do programu celem uzyskania odpowiednich wartości błędu. Na rycinie 3 przedstawiono część programu komputerowego służącego do obliczania wartości błędów. _Wyniki Przy użyciu wspomnianej aplikacji uzyskano następujące wyniki dla poszczególnych symulacji nawiercania (a, b, c, d, e). _Wnioski Tuleja szablonu chirurgicznego o średnicy implantu zapewnia precyzyjne wprowadzenie tylko wiertła o największej średnicy ostatniego w sekwencji opracowywania łoża pod implant. Naprowadza ona operatora, wskazując również tor nawiercania wiertłami o mniejszej średnicy, nie gwarantuje jednak pełnego ukierunkowania prze- 24 4_2016

4 strzennego takich wierteł, dlatego to świadomość i umiejętności lekarza bezpośrednio wpływają na zmniejszenie inwazyjności zabiegu. Ważne jest, by używać wiertła, gdy znajduje się ono w pozycji centralnej w tulei i jest do niej równoległe, tzn. tak, aby osie wiertła i tulei się pokrywały. Używanie szablonu chirurgicznego o zbyt dużej średnicy w stosunku do średnicy wiertła niesie ze sobą możliwość popełnienia błędu, którego maksymalna wartość jest osiągana przy ustawieniu wiertła w największym wychyleniu od osi, czyli w sytuacji, gdy jest ono oparte na 2 przeciwległych ściankach tulei, a wartość tego błędu zostaje obliczona przez stworzoną do tego aplikację (wartość Y w tabelach). Otrzymane wartości błędu dochodzące nawet do 5,61 mm informują o możliwości powstania śródzabiegowych powikłań takich, jak: zranienie, perforacja błony Schneidera, przewiercenie poza szerokość wyrostka, porażenie nerwu zębodołowego dolnego lub językowego. Uzyskane wyniki należy skonfrontować z wynikami CBCT pacjenta, upewniając się tym samym, czy nie naraża się ważnych sąsiednich struktur anatomicznych. Należy jednak podkreślić, że przy wychyleniu wiertła skraca się bezwzględna głębokość nawiercania, a tym samym minimalizuje możliwość uszkodzenia struktur leżących poniżej planowanego łoża implantu. Przy zastosowaniu wspomnianej tulei wartość maksymalna błędu zmniejsza się dla kolejnych wierteł o rosnących średnicach im większa średnica wiertła, tym na mniejsze wychylenie pozwala tuleja. Dodatkowo, im mniejsza jest różnica średnicy najmniejszego i największego wiertła w sekwencji, tym mniejsza wartość maksymalnego błędu. Mniejszą wartość maksymalnego błędu obserwujemy także przy zastosowaniu dłuższej Ryc. 4 tulei oraz w sytuacji, gdy szablon chirurgiczny jest zaprojektowany w taki sposób, że tuleja znajduje się możliwie blisko powierzchni kości. _Dyskusja Szablon typu paritally limiting zapewnia prawidłowe ustawienie pierwszego wiertła implantologicznego, ale odpowiednie ustawienie kolejnych wierteł w sekwencji zależy od wprawy i doświadczenia operatora. Wielkość błędu przy takim postępowaniu jest niemożliwa do przewidzenia. Przy zastosowaniu szablonu z tuleją pod ostatnie wiertło, także nie uzyskuje się pełnego Ryc. 4_Długość wiertła = długość implantu + grubość błony śluzowej + oddalenie szablonu od błony śluzowej + wysokość tulei; oddalenie szablonu od kości = oddalenie szablonu od błony śluzowej + grubość błony śluzowej. Tab. 1_Pogrubione wartości to zmienne w stosunku do warunków a. *po odwarstwieniu płata śluzówkowo-okostnowego, szablon typu bone-supported. a b c d e Ø implantu [mm] 4,2 4,2 4,2 4,2 3,75 długość implantu [mm] Ø tulei [mm] 4,1 4,1 4,1 4,1 3,65 wysokość tulei [mm] oddalenie dolnego brzegu tulei od błony śluzowej [mm] 2,5 2,5 2,5 0 2,5 grubość błony śluzowej [mm] * 1 długość wiertła [mm] 16,5 18,5 19, ,5 4_

5 Tab. 2_Warunki a. a X [ ] 21,33 13,69 9,69 4,99 0 Y [mm] 4,88 3,22 2,3 1,2 0 Z [mm] 1,49 0,8 0,51 0,22 0 A [mm] 5,11 3,31 2,36 1,22 0 E [mm] 3,77 2,53 1,83 0,97 0 Tab. 3_Warunki b. b X [ ] 21,33 13,69 9,69 4,99 0 Y [mm] 5,61 3,69 2,64 1,38 0 Z [mm] 1,63 0,86 0,53 0,23 0 A [mm] 5,84 3,79 2,69 1,39 0 E [mm] 4,49 3 2,17 1,14 0 Tab. 4_Warunki c. c X [ ] 14,28 8,99 6,28 3,18 0 Y [mm] 3,73 2,38 1,67 0,85 0 Z [mm] 0,85 0,46 0,29 0,13 0 A [mm] 3,82 2,42 1,7 0,86 0 E [mm] 2,65 1,71 1,21 0,63 0 Tab. 5_Warunki d. d X [ ] 21,33 13,69 9,69 4,99 0 Y [mm] 3,61 2,39 1,72 0,9 0 Z [mm] 1,25 0,7 0,45 0,21 0 A [mm] 3,82 2,49 1,77 0,92 0 E [mm] 2,49 1,7 1,24 0,67 0 Tab. 6_Warunki e. e 2 2,8 3,2 3,65 X [ ] 17,28 9, Y [mm] 4,03 2,21 1,21 0 Z [mm] 1,04 0,44 0,2 0 A [mm] 4,16 2,25 1,22 0 E [mm] 3,16 1,76 0, _2016

6 _magazine kierowania przez system, ale w przeciwieństwie do partially limiting, ogranicza on wielkość błędu, dając operatorowi pojęcie, jak i gdzie ma nawiercać nawiguje go, ograniczając kąt i pole działania. Popełnienie maksymalnego błędu w zaproponowanym przez autorów typie szablonu to sytuacja hipotetyczna, operator musiałby prowadzić postępowanie wbrew zaleceniom przy stosowaniu tej metody. By uzyskać najlepsze wyniki, należy wprowadzać wiertło możliwie zgodnie z długą osią tulei. 14 Rozsądek i doświadczenie operatora mogą bezpośrednio wpłynąć na dobre wyniki leczenia. Fakt, że ostatnie wiertło w sekwencji prowadzone jest prawidłowo, wydaje się zapewniać dobrą pozycję implantu nawet przy pewnym błędzie przy wprowadzeniu wcześniejszych wierteł, wymaga to jednak potwierdzenia dalszymi badaniami._ Piśmiennictwo: 1. Oshida, Yoshiki et al. Dental implant systems. International journal of molecular sciences 11.4 (2010): Pye AD et al. A review of dental and infection. Journal of Hospital infection 72.2 (2009): Atsu SS. A surgical guide for dental implant placement in edentulous posterior regions. J Prosthet Dent. 2006;96: Chen ST, Wilson Jr TG, Hammerle CH. Immediate or early placement of following tooth extraction: review of biologic basis, clinical procedures, and outcomes. Int J Oral Maxillofac Implants (2004): Widmann G, Bale RJ. Accuracy in computeraided implant surgery: A review. Int J Oral Maxillofac Implants. 2006;21: Sarment DP, Al-Shammari K, Kazor CE. Stereolithographic surgical templates for placement of dental in complex cases. Int J Periodontics Restorative Dent 2003;23: Widmann G, Bale RJ. Accuracy in computer- -aided implant surgery a review. International Journal of Oral & Maxillofacial Implants 21.2 (2006). 8. Stumpel III, Lambert J. Model-Based Guided Implant Surgery; Planned Precision. 9. Ganz SD. Presurgical planning with CT-derived fabrication of surgical guides. Journal of oral and maxillofacial surgery 63.9 (2005): Ramasamy M, Giri P, Raja R, Subramonia N, Karthik MM, Narendrakumar R. Implant surgical guides: from the past to the present. J Pharm Bioallied Sci. 2013;5:S98-S Almog, Dov M, Torrado E, Meitner SW. Fabrication of imaging and surgical guides for dental. The Journal of prosthetic dentistry 85.5 (2001): Schneider D, Schober F, Grohmann P, Hammerle CH, Jung RE (2014) In-vitro evaluation of the tolerance of surgical instruments in templates for computer-assisted guided implantology produced by 3-D printing. Clinical Oral Implants Research 26: D Souza KM, Ajay Aras M. Types of implant surgical guides in dentistry: a review. Journal of Oral Implantology 38.5 (2012): Koop R, Vercruyssen M, Vermeulen K, Quirynen M. (2012) Tolerance within the sleeve inserts of different surgical guides for guided. Clinical Oral Implants Research. _autorzy Bartłomiej Iwańczyk, Piotr Wychowański, Igor Kresa, Andrzej Wojtowicz, Paweł Nieckula Zakład Chirurgii Stomatologicznej WUM Michał Oszwałdowski Studenckie Koło Naukowe przy Zakładzie Chirurgii Stomatologicznej WUM Gabriela Oledzka, Karolina Cupriak Zakład Biologii Medycznej WUM Paweł ZawadzkI Klinika Chirurgii Czaszkowo-Szczękowo-Twarzowej, Jamy Ustnej i Implantologii WUM 4_