Die ideale Platzierung dentaler Implantate im Kieferknochen unter biologischen, funktionellen und ästhetischen Gesichtspunkten ist erfolgsentscheidend. Hierbei spielt vor allem die optimale prothetische Versorgung als Behandlungsziel für die Planung der exakten Implantatinsertion im Sinne einer prothetisch-chirurgischen Rückwärtsplanung (Backward-Planning), bei adäquaten Knochen- und Weichteilverhältnissen, eine wichtige Rolle. Innovative Diagnose- und 3-D-Simulationsverfahren zur Erhöhung der Sicherheit und Vorhersagegenauigkeit einer Implantation und Unterstützung im digitalen Behandlungsprozess gewinnen auch bei Routinefällen zunehmend Akzeptanz – angefangen bei „mentalen“ Navigationskonzepten mit computerbasierter Implantatpositionsplanung, über die inzwischen etablierte statische Navigation mit extern oder in der Praxis 3-D-gedruckten oder gefrästen Implantat-Bohrschablonen, bis hin zu dynamischen, präzisen Echtzeit-Navigationssystemen. Letztere Systeme erlauben intraoperativ eine dreidimensionale Orientierung der Bohrer- und Implantatposition auf Basis von digitalen Volumentomografie(DVT)- und Computertomografie(CT)-Daten und optischem Tracking.

In der Evaluations- und Erprobungsphase sind gegenwärtig spannende Konzepte zur roboterunterstützten Implantatinsertion. Sie erlauben einen Blick in die mögliche Zukunft. In ihrem Beitrag für die Implantologie 3/21 führen Prof. Dr. mult. Florian M. Thieringer et al. die beschriebenen Workflows und Technologien auf und diskutieren ihre jeweiligen Vor- und Nachteile. Die Autoren erläutern Möglichkeiten und Grenzen der unterschiedlichen Behandlungs- beziehungsweise Navigationskonzepte, um den Leserinnen und Lesern einen umfassenden Einblick und Überblick über die aktuell und zukünftig verfügbaren Wege in der digitalen dentalen Implantologie zu vermitteln.

In keiner anderen Disziplin der Zahnmedizin schreitet die Entwicklung so schnell voran wie in der Implantologie. Ziel der Zeitschrift ist es, dem Fortbildungsangebot im Bereich der Implantologie durch die Veröffentlichung praxisbezogener und wissenschaftlich untermauerter Beiträge neue und interessante Impulse zu geben und die Zusammenarbeit von Klinikern, Praktikern und Zahntechnikern zu fördern. Mehr Infos zur Zeitschrift, zum Abo und zum Bestellen eines kostenlosen Probehefts finden Sie im Quintessenz-Shop.

Einleitung

Die Therapie des teilbezahnten oder zahnlosen Patienten mit implantatgetragenem Zahnersatz ist eine interdisziplinäre Herausforderung für das klinische Team aus zahnärztlicher Prothetik und Chirurgie, einschließlich der Zahntechnik. Die Komplexität ist umso größer, wenn die Folgen des Zahnverlustes zu (ausgeprägten) Resorptions­erscheinungen des Alveolarkamms geführt haben. Infolgedessen kommt es oftmals zu erheblichen Schwierigkeiten beim Erreichen einer optimalen dreidimensionalen (3-D-) Implantatposition¹. Die computergestützte Implantologie „Computer-Aided Implant Surgery“ [CAIS]) wird für die Planung und Platzierung der Implantate in der optimalen, vorher festgelegten Position eingesetzt, um einen langfristigen Erfolg in Bezug auf Funktion und Ästhetik zu erzielen. 

Generell betrachtet können CAIS-Systeme übergeordnet in statische und dynamische Systeme unterteilt werden, basierend auf der verwendeten Technologie und den angewandten Behandlungsprotokollen^2,3. In dem Fall, in dem der digitale Workflow nicht während der chirurgischen Platzierung, sondern nur während der Planung der Implantatposition verwendet wird, werden die Implantate freihändig gesetzt und der Chirurg verwendet anatomische Orientierungspunkte oder Messungen, um die vorgegebene Position zu identifizieren. Ein solches Protokoll wird in der Literatur häufig als mentale Navigation, Freihand- oder digital geplante konventionell gesetzte Implantatchirurgie bezeichnet^4–6. Statische CAIS-Systeme verwenden in der Regel stereolithografisch hergestellte (3-D-gedruckte) Bohrschablonen in Kombination mit speziellen chirurgischen Kits für die operative Implantatbettaufbereitung und -insertion. Im Gegensatz hierzu werden bei den dynamischen CAIS-Systemen optische Tracking-Technologien verwendet, um eine freihändige Platzierung der Implantate mit Positionsbestimmung in Echtzeit zu ermöglichen. 

In Studien, in denen die Genauigkeit verschiedener CAIS-Systeme verglichen wurde, wurde die höchste Präzision bei Patienten mit einzelnen fehlenden Zähnen berichtet, gefolgt von teilbezahnten und zuletzt zahnlosen Patienten⁷. Es überrascht nicht, dass die komplett zahnlose Patientenkohorte die am wenigsten genaue Implantatpositionierung aufweist. Die Anatomie kann aufgrund des Fehlens reproduzierbarer Referenzpunkte, der häufig fortgeschrittenen Resorption des Alveolarknochens und der daraus erwachsenen chirurgischen Komplexität eine Herausforderung für die Freihandplatzierung sein. Herausforderungen bestehen auch für CAIS-Systeme, da das Fehlen von Zähnen die Stabilisierung der Bohrschablone erschwert und die Präzision digitaler Diagnostiken wie des intraoralen Scannens, verringern kann. Obwohl in Studien über die Genauigkeit der Implantatposition mit einzelnen CAIS-Systemen beim teilbezahnten Patienten berichtet wurde^7–9, fehlt es an vergleichenden Studien, in denen verschiedene CAIS- und Freihand-Positionierungsprotokolle innerhalb eines ähnlichen Set-ups verglichen werden.

Das Ziel dieses vergleichenden technischen Berichts ist es, verschiedene CAIS-Systeme unter Verwendung der (a) mentalen, (b) statischen und (c) dynamischen CAIS vorzustellen. Zuletzt werden Konzepte der (d) roboterassistierten Navigation beziehungsweise Implantation präsentiert, die jedoch, zumindest gegenwärtig, noch fern der breiten Anwendung in der Praxis sind.

Computerassistierte Implantat­chirurgie: CAIS

Osseointegrierte Implantate gelten inzwischen als Standard zur Rekonstruktion von Funktion und Ästhetik bei teilbezahnten oder zahnlosen Patienten^8,10. Komplikationen aufgrund von Implantatfehlstellungen, zum Beispiel durch Kortikalisperforationen, Wurzelverletzungen oder Beschädigung anderer relevanter anatomischer Strukturen, sind keine Seltenheit^11,12. Die langfristige Erfolgsrate, insbesondere die periimplantäre Weich- und Hartgewebestabilität, wird von der Genauigkeit der dreidimensionalen Positionierung der Implantate wesentlich beeinflusst. Dazu zählen die korrekte Implantatposition, der korrekte Implantatwinkel und die korrekte Implantattiefe im Kieferknochen^13–15 (Abb. 1)¹⁶.

Digitale dreidimensionale Bildgebung und virtuelle Behandlungsplanung

Durch die in der Zahnmedizin inzwischen etablierte digitale dreidimensionale radiologische Bildgebung ergibt sich nicht nur die Möglichkeit einer verbesserten Diagnostik, sondern auch die der Erstellung von bilddatenbasierten 3-D-Behandlungsplänen¹⁷. Columbia Scientific (Maryland, USA) führte bereits 1h988 die softwarebasierte Diagnostik und Behandlungssimulation auf Basis von Computertomografie(CT)-Daten ein. Kurz darauf ermöglichte die Softwarelösung „image-Master-101“ die Darstellung von Zahnimplantaten zusammen mit radiologischen Bilddaten. Wenig später, 1993, wurde mit SimPlant (zunächst Columbia Scientific, dann Materialise, Leuven, Belgien) die Auswahl und Überblendung virtueller Implantate mit exakten Abmessungen auf CT-Bildern möglich¹⁸. Das Aufkommen der dentalen, digitalen Volumentomografie (DVT) in Kombination mit dreidimensionalen Diagnostik- und Planungstools hat zu einem großen Fortschritt in der virtuellen Behandlungsplanung geführt und die Übertragung der geplanten Implantatposition vom Computerbildschirm auf den Patienten ermöglicht¹⁹. Heutzutage existieren zahlreiche Softwareprogramme, die die virtuelle Insertion von maßstabgetreu dargestellten Implantaten in DVT- oder CT-Datensätzen von Patienten erlauben²⁰.

Methoden, die auf der computergestützten Chirurgie basieren, wurden auch zu wichtigen unterstützenden Werkzeugen des digitalen dentalen Workflows für die präoperative Implantatbehandlungsplanung, die Implantatsimulation, Implantation und Prothetik sowie die Beurteilung der postoperativen Ergebnisse^20,21. Seitdem wurden verschiedene Technologien und Ansätze wie computer- und robotergestützte Operationen einschließlich „Augmented Reality“-Systemen auf den Markt gebracht, um Leistungsumfang, Genauigkeit und Sicherheit des geführten beziehungsweise navigierten chirurgischen Eingriffs im Vergleich zu Freihandtechniken zu erhöhen^22–25. Alle verschiedenen Navigationskonzepte basieren auf dem Ansatz, die präoperativen digitalen räumlichen Planungsdaten auf das Operationsgebiet exakt zu übertragen²⁶.

Abb. 1 Bewertung der ursprünglichen/präoperativ geplanten und tatsächlichen Position eines dentalen Implantats (Bewertungskriterien der Abweichung von 1 Implantatschulter/„entry point“, 2 Implantatapex und 3 Implantatachse). (Quelle: modifiziert nach: Wu et al.16).

Abb. 2 Navigationskonzepte in der Implantologie von der Freihand- bzw. „mentalen“ Navigation bis zur autonomen Vollrobotik nach Genauigkeit und Verbreitungsgrad (Basis = häufige Anwendung) ohne absolute Wertung. Gerade beim direkten Vergleich der statischen und dynamischen Navigation sind noch Studien unter standardisierten Bedingungen erforderlich. CAIS: Computerassistierte Implantatchirurgie. (Quelle: PD Dr. mult. Florian M. Thieringer).

Statische und dynamische Navigation

Die statische und die dynamische Navigation sind die Hauptkonzepte der fast ausschließlich computerbasierten Unterstützungssysteme in der Implantologie (Abb. 2). Bei beiden Konzepten ist es das Ziel, durch virtuelle Planung und Übertragung der Informationen im Operationssaal eine Abweichung vom endgültigen Behandlungsergebnis zu minimieren und eine höhere Genauigkeit zu erreichen^20,27. Vor allem bei komplexen Fällen, in denen präzise chirurgische Verfahren zum Schutz von anatomischen Strukturen erforderlich sind, ist die CAIS indiziert²⁰. Wichtig bei der Indikationsstellung sind die Bewertung nach den Grundprinzipien des Strahlenschutzes (ALARA: „As Low As Reasonably Achievable“) und die Berücksichtigung der höheren Behandlungskosten durch den Planungsmehraufwand im Vergleich zur Freihand-Implantation.

Mentale und Statische Navigation

Statische Bohrschablonen dienen zur starren Führung der Implantatbohrer während des Bohrvorgangs. Eine über die Führung hinausgehende dynamische Visualisierung der Bohrerposition im Knochen sowie der Planungsdaten oder anatomischen Strukturen ist nicht oder nur beschränkt möglich. Die Schablonen werden auf der Basis von DVT- oder CT-Daten mit überlagerten extraoralen Modelloberflächenscans (analog–digital) beziehungsweise alternativ Intraoralscans (IOS) mit entsprechender Implantatplanungssoftware modelliert. Die Herstellung der Schablonen erfolgt im CAD/CAM-Verfahren durch (additive) 3-D-Druck- oder (subtraktive) Fräsverfahren in Dentallaboren oder − zunehmend häufiger − auch in Praxislaboren. Inzwischen existieren zahlreiche Varianten von Bohrschablonen mit verschiedenen Konzepten der Bohrer- und Implantatführung.

Instrumentenkits für statische Navigation

Mit dem Ziel, die korrekte Position und Tiefe des Implantatbetts zu übertragen und intraoperativ zu kontrollieren, wurden für einige Implantatsysteme spezielle Sets/Kits und besondere (in der Regel längere) Bohrer mit physischen Stoppern und/oder Indikationslinien beziehungsweise Tiefenmarkierungen entwickelt.
Es gibt noch weitere Unterschiede zwischen den Systemen. Einige statische Schablonen können sowohl für die Bohrung als auch für die Implantatinsertion verwendet werden, während diese bei manchen Systemen vor der Implantatinsertion entfernt werden sollten^6,26,28. In einigen Fällen gibt es unterschiedliche Schablonen mit variablem Hülsendurchmesser für einen Patienten, während bei anderen Systemen nur eine Schablone − mit abnehmbaren Hülsen oder Hülsen auf Bohrern − verwendet wird²⁹.

Einflussfaktoren auf die Genauigkeit

Die Genauigkeit dieser Bohrschablonen wird durch verschiedene Faktoren während des Herstellungsprozesses beeinflusst: radiologische Bildgebung (zum Beispiel Bild- oder Bewegungsartefakte), Datensegmentierung, verwendete Oberflächenscans (von Modellen oder IOS), Datenregistrierung (automatisch oder manuell), softwarebasierte Planung und softwarebasiertes Design, Fräs- beziehungsweise Druckverfahren, verwendete Materialien, Nachbearbeitung (Postprocessing), Sterilisation, unterschiedliche Bohrhülsen, intraorale Positionierung und Stabilisierung der Schablonen. Der Hauptgrund für Abweichungen findet sich jedoch meistens bei Anwendungsfehlern (zum Beispiel Fehlpositionierung der Bohrschablone beim Eingriff) und nicht unbedingt im Herstellungsprozess^3,30–40. Einige wissenschaftliche Studien untersuchten auch zusätzliche Faktoren, die zur Implantatabweichung beitragen können, wie den Effekt von rechts- oder linkshändigen Chirurgen beim Einsetzen eines Implantats sowie die Abnutzung von Hülsen und Bohrern nach langer Verwendung^6,41.

Klassifizierung statischer Navigationskonzepte

Statische Navigationskonzepte können nach der Art der Führung, der chirurgischen Sicht, der Bohrung und der Möglichkeit der Implantatinsertion klassifiziert werden, wie in Tabelle 1 aufgeführt²⁶.

Schleimhautgetragene Bohrschablonen

Schleimhautgetragene Bohrschablonen (vollständig geführt, „fully guided“) können für die statische Navigation bei lappenlosen („flapless“) Operationen bei unbezahnten Patienten die erste Wahl sein. Ihre Stabilität kann durch die Verwendung von transmukosalen Fixierungsstiften verbessert werden. Bei teilbezahnten Patienten kann die Stabilisierung von schleimhautgetragenen Schablonen verbessert werden, wenn diese mit zahn- oder kronengetragenen Abschnitten kombiniert werden^6,26. Höhere Patientenzufriedenheit aufgrund geringerer Stuhlzeit, weniger Schmerzen und Schwellungen sowie geringere Morbidität nach lappenlosen Eingriffen sind einige der Vorteile der Verwendung von schleimhautgetragenen (vollständig geführten) Bohrschablonen im Vergleich zu Implantationen mit klassischer Lappenbildung und Freilegung der ossären Implantatumgebung. In Fällen, in denen eine Knochen- oder Gewebeaugmentation erforderlich ist, haben mukosagestützte Bohrscha­blonen keine Indikation, es sei denn, es wird ein Tunnelzugang zur Gewebeaugmentation verwendet^12,42–44.

Knochengestützte Schablonen

Knochengestützte Schablonen sind bei anatomisch komplexen Situationen und der Indikation für eine Knochenaugmentation indiziert. Obwohl dieser Zugang häufig eine direkte Sicht auf den Knochen und anatomische Orientierungspunkte ermöglicht, ist die Patientenzufriedenheit im Vergleich zu Implantationen mit in der Regel weniger invasiven Zugängen bei schleimhaut- oder zahngestützten Schablonen, aufgrund der höheren Morbidität, der Schwellungen und Schmerzen, des Analgetikaverbrauchs und der längeren Behandlungszeit geringer^42–44. Bei der Planung von Zugangswegen und Schablonendesign sollte berücksichtigt werden, dass ein freipräparierter Mukoperiostlappen die Genauigkeit der Führungsstabilität einer Implantatschablone verringern kann⁴⁵.

Zahngetragene Schablonen

Diese Art von Schablonen werden bei teilbezahnten Patienten eingesetzt: Verbliebene Zähne/Kronen dienen als zuverlässige Auflage zur Stabilisierung der Bohrschablonen. Alternativ können bei spärlicher Bezahnung und geplanten Extraktionen auch vorübergehende Implantate und Verankerungsstifte als Schablonenanker eingesetzt und die Implantation mehrstufig statisch navigiert durchgeführt werden²⁶. Zahngetragene Schablonen bieten eine höhere Stabilität und Genauigkeit bei der Implantation als schleimhaut- oder knochengestützte Schablonen. Bei der Planung dieser Schablonen ist es wichtig, das operative Vorgehen und Lappendesign mit zu berücksichtigen, da die Weichgewebe gegebenenfalls mit der Bohrschablone interferieren können und damit den Eingriff erschweren.

„Sichtbarkeit“ bei Schablonen – offen oder geschlossen

Differenzieren in Bezug auf die „Sichtbarkeit“ durch Guide-Systeme lassen sich zwei Arten von Schablonen: offene und geschlossene Systeme. Geschlossene Schablonen werden häufig bei vollständig geführten („fully guided“) Operationen verwendet. Bohrer und Implantate gleiten vollständig durch die präzise anliegende Schablone (beziehungsweise Bohrhülse) und sollen so eine mögliche Fehlpositionierung der Implantate verhindern. Andererseits kann bei der Bohrung Kühlflüssigkeit vom Knochen abgeschirmt werden. Damit besteht die Gefahr, dass sich die Knochentemperatur erhöht  und der Heilungsprozess beeinträchtigt wird. Offene Schablonensysteme mit freiem Zugang/Fenster (meist von der bukkalen Seite) bieten die Möglichkeit der ausreichenden Kühlung bei direkter visueller Kontrolle während des Bohrens. Zudem besteht die Möglichkeit zur Positionskorrektur des Implantats noch während der Aufbereitung des Bohrstollens. Ein Nachteil kann jedoch die Zunahme von Positionierungsfehlern sein⁴⁶.

„Fully guided“ – vollständig geführt

Je nach Art der Bohrung und der Implantatplatzierung werden statische Führungen in drei Kategorien eingeteilt, einschließlich der vollständig geführten („fully guided“, FG) und halb geführten (HG). Beim FG-Konzept wird die gesamte Aufbereitung des Implantatstollens geführt. Einige Studien konnten zeigen, dass der FG-Ansatz die höchste Genauigkeit bei der Übertragung der präoperativen Planung in den Operationsbereich aufweist. Allerdings bietet das FG-Konzept kaum Möglichkeiten, den Behandlungsplan während des Eingriffs noch zu ändern. Daher wird empfohlen, vor Anwendung zunächst Erfahrung im Bereich der 3-D-Planung zu sammeln⁴⁷. Ein weiterer Nachteil sind die relativ hohen Herstellungskosten der FG-Schablonen, vor allem im Vergleich zur Freihandtechnik⁴⁸.

„Half-guided“ – halbgeführt

Die halbgeführte oder teilgeführte Implantatchirurgie beinhaltet verschiedene Planungs- und Schablonenkonzepte („Halbschablonen“) und deckt nicht immer alle chirurgischen Schritte bei der Knochenbohrung ab²⁶. Bei der pilotbohrergeführten („First-drill“-) Bohrung, wird die Halbschablone bei der ersten Bohrung zur Orientierung eingesetzt und für die nächsten Bohrungen wieder entfernt. Die Möglichkeit von Änderungen in der Knochenbohrung nach der ersten Bohrung ist einer der Vorteile dieser Technik. Andererseits ist die Erfahrung des Chirurgen erforderlich, da hier die endgültige Positionierung des Implantats freihändig (FH) erfolgt^47,49.

Nicht computergeführt

Die nicht computergeführte Methode ist eine weitere Art der teilgeführten Implantatchirurgie mit Positionierungsschienen, die im Vergleich zu computergeführten Techniken wie Bohren und