3-D-Planung

Bildgebung, CT, DVT, Universalbissgabel

Universalbissgabel als qualitätssichernde Maßnahme in der dreidimensionalen Bildgebung

13.03.2016
aktualisiert am: 21.03.2016

Abb. 1: Die von Dr. Elmar Frank entwickelte Universalbissgabel.
Abb. 1: Die von Dr. Elmar Frank entwickelte Universalbissgabel.

Der vorliegende Artikel beschreibt eine Universalbissgabel, die als Positionierungs- und Fixationshilfe des Patienten in CT- bzw. DVT-Geräten dient. Sie beinhaltet röntgensichtbare Marker zur Referenzierung von Messungen im erfassten Volumen. Eingesetzt als „in-vivo“-Kalibrierungshilfe kann sie einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung von CT- bzw. DVT-Aufnahmen bezogen auf die Einzelaufnahme leisten.

Die moderne, von prothetischen Überlegungen ausgehende, zahnärztliche Implantologie ist geprägt von der Verwendung geeigneter Planungs- und Navigationshilfen. Die zumeist auf 3D-bildgebenden Verfahren beruhenden Methoden, erlauben dem Behandler die dreidimensionale Planung und Umsetzung der angestrebten Versorgung.

Genauigkeit von DVT-Aufnahmen

Stand der Technik in der dentalen 3D-Bildgebung sind so genannte Digitale Volumentomographen (DVT-Geräte), geeignete Auswertungs- und Simulationssoftware sowie dazu passende Orientierungs- und Positionierungshilfen ? auch Schablonen genannt. Sie berücksichtigen die benötigten räumlichen Informationen über den geplanten Eingriffsort, limitierende bzw. gefährdete anatomische Strukturen, wie Nerven, Blutgefäße, Hohlräume etc. und ermöglichen eine zielgerichtete und positionsgenaue Implantation.

Zentrales Element jeglicher räumlichen Planung und Durchführung ist ein eindeutiges, in allem Medien eindeutig erkennbares Referenzsystem, auf das sich alle Messungen beziehen und das durch geeignete Mittel von Medium zu Medium, also vom Patienten in das Modell bzw. die 3D-Aufnahme, weiter in die Planungssoftware, von dort in den Produktionsprozess der Schablone und letztendlich wieder zurück in den Patientenmund übertragen wird.

Weitere conditio sine qua non für zuverlässige metrische Planungen ist die Maßhaltigkeit der zugrundeliegenden 3D-Aufnahme. Diese wird prinzipiell vom Hersteller gewährleistet, der das Gerät im Werk und am Aufstellungsort anhand geeigneter (unbeweglicher) Messphantome, die röntgensichtbare Marker an bekannten räumlichen Positionen beinhalten, kalibriert.

Tatsächlich entstehen diese Aufnahmen jedoch am lebenden (= potentiell beweglichen) Patienten. Der größte, weder vom Hersteller der Röntgen-Hardware noch vom Entwickler der Auswertungssoftware beeinflussbare Faktor, der die Bildqualität maßgeblich beeinflusst, ist die Patientenpositionierung und -immobilisierung während der Aufnahme.

Beschreibung des Systems Die vorgestellte Bissgabel verfügt über eine Andock-Gelenkkugel, die in ein entsprechendes Gegenstück, das mit dem DVT-Gerät verbunden ist, gelenkartig einrastet (Abb. 1 bis 5).

  • Abb. 2: Andock-Kugel (rot) der Universalbissgabel.
  • Abb. 3a und b: Die Andock-Kugel der Universalbissgabel rastet in das Gegenstück im Positionierungsadapter der DVT-Anlage ein.
  • Abb. 2: Andock-Kugel (rot) der Universalbissgabel.
  • Abb. 3a und b: Die Andock-Kugel der Universalbissgabel rastet in das Gegenstück im Positionierungsadapter der DVT-Anlage ein.

  • Abb. 4:Höhenverstellbare Variante eines Positionierungsadapters für die Unversalbissgabel.
  • Abb. 5: Patient mit Universalbissgabel im Mund mittig im Abbildungsvolumen des ORTHOPHOS SL (Sirona, Bensheim) perfekt positioniert und fixiert.
  • Abb. 4:Höhenverstellbare Variante eines Positionierungsadapters für die Unversalbissgabel.
  • Abb. 5: Patient mit Universalbissgabel im Mund mittig im Abbildungsvolumen des ORTHOPHOS SL (Sirona, Bensheim) perfekt positioniert und fixiert.

Diese einrastende Verbindung gewährleistet, dass der Patient sowohl in sagittaler als auch in vertikaler Richtung stets optimal und unbeweglich im Gerät steht, so dass dessen Abbildungsvolumen maximal ausgenutzt wird und die Kauebene mittig im Abbildungsvolumen zu liegen kommt – hier ist die Messgenauigkeit prinzipiell am größten. Die Kugelform dieser gelenkigen Verbindung erlaubt es jedoch, auch Patienten mit lateral gekippt verlaufender Okklusalebene optimal zu positionieren. Eine schräg im Volumen positionierte Bissgabel hat keinen negativen Einfluss auf die Messgenauigkeit.

Durch Einbeissen in ein geeignetes, beidseits auf die Bissgabel aufgetragenes Bissnahmematerial (z. B. Futar, MetalBite) wird einerseits eine optimale Fixation und Immobilisation des Unterkiefers relativ zum Oberkiefer und damit zum Schädel erreicht und damit die häufigste Ursache für „verwackelte“ Bilder vermieden. Andererseits ist dadurch in den späteren Querschnittsansichten der Verlauf der Antagonistenkaufläche besser erkennbar, zumal die Fixation in habitueller Unterkieferlage und nicht, wie bei konventionellen Inzisalstiftaufbissen, in protrudierter Stellung erfolgt. Damit kann bei der prothetisch orientierten Implantatplanung die Position von Antagonisten besser beurteilt und berücksichtigt werden.

Bei zahnlosen Patienten empfiehlt sich das Tragen einer metallfreien Prothese bzw. Probeaufstellung, wobei die Prothesenzähne nicht radioopak sein müssen, da deren Konturen durch die Impressionen im röntgensichtbaren Bissnahmematerial ohnehin erkennbar werden. Die in die Bissgabel eingebrachten, röntgensichtbaren Referenzmarker (bis zu 13 Stück) sind in DVT- bzw. CT-Aufnahmen eindeutig erkennbar (Abb. 6a bis c).

  • Abb. 6a bis c: Referenzmarker (rot) in Universalbissgabel eingebracht.
  • Abb. 7: Klare Abbildung der Referenzmarker vertikal mittig im Abbildungsvolumen der DVT-Aufnahme (Sirona ORTHOPHOS SL)
  • Abb. 6a bis c: Referenzmarker (rot) in Universalbissgabel eingebracht.
  • Abb. 7: Klare Abbildung der Referenzmarker vertikal mittig im Abbildungsvolumen der DVT-Aufnahme (Sirona ORTHOPHOS SL)

  • Abb. 8: Im DVT (Sirona ORTHOPHOS SL) optimal sichtbare Referenzmarker der Universalbissgabel von der Planungssoftware (BlueSkyPlan) automatisch erkannt (grün).
  • Abb. 8: Im DVT (Sirona ORTHOPHOS SL) optimal sichtbare Referenzmarker der Universalbissgabel von der Planungssoftware (BlueSkyPlan) automatisch erkannt (grün).

Der Hersteller der Implantatplanungs- und Simulationssoftware BlueSkyPlan (BlueSkyBio) hat nach Spezifikation des Autors ein Modul zur semiautomatischen Erkennung der Referenzmarker in der beschriebenen Bissgabel entwickelt. Nach manuellem Anklicken dreier beliebiger Marker in der 3D-Aufnahme, sucht die Software innerhalb eines vorgegebenen Konfidenzintervalls nach den verbleibenden Markern und blendet die gefundenen Positionen ein. Die x-, y- und z-Koordinaten der angeklickten und gefundenen Marker werden samt den Koordinaten der geplanten Implantate in eine Datei exportiert. Diese Datei wird dazu verwendet, in einer geeigneten 5-Achs-Bohrmaschine (GPI) automatisch die Bohrungen für einschraubbare Bohrerführungshülsen (pst) in eine aus lichthärtendem Plattenmaterial (Triad, DentsplyDeTrey) angefertigte Schablonenbasis zu bohren (Abb. 7 und 8).

Da die Dimensionen und Positionen dieser kugelförmigen Marker aus der Konstruktion bekannt sind, kann in jeder einzelnen Aufnahme individuell überprüft werden, ob die Abbildungen der Marker in Form und Position dem bekannten Original entsprechen. So können z. B. die Abstände zwischen den Markern in einer geeigneten Planungssoftware vermessen, mit den bekannten Originalwerten verglichen und somit festgestellt werden, wie genau bzw. verlässlich die aktuell verwendete Aufnahme ist oder ob eventuelle Bewegungen des Patienten während der Aufnahme oder sonstige Imponderabilien zu geometrischen Aberrationen der 3D-Abbildung geführt haben. So kann z. B. ein „Vertrauensintervall“ für jede einzelne Aufnahme errechnet werden, das aussagt, innerhalb welcher Grenzen beispielsweise einer geplanten Implantatposition bzw. -dimension vertraut werden kann.

Rein mathematisch betrachtet, würden zwar jeweils drei nicht-kolinear angebrachte Referenzmarker ausreichen, um eine eindeutige Referenzebene und -nullpunkt zu definieren. Redundante Referenzmarker sind jedoch aus unterschiedlichen Gründen sinnvoll: Zum einen kann in manchen DVT-Geräten das so genannte Field of View (FOV), also das abgebildete Volumen, eingegrenzt werden bzw.es ist bei manchen Geräten a priori recht klein, so dass nicht der gesamte Kiefer (und damit die gesamte Bissgabel) abgebildet wird (Abb. 9).

Zum anderen könnte es unter ungünstigen Umständen dazu kommen, dass manche Referenzmarker bedingt durch Bildartefakte benachbarter Strukturen nicht oder nicht gut sichtbar sind. Die räumlich gestreute Verteilung der Messkörper gewährleistet, dass auch unter ungünstigen Bedingungen stets mindestens 3 ? nicht in einer geraden Linie befindliche ? Marker gut erkennbar sind.

  • Abb. 9: Abgebildete / detektierte (grün) und nicht abgebildete / nicht detektierte Referenzmarker der Universalbissgabel in einem DVT-Gerät mit kleinem Abbildungsvolumen (Planmeca ProMax 3D).
  • Abb. 10: Die Andockkugel der Universalbissgabel kann durch Drehen an den flügelförmigen Griffen an den 3 Sollbruchstellen (rot) abgebrochen werden.
  • Abb. 9: Abgebildete / detektierte (grün) und nicht abgebildete / nicht detektierte Referenzmarker der Universalbissgabel in einem DVT-Gerät mit kleinem Abbildungsvolumen (Planmeca ProMax 3D).
  • Abb. 10: Die Andockkugel der Universalbissgabel kann durch Drehen an den flügelförmigen Griffen an den 3 Sollbruchstellen (rot) abgebrochen werden.

Nach Anfertigung der 3D-Aufnahme wird die Haltevorrichtung der Bissgabel an den 3 vorgesehenen Sollbruchstellen abgebrochen, so dass die verbleibenden Auflageflächen der Bissgabel eine plane Ebene bilden und diese für weitere Übertragungen genutzt werden kann (Abb. 10).

Die Impressionen im Bissnahmematerial dienen zunächst zur Fixation der Kiefer während der DVT-Aufnahme und in der Phase der Bohrschablonenherstellung dazu, Kiefermodelle mit korrektem Bezug auf die gleichen Referenzebenen in einer 5-Achs-Bohrmaschine zu kalibrieren. Damit werden die geplanten Implantatpositionen eindeutig in die Bohrmaschine und damit in die dort angefertigte Bohrschablone übertragen (Abb. 11 bis 15).

  • Abb. 11: Die Verschlüsselungsbohrungen (rot) sowie die plane Auflagefläche gewährleisten eine eindeutige Positionierung der Universalbissgabel im Übertragungstisch und damit die Übertragung des Referenzsystems.
  • Abb. 12: Universalbissgabel im Übertragungstisch der Schablonenbohrmaschine (GPI) mit fixiertem Knebelgelenk.
  • Abb. 11: Die Verschlüsselungsbohrungen (rot) sowie die plane Auflagefläche gewährleisten eine eindeutige Positionierung der Universalbissgabel im Übertragungstisch und damit die Übertragung des Referenzsystems.
  • Abb. 12: Universalbissgabel im Übertragungstisch der Schablonenbohrmaschine (GPI) mit fixiertem Knebelgelenk.

  • Abb. 13: Das im Übertragungstisch mit der Universalbissgabel orientierte und fixierte Knebelgelenk wird umgedreht und dient als Modellhalterung in der Schablonenbohrmaschine (GPI).
  • Abb. 14: Die Schablonenbohrmaschine (GPI) verwendet die exportierten Koordinaten der Universalbissgabel und der geplanten Implantate, um die Bohrungen in die Schablonenbasis (und ggf. weiter in das Modell) zu setzen.
  • Abb. 13: Das im Übertragungstisch mit der Universalbissgabel orientierte und fixierte Knebelgelenk wird umgedreht und dient als Modellhalterung in der Schablonenbohrmaschine (GPI).
  • Abb. 14: Die Schablonenbohrmaschine (GPI) verwendet die exportierten Koordinaten der Universalbissgabel und der geplanten Implantate, um die Bohrungen in die Schablonenbasis (und ggf. weiter in das Modell) zu setzen.

  • Abb. 15: Fertig gebohrte Schablonenbasis mit eingeschraubter Implantatbohrerführungshülse.
  • Abb. 15: Fertig gebohrte Schablonenbasis mit eingeschraubter Implantatbohrerführungshülse.

Die Universalbissgabel ist ein Einmalartikel und kann zusammen mit dem aufgetragenen Bissnahmematerial bei den Patientenunterlagen aufbewahrt werden. Bei späteren Aufnahmen des gleichen Patienten mit der gleichen Bissgabel können die Referenzmarker dazu verwendet werden, die Ursprungsaufnahme mit Folgeaufnahmen in der Auswertungssoftware zur Deckungsgleichheit zu bringen. Somit werden metrisch genaue Verlaufskontrollen möglich.

Ausblick

  • Abb. 16: Die Universalbissgabel kann mittels Adapter in einem Gesichtsbogen (Girrbach Artex) verwendet werden.

  • Abb. 16: Die Universalbissgabel kann mittels Adapter in einem Gesichtsbogen (Girrbach Artex) verwendet werden.
Über einen entsprechenden Adapter können die Bissgabel und das Bissregistrat an einen Gesichtsbogen angeschlossen und somit zusätzlich als Einartikulierhilfe von Kiefermodellen in den Artikulator dienen (Abb. 16).

Durch Entwicklung entsprechender Adapter kann die Universalbissgabel an unterschiedliche DVT-Geräte angedockt werden (derzeit verfügbar sind Adapter für die DVT-Geräte von Sirona (ORTHOPHOS SL, ORTHOPHOS XG3D, GALILEOS). Auch könnte sie an Geräte zur Registrierung der Unterkieferkinematik angepasst werden. Damit wäre die Idee, den Biss eines Patienten im Laufe einer Behandlung nur einmal statt wie bisher mehrfach in unterschiedlichen Geräten zu registrieren, umsetzbar.

Da die Form der Bissgabel nicht nur röntgenologisch sondern auch optisch sichtbar und damit von optischen Scannern erfassbar ist, könnte man das optische 3D-Abbild der Bissgabel dazu verwenden, die schädelbezüglich richtige Orientierung der virtuellen Kiefermodelle in virtuellen Artikulatoren diverser dentaler CAD/CAM-Systeme vorzunehmen und damit das röntgenologisch und das optisch erfasste (Teil-) Abbild des Patienten fusionieren.

Es wäre denkbar, durch geeignete Algorithmen in der Auswertungssoftware verzerrte Aufnahmen im Nachhinein mathematisch zu entzerren, so dass gemessene Strecken und Winkel wieder dem Original entsprechen. Ebenfalls wäre es denkbar, durch die Einbringung von Dichtemarkern bekannter Röntgendichte, eine Nachkalibrierung der Dichtewerte („Grauwerte“) von DVT-Aufnahmen gemäß absoluter (z. B. nach Hounsfield) statt wie bisher gemäß relativer abstrakter Dichtewerte vorzunehmen.

Abschlussbemerkungen

Der Autor hat die beschriebene Universalbissgabel selbst entwickelt und verwendet diese seit etwa 3 Jahren bei allen angefertigten DVT- und einer Vielzahl von OPG-Aufnahmen als Positionierhilfe, Referenzsystem für Messungen sowie zur allgemeinen Qualitätssicherung und -optimierung.

Im dentalen E-learning-Portal www.dental-users.com finden sich etliche videografisch dokumentierte Fälle, die die Anwendung in der Praxis bzw. dem zahntechnischen Labor anhand klinischer Beispiele aus dem Alltag detailliert demonstrieren.

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Näheres zum Autor des Fachbeitrages: Dr. Elmar Frank

Bilder soweit nicht anders deklariert: Dr. Elmar Frank


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