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Fortbildung

Kieferorthopädisch-kieferchirurgische Therapie

 

Virtuelle dreidimensionale Planung und patientenspezifische Implantate

Ausgabe 7, 2017

In den letzten Jahren hat die virtuelle dreidimensionale Planung einen immer größer werdenden Stellenwert in der orthognathen Chirurgie erreicht. Der zusätzliche Einsatz von patientenspezifischen Implantaten ermöglicht darüber hinaus, die virtuelle Planung mit einem hohen Maß an Genauigkeit in den individuellen operativen Situs zu übertragen. Anhand eines jungen Patienten mit skelettaler Klasse III und Gesichtsasymmetrie werden die neuen digitalen Möglichkeiten in der Planung und Durchführung einer Dysgnathieoperation am Universitätsklinikum Heidelberg erläutert.

Die konventionelle Operationsplanung in der Dysgnathiechirurgie umfasst die klinisch-ästhetische Evaluierung des Patienten, die zweidimensionale (2D) kephalometrische Analyse, die artikulatorbasierte Modelloperation und die Verwendung von Operationssplints. Während dieses etablierte Vorgehen den Vorteil besitzt, zeit- und kosteneffizient zu sein, bleibt das grundlegende Problem bestehen, dass weder das laterale noch das frontale kephalometrische Bildmaterial allein oder in Kombination alle erforderlichen Analysedaten erfassen, die zur Planung einer komplexer 3D-Verlagerungen benötigt werden (Swennen, Mommaerts et al. 2007). Insbesondere bei Patienten mit Asymmetrien führt die Verwendung konventioneller 2D-Bildgebungen zwangsläufig zu Überlagerungen und Projektionsfehlern, die Fehlinterpretationen und Fehlplanungen zur Folge haben können (Huang, Bumann et al. 2005).

Konventionelle Planung. Ein weiterhin bestehender Nachteil der konventionellen Dysgnathieplanung ist die fehlende Genauigkeit bei der Übertragung der Planung in den individuellen operativen Situs (Olszewski and Reychler 2004). Verantwortlich hierfür sind Fehler bei der gesichtsbogenvermittelten Positionierung der Gipsmodelle im Artikulator, da die externen Referenzpunkte der arbiträren Gesichtsbogenübertragung keine korrekten anatomischen Verhältnisse aufzeigen, wodurch die Rotationsachsen des Kiefergelenks nicht präzise erfasst werden können. (Bouchard and Landry 2013). Zusätzlich kann die Verwendung von Positionierungssplints bei intraoperativer unpräziser Repositionierung der zentrischen Kondylenposition zu Ungenauigkeiten führen.

Fortschritte. Die virtuelle dreidimensionale Planung wird mittlerweile seit über einem Jahrzehnt in der orthognathen Chirurgie eingesetzt (Xia, Samman et al. 2000), hat jedoch in den letzten Jahren rasante Fortschritte gezeigt und einen immer größer werdenden Stellenwert in der klinische Routine erhalten. Dies wurde durch die hohe Verfügbarkeit an 3D-Bilddaten unterstützt, insbesondere seit der Einführung der Digitalen Volumentomographie (DVT), die eine 3D-Aufnahme des gesamten Gesichtsschädels des Patienten in vertikaler Position ohne Deformierung der Weichteile erlaubt, bei im Vergleich zur Computertomographie reduzierten Strahlenbelastung für den Patienten (Swennen and Schutyser 2006, De Vos, Casselman et al. 2009). Parallel wurden neue Software-Protokolle etabliert und validiert, die unter anderem eine 3D-Kephalometrie, eine 3D-Analyse der Atemwege, eine 3D-Planung der Osteotomielinien und eine 3DSimulation der Weichgewebe ermöglichen (Swennen, Mollemans et al. 2009, Guijarro-Martínez and Swennen 2013, Hernández-Alfaro and Guijarro-Martínez 2013).

Virtuelle 3D-Planung. Die virtuelle chirurgische 3D-Planung erfolgt bei dem vorliegenden Patientenfall mit dem IPS CaseDesigner (Version 1.2.5.2., KLS Martin Group, Tuttlingen, Deutschland). Im ersten Schritt erfolgt die 3D-Rekonstruktion des knöchernen Gesichtsschädels aus dem Schichtbilddatensatz (DICOM-Format) einer DVT- oder CT-Untersuchung und eine Ausrichtung entsprechend der natürlichen Kopfposition (Natural Head Position, NHP) und der Medianebene. Die aufgrund von Restaurationen oder Brackets verursachten Artefakte im DVT oder CT verringern die Detailwiedergabe der dentalen Strukturen zu sehr, um daraus CAD/CAM-generierte Operationssplinte zu fertigen (Plooij, Maal et al. 2011). Daher ist zunächst eine Überlagerung mit dem 3D-Datensatz der Patientenmodelle notwendig. Dieser Datensatz kann entweder über eine DVT-Aufnahme (im DICOM-Format) oder über einen Intraoralscan (im STL-Format) importiert werden. Die exakte Fusion der Datensätze erfolgt nach dem Prinzip der „Surface-based registration“ (Hernández-Alfaro and Guijarro-Martínez 2013). Anschließend können im Diagnostik-Modul-Messungen im Sinne einer 3D-Kephalometrie vorgenommen oder anatomische relevante Strukturen wie bei- 3D-Planung. Schrittweise virtuelle 3D-Planung nach dem „Maxilla-first“ Prinzip mit Neupositionierung des Oberkiefers in allen 3 Raumebenen. Korrektur der Okklusionsebene („roll“-Orientierung) (Abb. 2a), Korrektur der dentalen Mittellinie (Translation oder „yaw“-Orientierung) (Abb. 2b). spielsweise der Nervus alveolaris inferior visualisiert werden (Abbildung 1a).

Bei der 3D-kephalometrischen Analyse können Knochen-, Weichteil- und dentale Referenzpunkte integriert werden, jedoch gilt, dass nur statische und keine dynamischen Messungen erfolgen können, wie beispielsweise die Zahnexposition beim entspannten Lächeln. Eine solche 4D-Planung könnte in Zukunft die gewünschten Informationen liefern, dies bleibt aber aktuell noch „Cutting Edge“ Technologie und steht für die klinische Routine auch in näherer Zukunft nicht zur Verfügung. Im Chirurgie-Modul wird im Anschluss der Verlauf der Osteotomielinien virtuell geplant: Le- Fort-I-Osteotomie, sagittale Unterkieferspaltung nach Obwegeser/DalPont und Kinn-Osteotomie (Abbildung 1b). Im Gegensatz zur herkömmlichen Planung können bei der virtuellen Planung der Osteotomielinien patientenspezifische und anatomische Besonderheiten berücksichtigt werden. Zur Planung der Verlagerung des Ober- und Unterkiefers bietet die Software die Möglichkeit, entweder zuerst den Oberkiefer neu zu positionieren („Maxilla first“) oder zuerst den Unterkiefer („Mandible first“). Die jeweils neue Position des Gegenkiefers ergibt sich aus dem 3D-Datensatz der gescannten Patientenmodelle in Zielokklusion.

„Maxilla-first“-Prinzip. In dem hier dargestellten Patientenfall (skelettale Klasse III mit Gesichtsasymmetrie, mandibulärer Mittellinienverschiebung und Kippung der Kauebene) erfolgte die Planung nach dem „Maxilla first“-Prinzip. Im Rahmen der präoperativen kieferorthopädischen Therapie wurden im Oberkiefer die Zähne 14 und 24 extrahiert und bei maximaler Verankerung die Zähne 13 und 23 eingeordnet. Im Unterkiefer erfolgte eine dentoalveoläre Dekompensation mit Auflösung des frontalen Engstandes. Die Spee- Kurve wurde präoperativ nivelliert. Die postoperative Zielverzahnung ist eine distale Verzahnung 1 PB im 6er-Bereich und eine neutrale Verzahnung im 3er-Bereich. Bei der Planung nach dem „Maxilla-first“- Prinzip kann der Oberkiefer zum einen in allen drei Raumebenen körperlich bewegt werden (Translation), aber auch um alle drei Raumachsen gedreht werden (Rotation: „roll“, „pitch“ und „yaw“). Die Neupositionierung des Oberkiefers erfolgt nach einem an der Universitätsklinik Heidelberg etablierten schrittweisen Protokoll unter Berücksichtigung der 3D-Kephalometrie und ästhetischer Gesichtspunkte. Hier bietet die Software unterschiedliche Möglichkeiten zur Simulation postoperativer Behandlungsergebnisse, die mit einer Live-Weichgewebesimulation visualisiert werden. Im ersten Schritt erfolgt die Korrektur der Okklusionsebene im Oberkiefer („roll“-Orientierung) (Abbildung 2).

In dem vorliegendem Fall wird die Okklusionsebene durch eine Impaktierung auf der rechten Seite sowie durch eine Kaudalisierung auf der linken Seite korrigiert. Im zweiten Schritt wird die dentale Mittellinie evaluiert und ggf. korrigiert (Abbildung 2). Voraussetzung dafür ist die korrekte transversale Positionierung der Frontzähne über den Kieferbasen (Kongruenz von Zahnbogenmitte und Kiefermitte) im Rahmen der präoperativen kieferorthopädischen Therapie.

Die Korrektur der Mittellinie erfolgt sinnvollerweise nach der Korrektur der Okklusionsebene, da sich dabei die Mittellinie auf die Seite der Impaktierung verschieben kann. Je nach geplanter Korrektur besteht hier die Möglichkeit, die dentale Mittellinie über eine körperliche Bewegung des Oberkiefers ,aber auch über eine Rotation („yaw“-Orientierung) zu korrigieren. Im dritten Schritt erfolgt die Einstellung der vertikalen Position der Inzisivi („pitch“-Orientierung) insbesondere unter Berücksichtigung ästhetischer Gesichtspunkte wie beispielsweise der Lachlinie (Abbildung 3).

Im vierten Schritt wird die sagittale Neupositionierung der Inzisivi vorgenommen, um ein harmonisches Gesichtsprofil zu erreichen (Abbildung 4). Um das virtuelle Design in den operativen Situs zu übertragen, kommen Positionierungssplints zum Einsatz, die mithilfe eines 3D-Druckers produziert werden können. Diese im CAD/CAM-Verfahren hergestellten Splints zeigen eine für die Dysgnathiechirurgie ausreichende Qualität und Präzision (Schouman, Rouch et al. 2015).

Splintfreie Dysgnathiechirurgie. Als Alternative zu herkömmlichen Positionierungssplints besteht mit der Einführung von patientenspezifischen Implantaten die Möglichkeit, die Neupositionierung des Oberkiefers alleine über eine präformierte Osteosyntheseplatte zu verschlüsseln.

Hierfür werden Markierungsschablonen und laser- gesinterte patientenspezifische Implantate verwendet (KLS Martin Group, Tuttlingen, Deutschland) (Abbildung 5).

Die Markierungsschablone überträgt zum einen die Position der virtuell geplanten Osteotomielinie auf die Le-Fort-I-Ebene und zum anderen die Bohrungen für die Fixierung des patientenspezifischen Implantats. Verbindungsstege im Bereich der fazialen Kieferhöhlenwand dienen der optimalen Positionierung des Implantats und werden nach Einbringen aller Osteosyntheseschrauben entfernt.

Durch die Verwendung von Markierungsschablonen und patientenspezifischer Implantate lässt sich die virtuell geplante Neupositionierung des Oberkiefers ohne Splint exakt in den operativen Situs übertragen (Abbildung 6).

Erste Studienergebnisse bestätigen die hohe Genauigkeit der geplanten Neupositionierung des Oberkiefers durch den Einsatz patientenspezifischer Implantate (Gander, Bredell et al. 2015, Mazzoni, Bianchi et al. 2015, Kraeima, Jansma et al. 2016, Suojanen, Leikola et al. 2016).

Fazit. Die virtuelle 3D-Planung bietet gegenüber der konventionellen artikulatorbasierten OP-Planung die Möglichkeit die zahntragenden Kieferabschnitte frei in allen drei Raumebenen neu zu positionieren, die Osteotomielinien individuell zu planen und die Operationsplanung anhand einer Weichgewebssimulation zu überprüfen.

Der Einsatz von Markierungsschablonen und patientenspezifischen Implantaten ermöglicht darüber hinaus eine exakte intraoperative Umsetzung der virtuellen 3D-Planung ohne die Verwendung von Positionierungssplints. Dies führt zu einer gesteigerten Behandlungsqualität für den Patienten (Abbildung 7).

Die große Herausforderung besteht darin in Zukunft die neuen Möglichkeiten einer virtuellen 3DPlanung in einer effizienten Weise in die klinische Routine zu integrieren.

Das Literaturverzeichnis finden Sie hier als PDF oder kann beim Informationszentrum Zahngesundheit Baden-Württemberg bestellt werden unter Tel: 0711/222966-14, Fax: 0711/222966-21 oder E-Mail: info@zahnaerzteblatt. de.

Prof. Dr. Dr. Christian Freudlsperger, Priv.-Doz. Dr. Sebastian Zingler