Digitale Implantatplanung: Chancen und Risiken

Bei einer implantologischen Versorgung besteht die zentrale Herausforderung darin, das lokale Knochen- und Weichgewebsangebot mit der späteren Versorgung in einen sinnvollen Einklang zu bringen. Die viel zitierte Bezeichnung „Backward Planning“ legt dabei den Fokus etwas zu sehr auf die spätere Versorgung. Treffender ist der seinerzeit von Wilfried Wagner geprägte Begriff des „bidirektionalen Planens“. Nur wenn der Blick gleichermaßen in Richtung Versorgung und Knochenangebot gelenkt wird, gelingt es, im Sinne einer möglichst geringen Patientenbelastung die sinnvollste Versorgung auszuwählen und umzusetzen.

Die umständlichen Techniken der Schleimhautdickenmessungen mit Sägeschnittmodell waren aufwendig und haben es letztlich nie in die klinische Routine schaffen können. So blieben die meisten Bohrschablonen reine prothetische Orientierungsschablonen. Dies ist zwar per se nicht schlecht, lässt aber die knöcherne Dimension im Prinzip völlig außen vor.

Die Basis für die moderne Implantatplanung stellt der radiologische Volumendatensatz dar. Erst mit der Einführung und der Verfügbarkeit der digitalen Volumentomografie, also den Möglichkeiten der modernen Bildakquise vor Ort, eröffnet sich das Spektrum der digitalen Implantatplanung. Leider hat es doch einige Jahre gedauert, bis die DVT-Geräte konsequent den medizinisch geforderten Bildstandard (DICOM) exportieren. Auch wenn die Übergabe von DVT-Daten im DICOM-Standard erst für Geräte seit dem 01.04.2020 Pflicht ist, so sollte doch dieser medizinische Standard auch in der Zahnmedizin Beachtung und Anwendung finden. Schon früh kam dann der Wunsch auf, die prothetische Planung mit den gewonnenen dreidimensionalen Bilddaten in Verbindung zu bringen. Genau diese Verbindung hat in den vergangenen Jahren – nicht zuletzt durch die Verbesserung der Rechenleistungen – eine deutliche Verbesserung insbesondere bei teilbezahnten Situationen erreicht. Diese Entwicklung, aber auch deren Grenzen sollen im Folgenden näher beleuchtet werden.

Der ursprüngliche Gedanke war, die DVT-Aufnahme mit einer radiologischen Schablone der späteren prothetischen Versorgung in situ durchzuführen und diese anhand von speziellen radioopaken Markern für die Arbeit mit der Planungssoftware identifizierbar zu machen. Viele kennen sicher den berühmten Legostein als Identifizierungsmarker. Ein anderer Hersteller beschritt den Weg, radio-opake Marker in die Prothese einbringen zu lassen. Beim DVT muss (!) der Patient dann diese Schablone im korrekten Sitz tragen („erster Scan“). Anschließend wird ein zweites DVT („zweiter Scan“) nur mit der Prothese durchgeführt, die die Marker enthält. Auf diesem lässt sich die Form der Schablone dann, wegen des Dichteunterschieds zur Luft, in der Planungssoftware identifizieren (segmentieren). Ebenso lässt sich der Knochen der Schablone zuordnen. Dieses als Doppel-Scan bekannte Verfahren ist auch heute noch für den zahnlosen Kiefer etabliert.

Nachteilig bei all diesen Verfahren und damit letztlich ein deutlicher Hinderungsgrund für die Einführung in der Praxis war die Notwendigkeit, vor der DVT-Aufnahme eine spezielle radiologische Schablone herzustellen oder eine vorhandene Prothese zu modifizieren. Mit der Einführung intraoraler Scanner oder auch der Möglichkeit, Modelle nachträglich zu scannen, besteht bei aktuellen Planungssystemen nun die Möglichkeit, den gescannten Datensatz mit dem radiologischen Datensatz anhand von charakteristischen Bildpunkten (Zahngeometrie) zu matchen. Dieses Verfahren wird in der Literatur teilweise als „Smart Scan“ oder „Smart Fusion“ beschrieben [Vico et al., 2016].

Soll eine OP-Schablone digital designt werden, muss zunächst ein Oberflächendatensatz der teil- oder unbezahnten Situation gematcht werden. Da auf dieser Oberfläche die Schablone gestaltet wird, mit der die Übertragung der virtuellen Planung erfolgt, ist es an dieser Stelle besonders wichtig, dass das Matchen hochpräzise möglich ist. Sehr unterschiedlich und zum Teil schwierig kann die Umsetzung bei einer geplanten Sofortimplantation sein. Wenn an der zukünftigen Implantatposition noch Zähne vorhanden sind, die erst intraoperativ entfernt werden, kann die optimale Positionierung der Bohrhülsen oft schwierig sein. Selbstverständlich lässt sich auch der Scan einer späteren prothetischen Versorgung mit den radiologischen Bilddaten matchen, um so die Implantatposition und die Implantatachse bestmöglich auf die angestrebte Versorgung auszurichten. Mit dieser deutlich alltagstauglicheren Methode wird aus der reinen Knochendarstellung des DVTs tatsächlich eine echte bidirektionale Visualisierung auch der prothetischen Versorgung.

Die entsprechenden Planungssysteme ermöglichen heute den Import der standardisierten DICOM-Daten. Ebenso auch der STL-Oberflächendaten des Scans. Mit den Systemen lässt sich der radiologische Bilddatensatz als Oberflächendarstellung „segmentieren“. Zusätzlich zu den Scans lassen sich auch die virtuelle Zahnaufstellung einblenden und Risikostrukturen (Nerv) visualisieren. Nach der dreidimensionalen Planung von Implantatposition und -dimension erfolgt die Planung der Bohrschablone am Computer. Dies geschieht meist teilautomatisiert. Ein nicht zu unterschätzender Aspekt bei der Planung der Schablone ist die Auswahl des Hülsensystems mit den entsprechenden Implantatbohrern. Nach der Planung werden die Daten der Schablone exportiert und im Zahnlabor oder im 3-D-Drucker hergestellt. Damit bieten viele Systeme – Hersteller-unabhängig – heute an, vor Ort in der eigenen Praxis an einfachen Computern eine entsprechende Planung herzustellen. Mit der Verfügbarkeit der 3-D-Drucker ist auch die Erstellung einer eigenen Schablone vor Ort durchaus möglich.

Gerade für Neulinge im Bereich der digitalen Implantologie wirkt es oft abschreckend, die komplexen Planungsszenarien zu sehen und sich dann das Ganze auch noch als vollständig geführte Implantologie vorzustellen. Es ist allerdings von Bedeutung zu verstehen, dass digitale Planung nicht unbedingt mit „Guided Surgery“ gleichzusetzen ist. So kann allein schon die Visualisierung der anatomischen und der prothetischen Situationen bei der Auswahl der korrekten Implantatdimension helfen. Auch für den Patienten sind solche Visualisierungen oft deutlich verständlicher als das Darstellen an einem DVT. So lässt sich ein Mehrwert gegenüber der reinen radiologischen DVT-Aufnahme erreichen; in einfachen Situationen kann diese Visualisierung, analog dem alten Blick auf die Straßenkarte, völlig ausreichend sein.

Häufig besteht der Wunsch, die Planung möglichst präzise umzusetzen. Dies gelingt durch die sogenannte schablonengeführte Implantologie (Guided Surgery). Dabei ist zu unterscheiden zwischen der reinen Primärbohrung als geführte Erstbohrung und der tatsächlich vollständigen, durch unterschiedliche Hülsen geführten Bohrsequenz – gegebenenfalls wird auch die Implantatinsertion durch die Schablone geführt („Fully Guided Surgery“). Auch wenn die Literatur zeigt, dass die Freihandinsertion durchaus noch ihren Platz hat, so dürfte klar sein, dass eine geführte Pilotbohrung schon eine deutlich höhere Präzision und Sicherheit erreicht [Baldi et al., 2020]. Ob tatsächlich immer eine vollständig geführte Implantologie oder sogar eine geführte Implantatinsertion nötig ist, muss der Leser selber entscheiden. Leider wird häufig im Rahmen der geführten Implantologie das Weichgewebsmanagement außer Acht gelassen. Nur in Fällen mit ausreichendem Angebot keratinisierter Mukosa ist ein sogenanntes flapless-Vorgehen sinnvoll [Cai et al., 2020]. Bei begrenztem Angebot keratinisierter Mukosa am Durchtrittsort sollte eine umschriebene Lappenbildung durchaus erfolgen.

Das eigentliche Potenzial der digitalen Implantatplanung besteht in der Möglichkeit der Sofortversorgung. Aufgrund der bidirektionalen Planung ist die Implantatposition intraoperativ häufig nah an der Planung und dies ermöglicht dann die Umsetzung einer Sofortversorgung – zum Beispiel auf der Basis vorbereiteter Provisorien, die intraoperativ noch an die Position angepasst werden. Für diesen Ablauf ist selbstverständlich die vollständig geführte Implantatinsertion von gewissem Vorteil. International ist es daher verständlich, dass die Sofortversorgung einen deutlich breiteren Raum einnimmt, als dies in Deutschland bisher der Fall ist. Überraschend ist, dass gerade aus Patientensicht die Sofortversorgung oft als sehr positiv und motivierend empfunden wird. Einige Hersteller bieten daher – auch um dem Benutzer die Navigation durch den komplexen Workflow zu erleichtern – fertige Pakete an, die die Implantatplanung, die Erstellung der Schablone, Implantate und Aufbauten sowie zum Teil schon eine provisorische Versorgung beinhalten.

Im teilbezahnten Gebiss lassen sich mit der Verschmelzung der Oberflächendaten aus den intraoralen Scannern oder den gescannten Modellen sowie der radiologischen Daten extrem einfach und chairside sinnvolle Planungen und Visualisierungen erstellen. Der Informationsgewinn gegenüber der rein radiologischen Darstellung ist sicherlich immens. Kritisch ist allerdings zu bedenken, dass dieses Verschmelzen abhängig davon ist, dass die Bilddaten in entsprechender Weise aufgenommen wurden. So sollte der Patient möglichst seine Zähne nicht in Okklusion halten, da sonst eine Identifikation der Zahnoberflächen während der Segmentierung schwerer gelingt. Dies ist auch beim Vorliegen vieler Metallartefakte der Fall. Die Segmentierung, also die Darstellung der radiologischen Zahnoberflächen ist dann häufig nur sehr ungenau. Dies erschwert ein präzises Matchen oder macht dies unmöglich – so wie es auch im teilbezahnten Gebiss mit stark reduzierter Restbezahnung der Fall sein kann. Gelingt ein automatisiertes Matchen nicht, kann dies in der Regel „händisch“ durch Feinjustierung versucht werden. Dies führt jedoch bei stark reduzierter Restbezahnung (je nach Verteilung der Restzähne) oder bei vielen Metallartefakten auch mit einiger Erfahrung oft nicht zu befriedigenden Ergebnissen. Diese möglichen Ungenauigkeiten werden in der wissenschaftlichen Diskussion zurzeit wohl leider etwas unterschätzt [Wismejier et al., 2018].

Mit Einführung der neuen Medical Device Regulation (MDR) werden Qualitätsvorgaben in die Zahnmedizin eingeführt, deren Konsequenzen im Moment noch nicht eindeutig absehbar sind. Sicherlich ist nachvollziehbar, dass es sich bei der Planungssoftware um ein Medizinprodukt handeln soll und muss. Aber die Frage, welche Qualitätssicherungsmaßnahmen beim Druck der Schablonen in der Zahnarztpraxis durchgeführt werden, ist aktuell nicht geklärt. Trotzdem empfiehlt es sich, hierfür zumindest Standardarbeitsanweisungen in der Praxis anzulegen. Gegebenenfalls wird man in Zukunft vielleicht sogar eigene Genauigkeitsanalysen der gedruckten Schablone erwarten.

Immer wieder ist die Aufbereitung der Schablonen vor der Operation ein Punkt von Diskussionen. Unstrittig ist sicherlich, dass es sich bei den Implantatbohrern um sogenannte „kritische“ Medizinprodukte handelt, die sterilisiert zum Einsatz kommen müssen. Ebenso müssen Objekte, die mit diesen Bohrern in Kontakt kommen, vor Gebrauch sterilisiert werden. Die meisten Kunststoffe lassen sich allerdings nicht einfach im Praxisautoklaven sterilisieren, da es hier zu deutlichen Volumenveränderungen kommen kann. Im Rahmen einer Stellungnahme des DAHZ wird die Anwendung so interpretiert, dass die Schablone gereinigt und desinfiziert (Ethanol 96 Prozent, zehn Minuten) zum Einsatz kommt. Die eigentlich mit dem Bohrer in Kontakt kommenden Metallobjekte, also Führungshülsen oder Führungsschlüssel, sind sterilisiert. Die Zukunft sind sicher zertifizierte Kunststoffe, die eine Sterilisation im Autoklaven zulassen.

Aktuelle Übersichtsarbeiten, die sich auf die Verwendung modernerer Verfahren beziehen, weisen immer noch sowohl für den bezahnten als auch für den teilbezahnten Kiefer eine Abweichung zwischen Planung und späterer Implantatposition von circa 1 mm im Mittel (!) auf. Betrachtet man die Standardabweichung, so empfehlen die meisten Autoren einen Abstand von 2 mm zu kritischen Nachbarstrukturen bei der Planung einzuhalten. Betrachtet man die vermeintliche Präzision dieser Verfahren, so überrascht dieser immer noch hohe Wert doch sehr. Das sollte auch denjenigen zu denken geben, die freudig flapless arbeiten, ohne kontrollieren zu können, ob das Implantat wirklich allseits vom Knochen umgeben ist. Vor allem bedeutet dies, dass die computergeplante Implantologie es nicht ermöglicht, näher an Nachbarstrukturen „heranzuoperieren“ als die berühmten 2 mm.

Betrachtet man die Ursachen dieser Fehlerquellen, so ist dies weniger die Röntgenaufnahme selber als die spätere Segmentierung am PC, also die relativ willkürliche Festlegung der Objektoberfläche anhand von Dichtewerten. Beim Doppelscanverfahren mit einer Röntgenschablone spielt natürlich auch der sichere Sitz der Röntgenschablone eine entscheidende Rolle. Bei der anschließenden Überlagerung der Oberflächendaten des Scans mit den segmentierten Daten des Röntgenbilds bleibt es ein Geheimnis der Software, wie genau dies tatsächlich gelungen ist. Die spätere Herstellung der Schablonen birgt ebenfalls ein gewisses Ungenauigkeitsrisiko. Je nach Zahl der Abstützungspunkte, ob teilbezahnt oder unbezahnt, verändert sich die Genauigkeit. Ebenso natürlich auch mit der Länge der Führungshülsen. Die Insertion der Implantate durch die Schablone, also ebenfalls geführt, kann die Genauigkeit zwar noch einmal ein wenig steigern, aber in Summe bleibt eine doch überraschend hohe Ungenauigkeit.

Zunächst stellt sich die Frage, ob es überhaupt gerechtfertigt ist, für ein einzelnes Zahnimplantat eine digitale Volumentomografie unter Beachtung des Strahlenschutzes durchzuführen. Die leider schon etwas ältere DVT-Leitlinie der DGZMK listet eindeutige Punkte auf, die für die Anfertigung einer DVT-Aufnahme sprechen. Diese können auch bei der Kommunikation mit den privaten Kostenträgern hilfreich sein – dort wird die Notwendigkeit einer DVT-Aufnahme nicht selten infrage gestellt. Die Leitlinie zeigt aber auch, dass es eben nicht in jedem Fall erforderlich ist, vor einer implantologischen Maßnahme eine DVT-Aufnahme durchzuführen. Im Rahmen von Streitfällen zwischen Patient und Behandler wird dann allerdings häufig die Frage aufgeworfen – insbesondere bei einer Abweichung von der eigentlich geplanten Implantatposition –, ob eine DVT-Darstellung und eine geführte Implantologie dieses Ereignis nicht hätten vermeiden können. Daher muss unbedingt auf die immer noch bestehenden Ungenauigkeiten auch im Rahmen der geführten Implantologie hingewiesen werden [Baldi et al., 2020; Siqueira et al., 2020]. Trotz computergestützter Implantatplanung und Guided Surgery lässt sich eine Fehlpositionierung eben nicht vollständig vermeiden. Es sollte unser aller Bestreben bleiben, solche Methoden nicht nur aufgrund ihrer Verfügbarkeit zum Standard zu erheben, sondern nach dem echten Patientennutzen zu fragen.

Den entscheidenden Schritt in der computergestützten Implantologie stellt also die vereinfachte Verbindung von Bilddaten aus dem DVT mit der klinischen Situation beziehungsweise der prothetischen Planung dar. Mithilfe dieser Daten lässt sich – häufig auch über Cloudsysteme – schon vor der Operation mit dem Zahntechniker die spätere Versorgung abstimmen. So bleiben unliebsame Überraschungen eine Seltenheit. Die interdisziplinäre Kommunikation im Team sollte allerdings nicht dazu führen, die vom Zahntechniker freundlicherweise oft schon geplante Implantatposition einfach ohne Kontrolle zu übernehmen. Dies ist auch weiterhin zahnärztliche Tätigkeit. Auch in der sogenannten „Überweisersituation“ wird die entsprechende Visualisierung zur Kommunikation sicherlich mehr Verwendung finden.

Ein Effekt, der heute schon sichtbar wird und sich klinisch gut einsetzen lässt, ist die Verwendung in der Entscheidungsfindung mit dem Patienten. Mithilfe visualisierter 3-D-Darstellungen lässt sich den Patienten nun viel leichter erklären, welche Therapiealternativen bestehen und warum man die eine oder andere für geeigneter hält. Als Beispiel sei hier die vertikale Augmentation mit der Therapiealternative kurze Implantate genannt. Somit dient die computergestützte Implantatplanung nicht nur dazu, den Behandler in eine bessere und informiertere Position zu versetzen, sondern auch die Kommunikation mit Zahntechniker und Patient zu erleichtern.

Ein großes Feld der Entwicklung ist das der digital geplanten Augmentationen. Liegen der Röntgendatensatz und die Planung der späteren Versorgung vor, so muss die Augmentation heute nicht mehr nach Gefühl geplant, sondern kann gezielt „vorbereitet“ werden. Als Beispiel seien 3-D-gedruckte individuelle Titangitter genannt, aber auch 3-D-gefräste Blöcke. Gerade die Weiterentwicklung des 3-D-Drucks hin zum Bioprinting wird zunehmend auch die individuelle Anfertigung von Knochenersatzmaterial ermöglichen.

Die computergestützte Implantologie wurde bisher immer als „Navigation“ bezeichnet. Dies entspricht sicherlich nicht der Realität. Dennoch hat auch die echte, dynamische Navigation wieder ihren Einzug in die Implantologie gehalten. So gibt es einige Hersteller, die mittlerweile erschwingliche Geräte anbieten, die in Echtzeit eine Registrierung von Handstück und Patient ermöglichen und so tatsächlich eine dynamische Navigation im Alltag Realität werden lassen. Diese Systeme sind bisher jedoch auf den Einsatz im bezahnten Kiefer beschränkt und scheinen für die Standardverfahren bezüglich des Workflows immer noch relativ komplex [Aydemir et al., 2020].

Auch wenn der digitale Workflow bereits so ausgereift aussieht und die Grenze zwischen Röntgenbild, Oberflächenscan und Planungssystem wohl überwunden scheint, so bestehen doch häufig noch große Hürden darin, die Implantatposition einfach und praxistauglich in ein Fräs- oder Drucksystem für die Versorgung zu bringen. Die leider oft geschlossenen Welten der Hersteller mit ihren proprietären Systemen in diesem Bereich stellen gerade für das Thema der Sofortversorgung noch eine Herausforderung dar.

Die größte Herausforderung besteht immer noch im Bereich des zahnlosen Kiefers. Die geführte Implantologie im Einzelzahnsegment mag zwar schick aussehen und dann auch eine Sofortimplantation ermöglichen, aber die Notwendigkeit im täglichen Praxisalltag bleibt zu hinterfragen. Wichtiger wären Weiterentwicklungen gerade im Bereich des reduzierten Restzahngebisses oder des zahnlosen Kiefers, in dem häufig immer noch Röntgenmarker und Doppelscanverfahren erforderlich sind.

Es zeigt sich also, dass die computergestützte Implantatplanung mehr als eine hübsche Spielerei ist. Der Mehrwert der Integration der Versorgung in die Bilddaten des DVT ist für den Zahnarzt vor Ort heute möglich. Die Kommunikation im Behandlungsteam und auch mit dem Patienten wird dadurch deutlich verbessert. Die geführte Implantologie ist davon getrennt zu betrachten.

Dr. Monika Bjelopavlovic, M. Sc.

Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde,
Universitätsmedizin Mainz
Augustusplatz 2, 55131 Mainz

PD Dr. Stefan Wentaschek, M. SC.

Poliklinik für Zahnärztliche Prothetik und Werkstoffkunde,
Universitätsmedizin Mainz
Augustusplatz 2, 55131 Mainz

PD Dr. MED. Dr. MED. Dent. Keyvan Sagheb

Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer-Gesichtschirurgie, Plastische Operationen,
Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Augustusplatz 2, 55131 Mainz

PD Dr. MED. Dr. MED. DENT. Eik Schiegnitz

Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Plastische Operationen,
Universitätsmedizin Mainz
Augustusplatz 2, 55131 Mainz

Univ.-Prof. Dr. Med. Dr. Med. Dent. Bilal Al-Nawas

Direktor der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Plastische Operationen,
Universitätsmedizin Mainz
Al-Nawas@uni-mainz.de

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