DE102010008702B4 - Method for producing a drilling template for introducing implantological bores - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Bohrschablone (1) zum Einbringen von implantologischen Bohrungen (2), bei dem basierend auf segmentierten Bilddaten eines erfassten Datensatzes des Kieferbereichs eines Patienten ein virtuelles Modell eines relevanten Teilbereichs des Kiefers (3) erstellt und aus dem virtuellen Modell ein körperliches 3D-Modell (5) mit einem Rapid-Prototyping-Verfahren oder einem 3D-Druckverfahren hergestellt und das 3D-Modell (5) in zumindest einem transparenten Teilbereich zur Visualisierung wesentlicher Merkmale des Zahn-, Mund- und Kieferbereichs (3) des Patienten eingefärbt wird, wobei anschließend in das körperliche 3D-Modell (5) analog zu einer vorgesehenen Behandlung des Patienten eine Bohrung (6) für das ausgewählte Implantat manuell eingebracht wird, um so den an dem Patienten geplanten Eingriff zunächst an dem 3D-Modell (5) simulieren zu können, dann die Position/Orientierung der jeweiligen Bohrung (6) in Bezug auf das 3D-Modell (5) erfasst wird und bei dem schließlich eine Bohrschablone (1) mit einem zur Reproduktion der in das 3D-Modell (5) eingebrachten Bohrung (6) bestimmten...A method for producing a drilling template (1) for introducing implantological bores (2), in which a virtual model of a relevant partial area of the jaw (3) is created based on segmented image data of a recorded data set of the jaw area of a patient and a physical 3D is created from the virtual model -Model (5) produced with a rapid prototyping process or a 3D printing process and the 3D model (5) is colored in at least one transparent sub-area to visualize essential features of the patient's tooth, mouth and jaw area (3) , a hole (6) for the selected implant being then manually drilled into the physical 3D model (5) in a manner analogous to an intended treatment of the patient in order to initially simulate the intervention planned for the patient on the 3D model (5) to be able to, then the position / orientation of the respective bore (6) is recorded in relation to the 3D model (5) and in the case of the sc Finally a drilling template (1) with a drilling template (6) intended to reproduce the hole (6) made in the 3D model (5) ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur knochenmodellbasierten Herstellung von Implantatbohrschablonen unter Benutzung von dreidimensionalen röntgenologischen Bilddaten.The invention relates to a method for bone model-based production of implant drilling templates using three-dimensional radiographic image data.
Die computergestützte dentale Implantologie ist ein sich schnell entwickelndes Gebiet. Sie umfasst die Bildgebung, die Planung und die Unterstützung des Chirurgen während des Eingriffs. Zahlreiche Verfahren und Systeme haben sich bereits in der klinischen Praxis etabliert. Dreidimensionale Bildgebungsverfahren ermöglichen unter anderem eine computerbasierte, präzise Planung. Dabei kann die genaue Lage von Implantaten präoperativ festgelegt werden. Für die intraoperative Umsetzung der Planung stehen Navigationssysteme und Bohrschablonen zur Verfügung, sogenannte direkte und indirekte Navigationssysteme.Computer-assisted dental implantology is a rapidly developing field. It includes the surgeon's imaging, planning, and support during the procedure. Numerous methods and systems have already been established in clinical practice. Three-dimensional imaging techniques enable, among other things, computer-based, precise planning. The exact position of implants can be determined preoperatively. For the intraoperative implementation of the planning navigation systems and drilling templates are available, so-called direct and indirect navigation systems.
Das automatisierte Erstellen von Operationsvorschlägen sowie die Simulation operativer Eingriffe und die Darstellung ihrer Auswirkungen im Rahmen der virtuellen Chirurgie sind bereits einsetzbar. Zur Simulation der Operationsauswirkung durch eine virtuelle dreidimensionale graphische Operationsplanung dienen entsprechende Softwareprogramme, die ein interaktives Betrachten und Manipulieren aus unterschiedlichen Richtungen innerhalb der 3D-Visualisierung ermöglichen.The automated generation of surgical proposals and the simulation of surgical procedures and the presentation of their effects in the context of virtual surgery can already be used. To simulate the operation impact by a virtual three-dimensional graphical operation planning are appropriate software programs that allow interactive viewing and manipulation from different directions within the 3D visualization.
Es sind Instrumentennavigationssysteme verfügbar, die es dem Operateur ermöglichen, die aktuelle Instrumentenposition im Operationssitus auf dem dreidimensional rekonstruierten Bilddatensatz des Patienten darzustellen. Ebenso ist es umgekehrt möglich, die Lage einer pathologischen oder anatomischen Struktur des Patienten im Operationssitus gezielt aufzusuchen.There are instrument navigation systems available that allow the surgeon to represent the current instrument position in the surgical site on the three-dimensionally reconstructed image data set of the patient. Likewise, conversely, it is possible to specifically seek the location of a pathological or anatomical structure of the patient in the surgical site.
Entscheidend für eine erfolgreiche präoperative Planung und intraoperative interaktive Nutzung der Bilddaten ist das Vorhandensein von zwei- und dreidimensionalen Datensätzen. Häufig werden mehrere, teilweise komplementäre Bildgebungsverfahren eingesetzt, um detaillierte, sich ergänzende Informationen zu den anatomischen Gegebenheiten zu erhalten. Vorteile der Computertomographie sind die exakt reproduzierbare Ortsdarstellung sowie die kontrastreiche Darstellung von Knochen.Decisive for successful preoperative planning and intraoperative interactive use of image data is the presence of two- and three-dimensional datasets. Often, multiple, partially complementary imaging techniques are used to obtain detailed, complementary information about the anatomical conditions. Advantages of computed tomography are the exact reproducible localization as well as the high-contrast representation of bones.
Die konventionelle präimplantologische Planung wird in der Regel an zweidimensionalen Panoramaschichtaufnahmen durchgeführt. Dabei kann das tatsächliche Knochenangebot in bucco-lingualer Richtung nicht eingeschätzt werden. Oft stellt sich erst intraoperativ heraus, dass der Knochen zu schmal oder wegen konkaver Grenzflächen und naheliegender Nerven nicht für eine Implantation geeignet ist. Aus Sicherheitsgründen müssen bei fehlender Kenntnis der dritten Dimension große Abstände zu den Nachbarstrukturen eingehalten werden; das vorhandene Knochenangebot kann nicht optimal genutzt werden, anatomische Strukturen wie Nerven und Gefäße oder die Kiefer-/Nasenhöhle sind potentiell hoch gefährdet.Conventional pre-implantology planning is usually performed on two-dimensional panoramic images. The actual bone supply in the bucco-lingual direction can not be estimated. It often turns out only during the operation that the bone is too small or not suitable for implantation because of concave interfaces and nearby nerves. For safety reasons, if there is no knowledge of the third dimension, large distances to neighboring structures must be maintained; the existing bone supply can not be optimally used, anatomical structures such as nerves and vessels or the jaw / nasal cavity are potentially at high risk.
Um diese Gefährdung auf ein Minimum zu reduzieren, muss eine präzise Planung für die Lage des Implantats bzw. der dazugehörigen Bohrungen stattfinden.In order to reduce this risk to a minimum, a precise planning for the position of the implant or the associated holes must take place.
Aus der
Die
Die
Die
Ferner beschreibt die
Als nachteilig erweist sich bei den bisherigen Verfahren für die intraoperative Umsetzung der Planung der erhebliche technische, finanzielle und zeitliche Aufwand, welcher im Bereich zahnmedizinischer Praxen durchschnittlicher Größe kaum umgesetzt werden kann. Insbesondere steigt mit den technischen Möglichkeiten auch der Aufwand zur Vorbereitung, Pflege und Beherrschung solcher Systeme, womit selbstverständlich auch das Risiko für eine mögliche fehlerhafte Bedienung grundsätzlich steigt.A disadvantage is found in the previous method for the intraoperative implementation of the planning of considerable technical, financial and temporal effort, which can hardly be implemented in the field of dental practices average size. In particular, with the technical possibilities and the effort to prepare, care and control of such systems, which of course increases the risk of possible incorrect operation basically.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit für ein sehr einfach umzusetzendes Verfahren zu schaffen, welches einerseits die Möglichkeiten der modernen, sicheren Planung auf der Basis von 3D-Bilddaten nutzt und zugleich ein für den Arzt einfach und schnell zu handhabendes Hilfsmittel darstellt.The invention has for its object to provide a way for a very simple to implement method, which on the one hand uses the possibilities of modern, safe planning on the basis of 3D image data and at the same time represents a quick and easy to handle for the physician aid.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist den Unteransprüchen zu entnehmen.The first object is achieved by a method according to the features of claim 1. The further embodiment of the method can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren zur Herstellung einer Bohrschablone zum Einbringen von implantologischen Bohrungen vorgesehen, basierend auf körperlichen 3D-Modellen aus segmentierten, röntgenbasierten Bilddaten eines erfassten Datensatzes des Zahn- und Kieferbereichs eines Patienten. Das virtuelle Modell eines relevanten Teilbereichs des erfassten Kieferbereichs wird aus den Daten in einem Segmentierungsprozess erstellt. In der Folge wird aus dem virtuellen Modell ein körperliches 3D-Modell hergestellt. Anschließend wird in das körperliche Modell analog zu einer vorgesehenen Operation jeweils eine Bohrung pro geplantem Implantat eingebracht. Diese Positionierung kann unter Berücksichtigung bzw. Simulation des geplanten Zahnersatzes erfolgen. Daraufhin erfolgt die manuelle Umsetzung in eine formschlüssige zahn- oder kiefergestützte Bohrschablone mit passenden Bohrhülsen (zylindrisch) für die marktüblichen Implantatsysteme.According to the invention, therefore, a method for producing a drilling template for introducing implantological bores is provided, based on physical 3D models of segmented, X-ray-based image data of a recorded data set of the tooth and jaw region of a patient. The virtual model of a relevant subarea of the acquired jaw area is created from the data in a segmentation process. As a result, a physical 3D model is produced from the virtual model. Subsequently, in each case one bore per planned implant is introduced into the physical model analogously to a planned operation. This positioning can take place under consideration or simulation of the planned dentures. The manual conversion then takes place in a form-fitting tooth- or jaw-supported drilling template with matching drill sleeves (cylindrical) for the market-standard implant systems.
Im Gegensatz zu dem Stand der Technik, welcher darauf abzielt, aus dem erfassten Datensatz des Kieferbereichs des Patienten einen Datensatz für ein Operationsnavigationssystem oder für ein datengesteuertes Operationshilfsmittel zu generieren, um so aus den gewonnenen Daten die Durchführung der Bohrung zunächst virtuell zu planen und vorzubereiten, um dann eine möglichst direkte Umsetzung dieser virtuellen Operationsplanung an dem Patienten vorzunehmen, geht die Erfindung von einer einfacheren Überlegung aus. Erfindungsgemäß wird der Datensatz nicht etwa zur virtuellen Operationsplanung verwendet, sondern es wird vielmehr zunächst ein körperliches Abbild des jeweils betroffenen Gebiets des Kieferbereichs geschaffen. Die Bohrschablone stützt sich mit ihrem Auflagebereich in einem geeigneten Zahn- oder Kieferbereich des Patienten ab und ist dabei so gewählt, dass eine eindeutige Positionierung sichergestellt ist. Die derart positionierte Bohrschablone ermöglicht so die Reproduktion der zuvor in das Oberkiefer/Unterkiefermodell eingebrachten Bohrung als Bohrung im Kiefer des Patienten und bildet hierzu eine definierte Führung des Bohrwerkzeugs. Die im Übrigen wiederum manuelle Durchführung der Operation an dem Patienten führt somit zu einem exakt vorbestimmten, zuvor überprüfbaren Ergebnis, indem die Bohrschablone in Bezug auf den Oberkiefer/Unterkiefer die Position und Orientierung des zahnmedizinischen Operationshilfsmittels festlegt.In contrast to the prior art, which aims to generate from the recorded record of the jaw region of the patient a data set for a surgical navigation system or for a data-controlled surgical tool, so as to initially plan the preparation of the bore virtually from the data obtained and prepare, In order to then implement the most direct possible implementation of this virtual operation plan on the patient, the invention proceeds from a simpler consideration. According to the invention, the data set is not used for virtual operation planning, but rather a physical image of the respectively affected area of the jaw area is initially created. The surgical template is supported with its support area in a suitable tooth or jaw area of the patient and is chosen so that a clear positioning is ensured. The drilling template positioned in this way thus enables the reproduction of the previously introduced into the maxilla / mandibular bore as a bore in the jaw of the patient and forms a defined leadership of the drilling tool. The otherwise manual implementation of the operation on the patient thus leads to a precisely predetermined, previously verifiable result in that the drilling template defines the position and orientation of the dental operation aid with respect to the upper jaw / lower jaw.
Indem das 3D-Modell mit einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt wird, kann das gewünschte 3D-Modell in sehr kurzer Zeit aus dem gewonnenen Datensatz des virtuellen Modells erzeugt werden, um so die für den Patienten unbequeme Wartezeit bis zum Einsetzen des Implantats wesentlich zu verkürzen. Beispielsweise eignet sich hierfür die Stereolithografie oder das 3D-Druckverfahren.By fabricating the 3D model with a rapid prototyping method, the desired 3D model can be generated in a very short time from the acquired virtual model dataset, thus significantly increasing the patient's inconvenient wait time until the implant is inserted shorten. For example, stereolithography or the 3D printing method are suitable for this purpose.
Dabei wird das 3D-Modell zusätzlich in zumindest einem transparenten Teilbereich zur Visualisierung wesentlicher Merkmale des Kieferbereichs des Patienten eingefärbt.In this case, the 3D model is additionally dyed in at least one transparent partial area for visualizing essential features of the jaw area of the patient.
Weiterhin erweist sich als besonders Erfolg versprechend, dass das 3D-Modell aus einem transparenten Material hergestellt wird. Hierdurch kann die Position und Orientierung der Bohrung wesentlich schneller und einfacher auch bereits rein visuell überprüft werden. Insbesondere kann so auch die Position der im Kieferknochen verlaufenden Nervenkanäle bei der Operationsplanung entsprechend berücksichtigt werden.Furthermore, it proves to be particularly promising that the 3D model is made of a transparent material. As a result, the position and orientation of the hole much faster and easier to be checked already purely visually. In particular, the position of the nerve channels running in the jawbone can also be correspondingly taken into account in the planning of the operation.
Dem Patienten kann so bereits vor der Operation ein nahezu vollständiger Überblick über die Behandlungsschritte und die damit verbundenen Eingriffe vermittelt werden.The patient can thus be given a nearly complete overview of the treatment steps and the associated interventions before the operation.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer Prinzipdarstellung die verschiedenen Verfahrensschritte bei der Herstellung einer Bohrschablone
Danach wird aus diesem virtuellen Modell ein körperliches 3D-Modell
Zu der so in das 3D-Modell
Der Arzt kann dann die zuvor simulierte Bohrung
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