Universität Zürich
Zentrum für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde
Klinik für Zahn-, Mund- und Kieferkrankheiten und Kiefer- und Gesichtschirurgie

Die Navigation in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Experimentelle Untersuchung zur Präzision von Referenzierungsmethoden

INAUGURAL- DISSERTATION
zur Erlangung der Doktorwürde
der Zahnmedizin der Medizinischen Fakultät der Universität Zürich

vorgelegt von

Heinz-Theo Lübbers

Inhaltsverzeichnis

1 Zusammenfassung ... 1

2 Einleitung  ... 3
2.1 Geschichte der Navigation ...  3
2.2 Prinzip der Navigation  ... 6
2.3 Navigation in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie  ... 8

3 Ziele der Arbeit  ... 10

4 Material und Methoden  ... 11
4.1 Modell  ... 11
4.2 Navigationssystem  ... 11
4.3 Versuchsablauf  ... 13
4.3.1 Modellvorbereitung  ... 13
4.3.2 Präoperative Datensatzerstellung und Verarbeitung  ... 14
4.3.3 Referenzierung  ... 16
4.3.4 Navigation  ... 17
4.4 Auswertung  ... 19

5 Ergebnisse  ... 21
5.1 Referenzierung mit dental getragener Schiene  ... 22
5.2 Referenzierung mit surface scan (z-Touch®) ...  25
5.3 Referenzierung mit knöchern verankerten fiducials  ... 27
5.4 Referenzierung mit Kombination aus Schiene und zwei latero-orbitalen fiducials  ... 29
5.5 Zuverlässigkeit und Handhabbarkeit des Systems  ... 31
5.5.1 Präoperative Vorbereitung  ... 31
5.5.2 Intraoperative Navigation ...  31

6 Diskussion  ... 32
6.1 Modell  ... 32
6.2 Handhabbarkeit des Systems  ... 32
6.3 Referenzierung mit dental getragener Schiene  ... 33
6.4 Referenzierung mit surface scan (z-Touch®)  ... 33
6.5 Referenzierung mit knöchern verankerten fiducials  ... 34
6.6 Referenzierung mit Kombination aus Schiene und zwei latero-orbitalen fiducials  ... 34
6.7 Alternative Referenzierungsstrategien  ... 35
6.8 Klinische Konsequenzen  ... 35

7 Literaturverzeichnis  ... 37

8 Tabellarischer Anhang  ... 44
8.1 Koordinaten der Referenzpunkte ...  44
8.2 Koordinaten und anatomische Region der Messpunkten  ... 44
8.3 Gemessene Abweichungen der Navigation in mm (Ø über alle Messungen, Minimum, Maximum, Standardabweichung)  ... 49
8.4 Statistische Analyse der Gesamtdaten (T-Test unter Annahme unterschiedlicher Varianzen)  ... 53
8.5 Der Mittelgesichtsregion inkl. Orbita zugerechnete Messpunkte  ... 56
8.6 Statistische Analyse der Mittelgesichtsregion inkl. Orbita (T-Test unter Annahme unterschiedlicher Varianzen) ...  58

9 Verzeichnis nichtgebräuchlicher Abkürzungen ...  61

10 Verdankungen  ... 62

11 Curriculum vitae  ... 63

1 Zusammenfassung

Computernavigiertes Operieren und präoperative virtuelle Planungen haben im letzten Jahrzehnt verstärkt Einzug in die moderne Chirurgie genommen. Das Fachgebiet der Kiefer- und Gesichtschirurgie ist auf Grund der komplexen Anatomie und der Nähe zu wichtigen und vielfach vitalen Strukturen prädestiniert für den Einsatz dieser modernen Technologien.

Die Einführung neuer Methoden in der Medizin erfordert stets sorgfältige Abwägungen der Vor- und Nachteilen für den Patienten. Aufwand und Nutzen müssen gegeneinander abgewogen werden. Zu klären war in dieser Arbeit welche Referenzierungsstrategien im Rahmen des klinischen Einsatzes der Computernavigation in der Kiefer- und Gesichtschirurgie für verschiedene Anwendungsbereiche die optimalen Voraussetzungen bieten.

Ein Kunststoffmodell eines humanen Schädels wurde mit 170 Messbohrungen versehen und diese im CT-Datensatz virtuell markiert. Anschliessend erfolgte die Registrierung dieser Planung zur nachfolgenden Navigation. Die Messpunkte wurden am Modell mit dem Pointer angesteuert und die Distanz zur entsprechenden Markierung im Datensatz bestimmt. Die Referenzierungen erfolgten über laserbasierten Oberflächenscan, zahngetragene Schiene, knochenverankerte Titanschrauben und die Kombination aus Schiene und Schrauben. Verglichen wurde die erreichte Genauigkeit in Bezug auf Lokalisation am Modell und Abstand vom Referenzierungspolygon.

Die Handhabbarkeit des Navigationssystems war prä- und intraoperativ unproblematisch und seine Zuverlässigkeit gut.

Es konnte in der verwendeten Anordnung eine navigatorische Genauigkeit von 0.1 bis 3.4mm erzielt werden. Abweichungen innerhalb einer Navigation (ohne Wechsel der Referenzierung) waren nicht messbar, so dass die gemessenen Abweichungen auf den Referenzierungsprozess zurückgeführt werden konnten. Die Einsatzbereiche der verschiedenen Referenzierungsverfahren konnten eingegrenzt werden.

Die Verwendung der laserbasierten Oberflächenreferenzierung ist unter folgenden Prämissen sinnvoll:

• Nicht invasive Methode gefordert bei fehlender oder stabiler Schwellungssituation periorbital.
• Navigation mit mittlerer Präzision im gesamten Kopfbereich
• Navigation in einem vorhandenen und ohne Referenzen angefertigten Datensatz

Die Verwendung einer zahngetragenen Referenzierungsschiene ist unter folgenden Bedingungen sinnvoll:

• Wenig invasive Methode gefordert bei stabiler OK-Bezahnung
• Navigation mit hoher Präzision im Bereiche des Mittelgesichtes bis an die Schädelbasis
• Keine oder niedrig präzise Navigation im Bereiche der Schädelkalotte

Eine Referenzierung über knochenverankerte fiducials ist Methode der Wahl bei:

• Forderung nach maximaler Präzision im Bereich des gesamten Schädels oder
• instabile OK-Bezahnung oder massive periorbitale Schwellung

Die Kombination der beiden letztgenannten Methoden kann bei stabiler OK-Bezahnung die Invasivität der Methode auf zwei (latero-orbitale) Knochenschrauben reduzieren ohne einen Verlust an Genauigkeit im Vergleich zu rein knochenverankerten fiducials zur Folge zu haben.

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