DE102007052389A1

DE102007052389A1 - Verfahren zur Herstellung einer Behandlungsschablone

Info

Publication number: DE102007052389A1
Application number: DE102007052389A
Authority: DE
Inventors: Dirk Freyer; Gerhard ZÜNDORF
Original assignee: SICAT GmbH and Co KG
Current assignee: SICAT GmbH and Co KG
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2009-05-07
Also published as: JP2011500238A; EP2205177A1; WO2009056397A1; US20110033819A1

Abstract

Verfahren zur Anfertigung einer Behandlungsschablone, insbesondere einer Bohrschablone 7, die zur zielgenauen Führung eines Instrumentes in der Mundhöhle eines Patienten dient, wobei die Behandlungsschablone während eines operativen Eingriffes im Kieferbereich des Patienten in definierter Position lösbar fixiert wird, wobei im Kieferbereich eine Halterung zur lösbaren Befestigung der Behandlungsschablone 7 insbesondere durch Implantation verankert wird, wobei die Halterung Markerstrukturen 1a aufweist, die ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen und die sich durch ein bildgebendes Verfahren zusammen mit der Anatomie des Patienten darstellen lassen, wobei ein Satz dreidimensionaler Bilddaten von dem mit Halterung bestückten Kieferbereich 2 aufgenommen wird, wobei anhand der Bilddaten die Planung der Implantate und die Planung der auf der Halterung definiert zu fixierenden Behandlungsschablone 7 vorgenommen wird, wobei sich die Planungen auf das durch die Markerstrukturen 1a aufgespannte Koordinatensystem beziehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anfertigung einer Behandlungsschablone, insbesondere einer Bohrschablone, die einem behandelnden Arzt zur zielgenauen Führung seines Instrumentes, insbesondere seines Bohrers, in der Mundhöhle eines Patienten dient. Eine solche Behandlungsschablone ist während des operativen Eingriffes im Kieferbereich des Patienten in definierter Position lösbar fixiert. Die Erfindung betrifft ebenso ein System zur Unterstützung einer Implantation vermittels einer nach dem Verfahren hergestellten Behandlungsschablone.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Behandlungsschablonen bekannt, die als Bohrschablonen in der Kieferchirurgie eingesetzt werden. Diese Bohrschablonen bieten dem Bohrer des Arztes eine definierte Führung bezüglich der Bohrposition, des Bohrwinkels und der Bohrtiefe. Sie werden im Rahmen einer Planung und unter Abgleich unterschiedlicher Bezugssysteme hergestellt. Dabei sind Bohrschablonen bekannt, die mittels einer Abdruckmasse auf den verbliebenen Zähnen aufgesetzt werden. Die korrekte Positionierung und Fixierung der Bohrschablone ist bei einem solchen teilbezahnten Kiefer verhältnismäßig unproblematisch, da diese reproduzierbar mit der Restbezahnung verbunden werden kann.
Allerdings ist die Versorgung eines zumindest nahezu zahnlosen Kiefers mittels einer Bohrschablone problematisch, da sich eine solche, wenn sie nur von der Schleimhaut getragen ist, wegen der Schleimhautresilienz nicht ausreichend genau positionieren und fest fixieren lässt. In solchen Fällen kommen andere Bohrschablonen zum Einsatz, die wie in EP 0 756 735 B1 beschrieben, direkt im Knochen verankert werden. Dieses Vorgehen ist jedoch für den Patienten nicht sonderlich komfortabel, da seine Schleimhaut für die Montage der Bohrschablone großflächig aufgeklappt werden muss.
Auch die US 2004/0259051 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer für den zahnlosen Kiefer geeigneten Bohrschablone, nach deren Herstellung spezielle zur Fixierung geeignete Ankerelemente in den Kiefer eingebracht werden. Nach der beschriebenen Vorgehensweise ist die Bohrschablone zwar fest, jedoch nicht zwangsläufig an der richtigen Position fixiert. Dabei kann der fehlerhafte Sitz zu Bohrungen führen, die von der ursprünglichen Planung abweichen. Auch die US 6,793,491 beschreibt ein ähnliches System temporärer Implantate zur Halterung einer Bohrschablone, bei dem die korrekte Positionierung schwierig ist.
In „Harel, Journal of Prosthetic Dentistry, 2/2002" wird der Einsatz von temporären Implantaten im Vorfeld der Bildgebung beschrieben, wobei eine mit Markern versehene Scanschablone nicht auf dem Zahnfleisch aufliegt, sondern an temporären Implantaten verankert ist. In einem späteren Schritt wird aus der Scanschablone eine Bohrschablone gefertigt, die sich exakt auf den temporären Implantaten positionieren und fixieren lässt. Diese Methode geht mit einem großen logistischen Aufwand einher, da zunächst die Scanschablone mit den Markerelementen mittels eines Gipsmodells erstellt und das Gipsmodell und/oder die Scanschablone, sowie die Bild- und Planungsdaten zur Fertigungsstätte der Bohrschablone gebracht werden müssen.
So geschieht die Herstellung einer Bohrschablone oftmals vermittels eines Gipsmodells des Patientenkiefers, wobei das Gipsmodell insofern eine potentielle Fehlerquelle bei der Anfertigung einer Bohrschablone darstellt, als es nicht immer in ausreichender Güte angefertigt werden kann. Die Folge ist, dass die Bohrschablone nicht eindeutig auf den Patientenkiefer passt.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zur Anfertigung einer Behandlungsschablone, insbesondere einer Bohrschablone, für den nicht ausreichend bezahnten Kiefer vorzuschlagen, das sich mit einfachen Mitteln kostengünstig umsetzen lässt und das zu einer im Verhältnis zu der Planung exakt und fest positionierten Behandlungsschablone führt. Zudem ist es die Aufgabe, ein einfach handhabbares und praxistaugliches System zur Unterstützung einer Implantation im Kieferbereich vorzuschlagen.
Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das System nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.
Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung liegt zusammengefasst darin, dass im Kieferbereich des Patienten zunächst eine Halterung zur späteren lösbaren Befestigung einer Behandlungsschablone insbesondere im Oberkiefer oder im Unterkiefer des Patienten verankert wird, die nach dem Abschluss der Behandlung wieder entfernt wird und daher ein „temporäres" Implantat bildet. Diese Halterung weist Markierungen in Form von Markerstrukturen auf, die ein Koordinatensystem aufspannen und im Satz der aufgenommenen 3D Bilddaten sichtbar sind. Nun werden von dem mit dieser Halterung bestückten Patienten die Bilddaten mittels eines tomografischen Verfahrens, insbesondere mittels eines Computertomographen (CT) oder eines Digitalen Volumentomographen (DVT), aufgenommen. Anschließend kann anhand dieser 3D Bilddaten einerseits das Implantat und andererseits die für die Einbringung dieses Implantats erforderliche Behandlungsschablone geplant werden. Eine solchermaßen hergestellte Behandlungsschablone ist mit Mitteln, wie entsprechend ausgerichteten Bohrhülsen, ausgestattet, die dem Bohrer des Arztes eine definierte Führung bezüglich der Bohrposition, des Bohrwinkels und der Bohrtiefe bieten. Die Führung aufeinanderfolgender Bohrer mit unterschiedlichen Durchmessern kann über die Verwendung von mehreren entsprechenden Innenhülsen, die in eine gemeinsame Aussenhülse gesteckt werden realisiert werden.
Da die Markerstrukturen ein Koordinatensystem für die Planungsdaten aufspannen, kann dieses auch für computergesteuerte Fertigungswerkzeuge, wie CNC Fräsmaschinen, genutzt werden, mit denen die Behandlungsschablone beispielsweise aus Kunststoff angefertigt wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Behandlungsschablone mit einem Rapid Prototyping Verfahren herzustellen, wobei sich dieses Verfahren ebenfalls an den Planungsdaten orientiert. Die angefertigte Behandlungsschablone kann dann zum Zwecke der Einbringung der für das Implantat vorgesehenen Bohrung passgenau und fest in der Mundhöhle des Patienten vermittels der zuvor implantierten Halterung installiert werden.
Die vorliegende Erfindung bedient sich mit der Halterung ebenfalls eines oder mehrerer temporärer Implantate, wobei jedoch der logistische Aufwand im Verhältnis zu den bekannten Verfahren erheblich reduziert und mögliche Fehlerquellen eliminiert werden. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf die Verwendung eines Gipsmodells verzichtet werden, dessen Qualität für den Behandlungserfolg nach den gängigsten bekannten Verfahren von Bedeutung ist.
Gemäß der Erfindung wird somit die Halterung zur lösbaren Befestigung der Behandlungsschablone im Kieferbereich des Patienten verankert, wobei diese Verankerung insbesondere wiederum durch Implantation stattfindet. Die Halterung weist ihrerseits die Markerstrukturen auf, die in den aufzunehmenden Bilddaten ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen und sich daher durch das bildgebende Verfahren zusammen mit der Anatomie des Patienten darstellen lassen. Da sich das bildgebende Verfahren meistens einer Röntgenstrahlung bedient, ist es vorteilhaft, Markerstrukturen vorzusehen, die sich im 3D-Volumen deutlich darstellen lassen, jedoch keine größeren Artefakte hervorrufen. Es bieten sich daher diverse metallische, keramische, glasartige oder auf Kunstoff basierende Materialien an, die vorteilhafterweise mit dem Material der Halterung verbunden sind.
Von dem mit der Halterung bestückten Kiefer wird beispielsweise mittels eines DVTs ein Satz dreidimensionaler Bilddaten aufgenommen, anhand derer die Planung der Implantate und die Planung der auf der Halterung definiert zu fixierenden Behandlungsschablone vorgenommen wird. Alle Planungen und Fertigungen können sich an dem von den Markerstrukturen aufgespannten Koordinatensystem orientieren.
Ein wesentlicher Aspekt liegt somit in der Halterung, die in einer bevorzugten Ausführungsform von einer Art Sockel gebildet werden kann, der als solcher im Ober- oder Unterkiefer des Patienten implantiert wird. Dieser Sockel kann eine „genormte" mechanische Schnittstelle zur Befestigung der Behandlungsschablone aufweisen. Diese Schnittstelle ist so auszubilden, dass eine exakte und feste Anbringung der Behandlungsschablone möglich ist. Dafür bieten sich insbesondere formschlüssige Kopplungen in der Art des Lego-Systems an, die beispielsweise mit Rastelementen gesichert werden. Beim Einsatz solcher genormter vorgefertigter Schnittstellen braucht keine zusätzliche Planungs- und Fertigungsarbeit in die Art der Kopplung gelegt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird die Halterung von mehreren, insbesondere von drei, separat zu verankernden Haltemitteln gebildet, die jeweils einzeln als temporäre Implantate im Kiefer des Patienten platziert werden. Jedes dieser Haltemittel ist mit einer eigenen in den Bilddaten sichtbaren Markerstruktur und mit einem Befestigungsmittel versehen. Als solche Haltemittel können beispielsweise kleine Stifte, insbesondere Schrauben, verwendet werden, die an geeigneter Stelle im Kiefer implantiert werden und deren Köpfe gleichsam Markerstruktur und Befestigungsmittel ausbilden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Haltemittel möglichst weit beabstandet und in einem Dreieck im Kieferbereich zu verankern. Über solcherart über einen größeren Bereich verteilt angebrachte Haltemittel kann ein besonders fester Halt und eine definierte Positionierung der Behandlungsschablone im Kiefer erreicht werden. Da die Positionierung jedoch individuell ist, müssen die Gegenlager an der Behandlungsschablone, die mit den Befestigungsmitteln zusammenwirken, individuell angefertigt werden. Diese individuelle Fertigung ist jedoch mit den oben genannten Verfahren, beispielsweise dem Rapid Prototyping, kein Problem. Ein weiterer Vorteil der Methode ist, dass die temporären Implantate eine temporäre Prothese bis zur Fertigstellung der finalen Prothese halten können.
Um eine gute und definierte Befestigung der Behandlungsschablone zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, das Befestigungsmittel als Kugelkopf oder Zylinder auszubilden, der eine definierte Auflage für eine in der Behandlungsschablone entsprechend eingebrachte Pfanne bildet. Die Behandlungsschablone wir dann vom Arzt auf die Befestigungsmittel aufgesetzt und im aufgesetzten Zustand gesichert. Die Sicherung kann beispielsweise mittels kleiner Schräubchen geschehen, die den Kugelkopf respektive den Zylinder hintergreifen. Damit auch sichergestellt werden kann, dass die Behandlungsschablone exakt aufsitzt, ist es vorteilhaft, Kontrollmittel vorzusehen, die dem Arzt den sicheren Sitz anzeigen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 5 näher erklärt. Es zeigen:
1 einen teilbezahnten Oberkiefer,
2 einen Schnitt durch den Oberkiefer,
3 eine fixierte Bohrschablone,
4 eine im Oberkiefer fixierte Bohrschablone und
5 Arretiermittel.
In 1 ist der Oberkiefer 2 eines Patienten dargestellt, der eine Restbezahnung mit drei Zähnen 3 aufweist. In den Oberkiefer 2 ist eine Halterung mit drei im Dreieck angeordneten temporär implantierten Haltemitteln 1 eingebracht. Die Haltemittel 1 haben Kugelköpfe, die einerseits als Markerstruktur und andererseits als Befestigungsmittel dienen. 2 zeigt einen transversalen Schnitt durch den Oberkiefer 2 und ein temporär implantiertes Haltemittel 1, das in diesem Beispiel einen kugelförmigen Adapter in Form eines Kugelkopfes 1a aufweist. Das Haltemittel 1 ist mit einem Gewinde 4 durch die Schleimhaut 5 hindurch mit dem Kieferkamm 6 verschraubt.
In 3 ist eine Bohrschablone 7 dargestellt, die auf die drei Haltemittel 10 aufgesetzt und fixiert ist. Zur Befestigung der Bohrschablone 7 an den Haltemitteln 10 dienen Schräubchen 11 zur Arretierung. In der Bohrschablone 7 ist eine Bohrhülse 8 eingebracht, die eine relativ zu den Haltemitteln 10 geplante Bohrachse 9 aufweist. Die entsprechende Anwendung der im Patientenkiefer 2 fixierten Bohrschablone 7 ist in 4 dargestellt. Die Bohrschablone 7 ist auf den temporären Haltemitteln 1 durch die Arretierung 11 fixiert. Durch die Bohrhülse 8 kann mit dem Bohrer 16 eine geführte Implantatbohrung eingebracht und das Implantat 15 geführt applizieren werden.
5a zeigt die Bohrschablone 7 auf dem Kugelkopf 1a in der Einrastposition. Als Kontrollmittel ist ein Arretierungsanzeiger 17 vorgesehen, der durch den Kugelkopf 1a aus seiner Ruheposition heraus in die Einrastposition gedrückt wird. Damit signalisiert er dem Arzt das Erreichen der Einrastposition. Solange die Einrastposition noch nicht eingenommen wird, verbleit der Arretierungsanzeiger 17 in seiner Ruheposition (5b) und wird dort durch einen Rückstellmechanismus, beispielsweise durch eine Spiralfeder, gehalten.
Nachfolgend sind noch einmal die einzelnen Schritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen implantatgetragenen Bohrschablone aufgezeigt:
Zunächst werden temporäre Implantate als Haltemittel in den Patientenkiefer eingebracht, wobei diese einen möglichst großen Abstand zueinander aufweisen sollten. Dann wird ein 3D Scan des Kiefers vorgenommen und der Sitz der Haltemittel in den 3D Volumendaten bestimmt. Nachfolgend wird mittels eines Planungsprogramms eine virtuelle Planung der Implantate für die langfristige prothetische Versorgung durchgeführt. Darauffolgend geschieht die Übermittlung der Planungsdaten, sowie der Positionsdaten der temporären Implantate an eine computergesteuerte Maschine, beispielsweise eine CNC-Fräse oder eine Vorrichtung zum Rapid Prototyping. Die damit hergestellte Bohrschablone weist Einrastöffnungen auf, die exakt auf die Gegenstücke der temporären Haltemittel passen. Dann erfolgt die Positionierung und Fixierung der Bohrschablone auf den temporären Haltemitteln im Patientenkiefer und zuletzt die Durchführung der Operation.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0756735 B1 [0003]
- US 2004/0259051 A1 [0004]
- US 6793491 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Harel, Journal of Prosthetic Dentistry, 2/2002" [0005]

Claims

Verfahren zur Anfertigung einer Behandlungsschablone, insbesondere einer Bohrschablone (7), die zur zielgenauen Führung eines Instrumentes in der Mundhöhle eines Patienten dient, wobei die Behandlungsschablone während eines operativen Eingriffes im Kieferbereich des Patienten in definierter Position lösbar fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Kieferbereich eine Halterung zur lösbaren Befestigung der Behandlungsschablone (7) insbesondere durch Implantation verankert wird, wobei die Halterung Markerstrukturen (1a) aufweist, die ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen und die sich durch ein bildgebendes Verfahren zusammen mit der Anatomie des Patienten darstellen lassen, dass ein Satz dreidimensionaler Bilddaten von dem mit Halterung bestückten Kieferbereich (2) aufgenommen wird, dass anhand der Bilddaten die Planung der Implantate und die Planung der auf der Halterung definiert zu fixierenden Behandlungsschablone (7) vorgenommen wird, wobei sich die Planungen auf das durch die Markerstrukturen (1a) aufgespannte Koordinatensystem beziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsschablone (7) mittels einer computergesteuerten Vorrichtung, insbesondere aus einem Kunststoff, angefertigt wird, wobei die Fertigung in dem durch die Markerstrukturen (1a) aufgespannten Koordinatensystem geschieht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsschablone (7) mittels eines Rapid Prototyping Verfahrens hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung im Oberkiefer (2) oder im Unterkiefer des Patienten verankert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung mehrere, insbesondere drei, separat zu verankernde Haltemittel aufweist, wobei jeweils ein Haltemittel mit jeweils einer in den Bilddaten sichtbaren Markerstruktur (1a) und einem Befestigungsmittel (1a) versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Haltemittel Stifte, insbesondere Schrauben, verankert werden, deren Kopf (1a) eine Markerstruktur und zugleich ein Befestigungsmittel für die Behandlungsschablone (7) bildet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel einen Kugelkopf ausbildet, der eine definierte Lagerung für eine in der Behandlungsschablone (7) entsprechend gestaltete Pfanne bildet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel möglichst weit beabstandet und in einem Dreieck im Kieferbereich (2) angeordnet verankert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der exakte Sitz der Behandlungsschablone (7) auf den Befestigungsmitteln anhand von an der Behandlungsschablone (7) vorgesehenen Kontrollmitteln (17) sichergestellt wird.
System zur Unterstützung einer Implantation vermittels einer nach dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellten Behandlungsschablone (7), gekennzeichnet durch eine vorübergehend im Kieferbereich (2) eines Patienten zu implantierende Halterung mit Markerstrukturen (1a), die ein dreidimensionales Koordinatensystem aufspannen, und die in der Halterung lösbar zu fixierende Behandlungsschablone (7), insbesondere Bohrschablone.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung als Sockel ausgebildet ist, der eine mechanische Schnittstelle zur definierten Befestigung der Behandlungsschablone (7) aufweist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsschablone (7) eine Bohrhülse (8) mit einer relativ zu den Haltemitteln geplanten Bohrachse (9) aufweist.