Image Guided Surgery - Technische Universität Dresden

Einsatz der
Operationsnavigation (Image Guided Surgery)
in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Präzisionsanalyse zur navigationsgestützten dentalen Implantologie
Eine experimentelle und klinische Studie
Inauguraldissertation
zur Erlangung eines doctor medicinae (Dr. med.)
der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus
der Technischen Universität Dresden
vorgelegt von
Matthias Schneider
aus Bautzen
Dresden 2001

Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Schneider, Matthias:
Einsatz der Operationsnavigation (Image Guided Surgery) in der Mund-,
Kiefer- und Gesichtschirurgie / Matthias Schneider. - Als Ms. gedr. - Berlin
: dissertation.de, 2002
Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3-89825-356-2
1. Gutachter: Prof. Dr. med. habil. Dr. med. dent. U. Eckelt
2. Gutachter: Prof. Dr. med. Dr. med. dent. Klaus Louis Gerlach
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1 EINLEITUNG......................................................................................................... 5
1.1 STAND DER TECHNIK......................................................................................... 5
1.2 PROBLEMSTELLUNG .......................................................................................... 6
1.3 GRUNDLAGEN DER COMPUTERASSISTIERTEN OPERATIONSNAVIGATION ........... 8
1.4 TECHNISCHE MÖGLICHKEITEN ZUR INSTRUMENTENNAVIGATION ................... 11
1.5 PLANUNGSVERFAHREN IN DER DENTALEN IMPLANTOLOGIE............................ 20
2 MATERIAL UND METHODE........................................................................... 28
2.1 ÜBERSICHT ÜBER DEN ABLAUF DER PHANTOMSTUDIE .................................... 28
2.2 BEGRÜNDUNG DER GERÄTEAUSWAHL............................................................. 29
2.3 MARKIERUNGSSYSTEM.................................................................................... 31
2.4 DATENAKQUISITION IM SPIRAL-CT................................................................. 32
2.5 DATENBEARBEITUNG UND DATENTRANSFER................................................... 35
2.6 PLANUNG DER NAVIGIERTEN IMPLANTATINSERTION ....................................... 37
2.7 KALIBRATION UND REFERENZIERUNG DES INSTRUMENTARIUMS .................... 38
2.8 INSERTION UNTER FÜHRUNG DES NAVIGATIONSSYSTEMS ............................... 41
2.9 PROZESS DER IMAGEFUSION ............................................................................ 44
2.10 DATENANALYSE – STATISTISCHE AUSWERTUNG ............................................. 45
3 ERGEBNISSE....................................................................................................... 47
3.1 REGISTRIERGENAUIGKEIT................................................................................ 47
3.2 GENAUIGKEIT DES NAVIGATIONSPROZESSES................................................... 47
3.3 ALGORITHMUS DER NAVIGATIONSGEFÜHRTEN IMPLANTATINSERTION............ 50
3.4 KLINISCHES ANWENDUNGSBEISPIEL ............................................................... 55
4 DISKUSSION ....................................................................................................... 60
4.1 PLANUNG UND SIMULATION............................................................................ 60
4.2 FEHLERANALYSE............................................................................................. 62
4.3 GENAUIGKEIT.................................................................................................. 65
4.4 KLINISCHER EINSATZ ...................................................................................... 70
4.5 NAVIGATIONSSYSTEME FÜR DIE IMPLANTATINSERTION .................................. 78
4.6 AKTUELLE ENTWICKLUNGEN UND AUSBLICK ................................................. 79
5 ZUSAMMENFASSUNG...................................................................................... 88
3

6 ANHANG .............................................................................................................. 90
7 EIGENSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG......................................................... 106
8 DANKSAGUNG ................................................................................................. 107
9 THESEN.............................................................................................................. 108
4

1 EINLEITUNG
1.1 Stand der Technik
Die rasante Entwicklung der Computertechnik eröffnet immer neue Dimensionen für
die präoperative Planung und intraoperative Kontrolle von Eingriffen in der Mund-,
Kiefer- und Gesichtschirurgie.
Die kontinuierliche Weiterentwicklung insbesondere der Computertomographie (CT),
der Magnetresonanztomographie (MRT) und des Ultraschalls (US) und die Verarbei-
tung der Bilddaten auf immer leistungsfähigeren Computersystemen hat zur Vervoll-
kommnung der diagnostischen Möglichkeiten entscheidend beigetragen. Ein Schwer-
punkt der aktuellen Entwicklung ist es nunmehr, durch Navigations- und Robotiksys-
teme die Bildinformationen auch im Rahmen des therapeutischen Vorgehens direkt
nutzen zu können. Der Begriff Operationsnavigation oder Image Guided Surgery
(IGS) bezeichnet dabei eine Gruppe neuartiger Verfahren der computerassistierten
Chirurgie (CAS), bei denen rechnergestütze Bildverarbeitung und Instrumentenfüh-
rung zur Unterstützung chirurgischer Eingriffe eingesetzt werden. Unter computeras-
sistierter Chirurgie versteht man im Allgemeinen den Einsatz von Computertechnik in
der Chirurgie. Arbeiten auf diesem Gebiet sind häufig das Ergebnis einer sehr engen
Kooperation medizinischer, technischer und informationsverarbeitender Disziplinen.
Ausgehend von neurochirurgischen Stereotaxiegeräten und Lokalisationssystemen aus
der Strahlentherapie wurden Systeme entwickelt, die es dem Operateur ermöglichen,
seine Instrumentenposition auf einem dreidimensional-rekonstruierten Bilddatensatz
am Computermonitor oder in das Operationsmikroskop eingespiegelt jederzeit zu kon-
trollieren. Dem Chirurgen wird die Möglichkeit gegeben, bereits präoperativ die Vor-
gehensweise und den möglichen Operationsweg zu planen. Die präzise Lokalisierbar-
keit des Instrumentariums erlaubt ein weniger invasives Vorgehen. Allerdings werden
auch umfangreichere Eingriffe durch die gezielte Schonung wichtiger Strukturen mög-
lich. Insbesondere in der Schädelbasischirurgie, der Tumorchirurgie, der Behandlung
craniofacialer Fehlbildungen, der Fremdkörperentfernung und bei der Positionierung
von dentalen Implantaten ermöglicht die intraoperative Navigationshilfe ein maximal
5

schonendes und sehr gezieltes Vorgehen [11, 14, 17, 19, 23].
Durch den Einsatz von Navigationssystemen versucht man, die Schranken des bisheri-
gen operativen Vorgehens zu durchbrechen. Einige dieser Systeme, insbesondere im
neurochirurgischen Umfeld, haben bereits Eingang in die klinische Routine gefunden
und dazu beigetragen, schonender, gründlicher aber auch sicherer zu operieren und
somit zu einer schnelleren Genesung der Patienten beizutragen.
Zudem gibt ein Navigationssystem dem jüngeren wie auch dem erfahrenen Kollegen
durch die vorherige Simulation der Operation eine ideale Lern- und Ausbildungsmög-
lichkeit.
1.2 Problemstellung
Systeme zur Operationsnavigation halten im Moment Einzug in die Operationssäle
verschiedener Fachdisziplinen. Auch von Seiten der Mund-, Kiefer- und Gesichtschi-
rurgen ist ebenfalls ein Drang zur verstärkten Nutzung solcher Technologien zu ver-
zeichnen. Aufgrund der hohen Komplexität und der besonderen ästhetischen und sozi-
alen Bedeutung des Gesichtes besteht in unserem Fachgebiet ein großer Bedarf an prä-
zisen Operations- und Wiederherstellungstechniken. So wurden in den letzten Jahren
von verschiedenen Arbeitsgruppen Anstrengungen unternommen, computergestützte
Systeme zu entwickeln, bei denen das konventionelle operative Vorgehen durch den
Einsatz von computerassistierter Chirurgie ersetzt wird. Dabei reicht das Spektrum
von der Hilfestellung zur Operationsplanung bis hin zur roboterunterstützten Operati-
onsdurchführung.
Die Möglichkeit, die Vorgehensweise präoperativ zu planen, ist in vielen Bereichen
unseres Fachgebietes etabliert und innerhalb kurzer Zeit zum erforderlichen Standard
geworden. Als Beispiel seien hier stellvertretend die Planung von Dysgnathieoperatio-
nen, die plastisch-rekonstruktive Chirurgie und die Implantologie genannt.
Allerdings ist ein umfangreicher Planungsprozess nur dann sinnvoll, wenn die Planung
auch exakt umgesetzt werden kann. Nicht selten fehlt jedoch noch die Schnittstelle,
mit der sich diese Planung in den Operationssaal überführen lässt. Durch den Einsatz
von komplexen Systemen zur intraoperativen Instrumentennavigation kann diese Lü-
cke geschlossen werden.
6

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Verwendbarkeit eines intraoperativen Naviga-
tionssystems in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie beispielgebend für den
Einsatzbereich der dentalen Implantologie zu evaluieren. Obwohl in jüngster Zeit
stark an der Weiterentwicklung computerbasierter Methoden in der Implantologie ge-
arbeitet wird, wurde bisher kein praxisgerechtes System vorgestellt, das eine unkom-
plizierte Implantatplanung und gleichzeitig die intraoperative Freihandinstrumenten-
überwachung und -navigation unterstützt.
Einen wesentlichen Einfluss auf die Einsatzmöglichkeiten hat die erreichbare Genau-
igkeit des Systems, der sich die Arbeit zuwendet. Über die technische Genauigkeit des
Navigationssystems hinaus wird am klinisch realitätsnahen Modellversuch die Präzisi-
on eines optischen Systems im Vergleich von Planung und Operationsergebnis be-
stimmt. Damit werden die möglichen Fehler beginnend bei der Datenakquisition über
die Registrierung der Koordinatensysteme bis zur navigierten Operation vollständig
erfasst. Unter diesem Aspekt werden sowohl systematische als auch zufällige Fehler
subsummiert. Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchungen sollen insbesondere
Aufschluss darüber geben, welche durchschnittliche Präzision bei Verwendung der
gegenwärtigen Technik erwartet werden kann.
Schlussfolgernd werden für verschiedene Indikationsbereiche gültige Lösungswege
aufgezeigt und Empfehlungen zur weiteren Vervollkommnung des Gerätes teils indi-
kationsübergreifend formuliert. Die Arbeit will damit einen Beitrag zur Adaptation
und Weiterentwicklung der Hard- und Applikationssoftware von Navigationssystemen
an die besonderen Einsatzanforderungen und Indikationen der Mund-, Kiefer- und
Gesichtschirurgie leisten.
7

1.3 Grundlagen der computerassistierten Operationsnavigation
Die Möglichkeit, nichtinvasiv pathologische Strukturen zu visualisieren, ist in den
letzten Jahren durch die Weiterentwicklung der diagnostischen Bildgebung revolutio-
niert worden. Trotzdem existierte bisher keine Verbindung der diagnostischen 3-D-
Daten zum Operationsgeschehen. Es ist zumeist immer noch Aufgabe des Chirurgen,
die zweidimensionalen diagnostischen Daten in ein dreidimensionales geistiges Modell
zu überführen. Verschiedene Verfahren wurden entwickelt, um diese Aufgabe zu ü-
bernehmen. Mit Hilfe von mechanischen Armen, aktiven Leuchtdioden, passiven
Markersystemen und magnetischen Feldern kann die Lage von Patient und Instrumen-
tarium kontinuierlich und zunehmend in Echtzeit visualisiert werden. Im folgenden
soll ein Überblick über den Entwicklungsprozess und den gegenwärtigen Stand der
Technik gegeben werden.
1.3.1 Historische Entwicklung
Die Ursprünge der computergestützten intraoperativen Navigation sind am Ende des
letzten Jahrhunderts bei den Anfängen der Stereotaxie zu suchen [45]. Der Begriff
Stereotaxie bedeutet das Aufsuchen eines Punktes im Raum, also die exakte Lokalisa-
tion anatomischer Strukturen. Dittmar, ein Neurophysiologe, begann als Erster, mit
einer mechanischen Vorrichtung im Tierversuch tiefliegende Strukturen anzusteuern
[21]. Mussen entwickelte einen stereotaktischen Rahmen, den er am Menschen ein-
setzte [86]. Diese Verfahren basierten jedoch zunächst auf der Verwendung von ana-
tomischen Atlanten. Es fehlte damals noch die bildgebende Diagnostik pathologischer
Strukturen als wesentliche Voraussetzung für die gezielte stereotaktische Behandlung.
Die Verfügbarkeit von Röntgenstrahlung am Ende des 19. Jahrhunderts eröffnete neue
diagnostische Möglichkeiten. Damit konnten erstmals auf Grundlage von Röntgenauf-
nahmen präoperative Planungen erstellt und realisiert werden. Als ein weiterer Mei-
lenstein in der Entwicklung der Stereotaxie sind die Arbeiten von Kirschner zu wer-
ten, der zur Behandlung der damals kaum therapierbaren Trigeminusneuralgien das
Ganglion Gasseri gezielt ausschaltete [59].
Erst die Verfügbarkeit des Computertomographen Anfang der 70er Jahre, gebaut von
8

Hounsfield und Ambrose, sowie ausreichende Rechenleistung für hochauflösende De-
tektoren erlaubten die Realisation von computergestützten 3D-Navigationssystemen [4,
57]. Während anfänglich jedes einzelne Bild eines CT-Datensatzes mit einer Video-
kamera oder einem Scanner in den Rechner übertragen wurde, können heute die Da-
tensätze direkt aus dem CT oder einem anderen Aufnahmegerät in das Navigationssys-
tem übertragen werden.
Seit Mitte der 80er Jahre wurde mit der Entwicklung sogenannter rahmenloser Stereo-
taxie begonnen. Verschiedene Arbeitsgruppen entwickelten Systeme, die auf Grundla-
ge unterschiedlicher technologischer Prinzipien funktionierten [20, 65, 80, 81, 116,
126]. So wurde von Schlöndorff ein intraoperatives Navigationssystem realisiert, das
mit einem positionsempfindlichen elektromechanischen Arm funktionierte. Die von
diesem System gemessenen Koordinaten wurden von einem Rechner ausgewertet und
als Positionen in den korrespondierenden CT-Schichten des Patienten als Fadenkreuz
dargestellt. Tan gelang es wohl erstmals, mit einem magnetischen Positionsmessgerät
eine Sonde relativ zu einem präoperativen Bilddatensatz zu positionieren [110].
Andere Arbeitsgruppen versuchten, das Operationsmikroskop in den 3D-
Navigationsprozeß einzubinden [28, 36, 58]. Dabei wurde der Focuspunkt des Mikro-
skops zunächst mit Ultraschall und später mit optischen Elementen verfolgt.
Mit Entwicklung der MRT stand eine weitere diagnostische Modalität zur intraopera-
tiven Navigation im Raum zur Verfügung. Heute kann praktisch in Korrelation zu
allen 3D-diagnostischen Bildbefunden navigiert werden.
Die Entwicklung begann an einigen ausgewählten Zentren weltweit, und nach einer
lokalen Spezialisierung auf wenige Standorte im deutschsprachigen Raum ist die
Technologie der Navigation so weit verbreitet, dass faktisch in jedem größeren chi-
rurgischen oder akademischen Zentrum ein Navigationssystem eingesetzt wird [24,
45].
1.3.2 Grundlagen der Positionsbestimmung im Raum
Das lateinische Wort "Navigation" heißt Schifffahrt und bedeutet soviel wie die Be-
stimmung des Standortes sowie die Wahl und Kontrolle des Weges.
Als Beispiel, um das Funktionsprinzip eines Operationsnavigationssystems zu erläu-
9

tern, eignet sich das Global Positioning System (GPS), das unter anderem zur Naviga-
tion von Kraftfahrzeugen, zur Standortbestimmung und zu militärischen Zwecken ge-
nutzt werden kann (Abb. 1).
Abb. 1: Navigationsprinzip des GPS-Systems
Mit diesem System können beispielsweise fahrende Autos Signale von verschiedenen
im Orbit stationierten Satelliten empfangen. Aufgrund der Laufzeitunterschiede der
ausgesendeten Signale ist eine Positionsbestimmung des Fahrzeuges bis auf einen Me-
ter genau möglich. Die Genauigkeit dieses Systems ist bei Nutzung im militärischen
Bereich noch weit höher. Mit Hilfe einer im Navigationsgerät des Autos gespeicherten
Landkarte kann der Fahrer am Bildschirm oder durch eine Stimme vom Punkt A zum
Punkt B geleitet (navigiert) werden. Die in medizinischen Anwendungen verwendeten
Systeme haben ein ähnliches Funktionsprinzip.
Die intraoperative Navigation setzt ein sogenanntes Punkt-zu-Punkt-Matching zwi-
schen identischen Punkten am Patienten und dem angefertigten präoperativen Bildda-
tensatz voraus. Das Gebilde des 3D-Datensatzes wird mit dem Patienten in Überein-
10

stimmung gebracht. Für eine zuverlässige Navigation muss selbstverständlich während
der Operation diese Deckungsgleichheit erhalten bleiben. Mathematisch gesehen wird
eine Festkörpertransformation („rigid body“-Transformation) ausgeführt. Dazu wer-
den mindestens 3 bis 4 Punkte am Patienten angefahren, die Koordinaten gemessen
und mit den entsprechenden Punkten im 3D-Datensatz korreliert [6, 66]. Typischer-
weise geben Navigationssysteme darüber Auskunft, wie gut diese Näherung durchge-
führt werden konnte. Als Genauigkeitsergebnis dieses Matching-Verfahrens wird ein
sogenannter oft zitierter RMS - Wert angeben. Dieser „root-mean-square-Fehler“ ent-
spricht der Wurzel aus den mittleren Fehlerquadraten und gibt Auskunft darüber, wie
gut die gemessenen Punkte in die tatsächlichen Werte des Bilddatensatzes eingepasst
werden können. Dabei ist insbesondere im Hinblick auf die Untersuchungen zu beach-
ten, dass der RMS - Wert nur wenig Aussagekraft über die erzielbare klinische Ge-
nauigkeit hat. Ein RMS - Wert von beispielsweise 0,22 mm bedeutet eben nicht auto-
matisch eine Ansteuergenauigkeit der Zielstrukturen von 0,22 mm [45].
1.4 Technische Möglichkeiten zur Instrumentennavigation
Im folgenden Abschnitt wird ein kurzer Überblick über die technologischen Verfahren
gegeben, die denkbare Lösungswege für die intraoperative Instrumentennavigation
schaffen könnten. Dabei wird im Folgenden noch oft der Terminus Tracking verwen-
det, der in der Fachsprache die Erfassung einer räumlichen Lage oder Position be-
schreibt. Grundsätzlich zu unterscheiden sind:
• elektromechanische Systeme
• akustische Systeme (berührungslos)
• elektromagnetische Systeme (berührungslos)
• optische Systeme (berührungslos)
• Kombinationen, so genannte hybride Systeme (z.B. Kopplung von magne-
tisch und optischer Systemgrundlage)
11

1.4.1 Elektromechanische Verfahren
Die elektromechanischen Systeme, die einen beweglichen Gelenkarm zur Orientierung
im Raum nutzen, wie z.B. die Viewing Wand, sind nur noch gelegentlich im klini-
schen Einsatz. Die Viewing Wand arbeitet auf Grundlage eines in allen räumlichen
Ebenen frei zu bewegenden, ausbalancierten mechanischen Armes. Diese Viel-
gelenkarme verfolgen die Lage der Instrumente durch einen direkten mechanischen
Kontakt zu denselben [85]. Die Lageermittlung erfolgt durch den Einsatz von Win-
kelmessgebern (Potentiometern), die die Verdrehung zweier benachbarter Arme zu-
einander bestimmen. Die Veränderungen dieser Gelenke werden entsprechend regist-
riert und im Computer in Raumkoordinaten umgerechnet. Der gelenkige Messarm
trägt an seiner Spitze eine starre Sonde.
Die Referenzierung des Patienten kann hier nur statisch über eine starre verwindungs-
freie Verbindung zum Patienten realisiert werden. Die Handhabung der chirurgischen
Instrumente durch einen Vielgelenkarm ist allerdings erheblich eingeschränkt, so dass
diesen Navigationssystemen heute kaum noch praktische Bedeutung zukommt.
Abb. 2: Schema der mechanischen Navigation
Eine weitere Form des mechanischen Trackings stellt auch der stereotaktische Rahmen
dar. Durch die Verschraubung des Rahmens am Kopf des Patienten kann eine rigide
Verbindung hergestellt werden. Der Rahmen dient dann als Referenzbasis und zur
Instrumentenführung. Die grundsätzlichen Vorteile eines rein mechanischen Navi-
gationssystems liegen in der Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie
12

Temperatur, Beleuchtung, Luftfeuchtigkeit und Magnetfelder. Als limitierender Fak-
tor muss die massive Bewegungseinschränkung des Chirurgen und die in jedem Fall
erforderliche Fixierung des Patienten gesehen werden.
Unter den berührungslos arbeitenden Navigatoren unterscheidet man solche, welche
die Instrumentenlage akustisch, elektromagnetisch oder optisch messen.
1.4.2 Akustische Systeme
Akustische Navigatoren arbeiten im Ultraschallbereich oberhalb 20 kHz und basieren
auf der Laufzeitmessung von Schallwellen. Schallsender, spezielle Lautsprecher, die
auf den Instrumenten montiert sind, emittieren Schallwellen unterschiedlicher Fre-
quenz, die von einer Reihe im Operationssaal angeordneter Mikrophone empfangen
werden. Durch die Laufzeitunterschiede, der von den verschiedenen Mikrophonen
empfangenen Signale, lässt sich im Triangulationsverfahren die genaue Position des
Schallsenders bestimmen. Um daraus die Orientierung eines Instrumentes ableiten zu
können, ist ein Satz von drei Sendern pro Instrument erforderlich. Obwohl dieses Sys-
tem eine Reihe von Vorteilen im Labor aufweist (Schnelligkeit, Genauigkeit), ist die
praktische Anwendbarkeit beschränkt. Schallwellen lassen sich leicht ablenken und
sind in ihrer Laufzeit von der Lufttemperatur abhängig. Da es aus den genannten
Gründen häufig zu Fehlmessungen kommen kann, wird diese Technologie kaum noch
eingesetzt.
In Bezug auf den Einsatz in der dentalen Implantologie würde sich ein zusätzliches
Problem, das die Betriebssicherheit der Sensoren betrifft, ergeben. So könnten beim
Betrieb von Bohrwerkzeugen Oberwellen auftreten, die bis in den Bereich der Sende-
frequenz von Ultraschallgebern hinaufreichen [103].
1.4.3 Elektromagnetische Positionssensoren
Bei der auf Magnetfeldern beruhenden Messung der Sensorenlage werden mit Hilfe
von mehreren Sendeantennen (Spulen) magnetische Felder mit definierten Ausrich-
tungen aufgebaut.
Elektromagnetische Systeme bestehen aus einem Generator, der ein homogenes Mag-
13

netfeld aufbaut, und einem Sensor, dessen Lage in diesem Feld festzustellen ist. Wird
eine Empfängerantenne mit mehreren Spulen im elektromagnetischen Feld platziert,
so entsteht beim Aufbau des äußeren Magnetfeldes durch Induktion ein Strom in jeder
der Empfängerspulen. In der Praxis werden drei orthogonale Magnetfelder gebildet,
und für jedes Feld wird der Induktionsstrom in ebenfalls drei orthogonalen Em-
pfängerspulen gemessen. Die daraus resultierenden 9 Messwerte beschreiben die je-
weilige Winkellage des Sensors. Die Bestimmung der Entfernung geschieht über die
Signalstärke der Induktionsströme, die mit zunehmender Entfernung vom Sender ex-
ponentiell abnimmt.
Derzeit sind einige solcher Systeme, die mit leichten Abwandlungen des beschriebe-
nen Funktionsprinzips arbeiten, verfügbar [13]. Ein Beispiel eines auf elektromagneti-
scher Basis arbeitenden Systems ist der 3-Space Digitizer von der Firma Polhemus.
Die Raumposition einer Messsonde wird aus den Potentialänderungen eines elektro-
magnetischen Feldes abgeleitet. Die Sensoren, die an den zu ortenden Objekten befes-
tigt werden, sind etwa 1,5 cm groß. Die Ortsauflösung bei der Positionsbestimmung
wird mit 0,2 mm angeben. Die Winkelauflösung wird vom Hersteller mit 0,5 Grad
spezifiziert. Diese Genauigkeiten soll in einem Radius von einem Meter um die An-
tenne erreicht werden.
Abb. 3: Prinzip eines elektromagnetischen Systems
14

Vorteile dieser Methode sind, eine relativ preisgünstige Hardware und dass kein di-
rekter Sichtkontakt zwischen Generator und Sensor bestehen muss. Dies ist bei den
akustischen und den nachfolgend beschriebenen optischen Navigationssystemen nicht
der Fall. Demgegenüber steht jedoch, dass sich die Homogenität des erzeugten Mag-
netfeldes durch metallische Gegenstände leicht beeinträchtigen lässt. So gilt es bei-
spielsweise sicherzustellen, dass das Kopfteil des Operationstisches aus besonderem,
nicht magnetischen Material hergestellt ist. Die während der Navigation verwendeten
Instrumente dürfen nicht zu große Mengen an magnetisierbaren Materialien mit in das
Operationsfeld bringen. Durch solche Artefakte reduziert sich die brauchbare Messge-
nauigkeit des Navigationssystems nicht unerheblich. Die Messabweichungen können
dann im Zentimeterbereich liegen. Seipel setzte im Rahmen eines in vitro Experimen-
tes ein magnetisches System zur navigierten Insertion von dentalen Implantaten ein
[103]. Die Sendeantenne wurde dabei in der Nähe der Nackenstütze des Behandlungs-
stuhles befestigt. Winkelstück und Unterkiefer sind mit Sensoren ausgestattet. Amiot
beschreibt ein weiteres System in der Wirbelsäulenchirurgie, das auf diesem Prinzip
beruht [5].
1.4.4 Optische 3D-Positionsbestimmungsverfahren
Das optische Tracking basiert auf dem Prinzip der Stereokorrespondenzanalyse, bei
der 2 oder mehrere Videokameras zur Überwachung einer Szene von verschiedenen
Beobachtungspunkten aus eingesetzt werden. Durch bildverarbeitende Prozesse wer-
den anschließend definierte Referenzpunkte in den Videobildern erkannt und mit dem
gespeicherten Bilddatensatz korreliert.
Um die Bildverarbeitung zu erleichtern, werden beim optischen Tracking häufig Leu-
chtdioden im Infrarotbereich oder passiv reflektierende kontrastreiche Objekte als
Referenzmarker eingesetzt, die bei der Überwachung mit Infrarotkameras eine einfa-
che Bildsegmentierung erlauben [82]. Darüber hinaus werden optische Störeinflüsse
im sichtbaren Spektrum durch die Verwendung von operationskompatiblem Infrarot-
licht ausgeschaltet. Die von den Markern ausgesendeten Lichtwellen werden von ei-
nem Kamerasystem registriert. Durch Analyse der dabei erkannten Stereodisparität
kann auf die räumliche Position der Referenzpunkte geschlossen werden. Disparität
15

eschreibt dabei den Versatz des Bildes von Kamera 1 gegenüber Kamera 2 in anderer
Position und ist Grundlage für das stereoskopische Sehen bzw. Voraussetzung zur
Berechnung der räumlichen Tiefe der Objekte im Raum (Abb. 4). Wie bei den akus-
tischen Systemen sind 3 Punkte erforderlich, um nicht nur die Position des Instrumen-
tes, sondern auch die Ausrichtung zu bestimmen.
Bei passiven optischen Systemen wird infrarotes Licht von Sendern, die in der Nähe
der aufnehmenden Kamera eingebaut sind, emittiert und von geeigneten Objekten (bei-
spielsweise verspiegelten Kugeln) am Instrument reflektiert. Diese Reflektionen
werden prinzipiell gleich wie bei den aktiven Systemen gemessen und vom Navigati-
onscomputer für die Positionskoordinaten des Instrumentes benutzt.
Die Verwendung von passiven Systemen erlaubt es, Instrumente ohne Kabel zu gestal-
ten, wodurch sich das intraoperative Handling wesentlich verbessert. Demgegenüber
steht jedoch der Nachteil einer etwas geringeren Genauigkeit im Vergleich zu Sys-
temen mit aktiven (selbst Licht emittierenden) Markersystemen. Auf der Grundlage
von reflektierenden Kugeln arbeitet das passive System VectorVision der Firma Brain-
Lab.
Abb. 4: Bildentstehung im Kamerasystem durch Phasenverschiebung
16

Es gibt derzeit 2-Kamera oder 3-Kamera- 3D-Digitizer. Bei den 2-Kamera-Systemen
handelt es sich um flächige Detektoren, die über den Schnittpunkt zweier Geraden im
Raum die Position eines Punktes im Raum feststellen. Das 3D-Kamera-System ver-
wendet Zeilenkameras, die über den Schnittpunkt dreier Ebenen im Raum die Koordi-
naten einer Leuchtdiode bzw. eines Lichtreflexes im Raum bestimmen. Unterschied-
liche Emissionsmuster und unterschiedliche Anordnung von Licht emittierenden Dio-
den (LED) erlauben die gleichzeitige Verwendung verschiedener Instrumente. Der
Abstand der LED und die Geometrie ihrer Anordnung müssen unbedingt konstant
bleiben, um die Kalibrierung der Sonde oder des spezifischen Instrumentes zu garan-
tieren. Deshalb dürfen bei der Reinigung und sterilen Aufbereitung des Instrumentari-
ums die Halterungen oder die reflektierenden Kugeln nicht verbogen oder beschädigt
werden.
Die Genauigkeit von optischen Systemen wird heute von keinem anderen berührungs-
losen System überboten. Einer der Nachteile des optischen Trackings besteht in der
Notwendigkeit, dass die Sichtlinie zwischen beiden Kameras und den zu erfassenden
Objekten nicht gestört werden darf. Dies erfordert im Operationsablauf ein sehr dezi-
diertes Bewegungsverhalten. Die Übersichtlichkeit des Operationsfeldes ist zudem
durch Kabel an Instrumenten und Referenzrahmen eingeschränkt. Die Anwendung von
optischen Trackingverfahren wird gegenwärtig von vielen Herstellerfirmen im Bereich
der computergestützten Chirurgie favorisiert. Der in den nachfolgenden Untersu-
chungen verwendete Surgical Tool Navigator (STN) ist ein aktives, auf Infrarotsenso-
ren basierendes System. Als weitere auf optischen Tracking basierende Systeme kön-
nen das Easy-Guide System von der Firma Philips, das Smarter Vision der Firma
Stryker-Leibinger und das Surgical Planning and Orientation Computer System
(SPOCS) der Firma Aesculap genannt werden.
1.4.5 Navigationsroboter und navigierte Mikroskope
Zusätzlich zu den bisher genannten Systemen wurden Navigations- und Robotiksyste-
me zum Halten und Positionieren von Mikroskopen entwickelt. Ebenfalls basierend
auf einem präoperativ aufgenommenen Datensatz kann der Chirurg die Blickrichtung
des Mikroskopes planen. Derzeit gibt es zwei kommerziell vertriebene Robotiksyste-
17

me: der Mehrkoordinatenmanipulator (MKM), Firma Zeiss und das SurgiScope, Fir-
ma Elektra SA, Schweden. Beide Systeme messen Koordinaten im Raum mit einem
Roboter und steuern geplante Zielpositionen und Zielwege an.
Zum Bestimmen von Messpunkten verwenden beide Systeme den Fokuspunkt eines
Mikroskopes. Beim MKM-System hängt die Mikroskopeinheit an einem fahrbaren
massiven Roboterarm, beim SurgiScope an einer recht aufwendigen Deckenkonstruk-
tion (Abb. 5). Der MKM ist auch zu den optisch geleiteten Systemen zu rechnen. Der
Blick des Operateurs fällt dabei durch das Okular auf die Oberfläche des Operationssi-
tus. Der räumliche Umriss der Zielstruktur (z.B. Tumor oder Fremdkörper) sowie die
Entfernungsangaben werden in das mikroskopische Bild eingespiegelt. Das MKM-
System navigiert berührungslos über Distanzmessungen mittels Infrarot-Laser-
Leitstrahl und Autofokussystem.
Abb. 5: SurgiScope rechts oben im Bild (Deckeninstallation, Charité, Berlin)
Beim Surgical Microscope Navigator (SMN), ebenfalls von der Firma Zeiss, wurde
ein Infrarot-Lokalisationssystem mit einem Laserautofokussystem kombiniert.
Die Raumlage des Mikroskoptubus wird dabei von Infrarotsendern definiert. Der Ein-
satz dieser navigierbaren Operationsmikroskope ist weitgehend auf Indikationen in der
Neuro- und Schädelbasischirurgie konzentriert.
18

1.4.6 Hybride Verfahren
Unter diesen Systemen versteht man die gleichzeitige Verwendung von zwei unter-
schiedlichen technologischen Lösungen zur Positionsbestimmung im Raum. So wäre
zum Beispiel die gleichzeitige Implementierung eines magnetischen und eines passiven
optischen Systems sinnvoll. Dies hätte zum Vorteil, dass die jeweiligen Nachteile der
einzelnen Verfahren sich aufheben könnten. So werden die direkten Sichtprobleme des
optischen Digitizers vermieden. Bei magnetischen Systemen kann bei einer solchen
Hybridlösung der Einfluss magnetisierender Materialien weitgehend ausgeschaltet
werden. So wäre eine zuverlässige intraoperative Verwendung unabhängig von Sicht-
problemen oder Materialwahl möglich. Systeme dieser Art sind allerdings noch im
experimentellen Stadium und weder zertifiziert noch sind sie kommerziell erhältlich.
19

1.5 Planungsverfahren in der dentalen Implantologie
1.5.1 Stand der Forschung
Enossale dentale Implantate sind heute ein wissenschaftlich etabliertes und integriertes
Behandlungskonzept zur Wiederherstellung der Kaufunktion mit herausnehmbaren
oder festsitzenden implantatgestützten Zahnersatz. In verschiedenen klinischen Studien
konnten ihre hohe Erfolgssicherheit und die indikationsabhängigen Vorteile gegenüber
konventionellen prothetischen Versorgungsalternativen dokumentiert werden. Darüber
hinaus sind in den vergangenen 15 Jahren Versorgungskonzepte bei ungünstigen mor-
phologischen Voraussetzungen erarbeitet worden. Enossale Implantate dienen auch zur
funktionellen und ästhetischen Wiederherstellung angeborener und erworbener Hart-
und Weichgewebsdefekte des Gesichtschädels [84].
Die Implantologie war in der Zahnheilkunde lange Zeit die Domäne von Spezialisten.
Heute jedoch ist sie zunehmend für den allgemeintätigen Zahnarzt von Interesse.
Gleichzeitig trägt auch das Wissen der Patienten über die besseren Möglichkeiten der
Implantatversorgung und die wachsenden Ansprüche an die Qualität der zahnärztli-
chen Behandlung zur weiteren Verbreitung der Implantate bei. Der Implantatersatz im
Lückengebiss rehabilitiert nicht nur Kaufunktion, sondern trägt entscheidend zum Er-
scheinungsbild des gesamten orofacialen Systems bei. Oftmals wird durch den Implan-
tatersatz ein Beschleifen gesunder Zahnhartsubstanz der Nachbarzähne verhindert.
Beim zahnlosen Patienten kann durch die Versorgung mit implantatverankerten Pro-
thesen auch in schwierigen Situationen wieder eine optimale Kaufunktion erreicht
werden.
Erste Berichte über implantologische Techniken finden sich im 5. bis 6. Jahrtausend
vor Christus. Bei näherer Betrachtung handelt es sich jedoch zumeist um Fallberichte
von autologen, homologen oder heterologen Zahntransplantationen oder Retransplan-
tationen. Die ersten enossalen Implantationsversuche im 19. Jahrhundert waren in der
Regel Sofortimplantate, die unmittelbar nach der Extraktion aus alloplastischem Mate-
rial eingebracht wurden. Greenfield setzte im Jahre 1913 ein korb- bzw. wurzelge-
formtes Hohlimplantat aus einer Platin-Iridium-Legierung als enossales Implantat ein.
20

Stock verwendete eine Schraube aus rostfreiem Stahl und beschrieb erstmals die Not-
wendigkeit einer korrekten Okklusion des Implantates für den Langzeiterfolg. Ende
der 30er Jahre wurden in der wiederherstellenden Chirurgie die Metalle Chrom, Ko-
balt und Molybdän eingeführt. Auch die zahnärztliche Implantologie bediente sich
dieser Metalle und ihrer Legierungen. Der Beginn der heutigen enossalen Implantolo-
gie ist eng mit dem Namen Formigini verbunden, der eine Schraube aus Tantal emp-
fahl.
Sowohl das heute überwiegend als Werkstoff verwendete Reintitan als auch wichtige
Erkenntnisse zum Einheilungsverhalten der Implantate gehen auf Brånemark zurück.
Er prägte den Terminus Osseointegration und forderte als einer der Ersten steriles
Vorgehen und sterile Implantate. Das von ihm entwickelte Implantatsystem besteht aus
einer Reintitanschraube und ist bis heute nur geringfügig modifiziert worden [22].
1977 berichtete Brånemark über eine 10 Jahre dauernde Langzeitstudie, bei der Er-
folgsraten von 90% erzielt wurden, wenn die Implantationen von erfahrenen Chirur-
gen durchgeführt wurden [15]. 1986 publizierten Albrektsson et al. eine Studie mit
nicht selektierten Patienten, bei der eine Erfolgsrate von 85% nach 5 Jahren Beobach-
tungszeit und eine Erfolgsrate von 80% nach 10 Jahren Insertionszeit festgestellt wur-
de [2].
1.5.2 Implantatplanung
Erfolg und Misserfolg der implantatprothetischen Versorgung sind von einer Vielzahl
von Faktoren hinsichtlich der Diagnose, Therapieplanung und Durchführung der Im-
plantation abhängig.
Als entscheidende Voraussetzung für die Erfolgssicherheit enossaler Implantate gilt
das Prinzip der Osseointegration. Das heißt, die direkte strukturelle und funktionelle
Verbindung zwischen dem Knochen des Implantatlagers und der Oberfläche des Im-
plantates. Eine der wichtigsten Bedingungen für die erfolgreiche Implantation und
Osseointegration ist in der exakten Positionierung des Implantates zu sehen. Die Im-
plantatachsen sollten dabei orthogonal zur Kauebene stehen. In dieser Position werden
die Kaukräfte optimal an den Knochen weitergegeben und auftretende Biegemomente
minimiert [16, 18]. Die Winkelabweichung zwischen den einzelnen Implantaten sollte
21

minimal sein, um Scherkräfte zu vermeiden. Bei der Planung der Implantate müssen
darüber hinausgehend anatomische Risikoregionen berücksichtigt werden. Im Unter-
kiefer betrifft das vor allem den Nervus alveolaris inferior, im Oberkiefer besteht die
Gefahr einer Kommunikation in die Kieferhöhle. Ferner ist eine zu weit lingual oder
buccal liegende Positionierung und damit eine Perforation des Knochens zu vermei-
den.
Der Erfolg des Implantatzahnersatzes hängt nicht nur von der richtigen Lage des Im-
plantates gegenüber dem Kieferknochen ab, vielmehr muss eine aus funktioneller und
ästhetischer Sicht ideale Position gefunden werden, die entscheidend von der protheti-
schen Konstruktion beeinflusst wird. Die Berücksichtigung all dieser Bedingungen
stellt nicht selten einen Kompromiss dar, ist aber für das Gelingen von elementarer
Bedeutung.
Der Forschungsschwerpunkt hat sich seither immer mehr zu der Aufgabenstellung hin
verlagert, eine chirurgisch sichere Implantation mit einem optimalen prothetischen
Ergebnis zu verbinden. Über die komplexen Behandlungsfälle hinaus ist eine sorgfäl-
tige präoperative Diagnostik unter gleichwertiger Einbeziehung chirurgischer und pro-
thetischer Gesichtspunkte heute Standard.
1.5.3 Konventionelle Methoden der Implantatplanung
Die Planung intraoraler Implantate geschieht nach konventioneller Methodik anhand
von individuellen Studienmodellen. Unter Verwendung eines Artikulators verbunden
mit einer Gesichtsbogenregistrierung kann die sagittale und transversale Lage von
Ober- und Unterkiefer analysiert und die Richtung und Positionierung der Implantate
geplant werden. Um die prothetische Situation, insbesondere die okklusalen Verhält-
nisse, besser darzustellen, können auf dem Situationsmodell bereits Zähne aufgestellt
und ein sogenanntes Wax-up hergestellt werden.
Für die folgende radiologische Diagnostik wird eine Tiefziehschablone von diesem
Situationsmodell angefertigt. An den geplanten Implantatpositionen wird die Planungs-
schiene meist mit metallischen Kugeln oder auch Bohrhülsen versehen. Diese Schab-
lonen dienen sowohl der Darstellung der Implantatposition in der Röntgendiagnostik
als auch der Ausrichtung der Bohrinstrumente während des späteren operativen Ein-
22

griffs. Die radiologische Diagnostik wird mit intraoral in situ befindlicher Schablone
durchgeführt. Die Röntgendiagnostik beschränkt sich häufig auf das Orthopanto-
mogramm (OPG). Seltener werden Fernröntgenaufnahmen, Zahnfilme und konventio-
nelle Schichtaufnahmen und Computertomographie-Aufnahmen in die präoperative
radiologische Diagnostik einbezogen. Auf Grundlage dieser Vorbereitungen werden
Aussagen über qualitative und quantitative Knochenverhältnisse getroffen sowie der
optimale Durchmesser, die Länge und die Neigung des Implantates bestimmt.
In der Standard OPG-Aufnahme kommt es zu Winkelverzerrungen des Röntgenbildes,
die von Samfors und Welander beschrieben wurden [92]. Inkorrekte Positionierung
des Patienten im Gerät erzeugt zusätzliche, nicht abschätzbare Verzerrungen, die be-
sonders die horizontale Dimension betreffen. Die Breite einer Lücke ist im OPG we-
gen der variablen Vergrößerung in horizontaler Richtung höchstens abschätzbar. Be-
reits eine Vor- oder Rückverlagerung des Patienten um 5 mm, eine leichte Drehung
aus der Mediansagittalebene führt zu einer Veränderung des horizontalen Vergröße-
rungsfaktors in Bereiche zwischen 1,1 und 1,6 :1 [38]. Engelmann schlägt deshalb
vor, aus den horizontalen und vertikalen Radien der Kugelprojektion einen vertikalen
Skalierungsfaktor zu berechnen, der dann in die Vermessung der Knochenhöhe ein-
fließt. Dies stellt jedoch nur eine Annäherungslösung dar, wenn berücksichtigt wird,
dass selbst die horizontale Dimension im OPG nicht mit den realen metrischen Größen
übereinstimmt [22]. Weiterhin besteht im OPG und bei der Fernröntgenaufnahme das
Problem von Doppelprojektionen. Dabei wird von anatomisch nicht in der Schicht
liegenden Regionen ein Schatten über die Strukturen von Interesse geworfen.
Die Darstellung der oro-vestibulären Knochenstruktur kann durch konventionelle
Transversalschnitt-Tomographieverfahren erreicht werden. Diese transversalen
Schichtaufnahmen basieren auf dem gleichen technischen Prinzip wie das OPG. Ihnen
sind deshalb ähnliche systematische und zufällige Darstellungsfehler eigen. Die Ver-
fahren werden entweder mit speziellen Röntgengeräten (z.B. Scanora, ISI, Comm-
CAT) oder mit speziellen Programmen des OPG-Gerätes durchgeführt. Schichtdimen-
sionen bis zu minimal 1 mm erlauben die Bewertung der Situation genau am vorgese-
henen Implantationsort. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Toleranz gegenüber
Metallartefakten. Die Nachteile der konventionellen Tomographieverfahren bestehen
darin, dass die Bilder technisch bedingt relativ unscharf erscheinen und dass es größe-
23

er Erfahrung bedarf, auswertbare Schichtbilder zu erhalten.
Neben den geometrischen Verzerrungen und den vielfältigen Doppelprojektionen ha-
ben fast alle Methoden der oralen Radiographie den Nachteil, die anatomischen Struk-
turen nur in einem zweidimensionalen Bild wiederzugeben. Das häufige Fehlen der
dritten Dimension hat zur Konsequenz, dass über die klinische Untersuchung hinaus
das buccolinguale Knochenangebot und die Qualität des Knochens nicht beurteilt wer-
den können. Nicht selten stellt sich erst intraoperativ heraus, dass der Knochen zu
schmal oder wegen seiner Form nicht zur Implantation geeignet ist. In Unkenntnis der
dritten Dimension müssen so Sicherheitsabstände einkalkuliert werden, und die tat-
sächlich vorhandene Knochensubstanz kann nicht optimal genutzt werden [46]. Das
Fehlen der räumlich dynamischen Information über Knochenstrukturen, die geplante
Implantatachse und die Okklusionsebene kann zu Fehlpositionierungen und damit zu
erheblichen Problemen bei der späteren prothetischen Rekonstruktion führen.
1.5.4 CT-basierte dreidimensionale Implantatplanung
Um den im vorangegangenen Absatz geschilderten Problemen entgegenzuwirken,
wird bei zweifelhaftem Knochenangebot vorgeschlagen, die Computertomographie
auch für die Planung von dentalen Implantaten zu nutzen. Bisher wurden allerdings
vorwiegend die vom Computertomographen angebotenen Standardprotokolle und das
ausgedruckte Bildmaterial zur Planung und Diagnose herangezogen [115].
Spezielle Dental-Programme, die meist vom Hersteller des Computertomographen
angeboten werden, erlauben auf Grundlage von frei wählbaren Schnitten eine wesent-
lich subtilere Darstellung. So ist es beispielsweise möglich, mit dem OPG vergleich-
bare Schichten zu wählen. Bei der Auswahl der Implantatposition kann bei Bedarf
durch eine nahezu unbegrenzte Anzahl fein abgestufter Quer- und Panoramaschichten
geblättert werden. Die Dental-Softwaremodule sind wegen des hohen Rechenleis-
tungsbedarfs meist mit dem Computertomographen gekoppelt. Als Untersuchungser-
gebnis stehen dem Behandler wegen der räumlichen Trennung vom Radiologen dann
nur eine größere Zahl von Röntgenfilmen zur Verfügung. Eine interaktive Arbeitswei-
se und eine dynamische Untersuchung der gewonnenen CT-Daten im Hinblick auf
räumliche Knochenstruktur, Biomechanik und prothetischer Planung ist auf Grundlage
24

dieses ausgedruckten Bildmaterials kaum möglich.
In jüngster Zeit wurden Softwareprogramme entwickelt, die inzwischen eine dreidi-
mensionale interaktive Planung der Implantatposition am Computerbildschirm ermög-
lichen und die genannten Belange der oralen Implantologie berücksichtigen. Die Soft-
ware ist meist auf gängigen Personalcomputern lauffähig und in der Lage, den bei der
CT-Untersuchung erstellten Datensatz weiterzuverarbeiten. Die folgende Abb. 6 zeigt
exemplarisch das Friacom CT-Modul der Firma Friadent.
Die Software bietet Planungshilfen durch eine multiplanare Darstellung, aber keine
echte 3D-Bildgebung. Ansichtsebenen, Schnitte und Bilder sind miteinander verbun-
den und lassen sich in unterschiedlichster Art, auch vergrößert oder nebeneinander,
darstellen. Berechnungen im Programm sind erstmals maßhaltig und können bei-
spielsweise auf ein Modell übertragen werden.
Ein neues, innovatives Planungsprogramm wird durch die Firma Materialise, Belgien
angeboten (Abb. 7).
Über die bereits oben beschriebenen Funktionen hinaus ermöglicht die Software Sur-
giCase light auch eine dreidimensionale Darstellung. Die wesentlich komplexere Pla-
nung wird durch eine Segmentierung der Nachbarzähne und des Gegenkiefers mög-
lich. Die Implantate lassen sich virtuell positionieren.
Abb. 6: Friacom CT-Modul, longitudinaler Schnitt durch den Oberkieferalveolarfortsatz
mit noch nicht exakt positionierter Bohrhülse (blaue Achse). Zur korrekten Implantation
wäre eine Korrektur in der rot markierten Achse notwendig.
25

Abb. 7: Das SurgiCase light Implantatplanungsprogramm ermöglicht die stereolithographische
Herstellung von Planungsschienen
Die Übertragung der Planungsdaten erfolgt über die stereolithographische Herstellung
einer Bohrschablone, die mit Metallhülsen versehen werden kann.
Die Verwendung von Implantatschablonen mit Bohrhülsen aber scheitert beispielswei-
se, wenn sich die Notwendigkeit intraoperativer Korrekturen ergibt. Auch die Aus-
richtung und Richtungskorrektur der Bohrhülsen sind bereits in der Planungsphase mit
Fehlern und erheblichen Problemen behaftet. Um die korrekte Position der Führungs-
hülsen zu prüfen, sind nicht selten erneute Röntgenaufnahmen erforderlich. Die Über-
tragung der korrigierten Hülsenposition geschieht nach Augenmass und ist sehr unge-
nau. Während der Implantatinsertion ergeben sich zusätzliche Fehler durch das Boh-
rerspiel in der Führungshülse. Um diesen Fehler zu reduzieren, können entsprechend
längere Bohrhülsen verwendet werden. Jedoch ist der Einsatz dieser verlängerten
Bohrhülsen bereits bei normaler Mundöffnung durch die Summe von Hülsenlänge und
Bohrerlänge besonders im Seitenzahngebiet eher selten möglich.
Generell fehlt zum gegenwärtigen Zeitpunkt ein suffizientes Verfahren, die Operati-
onsplanung exakt und reproduzierbar in den Operationssitus zu übertragen. Das be-
deutet zugleich, dass die im Rahmen der Operationsplanung und Simulation erworbe-
nen Informationen während des operativen Vorgehens nicht voll ausgeschöpft werden
können.
26

Der Einsatz eines Navigationssystems könnte die Vorteile moderner CT-gestützten
Implantatplanung und der zielgerichteten Insertion des Implantates in einem Prozess
vereinigen.
Deshalb wird die vorliegende Arbeit die prinzipielle Eignung und die Genauigkeit des
derzeit kommerziell erhältlichen Navigationssystems STN (Surgical Tool Navigator,
Firma Carl Zeiss, Oberkochen) in Verbindung mit der Navigationssoftware STP Ver-
sion 4 (Firma Leibinger, Freiburg) für den Einsatz in der dentalen Implantologie un-
tersuchen.
Die vorgestellte experimentelle Untersuchung soll über die systemimmanente Unge-
nauigkeit hinaus die gesamte mögliche Fehlerbreite des Verfahrens, beginnend bei der
Aufnahme im Computertomogramm bis hin zur navigationsgestützen Implantatinserti-
on erfassen. Neben der Fehleranalyse wird ein in vivo praktikabler Handlungsablauf
für die computerassistierte dentale Implantatinsertion aufgezeigt.
27

2 MATERIAL UND METHODE
2.1 Übersicht über den Ablauf der Phantomstudie
In Vorbereitung der Untersuchungen wurde nach einer realitätsorientierten Methode
gesucht, die den klinischen Ablauf der navigationsgestützten Implantatinsertion weit-
gehend simuliert und gleichzeitig eine exakte Überprüfung der erreichbaren Genauig-
keit zulässt. Als Modelle für die Phantomstudie wurden anatomisch originalgetreu
nachgebildete Kunststoffunterkiefer mit anteriorer Restbezahnung gewählt.
Um die technische Realisierbarkeit und die erreichbare Genauigkeit ausreichend evalu-
ieren zu können, wurde die Studie an 20 Unterkieferkunststoffmodellen durchgeführt.
Dazu wurden je Unterkieferkunststoffmodell 5 IMZ – Implantate geplant und an-
schließend navigationsgestützt in die Modelle eingebracht.
Für die Bestimmung der Abweichung von Planung und Insertionsergebnis wurde ein
Softwaremodul des Navigationssystems genutzt, das die Fusion verschiedener Daten-
sätze erlaubt. Auf diese Weise konnten die Implantatpositionen im Planungsdatensatz
mit den realen Positionen im postoperativ angefertigten Datensatz metrisch verglichen
und ausgemessen werden.
Die folgende Abbildung (Abb. 8) skizziert das Vorgehen der Phantomstudie im Sche-
ma.
28

Anatomisches Kiefermodell
insgesamt 20 Modelle
Anfertigung einer Miniplastschiene
mit Titanschraubenmarkierungen
Computertomographie der Modelle
mit eingegliederter Schiene
Implantatplanung
am Monitor des Navigationssystems
5 IMZ-Implantate je Kiefer
Kalibrierung des Winkelstückes
Kontrolle der Genauigkeit
Registrierung der Modelle
einschließlich Validierung des Bohrgerätes
Navigationsgeführte Implantatinsertion
5 IMZ-Implantate je Kiefer
insgesamt Insertion von 100 Implantaten
Erneute Computertomogaphie
der Unterkiefermodelle mit Implantaten in situ
unter den gleichen Scanbedingungen
Imagefusion
von Planungsdatensatz und
dem postoperativ angefertigten Datensatz
Auswertung der Differenz zwischen Planung
und Insertionsergebnis
Metrische Bestimmung der Abweichung zwischen Planung
und Insertionsergebnis in verschiedenen Schichten
Abb. 8: Ablauf der Phantomstudie zum Vergleich von Planung und Insertionsergebnis dentaler
Implantate
2.2 Begründung der Geräteauswahl
Die verwendete Navigationseinheit STN besteht aus einer CCD-Kamera, einem Navi-
gationsmonitor und einem Computersystem. Die Lokalisation im Raum basiert beim
STN-System auf Infrarotlicht emittierenden Leuchtdioden an den Operationsinstru-
29

menten und Referenzsystem, deren Lichtimpulse von drei Linearkameras aufgenom-
men werden. Abb. 9 zeigt das System. Oben im Bild die Kameraeinheit mit den Line-
arkameras [26].
Abb. 9: Navigationssystem STN mit Kameraeinheit (Quelle Zeiss)
Durch Marmulla wurde die systemimmanente Präzision verschiedener kommerzieller
Navigationsgeräte an einem geometrischen Modell bestimmt. Dazu wurden Messpunk-
te bekannter Länge angefahren und jeweils die Differenzstrecke zwischen errechneter
und gemessener Position ermittelt. Es wurden die folgenden Systeme verglichen [72,
75]:
Navigationssystem Median der Abweichung größte Differenzstrecke
Viewing Wand® 0,5 mm 1,6 mm
3-Space Digitizer 3,6 mm 19,2 mm
STN 0,1 mm 0,5 mm
SMN 0,4 mm 1,0 mm
MKM 0,1 mm 0,7 mm
Tab. 1: Vergleich der Präzision verschiedener Navigationssysteme (Marmulla [72])
30

Hinsichtlich Flexibilität und Genauigkeit war die Aufgabe der navigierten Planung und
Insertion von dentalen Implantaten nur mit dem Surgical Tool Navigator durchführ-
bar. Die Entwicklung des Systems ist aus unserer Sicht für den Einsatz in der Mund-,
Kiefer- und Gesichtschirurgie am weitesten fortgeschritten. Die aktuelle Softwarever-
sion STP 4 verfügt über ein Modul aus der Wirbelsäulenchirurgie, das die Planung
und navigationsgestützte Insertion von Osteosyntheseschrauben ermöglicht. Die Basis-
software des STN lässt sich durch ein spezielles mund- kiefer- und gesichtschirurgi-
sches Modul ergänzen, dass die Rekonstruktion von Mittelgesichtsschädelfrakturen
durch virtuelle Spiegelung der Gegenseite erlaubt. Der Entwicklungsstand des STN-
Systems der Firma Carl Zeiss repräsentiert langjährige Erfahrung aus dem klinischen
Einsatz von Navigationssystemen und navigierten Mikroskopen. Zudem wurde uns
von Seiten des Herstellers die Bereitschaft entgegengebracht, gemeinsam an der Opti-
mierung des Systems und an der systematischen Erweiterung des Indikationsspektrums
zu arbeiten.
Insgesamt stehen nur wenige Hersteller von dreidimensionalen Lokalisationssystemen
für die Aufgabe der berührungslosen Instrumentennavigation zur Auswahl. Viele die-
ser Systeme haben zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch mehr experimentellen Charak-
ter.
2.3 Markierungssystem
Zur röntgensichtbaren Markierung und späteren Referenzierung wurde der zahntra-
gende Alveolarfortsatz der 20 Unterkiefermodelle doubliert und je eine individuelle
Miniplastschiene im Tiefziehverfahren hergestellt. In diese Miniplastschienen wurden
Schraubenköpfe von Minititanschrauben, wie sie bei Osteosynthesen verwendet wer-
den, einpolymerisiert. Dazu eignen sich insbesondere Schraubenköpfe mit Centre-
Drive Ansatz, da sich hier der Mittelpunkt der Schraube sehr gut lokalisieren lässt
(Abb. 10).
31

Abb. 10: Unterkiefermodell mit Miniplastschiene und Centre-Drive Schraubenmarkierungen
2.4 Datenakquisition im Spiral-CT
Nach Vorbereitung der Modelle und Anfertigung der Markierungsschienen wurden die
20 Kiefermodelle jeweils im CT gescannt. Alle Bilddaten wurden mit einem Philips
SR 7000 generiert. Der verwendete Computertomograph und die eingesetzte Firmwa-
re bieten kein spezielles Scanprotokoll für die dentale Implantologie.
Die vorgestellten Untersuchungen wurden nach dem Protokoll Schichtkollimation 1,0
mm, Tischvorschub 1,5 mm und Rekonstruktionsinkrement 1,0 mm (1,0-1,5-1,0)
im Spiral-CT Modus gefahren. Die Winkeleinstellung der Scannereinheit (Gantry-
Winkel) war bei allen Modelluntersuchungen stets 0°. Die Modelle wurden im CT so
gelagert, dass die Kauebene parallel zur exakt vertikal stehenden Scannereinheit liegt.
Da dieser Schritt der primären Datenerfassung und die Positionierung des Modells für
die spätere Genauigkeit von entscheidender Bedeutung sind, soll auf die genannten
Parameter und ihre Bedeutung näher eingegangen werden.
Bei der Computertomographie entspricht der Grauwert eines Bildpunktes dem Aus-
maß, in dem der Röntgenstrahl im entsprechenden Objektvolumen abgeschwächt wird.
Der Grad der Abschwächung wiederum hängt von der lokalen Elektronendichte ab.
Zur Normierung setzte der britische Elektroingenieur G. N. Hounsfield den Dichte-
32

wert von Wasser auf 0 und von Luft auf –1000. Sehr dichtes Knochengewebe liegt bei
+3000 HE (Hounsfield-Einheiten). Chemische Elemente höherer Ordnungszahl und
mithin größerer Elektronendichte haben entsprechend höhere Werte [57].
Im Gegensatz zum Standard-CT wird der Patient oder das Objekt nicht schichtweise
abgetastet, sondern während der Rohdatenerfassung mit gleichmäßigem Tischvorschub
durch die rotierende Röntgenröhre bewegt. Es resultiert eine spiralförmige oder heli-
cale Abtastbewegung des Untersuchungsobjektes (Abb. 11). Innerhalb eines Spiral-
scans kann aus jedem beliebigen Segment ein CT-Bild erzeugt werden [32].
Abb. 11: Prinzip des Spiral-CT (Quelle [32]).
2.4.1.1 Bildmatrix und Bildausschnitt
Ein CT-Bild besteht aus einer quadratischen Bildmatrix, die üblicherweise 256 2 bis
1024² Bildpunkte (Pixel) umfasst. Unter Berücksichtigung, dass ein CT-Bild eine
Schicht entsprechender Dicke repräsentiert, entspricht jeder Bildpunkt einem Volu-
menelement, das man Voxel nennt. Ist die Schichtdicke nahezu 10 mm, hat das Voxel
"Streichholzform". Bei der Bildrekonstruktion wird jedem Voxel ein Zahlenwert zu-
geordnet, der das Maß für Röntgenschwächung in diesem Volumenelement ist.
33

2.4.1.2 Bildrekonstruktion
Im Gegensatz zum Standard-CT sind im Spiral-CT Tischvorschub und Ort der Bildre-
konstruktion vollständig entkoppelt. Das Rekonstruktionsergebnis der erfassten Volu-
mendaten wird im Wesentlichen durch die drei Geräteparameter Schichtkollimation
(SC), Tischvorschub (TF) und Rekonstruktionsinkrement (RI) bestimmt. Die
Schichtkollimation beschreibt die Schichtdicke des Scans in der Patientenlängsachse
und kann durch entsprechende Filter hinter der Röntgenröhre und vor dem Detektor
variiert werden. Der Tischvorschub beschreibt den Vorschub des Untersuchungsti-
sches pro Röhrenumdrehung. Das Verhältnis von Tischvorschub pro Röhrenrotation
zu Schichtkollimation wird als Pitch-Faktor P bezeichnet. Dabei ist zu beachten, dass
ein Pitch-Faktor unter 1 zu einer überlappenden Abtastung und damit zu einer erhöh-
ten Strahlenbelastung führt. Die geringfügigen Vorteile bei der 3D-Darstellung paral-
lel zur Schichtebene verlaufender Konturen rechtfertigt jedoch in der Regel die Dosis-
erhöhung nicht. Bei einem Pitch-Faktor über 2 tritt eine Unterabtastung des Untersu-
chungsvolumens auf, was zu nicht korrigierbaren Bewegungsartefakten führt.
Abb. 12: Pitch-Faktor: Bei Erhöhung des Faktors wird die Spirale gedehnt
und die Bildqualität geringer(Quelle [32]).
Der dritte wichtige Parameter, das Rekonstruktionsinkrement, gibt an, in welchem
Abstand die Schnitte in der Rekonstruktion aus den erfassten Volumendaten berechnet
34

werden. Das RI beschreibt somit den Grad der Überlappung zwischen den einzelnen
Schichten. Für die 3D-Rekonstruktion sollte das RI kleiner oder gleich dem halben
Tischvorschub sein. Dies entspricht etwa einer 50%igen Überlappung der Schichten
und damit einer Verdopplung der Einzelbilder. Die Ortsauflösung innerhalb der Bild-
ebene ist dabei deutlich höher als der nominelle Schichtabstand der einzelnen Bilder.
2.4.2 Gantrykippung
Für die 3D-Rekonstruktion ist weiterhin die Kippung der Gantry = Scannereinheit
von Bedeutung. Die Scannereinheit = Gantry kann für schräge Schnitte um die x-
Achse gekippt werden. Je nach Gerät ist ein Kippungswinkel bis 30° möglich. In der
Regel wird keine Gantryneigung eingesetzt, das heißt, die Schnittebene verläuft senk-
recht zur Tischebene. Von einer Kippung der Gantry raten die meisten Hersteller von
Navigationssystemen ab, da eine Rekonstruktion der Datensätze entweder nicht mög-
lich ist oder für die Genauigkeit des Rekonstruktionsergebnisses nicht garantiert wer-
den kann.
2.4.3 Auflösungsvermögen des CT
Das physikalische Auflösungsvermögen des CT hängt von der Anzahl und der Größe
der Detektoren ab. Dieses physikalische Auflösungsvermögen ist Grundlage aller wei-
teren Genauigkeitsanalysen. Das Bildauflösungsvermögen errechnet sich aus der Grö-
ße des untersuchten Feldes (field of view, FOV) sowie der Matrix von meist 512 x
512 Bildpunkten. Bei der Kieferdarstellung reicht in der Regel ein FOV von 12 cm.
Die sich daraus ergebende Pixelgröße beträgt 0,23 mm. Die minimal erreichbare
Schichtdicke beim eingesetzten SR 7000 beträgt 1,5 mm. Neuere CT-Generationen,
insbesondere Multidedektorsysteme mit 0,7 mm axialer Auflösung und kürzerer Scan-
zeit können hier noch genauere Datensätze liefern.
2.5 Datenbearbeitung und Datentransfer
Die im CT gescannten Unterkiefermodelle wurden ohne die Erstellung einer Hardcopy
35

(Röntgenausdruck) jeweils mit fortlaufender Nummer im zentralen Datenarchiv der
Klinik abgelegt. Die Bearbeitung und Konvertierung der vom CT übernommenen
Rohdaten erfolgte auf einer EasyVision-Workstation, Firma Philips. Über das Klinik-
netzwerk wurden die Datensätze auf dem zentralen Plattenspeicher des Röntgenarchivs
gespeichert. Dieser Plattenspeicher der Firma Image Devices basiert auf CD-ROM-
Speichereinheiten, die ähnlich wie in einer Jukebox abrufbar sind. Die Bedienung und
der Datentransfer sind von jedem Netzwerkanschluss im Klinikum über einen Web-
Browser realisierbar und damit plattformabhängig.
Auf Grundlage dieser bereits vorhandenen Infrastruktur genügten der Anschluss des
Navigationssystems an das Kliniknetzwerk und die Einrichtung eines passwortge-
schützten Zuganges zum Archivsystem. Anschließend konnten alle im Zusammenhang
mit der Untersuchung vorhandenen Datensätze in das Navigationssystem zur weiteren
Planung geladen werden.
Abb. 13: Web-basiertes Archivsystem zur Speicherung aller Aufnahmedaten
aus CT- und MRT- Untersuchungen
Alternativ wäre auch ein Transfer über einzelne Datenträger (Zip-Drive, MO-Disk
oder CD-ROM) möglich gewesen. Die Übertragung über das Kliniknetzwerk ist aller-
dings mit den geringsten logistischen Problemen behaftet und es bedarf keiner zusätz-
lichen personellen Ressourcen.
36

2.6 Planung der navigierten Implantatinsertion
Für die Planung und anschließende navigierte Implantatinsertion wurde das Schrau-
benplanungsmodul der Navigationssoftware STP 4 verwendet. Ausgehend von der
cranialen Navigationssoftware wurde dieses Modul zunächst für die Planung und na-
vigierte Insertion von Pedikelschrauben konzipiert. Pedikelschrauben dienen in der
Wirbelsäulenchirurgie der Stabilisierung des gebrochenen Wirbelbogens. Die unmit-
telbare Beziehung zum Rückenmark und den Spinalnerven stellt ebenfalls hohe An-
sprüche an die Navigationspräzision.
Die beschriebene Software erlaubt eine freie Skalierung der Schrauben, beziehungs-
weise Implantatgrößen und kann deshalb im Rahmen der experimentellen Versuchs-
reihe ohne zusätzliche Modifikation auch für die dentalen Implantate genutzt werden.
Darüber hinaus kann das Planungsimplantat mit einem virtuellen Kopf versehen wer-
den, der die Achse, Position und Ausdehnung des späteren prothetischen Zahnersatzes
bereits im Planungsstadium visualisiert. Auf einige spezifische Funktionen, wie sie
aus verschiedenen dentalen Implantatplanungsprogrammen bekannt sind, muss aller-
dings in der verwendeten Software vorerst verzichtet werden.
Um eine valide Datenbasis zu schaffen, werden jeweils pro Unterkiefermodell 5 IMZ-
Phantomimplantate (Intramobiles Zylinderimplantat) 3,3 x 13 mm, Firma Friadent,
Mannheim geplant. Dabei werden im linken Unterkieferquadranten je zwei und im
rechten Unterkiefer je drei Implantate jeweils individuell positioniert (Abb. 14). Bei
20 Unterkiefermodellen ist damit insgesamt eine Genauigkeitsanalyse an 100 Einzel-
implantaten möglich. Neben der dreidimensionalen Planung und Darstellung in frei
wählbaren Ebenen ermöglicht dieses Programmmodul auch die navigationsgeführte
Insertion der Implantate.
37

Abb. 14: Software STP 4 - Planungssituation mit 5 Implantaten
2.7 Kalibration und Referenzierung des Instrumentariums
Zu Beginn des Navigationsprozesses ist die Kalibrierung und Referenzierung des ver-
wendeten Instrumentariums notwendig. Für den Implantatinsertionsprozess wird ein
handelsübliches, zahnärztliches Winkelstück verwendet. Der die Lage vermittelnde
Dynamische Referenzrahmen (DRF) ist durch einen speziell angefertigten Adapter mit
dem Winkelstück verbunden.
Zur Kalibrierung wird das abgebildete Gerät (Abb. 15) der Firma Leibinger verwen-
det. Mit Hilfe von Leuchtdioden, die an der Kalibrierungseinheit angebracht sind,
wird die Spitze des Implantat-Pilotbohrers zur Lage des Referenzrahmens genau defi-
niert. Der Vorgang der Instrumentenkalibrierung wird ebenfalls durch die Navigati-
onssoftware STP 4 vermittelt. Prinzipiell lassen sich mit dem dargestellten System
verschiedenste Instrumente in das Navigationssystem integrieren. Allerdings ist die
Kalibrierung von sehr kurzen und zusätzlich abgewinkelten Instrumenten problema-
tisch, da sich diese nicht zwischen die beiden verschiebbaren Ebenen des Gerätes brin-
38

ingen lassen.
Das Kalibrierungsgerät wurde deshalb modifiziert. Auf der Basisplatte des Gerätes
wurde eine zusätzliche Kunststoffführung angebracht. Damit konnte die Spitze des
Pilotbohrers definiert in der Mitte der Kalibrierungsstation gehalten werden.
Abb. 15: Modifizierte Kalibrierungsseinrichtung für kurze Instrumente
Mit dieser Veränderung ist hilfsweise auch die Eichung und Integration sehr kurzer
Instrumente möglich. Während der Vorgang der Kalibrierung nur einmal für jedes
Instrument erforderlich ist, wird der sogenannte Referenzierungsprozess des Instru-
mentes jedem Navigationsprozess und jedem Instrumentenwechsel vorangestellt. Es
handelt sich hierbei um eine Sicherheitsabfrage. Dabei überprüft das Navigationssys-
tem, ob das angewählte Instrumentarium tatsächlich auch den gespeicherten Daten
entspricht. Die Referenzierung verlangt eine schrittweise Auslenkung des Instrumentes
jeweils in 12-, 3-, 6- und 9-Uhr-Position. Das jeweilige Instrument wird vom System
erkannt und ist dann für den weiteren Navigationsvorgang verwendungsfähig. Für
diesen Referenzierungsvorgang wurde gemeinsam mit der Firma Carl Zeiss ein Tool
entwickelt, bei dem die Spitze des Instrumentes sicher in einem definierten Punkt
gehalten wird (Abb. 16). Dieses einfache Tool ist sterilisierbar und durch sein Ge-
wicht verschiebungsfrei auf verschiedenen Unterlagen positionierbar. Es ermöglicht so
eine sichere Instrumenten – Referenzierung.
39

Abb. 16: Neu entwickeltes Tool zur schnellen Referenzierung
Um nochmals die Genauigkeit zu kontrollieren, wurde ein zusätzlicher Systemtest
eingefügt. Dazu wurde in der Software des Navigationssystems ein Datensatz mit ei-
nem Quadrat von 80 mm Seitenlänge definiert. Die selben Punkte wurden auf Milli-
meterpapier festgelegt und dieses Quadrat mit der Instrumentenspitze registriert.
x = -4
y = 4
x = -4
y = -4
x = 0
y = 0
40
x = 4
y = 4
x = 4
y = -4
Abb. 17: Einfacher Test zur Kontrolle der korrekten Instrumentenreferenzierung
Im Zentrum des aufgezeichneten Quadrates liegt der Nullpunkt (Abb. 17). Beim An-
fahren dieses Mittelpunktes müssen auch im Koordinatensystem des Navigationscom-
puters die Werte x = 0 und y = 0 angezeigt werden. Um Fehler, die durch eine geo-
metrische Veränderung der Winkelstück-Referenzrahmen-Verbindung entstehen könn-
ten, möglichst auszuschalten, wurden der Kalibrierungsvorgang und der beschriebene
Test insgesamt bei jedem neuen Kunststoffmodell wiederholt.

2.8 Insertion unter Führung des Navigationssystems
Nach Abschluss der Registrierung kann mit der navigierten Insertion begonnen wer-
den. Die Abbildung (Abb. 18) zeigt den Messplatz. Im Zentrum befindet sich das
STN System mit dem Kamerabalken, der sowohl die Lage des Winkelstückes (rot) als
auch die Position des Unterkiefers (gelb) im virtuellen Koordinatensystem verfolgt.
Abb. 18: Versuchsaufbau mit STN System im Zentrum, rechts das Handstück mit Referenzgeber,
links das Unterkiefermodell, ebenfalls mit Referenzgeber.
Entsprechend der für jedes Modell spezifischen angefertigten Planung wurden jeweils
5 IMZ Implantate unter Führung des Navigationssystems in die Unterkieferphantome
eingebracht. Nach diesem Vorgehen konnten in die 20 Unterkiefermodelle insgesamt
100 Implantate inseriert werden.
41

Abb. 19: Navigiertes Winkelstück. Die Position der Bohrerspitze und die Richtung der Implantatachse
werden durch den Referenzrahmen mit Leuchtdioden (rechts im Bild) übermittelt.
Abb. 20: Monitorbild während der navigierten Implantatinsertion
Auf dem Bild (Abb. 20) ist die multiplanare Rekonstruktion bereits mit erfolgter Imp-
lantatplanung zu sehen. Das Monitorbild gibt den Moment der navigierten Implantat-
42

insertion wieder. Die grün gestrichelte Linie zeigt die Achse des Implantatbohrers.
Abweichungen in allen Ebenen werden dem Operateur sowohl optisch als auch akus-
tisch vom Navigationscomputer mitgeteilt.
Trotzdem ist eine in allen Ebenen korrekte Positionierung des Implantates schwierig.
Das System ermöglicht deshalb während des Bohrvorganges eine Umschaltung in den
Zielmodus. Abb. 21 zeigt diese Situation in einem Screenshot. Die Bohrerpositionie-
rung ist in Richtung und Insertionspunkt korrekt, wenn der Nullpunkt der dargestell-
ten drei Koordinatensysteme in Übereinstimmung gebracht wird. Das zentrale Koor-
dinatensystem entspricht der Implantatposition (gelb). Der kleine Kreis (grün), das
zweite Koordinatensystem, stellt die Bohrerspitze dar. Das dritte Koordinatensystem,
angezeigt durch den großen grünen Kreis, visualisiert die Richtung des Bohrers. Im
Beispiel zeigt die Bohrerspitze in den Zielpunkt. Der abweichende große Kreis signa-
lisiert gleichzeitig eine falsche Richtung des Bohrwerkzeuges. Die Übereinstimmung
der Koordinatensysteme muss selbstverständlich während des gesamten Bohrvorgan-
ges kontrolliert und in idealer Position gehalten werden.
Abb. 21: Bohren im Ziel-Modus soll das in allen Ebenen sichere Positionieren erleichtern
43

2.9 Prozess der Imagefusion
Anschließend wurden die 20 Kunststoffunterkiefer erneut im CT unter gleichen Para-
metern gescannt. Die Software STP 4 ist mit einem Imagefusionsmodul ausgestattet.
Dieser Programmteil erlaubt die virtuelle deckungsgleiche Projektion verschiedener
Datensätze. Damit lassen sich sowohl Bilder aus verschiedenen Untersuchungsmedien
als auch mehrere Bilddatensätze gleicher Untersuchungen vereinigen. Unter diesen
Voraussetzungen war die Möglichkeit gegeben, den Planungsdatensatz eines jeden
Modells mit dem „postoperativen Datensatz“ zu korrelieren. Dieses Übereinanderla-
gern der beiden „prä- und postoperativen Datensätze“ erfordert reproduzierbare Punk-
te. Dabei konnte das bereits für die Referenzierung genutzte Titanschraubenmarker-
system Verwendung finden. In der Abbildung (Abb. 22) ist in einer Bildschirmkopie
links der „präoperative“ und rechts der „postoperative Datensatz“ dargestellt. Für die
Korrelation müssen die Titanschraubenmarkierungen jeweils in den beiden zu fusio-
nierenden Datensätzen markiert werden. Im unteren Bildschirmanteil wird angezeigt,
mit welcher Genauigkeit die Datensätze anschließend in Übereinstimmung gebracht
werden konnten.
Abb. 22: Das Imagefusionsmodul der Software STP 4
44

2.10 Datenanalyse – statistische Auswertung
Die multiplanare Rekonstruktion ermöglicht nun, aus dem fusionierten Datensatz wie-
der einzelne axiale Schichten darzustellen. In diesen Schichten war neben der Implan-
tatposition (weißer röntgenopaker Kreis) auch die ursprüngliche Planung (farbige
Kreise) sichtbar. Waren beide Kreise in jeder Schicht vollständig deckungsgleich, ist
das Implantat exakt nach der Planungsposition inseriert worden (Abb. 23).
Für die Bestimmung der Insertionsgenauigkeit wurde jeweils aus den axialen Schich-
ten die cranialste und die caudalste Ebene pro Implantat ausgewählt. Die Abweichun-
gen in diesen Schichten wurden sowohl in mesial/distaler Richtung als auch in vestibu-
lär/lingualer Richtung metrisch am Bild bestimmt (Abb. 24, Abb. 25).
Aus diesem Vorgehen ergeben sich für die 100 inserierten Implantate 400 Einzel-
messwerte, die die Abweichung zwischen Planung und Insertionsergebnis genau defi-
nieren. Die Tabelle (Tab. 2) im Anhang gibt die gemessenen 400 Differenzstrecken in
den axialen Schichten mit Mittel- und Maximalwerten detailliert wieder.
Abb. 23: Prozess der Imagefusion
45

Abb. 24: Darstellung der Messpunkte der cross-sectionalen Ebene
Abb. 25: Beispiel der cranialsten Schicht mit Messpunkten
46

3 ERGEBNISSE
3.1 Registriergenauigkeit
Bei Verwendung des Miniplastschienen/Titanschrauben-Markierungssystems wurde
für die 20 Unterkiefermodelle eine vom System errechnete Registriergenauigkeit
(RMS) von 0,81 mm mit einer Standardabweichung von +/- 0,21 mm bestimmt. Die
höchste Registriergenauigkeit lag bei 0,41 mm (Unterkiefermodell Nr. 26) und die
schlechteste bei 1,21 mm (Unterkiefermodell Nr. 21). Bei diesem durch das System
selbst errechneten Wert, handelt es sich um die Genauigkeit, mit der die beiden Koor-
dinatensysteme (1. CT-Datensatz und 2. Unterkieferkunststoffmodell) in Überein-
stimmung gebracht werden konnten. Die Navigationssoftware errechnet hierbei die
optimale Transformation. Der angezeigte RMS-Wert (Abb. 26) gibt lediglich die Aus-
kunft, wie gut die am Modell registrierten Punkte in das virtuelle Koordinatensystem
des Unterkieferdatensatzes vom Navigationssystem eingepasst werden konnten (siehe
Kapitel 1.3.2, Seite 11).
Abb. 26: Auswertung des Registrierungsvorganges mit Ausgabe der internen Genauigkeit
3.2 Genauigkeit des Navigationsprozesses
Die gemittelte Genauigkeit, nämlich die Abweichung des Operationsergebnisses von
47

der vorausgegangenen Planungsposition, betrug auf Grundlage der in Kapitel 2.10
Seite 45 beschriebenen Auswertung 0,68 mm, mit einer Standardabweichung von +/-
0,63 mm.
Für die canialste axiale Schicht, dem Insertionspunkt auf dem Alveolarfortsatz, ergab
sich eine mittlere Abweichung in vestibulär/lingualer (crossektionaler) Richtung von
0,75 mm mit einer Standardabweichung +/- 0,67 mm und in mesial/distaler (longitu-
dinaler) Richtung von 0,59 mm (Standardabweichung +/- 0,58 mm).
In der caudalsten axialen Schicht, am Apex des Implantates, wurde eine mittlere Ab-
weichung vestibulär/lingualer Richtung von 0,92 mm (Standardabweichung +/- 0,80
mm), und in mesio/distaler Richtung von 0,73 mm (Standardabweichung +/- 0,80
mm) bestimmt. Das folgende Diagramm zeigt die Verteilung der Einzelwerte. Ausge-
hend von 100 Implantaten (n=100) zeigt die erste Säule die Abweichung der Implan-
tate in der cranialsten Schicht (Insertionspunkt) in vestibulär/lingualer Richung (v/l
cranial), Säule zwei die Abweichung ebenfalls in der cranialsten Schicht in mesi-
al/disaler Richtung (m/d cranial). Die Abweichungen des Implantates von der geplan-
ten Postion am Apex werden analog durch die Säule (v/l caudal) und die Säule (m/d
caudal) veranschaulicht.
Abweichung in mm
5
4
3
2
1
0
-1
N =
100
v/l cranial
100
m/d cranial
48
100
v/l caudal
100
m/d caudal
Diagramm 1: Verteilung der Einzelmesswerte mit 75% Perzentile (rot)

Der rot dargestellte Bereich zwischen 0 und 1,5 mm Abweichung beinhaltet 75% der
gemessenen Werte (75% Perzentile).
In der folgenden Darstellung ist die Häufigkeitsverteilung der gemessenen 400 Diffe-
renzstrecken unabhängig von der Richtung der Abweichung veranschaulicht. 50%
aller gemessenen Abweichungen (197 Differenzstrecken) sind kleiner oder gleich 0,5
mm. Insgesamt 86% der Differenzstrecken liegen im Abweichungsbereich bis 1,5
mm. Für 14% der Messstrecken wurde eine Distanz zwischen Planung und Insertions-
ergebnis von größer oder gleich 1,6 mm festgestellt. Die maximale Abweichung lag in
einer Richtung bei 3,8 mm.
Anzahl der Messwerte n = 400
250
200
150
100
50
0
197
75
71
34
49
13
7
2 1
0 - 0,5 - 1,0- 1,5- 2,0- 2,5- 3,0- 3,5-

nauigkeit von 0,4 bis 1,2 mm praktisch keine Abhängigkeit zur Genauigkeit von Pla-
nung und Insertionsergebnis, also zur Navigationspräzision, feststellen.
Distanz vestibulät/lingual/cranial in mm
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
,5
0,0
-,5
,4
,6
,8
Registriergenauigkeit in mm
Diagramm 3: Beziehung zwischen Abweichung am Insertionspunkt in vestibulär/lingualer
Richtung (y-Achse) und Referenzierungsgenauigkeit (x-Achse)
3.3 Algorithmus der navigationsgeführten Implantatinsertion
In Zusammenfassung der Erfahrungen der experimentellen Arbeit wird ein Algorith-
mus zum Vorgehen bei der navigierten Implantatinsertion am teilbezahnten Kiefer
vorgeschlagen (Abb. 27). Analog kann dieses Schema auch für andere Indikationen
angewendet werden, bei denen ein rigides Einspannen des Schädels während der Na-
vigation nicht möglich oder sinnvoll ist.
50
1,0
1,2
1,4

Schritt 1a
Abdrucknahme
Modelle, Einartikulation, WaxUp
Duplikat des WaxUp
Schritt 1b
Anfertigung einer Miniplastschiene
mit Titanschraubenmarkierungen
Schritt 2a
Computertomographie
mit eingegliederter Schiene
Schritt 2b
Implantatplanung
am Monitor des Navigationssystems
Schritt 3a
Befestigung der Referenzgeber
an der Miniplastschiene
Schritt 4a
Eingliederung der Miniplastschiene
Schritt 4b
Registrierung der Patientenlage
Schritt 4c
Navigationsgeführte Implantatinsertion
Abb. 27: Algorithmus der navigationsgeführten Implantatinsertion für den klinischen Einsatz
1. Herstellung eines Studienmodells, das im Artikulator schädelbezüglich montiert
wird. Nach der prothetischen Bissanalyse kann die ideale Position der Implantate am
Studienmodell festgelegt werden. Unter Berücksichtigung der vertikalen und sagittalen
51

Relation zwischen Ober- und Unterkiefer imitiert eine diagnostische Zahnaufstellung
die vorgesehene prothetische Versorgung. Anschließend wird das Modell dubliert und
eine Tiefziehschiene hergestellt. In diese Schiene werden als röntgenopake Markie-
rungen mindestens 3 Köpfe von Minititanschrauben einpolymerisiert (Abb. 28). Die
radioopaken Markierungen müssen aus Titan bestehen, da ansonsten bei der CT-
Aufnahme Reflektionen entstehen. Die Schraubenköpfe sollten über die ganze Schiene
verteilt sein und sich nicht in unmittelbarer Nähe von metallischem Zahnersatz befin-
den. Bei der anschließenden CT-Diagnostik kommt es in diesen Bereichen teiweise zu
sehr starken Artefakten. Für diese Fälle wird vorgeschlagen, die Schiene weit in das
Vestibulum zu extendieren und die Schraubenköpfe in der apikalen Region der Zähne
zu platzieren. Die Extension der Schiene in das Vestibulum ist außerdem zur besseren
Markerverteilung empfehlenswert.
Abb. 28: Miniplastschiene mit Referenzmarkern
Die auf diese Weise hergestellte Schiene dient sowohl der Referenzierung als auch der
Befestigung des dynamischen Referenzrahmens, der die jeweilige Lage des Kiefers
vermittelt.
2. Mit dieser eingegliederten Schiene wird die Datenerfassung im CT durchgeführt.
Dabei ist auf eine möglichst geringe Schichtdicke zu achten. Im Allgemeinen sollte
dem Spiral-CT gegenüber der Aufnahme von Einzelschichten der Vorzug gegeben
52

werden. Die Aufnahme ist auf den diagnostisch notwendigen Bereich zu beschränken.
Für die Planung ist es wünschenswert, zumindest die Zahnkronen des Gegenkiefers
mit zu erfassen. Sind jedoch im Gegenkiefer größere festsitzende metallische Rekon-
struktionen vorhanden, ist die Aufnahme mit geöffnetem Mund zu empfehlen, um die
Artefakte des Gegenkiefers zu vermeiden. Dabei ist der Patient mit der Okklusions-
ebene parallel zur Scannereinheit des Computertomogramms zu lagern. Um diese Pa-
rallelisierung zu erleichtern, kann die eingegliederte Schiene mit einer Verlängerung
ausgestattet werden. Die Lage der Gantryebene parallel zur Kauebene ermöglicht es,
die von metallischen Füllungen ausgehenden Artefaktbildungen auf wenige Schichten
zu beschränken.
3. Vor der navigationsgeführten Operation wird nun die Schiene mit dem Referenz-
rahmen verbunden, der die exakte Lage des Patientenkopfes vermittelt. Um hier eine
sichere Verbindung herzustellen, wird ein Rundstahl mit einem Durchmesser von 3,5
mm seitlich an die Schiene oder auf die Okklusionsfläche mit Kunststoffpolymerisat
angebracht (Abb. 29). Auf diesen Rundstahl lässt sich der Referenzrahmen aufstecken
und zunächst noch bewegen.
Abb. 29: Miniplastschiene mit Adapter für DRF
Die endgültige Fixierung erfolgt in Abhängigkeit von der Implantationsregion, der
Patientenlage und dem Standort der Kamera. Alle beschriebenen, mit dem Patienten in
53

Berührung kommende Elemente (Schiene, dynamischer Referenzrahmen, Winkelstück
mit Referenzgeber) sind gas- oder plasmasterlisierbar. Das Bedienteil des Navigati-
onssystems lässt sich in einen sterilen Kunststoffschlauch verpacken.
4. Nach dieser Vorbereitung kann der eigentliche Navigationsprozess beginnen. Nach
Desinfektion und steriler Abdeckung wird die Schiene mit dem Referenzrahmen ein-
gegliedert. Das Kamerasystem muss so positioniert werden, dass sowohl zu dem Re-
ferenzrahmen als auch zum Winkelstück unbehinderter Sichtkontakt besteht. Eine De-
ckenmontage oder das Aufstellen der Kamera am Fußende oder Kopfende ist deshalb
zu empfehlen. Die flexible Verbindung von Schiene und Referenzrahmen erlaubt eine
optimale Abstimmung. Es folgt der Referenzierungsprozess, wobei der Navigationsda-
tensatz und die Kiefer- bzw. Kopfposition des Patienten abgeglichen werden. Die in
der Schiene eingebrachten Schraubenmarkierungen erscheinen als gut wahrnehmbare,
helle Körper in den transversalen Schnittbildern und können so evident registriert wer-
den.
Es wird empfohlen, die Spitze des Bohrers als Abtastsonde zu nutzen. Die Genauig-
keit der intraoralen Referenzierung kann durch mehrfache Einmessung der Abtastung
der Referenzpunkte optimiert werden. Nach erfolgreicher Referenzierung wird die
Schiene wieder abgenommen und die Operation kann mit der Freilegung der Implanta-
tionsregion beginnen. Unmittelbar vor der Pilotbohrung wird die Schiene, die in der
Bohrregion ausreichend dimensionierte Aussparungen besitzt, wieder eingegliedert. So
lange die Relation der Schiene und dem befestigten Referenzgeber nicht verändert
wird, ist kein erneuter Referenzierungsvorgang notwendig. Während der Navigation
dient die Schiene mit dem Sensorsystem als geometrisches Bezugssystem. Der navi-
gierte Bohrvorgang kann beginnen. Eine genauere Bohrerpositionierung wird durch
die Umschaltung in den Zielmodus möglich (Abb. 21).
Aus den Erfahrungen der experimentellen Studie und dem klinischen Einsatz kann das
Vorgehen (Abb. 30) für den Navigationseinsatz in der Mund-, Kiefer- und Gesichts-
chirurgie vorgeschlagen werden. Der Ablauf ist für verschiedenste Indikationsbereiche
geeignet.
54

Imagefusion mit
Positronenemissionstomographie (PET)
Einzelphotonenemissionstomographie (SPECT)
Szintigraphie
intraoperative Bildgebung
Fluoronavigation
Ultraschall
offenes MRT
Applikation der Marker
CT-Scan/MRT-Scan
Operationsplanung
am Monitor
Patientenpositionierung
Registrierung
Navigierte Operation
Pointernavigation
Instrumentennavigation
55
Hautklebemarker
Haed-Set
dental getragene
Schiene
Schraubenmarkierungen
starr (Mayfield-Klemme)
Rrhmenlos (dynamisch)
manuell
automatisch
Abb. 30: Vorschlag eines allgemeinen Algorithmus zur computerassistierten Operationsnavigation in
der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie(indikationsübergreifend)
3.4 Klinisches Anwendungsbeispiel
Um die prinzipielle Tauglichkeit des geschilderten Navigationssystems beurteilen zu
können, soll folgend der Einsatz des STN-Systems im klinischen Fall demonstriert
werden.
Zur navigationsgestützten Insertion dentaler Implantate wurde eine Patientin mit einer
Freiendsituation im rechten Oberkiefer ausgewählt. In Vorbereitung des Implantatla-

gers war zunächst eine Sinusbodenaugmentation notwendig (Abb. 31).
Abb. 31: Freiendsituation im rechten Oberkiefer - im OPG nach Knochentransplantation
Nach einem WaxUp der Zähne 14 und 15 folgte die Herstellung einer Bohr- und Pla-
nungsschiene im Oberkiefer. Die 1,5 mm starke Schiene wurde in Tiefziehverfahren
gefertigt. Als Referenzmarker dienten einpolymerisierte Minititanschrauben. Mit die-
ser Schiene in situ erfolgte vom Oberkiefer der Patientin eine Dünnschicht-
Computertomographie im Spiral-CT nach dem Protokoll Schichtdicke 1,5 mm, Tisch-
vorschub 1,5 mm und Rekonstruktionsindex 1,0 mm. Dabei wurde nur der unmittel-
bar interessierende Bereich von 4 cm in den axialen Schädelscan einbezogen.
Nach Aufnahme der Bilddaten konnte der Datensatz über das Kliniknetzwerk in die
Workstation des STN-Systems eingespielt werden. Für die Implantatplanung wurde
sowohl der Boden des Sinus maxillaris (rosa) als auch das eingebrachte Knochentrans-
plantat (gelb) jeweils in den Einzelschichten segmentiert und durch die Software räum-
lich dargestellt (Abb. 32).
56

Abb. 32: Planungssituation in der 3D-Ansicht (Sinusboden rosa, Transplantat gelb)
Zur Planung kam wieder das Screw Planning Modul der Software STP 4 zum Einsatz.
Der Bildschirm des Systems lässt sich in 4 Teilbereiche gliedern. In 3 Fenstern wird
der gewählte Implantationsbereich in den verschiedenen gekoppelten Ebenen darge-
stellt (sagittal, axial und koronal), (vgl. Abb. 20). Das vierte Fenster ermöglicht eine
dreidimensionale Darstellung des ausgewählten Bereichs. In dieser Umgebung können
die Implantate direkt positioniert werden. Die Achsrichtung und der Insertionspunkt
der zu setzenden Implantate orientierte sich an den Kronen der Nachbarzähne, an den
Zähnen des Gegenkiefers und an dem in der Darstellung (Abb. 32) farblich markierten
Knochenangebot. Der Planung am Computer folgte die navigierte Insertion der Im-
plantate. Nach Freilegung des Knochens und Eingliederung der Schiene wurde mit
dem Navigationsprozess begonnen. Zum Einsatz kam entsprechend der vorbereitenden
experimentellen Studie ein konventionelles, für die Implantatchirurgie spezialisiertes
Winkelstück, das auch die Innenkühlung der Bohrinstrumente ermöglicht. Die in Abb.
33 dargestellte Konfiguration ist ohne Einschränkungen gassterilisierbar.
57

Abb. 33: Navigiertes Winkelstück (Prototyp)
Das Winkelstück steht über den Referenzstern mit der Infrarotkamera des Navigati-
onssystems in ständiger Verbindung.
Abb. 34: Schiene mit DRF in situ
Der an der Miniplastschiene befestigte dynamische Referenzrahmen vermittelt die
Lage und die Bewegungen des Oberkiefers bzw. des Kopfes des Patienten an das Sys-
tem (Abb. 34). Die Übertragung der Ergebnisse aus der computergestützten Planung
auf den Operationssitus gelang mit Unterstützung des Navigationssystems problemlos.
Nach Freilegung des Alveolarknochens bestätigte sich die Knochenstruktur im Implan-
tationsbereich. Die Implantate konnten mit den präoperativ bestimmten Längen und
58

Durchmessern inseriert werden.
Abb. 35: OPG nach der navigierten Implantatinsertion, rechts unten im Bild konventionelle Schichtaufnahmen
der Insertionsregion mit den Implantaten 14 und 24
Nach Freilegung zeigten die Implantate eine klinisch gute Stabilität und konnten
prothetisch versorgt werden (Abb. 36).
Abb. 36: Fertiggestellte Implantatversorgung in situ
59

4 DISKUSSION
4.1 Planung und Simulation
Die präzise Planung und Insertion dentaler Implantate unter gleichberechtigter Beach-
tung chirurgischer und prothetischer Gesichtpunkte ist für den Behandelnden eine gro-
ße Herausforderung. In die Planung gehen die prothetisch erstrebte ideale Lage und
die vermutlich chirurgisch realisierbare Position ein. Die endgültige Implantatposition
ist ein intraoperativer Kompromiss. Die aus den Planungsaufnahmen (OPG,
Schichtaufnahmen, Computertomographie) und dem Kiefermodell gewonnenen
Informationen waren bisher nur mit Augenmaß in den Operationssitus übertragbar.
Die präimplantäre Diagnostik ist in den letzten Jahren unter Einbeziehung moderner
Schichtröntgentechnik und spezieller Planungsprogramme stetig verbessert worden.
Doch letztlich ist die Verfahrenskette von der Planung bis zur Operation am Patienten
in ihrer Exaktheit unterbrochen, wenn der Operateur doch nur mit Augenmaß und
Hilfsmitteln, wie Messschiebern, Messzirkeln und Tiefenmesslehren, das Implantat
positionieren kann. Entspricht das Operationsergebnis nicht der zuvor erstellten
Simulation, ist Sinn und Zweck einer hochpräzisen Planung in Frage zu stellen.
Im Hinblick auf die Qualitätssicherung der chirurgischen Therapie kann dies keine
befriedigende Situation sein. Es ist nicht zu rechtfertigen, dass für die operative Präzi-
sion nicht die selben hohen Ansprüche wie für die präoperative Planungsphase gelten.
Das Schließen der Lücke zwischen einer hochpräzisen Diagnostik und Laborplanung
und ihrer Umsetzung am Patienten erfordert ein System, das die ständige intraoperati-
ve Kontrolle von Implantationsort, Implantationsachse und Tiefe des Implantatbettes
ermöglicht.
Das eingesetzte Navigationssystem befindet sich für die Anwendung der computeras-
sistierten Implantatinsertion im Entwicklungsstadium. Die Potentiale der neuen Ent-
wicklung hinsichtlich interaktiver, dreidimensionaler Planung und einer neuen Metho-
de der Bohrerführung werden in den Darstellungen und durch die Ergebnisse aufge-
zeigt. Allerdings lagen auch 14% der Messwerte in einem für die Genauigkeitsanfor-
derungen der Implantologie nicht mehr akzeptablen Bereich.
Reserven liegen in der Adaptation der Programmsoftware, die für die Implantatpla-
60

nung spezifische Planungswerkzeuge vermissen lässt. Eine zukünftige indikationsge-
rechte Software müsste in der Lage sein, zwei oder mehr Implantate mit entsprechen-
den virtuellen Hilfsmitteln achsenparallel zu positionieren. Hier könnten bereits be-
kannte Planungsfunktionen, wie die Ermittlung von Winkelgraden und die Messung
von Hounsfield - Einheiten aus speziellen Implantatplanungsprogrammen übernommen
werden. Eine ähnliche Aufteilung der Bildschirmfenster und die Übernahme von Dar-
stellungsfunktionen wäre wünschenswert.
Weitere Ursachen für Abweichungen sind die Schwierigkeiten bei der Instrumenten-
und Bohrerkalibrierung. Die feste Integration der Referenzgeber in die kieferchirur-
gischen Bohrgeräte würde weitere Fehlerquellen ausschalten. Auf die Ursachen der
Abweichungen wird noch im Einzelnen in der folgenden Fehleranalyse eingegangen.
Alle heute gängigen Systeme erfordern ein zeitaufwendiges und fehleranfälliges Re-
gistrierverfahren zur Koordination der Koordinatensysteme von Bilddatensatz und
Patientenlage.
Der Routineeinsatz der neuen Technik hängt im entscheidenden Maße von weiteren
Verbesserungen der Hard- und Software in der Navigationstechnik ab, um den zur
Zeit noch hohen Zeitaufwand für Patienten und Personal zu reduzieren. Die Qualität
der Implantation ist weiterhin maßgeblich vom Geschick des Chirurgen abhängig.
Trotz korrekter Orientierung im Raum und genauer Festlegung des Insertionspunktes
ist es nicht leicht und erfordert ein hohes Maß an Aufmerksamkeit, über alle 6 Frei-
heitsgrade während der Implantatbohrung Kontrolle zu behalten. Der Gedanke, die
Bohrung durch einen Roboter ausführen zu lassen, kommt dem Untersucher dabei
zwangsläufig. Auf technischen Robotern basierend, wurden solche Untersuchungen
von Brief et al. [17] vorgestellt.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist es sinnvoll, auf Grund des hohen technischen, per-
sonellen und materiellen Aufwandes, den Einsatz der Navigation auf die schwierigen,
morphologisch komplizierten Fälle zu beschränken.
Bei der Beurteilung des Aufwandes ist zu bedenken, dass es sich bei dem aufgezeigten
Indikationsgebiet um die Anfänge des klinischen Einsatzes handelt. Neben dem erhöh-
ten Sicherheitsfaktor wird die Möglichkeit zu minimal invasivem Vorgehen umfang-
reicher. Denkbar wäre in Zukunft beim Einsatz des Navigationssystems, auf die Frei-
präparation von Knochenflächen weitgehend verzichten zu können.
61

4.2 Fehleranalyse
Bei der Anwendung von Navigationssystemen ist primär die Frage nach der Genauig-
keit zu stellen. Hierbei ist zwischen präoperativer Genauigkeit während der Planung
(Simulation) und der Genauigkeit bei der Übertragung der Planungsergebnisse (Navi-
gation) auf die operative Situation zu unterscheiden.
Die exakte routinemäßige Kontrolle von Systemfehlern wird bei dem bisherigen Ein-
satz der Navigationssysteme vernachlässigt. Abgesehen von der ermittelten Referen-
zierungsgenauigkeit erhält der Chirurg keinerlei weitere Informationen zur intraopera-
tiven Genauigkeit [53]. Der in der vorliegenden Untersuchung ermittelte Applikations-
fehler (Gesamtfehler) des Navigationsprozesses wurde mit 0,68 mm +/- 0,62 mm
festgestellt.
Allerdings wird gelegentlich auch unkritisch über erreichbare Genauigkeiten berichtet.
So wird nicht selten der vom System ermittelte RMS-Wert als Synonym für die intra-
operative Messgenauigkeit verwendet.
Für eine sinnvolle Bewertung und den Vergleich verschiedener Systeme ist es uner-
lässlich, den globalen mittleren Fehler in verschiedene Teilkomponenten zu zerlegen.
Der Gesamtfehler wird durch seine Zerlegung besser kontrollierbar und für den An-
wender überschaubarer. Aktuell existiert keine umfassende Analyse computergestütz-
ter Navigationssysteme, die die einzelnen Fehler des gesamten diagnostischen und
therapeutischen Prozesses beschreibt. Fehlerquellen und ihr spezifischer Beitrag zum
Gesamtfehler können grundsätzlich in jeder Phase des diagnostischen, beziehungswei-
se therapeutischen Vorgehens auftreten. Die Fehler sollten hinsichtlich ihrer Wertig-
keit und Beeinflussbarkeit analysiert werden. Diese Analyse möchte dahingehend sen-
sibilisieren, welche Fehler besonders zu berücksichtigen sind, um die Navigationsge-
nauigkeit zu verbessern.
Die folgende Abb. 37 zeigt, mit welchen prinzipiellen Beiträgen die Teilfehler zum
Gesamtfehler führen.
Die Analyse der Einzelfehler soll helfen, die Natur des spezifischen Fehlers und sei-
nen Beitrag zum Gesamtfehler zu beachten, die Empfindlichkeit des Gesamtfehlers
gegenüber den verschiedenen Teilbereichen zu bestimmen und das Ausmaß der Ver-
zerrung der Wirklichkeit durch jeden Teilfehler zu erkennen.
62

Image Data Acquisation
Repositioning
Tracking
Navigation
Imagefusion
Abb. 37: Vereinfachtes Schema zur Darstellung des Navigationsablaufes mit den assoziierten Fehlergruppen
(Modifiziert nach Hauser [53]).
Im Rahmen der Fehleranalyse lassen sich die Fehlerquellen generell in Fehler bei der
Datenakquisition und Planung und in Fehler bei der Implantatinsertion einteilen.
Durch die Methodik der Untersuchung kommt noch eine weitere Fehlergruppe durch
den Prozess der Imagefusion hinzu.
4.2.1 Fehler bei Datenakquisition und Planung
Im Detail müssen folgende Fehlerquellen genannt werden:
63
Datenerfassungsfehler
+
Registrationsfehler
+
Lokalisationsfehler
+
Displayfehler
+
Gesamtfehler
+
Imagefusionsfehler

• Fehler bei der Bildgewinnung und Datenerfassung, der räumlichen Auflösung
und Verzerrungsfreiheit des bildgebenden Verfahrens beispielsweise durch
Bewegung und Metallartefakte (Datenerfassungsfehler)
• Präzision des Bilddatensatzes, Auflösungsvermögen des Aufnahmegerätes (Da-
tenerfassungsfehler)
• Fehler bei der Datenverarbeitung und dem Erzeugen der virtuellen Rekon-
struktion (Datenverarbeitungsfehler)
• Präzision der Korrelation zwischen Datensatz und Patient. Fehler bei der
punktgenauen Zuordnung der Bilddaten zum Patienten (Registrierungsfehler).
Abhängigkeit von Art des Markersystems (Haut-, Klebemarkersysteme, Kno-
chenimplantate, Schienen oder Splints, anatomische Landmarks) und von der
geometrischen Lokalisation der angebrachten Markierungen [68]
4.2.2 Fehler bei der Implantatinsertion
• unkontrollierte Lockerung der Referenzgeber am Patienten, am Phantom oder
am Arbeitsinstrumentarium (Lokalisationsfehler)
• Systemimmanente Präzision des dreidimensionalen Lokalisationssystems auf
dem der Navigationsprozess beruht (aktives Navigationssystem über Leuchtdi-
oden, passives Navigationssystem auf Reflektion beruhend, mechanisches Na-
vigationssystem oder magnetisches Navigationssystem (Lokalisationsfehler)
• Fehler bei der Detektion der Lage des Patienten oder des Phantommodells, der
Instrumentenposition oder der Instrumentenkalibrierung (Lokalisationsfehler)
• Bewegungsspielraum des Bohrerlagers im Winkelstück
• Fehler durch die freihändige Instrumentenführung. Abweichungen können ent-
stehen durch Blickwechsel zwischen Bildschirm und Operationssitus. (Lokali-
sationsfehler)
• Bildschirm- und Rekonstruktionsfehler bei der Darstellung des Bildmodells und
der Position und der Lage der Instrumente im Verhältnis zum Bild.
64

4.2.3 Fehler durch den zusätzlichen Prozess der Imagefusion
Während die bisher beschriebenen Fehlergruppen direkt das Implantationsergebnis
oder Operationsergebnis beeinträchtigen, ist der Fehler durch den Prozess der Image-
fusion zusätzlich durch die Untersuchung bedingt. Da der Imagefusionsprozess im
Falle der navigierten Implantation nicht notwendig ist und in der Untersuchung der
Kontrolle des korrekten Implantationsergebnisses dient, schlägt sich diese Fehlermög-
lichkeit zusätzlich im Ergebnis der Genauigkeitsuntersuchung nieder.
Folgende Fehlerquellen beinhaltet der ermittelte Gesamtfehler zusätzlich:
• Fehler durch die erneute Datenakquisition im CT (siehe auch präoperative Feh-
ler)
• Fehler durch den markergeführten Prozess der Imagefusion
• Fehler durch die visuellen Abstandsmessungen auf dem Computermonitor im
Rahmen der Auswertung
Bei der Fehleranalyse darf schließlich nicht unberücksichtigt bleiben, dass trotz ausge-
reifter Messtechnik die Präzision durch die physiologischen Gegebenheiten des Bedie-
ners eingeschränkte wird – sowohl im motorischen als auch im visuell sensorischen
Bereich.
Es existieren bei der Anwendung der computerassistierten Navigationsmethoden noch
andere Fehlerquellen, die ausgeschaltet werden müssen. Es können nicht alle mögli-
chen Fehler hier diskutiert werden, die den exakten Transfer und die Weiterverarbei-
tung der Bilddaten im Navigationsprozess betreffen. Der Leitfaden soll allerdings für
die bekannten Fehlergruppen sensibilisieren, um sie im Verlauf der fortschreitenden
Entwicklung und Adaptation weitgehend ausschalten zu können .
4.3 Genauigkeit
Alle relevanten Planungssysteme basieren auf Bilddatensätzen und beinhalten zunächst
die Ungenauigkeit der bildgebenden Untersuchungsmethode. Zur Verifizierung der
65

Abweichungen zwischen Datensatz und Phantommodellen wurden von verschiedenen
Autoren Streckenmessungen durchgeführt. Haßfeld stellt für die computergestützte
Vermessung von CT-Daten eine Abweichung von 0,3 bis 0,5 mm fest und vertritt die
Meinung, dass für die interaktive Nutzung von CT-Daten nicht das Aufnahmeverfah-
ren, sondern die Präzision der intraoperativen Umsetzung den limitierenden Faktor
darstellt [47].
Durch die Verwendung von Bohrschablonen zur Implantatplanung kann die Genauig-
keit gegenüber der freihändigen Bohrung zwar erhöht werden, jedoch können bereits
bei der Übertragung der radiologisch und prothetisch geplanten Position Fehler auftre-
ten, die im Millimeterbereich liegen. Zudem ist nach Korrektur der Bohrhülsenpositi-
on oft eine nochmalige Röntgenkontrolle erforderlich. Die größte Ungenauigkeit dürf-
te bei der Übertragung der Modellergebnisse auf die operative Situation auftreten. Sie
ist in hohem Maße von der lagestabilen Fixierung der Schablone und der sicheren
Führung des Bohrers durch die Titanhülsen abhängig [8].
Ein direkter Genauigkeitsvergleich mit der navigationsgeführten Insertion und der
computergestützten Planung mit Bohrschablonen erscheint nicht sinnvoll, da verlässli-
che Daten über die Transfergenauigkeit mit Bohrschablonen unzureichend dokumen-
tiert sind.
Bei der in der Arbeit vorgestellten Genauigkeitsanalyse wurde Wert auf größtmögli-
chen Realitätsbezug gelegt. Es kamen anatomische Unterkiefermodelle und das übli-
che Instrumentarium zum Einsatz. Die Abläufe entsprachen weitgehend dem realen
klinischen Einsatz des Navigationssystems. In der Literatur findet sich keine ver-
gleichbar angelegte Studie zur Navigations- und Messgenauigkeit. Beschrieben wur-
den bisher in klinischen Anwendungen gewonnene Erfahrungen und vor allem Stre-
ckenmessungen an Phantomen.
Typischerweise geben Navigationssysteme darüber Auskunft, wie gut die Koordina-
tensysteme von Patient (Modell) und Datensatz im Navigationssystem in Überein-
stimmung gebracht werden konnten. Als Genauigkeitsergebnis dieses Matching-
66

Verfahrens wird ein sogenannter oft zitierter RMS - Wert angeben. Dieser „root-
mean-square-Fehler“ entspricht der Wurzel aus dem mittleren Fehlerquadraten und
gibt informiert darüber, wie gut die gemessenen Punkte in die tatsächlichen Werte des
Bilddatensatzes eingepasst werden können. Dabei ist insbesondere im Hinblick auf die
Untersuchungen zu beachten, dass der RMS - Wert nur wenig Aussagekraft über die
erzielbare klinische Genauigkeit hat. Ein RMS - Wert von beispielsweise 0,22 mm
bedeutet eben nicht automatisch eine Ansteuergenauigkeit der Zielstrukturen von 0,22
mm [45].
Im Ergebnis der Untersuchungen lässt sich im Bereich einer Registriergenauigkeit von
0,4 bis 1,2 mm praktisch keine Abhängigkeit zur Genauigkeit von Planung und Inser-
tionsergebnis, also zur Navigationspräzision, feststellen. Wird eine Registriergenauig-
keit größer als 1,5 mm vom System angezeigt, sollte für den Einsatzbereich der denta-
len Implantologie der Navigationsprozess abgebrochen und der Vorgang der Registrie-
rung der Koordinatensysteme wiederholt werden. Zusammenfassend ist die Anzeige
und kritische Bewertung der Registriergenauigkeit zwar wichtig um gravierende Feh-
ler bei der weiteren Navigation frühzeitig zu erkennen, jedoch sollte von diesem Zah-
lenwert ausgehend nicht vorbehaltlos auf die Genauigkeit des gesamten Navigations-
vorganges geschlossen werden.
Watanabe et al. gaben bereits 1987 bei der Erstbeschreibung ihres mechanischen Neu-
ronavigators eine Genauigkeit im Bereich von 1 mm bis 5 mm an [125].
Hilbert, Marmulla und Strunz [55] führten Genauigkeitsmessungen zwischen einem
mechanischen (Viewing Wand, Firma ISG) und einem lasergeleiteten mikroskopischen
Positionierungssystem (MKM, Firma Carl Zeiss) System mit Hilfe eines geometri-
schen Messobjektes durch. Bei den Messungen wird die Genauigkeit, d.h. die korrek-
te Positionsangabe von Punkten, deren räumliche Daten bereits bekannt sind, mitein-
ander verglichen. Die Autoren differenzieren zwischen der Positionierungsgenauigkeit
des Navigationssystems und einer systemimmanenten Genauigkeit, die zunächst die
Präzision ohne digitalen Datensatz untersucht. Das Messprotokoll des lasergeleiteten
Positionierungssystems MKM zeigt hierbei eine signifikant geringere Abweichung
67

(Mittelwert = 0,27 mm, Standardabweichung +/-0,19 mm) als das mechanische Sys-
tem Viewing Wand (Mittelwert = 0,48 mm, Standardabweichung +/- 0,36 mm). In
der zweiten Messreihe wurden dann vergleichend CT-Datensätze benutzt. Nach Refe-
renzierung an 4 Eckpunkten des Modells wurden die Messpunkte einzeln angefahren.
Hier lagen die Messwertabweichungen höher gegenüber dem Messprotokoll 1. Der
Mittelwert der Abweichung bei der Viewing Wand betrug 0,83 mm. Das MKM zeigte
eine mittlere Abweichung von 0,49 mm. Die Autoren nehmen an, dass die 1,7fache
Genauigkeitsverschlechterung hauptsächlich auf den Vorgang der Referenzierung zu-
rückzuführen ist. Daneben spielen Ungenauigkeiten im Datensatz eine Rolle.
In einer weiteren Genauigkeitsstudie der gleichen Arbeitsgruppe [72] werden 5 Syste-
me „Viewing Wand“, „SMN-Mikroskop“ (Firma Carl Zeiss), MKM-System (Firma
Carl Zeiss), „STP-Pointer“ (Firma Leibinger) und der 3-Space-Digitizer (Firma Pohl-
emus) untersucht. Das „SMN-Mikroskop“ ist ein infrarotgeführtes Mikroskop mit
lasergeführtem Autofokus. Das MKM-System stellt die vollautomatische Plattform des
selben Funktionsprinzips dar. Der STP-Pointer ist ein optisches System, das auf der
Infrarottechnologie basiert und ist baugleich mit dem in den eigenen Untersuchungen
verwendeten STN-System der Firma Carl Zeiss. Der „3-Space Digitizer“ stellt ein
elektromagnetisches Navigationssystem dar. Das experimentelle Vorgehen entspricht
der oben genannten Studie. Die Systeme erreichen eine immanente Präzision zwischen
0,1 und 2,0 mm. Aufgrund von komplexen sphärischen Verzerrungen elektromagneti-
scher Felder in Gegenwart von Metall oder elektrischen Instrumenten ist das elektro-
magnetische System der Fa. Pohlemus für den operativen Einsatz am Patienten aus
Sicht der Untersucher nicht geeignet. Die Arbeitsgruppe stellte weiter fest, dass der
Chirurg bei Verwendung der „Viewing Wand“ mit einem Fehler von 2-3 mm rechnen
muss. Für eine höhere Präzision werden Navigationssysteme auf Laser- und Infrarot-
basis erforderlich. Aber auch bei diesen Systemen kann sich die intraoperative Präzi-
sion durch ungünstige geometrische Anordnung von Referenz- und Zielpunkten auf
bis zu 2 mm verringern.
Grampp, Truppe et al. [40] berichten über eine Phantomstudie mit einem dentalen
Bohrinstrument unter Verwendung von mechanischen Trackern. Die Zielgenauigkeit
68

wird mit durchschnittlich 1,5 mm angegeben. Diese vielversprechenden Werte und die
Tatsache der geringen Größe der Sensortechnik, veranlassten auch Seipel [103], ein
magnetisches Trackingsystem MINAS (Minimalinvasives intraorales Navigation-
system) zum Einsatz in der dentalen Implantologie und Navigation zu konzeptieren.
Von Schlenzka [94] wurde die klinische Anwendbarkeit eines Computernavigations-
systems bei der lumbalen Pedikelschraubeninsertion an 30 Patienten untersucht. Es
wurden insgesamt 174 Pedikelschrauben implantiert. Bei 139 Schrauben (79,9 %)
konnte das System eingesetzt werden. Die Verifizierung der Schraubenlage erfolgte
am postoperativen CT. Von den 139 computerassistiert eingebrachten Schrauben lagen
133 (95,7 %) perfekt innerhalb des Pedikels. Bei 6 Schrauben (4,6 %) wurde eine
laterale Perforation der Pedikelkortikalis bis maximal 4 mm registriert. Von den 35
Schrauben, die ohne Navigationssystem eingebracht wurden, perforierten 5 (14,3%).
Die Differenz der Perforationsraten war statistisch signifikant (χ²- Test p=0,03). Alle
Schrauben wurden von 2 erfahrenen Operateuren positioniert. Es konnte zusammen-
fassend eine signifikante Verbesserung der Genauigkeit im Lendenwirbelsäulenbereich
erzielt werden.
Wegen der Vorteile im klinischen Einsatz wurden in den letzten Jahren zunehmend
optische Navigationssysteme eingesetzt.
Zamorano et al. [138] gaben in ihren Untersuchungen die Genauigkeit eines optischen
Tracking-Systems mit 0,1 mm und die intraoperative Gesamtgenauigkeit mit ca. 1 mm
an.
Für den Einsatz in der Neurochirurgie ermittelte Schaller et al. [93] in einer Studie
mit 48 Patienten, die 53 intracranielle Läsionen aufwiesen, eine Navigationsgenauig-
keit von < 3 mm. Die Navigation erfolgte pointergestützt mit dem System SPOCS
von der Firma Aesculap.
Schramm [100]stellt keinen signifikanten Genauigkeitsunterschied zwischen der Ver-
wendung von invasiven Schraubenmarkierungen (0,9 mm) und der Referenzierung
69

über zahngetragene Miniplastschienen (1,0 mm) fest. Die Untersuchung erfolgte auf
Grundlage von CT-Datensätzen und gibt den vom Gerät ermittelten RMS-Wert an.
Die in der vorgestellten Studie unter simulierten Op-Bedingungen und im realen klini-
schen Einsatz erreichte Präzision bestätigt auch für den Indikationsbereich der denta-
len Implantologie die in der Literatur vorgefundenen Angaben über die Genauigkeit
optischer Navigationssysteme.
4.4 Klinischer Einsatz
4.4.1 Bildgebung
Vor der Insertion dentaler Implantate in Risikoregionen und bei ausgeprägter Kno-
chenatrophie wird zunehmend eine dreidimensionale Diagnostik empfohlen. Der Na-
vigationsprozess setzt zudem zwingend eine 3D Diagnostik voraus. In den meisten
Fällen wird ein CT durchgeführt. Deshalb erscheinen die Fragen nach den Aufnahme-
bedingungen und nach der Reduzierung der Strahlenbelastung besonders wichtig.
Da die intraoperative Genauigkeit von Navigationssystemen bereits von der Erstellung
der Bilddaten in entscheidendem Maße abhängig ist, müssen diese unter besonderen
Bedingungen erfasst werden [27, 133]. Hier ist eine enge Zusammenarbeit zwischen
Klinikern und Radiologen notwendig. Ein typischer, für die dentale Implantologie
geeigneter Datensatz umfasst etwa 40 bis 50 Einzelbilder und es wird typischerweise
ein Spiraldatensatz erstellt. Zur Verbesserung der z-Auflösung sollte mit einem mög-
lichst geringen Tischvorschub gearbeitet werden. Dabei ist allerdings die Strahlenbe-
lastung wegen der höchsten Schichtzahl auch größer. Die modernen Spiral-CT arbei-
ten mit kontinuierlicher Bewegung von Tisch und Rotation der Aufnahmeeinheit, so
dass prinzipiell in beliebigen Abständen Schichten berechnet werden können. Aller-
dings wird mit einem erhöhten Tischvorschub zwar die Strahlenbelastung geringer,
aber auch die Ortsauflösung schlechter. Eine Rückrechnung der Einzelschichten auf
einen geringeren Abstand als 1 mm ist deshalb bei der derzeitigen Auflösung nicht
sinnvoll.
Die so gewonnenen CT-Aufnahmen sind gleichermaßen für Diagnostik und Navigati-
on geeignet. Weiterhin wesentlich für die Durchführung der präoperativen Bildgebung
70

ist die Lagerung des Patienten während der Aufnahme. Es darf natürlich nicht vor-
kommen, dass sich der Patient während der Aufnahme bewegt. Da die Aufnahmezeit
heute zwischen 4 bis 10 Sekunden liegt, ist dieses Problem sicherlich ohne spezielle
Haltevorrichtungen zu beherrschen [124]. Der Patient sollte angewiesen werden, in
ruhiger, entspannter Haltung auf dem Rücken zu liegen und die Augen geschlossen zu
halten. Die Kauebene sollte parallel zur Röntgeneinheit positioniert sein.
Zur Strahlenbelastung durch CT-Untersuchungen finden sich in der Literatur relativ
wenig Untersuchungen, die aufgrund der deutlich differenten Methoden in Ihren Er-
gebnissen nur schlecht vergleichbar sind.
Eine Aussage kann über die mittlere Dosis der Haut getroffen werden. Sie beträgt
beim Dünnschicht-CT des Ober- und Unterkiefers 0,25 bis 0,3 mSv pro Schicht. Be-
zogen auf eine gesamte Untersuchung des Ober- und Unterkiefers ergibt sich eine
Länge des Volumenscans von etwa 100 mm. Bei einer Schichtdicke von 1,5 mm ist
die Hautdosis pro Untersuchung mit 16 bis 18 mSv zu beziffern. Die Hautdosis eines
Orthopantomogramms beträgt 0,3 bis 2 mSv und bei einer Thoraxaufnahme 1,5 mSv
[107, 132, 137].
Die mittlere jährliche natürliche Strahlenbelastung auf Grund der kosmischen Strah-
lung (Weltraum, Sonne) beträgt in Meereshöhe 0,3 mSv. Es sei erwähnt, dass die
gesamte natürliche Strahlenbelastung, die sich aus der kosmischen, der inkorporierten
und der terrestrischen zusammensetzt, in Meereshöhe im Mittel pro Jahr 2,4 mSv be-
trägt.
Von Haßfeld [47, 51] wurden Untersuchungen zur Strahlenexposition und Dosisreduk-
tion im CT am Phantom durchgeführt. Die gemessene Energiedosis betrug bei 187,5
mAs Röhrenstrom/Umlaufzeit, 1 mm Schichtdicke, 55 mm Scanstrecke 29 mGy. Im
Falle von Röntgenstrahlung ist die Energiedosis in Gy gleich der Äquivalenzdosis, die
in Sv angegeben wird. Bei einer Reduzierung des Röhrenstroms/Umlaufzeit auf 45
mAs wurde unter sonst gleichen Bedingungen eine Reduzierung der Energiedosis auf
6,9 mGy bzw. mSv erreicht.
Wird die Computertomographie als Ausgangsdatensatz zur Navigation gewählt, ist in
erster Linie die Darstellung knöcherner Strukturen von Interesse.
In der Strahlenbelastung durch das präoperative CT ist nicht selten der Hindernis-
grund für den Einsatz der intraoperativen Navigation zu sehen. Die Dosisreduktion
71

durch Erniedrigung der Röhrenleistung (low dose CT) wird in der Lungendiagnostik
seit längerer Zeit erfolgreich praktiziert. Durch Haßfeld [47, 51] wurde der Einsatz
solcher dosisreduzierter Protokolle auch im Bereich des Gesichtsschädels untersucht.
Die Scans wurden ebenfalls in Spiraltechnik mit einer Schichtdicke von 1,5 mm, ei-
nem Spiralenvorschub (Tischvorschub) von 1,5 mm und einem Rekonstruktionsindex
von 1 mm gefahren. Die Röhrenspannung betrug 130 kV, das Produkt aus Röhren-
stromstärke und Scanzeit wurde von 187,5 mAs stufenweise bis auf 30 mAs verrin-
gert. Eine Reduzierung bis auf 45 mAs erbrachte keine wesentlichen Qualitätseinbu-
ßen in der Darstellung des Mandibularkanals. Die Ergebnisse lassen sich aufgrund der
fehlenden Weichteile nicht vorbehaltlos auf den klinischen Fall übertragen. Mit gerin-
gen Informationseinbußen lässt sich die effektive Strahlenbelastung beim CT im Falle
der hauptsächlichen Knochendarstellung auf die Hälfte bis ein Viertel reduzieren.
Auch eine Reduktion der Überlappung durch Veränderung von Schichtdicke und
Tischvorschub im Spiral-CT wird diskutiert.
Durch entsprechende Parameterwahl lässt sich die Strahlendosis einer CT-
Untersuchung in Grenzen halten, die mit konventionellen Aufnahmen vergleichbar
sind. Die Belastung radiosensitiver Organe, wie Schilddrüse und Augenlinse, kann
durch geeignete Schichtwahl oft vermieden werden.
Wegen der möglichst exakten Darstellung der Referenzierungspunkte haben wir aus-
gehend vom Scan-Protokoll 1,5; 1,5; 1,0 mm keine Veränderungen vorgenommen.
Im Rahmen der klinischen Anwendungen könnte ohne Qualitätseinbußen das Produkt
aus Röhrenstrom und Scanzeit auf 75 mAs reduziert werden.
Von Haßfeld [49] wurden weiterführende Möglichkeiten der Magnetresonanztomogra-
phie der Kieferregion als bildgebendes Verfahren zur präimplantologischen Diagnostik
untersucht. Die MRT des Kiefers und des Mittelgesichtes stellt den Canalis mandibu-
laris, den Sinus maxillaris und andere entscheidende anatomischen Strukturen durch
Darstellung des den Knochen umgebenden Bindegewebes dar. Artefakte durch metal-
lische Zahnfüllungen beeinträchtigen die Bildqualität. Deshalb ist die MRT hauptsäch-
lich in der präimplantologischen Diagnostik des zahnlosen Kiefers zu empfehlen. Die
MRT liefert kontrastreiche und metrisch korrekte Bilder. Wesentliche Nachteile sind
heute noch gegenüber der CT die geringere Ortsauflösung und die durch die längere
72

Untersuchungszeit bedingt höhere Artefaktanfälligkeit. Bei den raschen technischen
Fortschritten auf dem Gebiet der bildgebenden Diagnostik ist sowohl in der CT durch
den Einsatz von Multidetektorsystemen eine weitere Reduzierung der Strahlenbelas-
tung, als auch in der MRT eine Verbesserung der Ortsauflösung zu erwarten.
4.4.2 Registrierverfahren
Allen Navigationssystemen gemeinsam ist die Notwendigkeit vor Beginn der Naviga-
tion die aktuelle Position des Patienten mit dem Datensatz abzugleichen. Bei dem Vor-
gang der Registrierung werden auf unterschiedliche Weise Punkte des Patienten (ana-
tomische Strukturen) mit identischen, eindeutig lokalisierbaren Punkten in den
Bilddaten korreliert. Dazu kommen prinzipiell unterschiedliche Verfahren zum Ein-
satz.
Die etablierten nicht invasiven Verfahren wie Hautmarkierungen reduzieren erheblich
die Genauigkeit. Die Wahl des Registrierungsverfahrens hat entscheidenden Einfluss
auf die Genauigkeit des folgenden Navigationsprozesses. Fehler bei der Registrierung
können durch Verschiebung der Marker oder durch deren ungünstige Verteilung ent-
stehen. Fehler ergeben sich auch durch die Markierung der Marker im Datensatz am
Computermonitor. Im klinischen Anwendungsfall kommt die Ungenauigkeit der
Weichteilverschiebungen durch Schwellungen, Intubationsschleuche oder durch das
Ankleben steriler Abdeckungen hinzu.
Die invasiven Verfahren wie implantierte Titanschraubenmarkierungen sind zwar ge-
nauer, jedoch nicht in jeder Anwendung praktikabel und der Schwere des operativen
Eingriffes angemessen.
Im Hinblick auf die Lage der Registrierpunkte ergab sich in den Untersuchungen von
Haßfeld eine hochsignifikante Abhängigkeit von Anzahl und Verteilung der Regist-
rierpunkte [47].
Zunehmend werden oberflächenbasierte Konzepte zur automatischen Registrierung der
Patientenlage beschrieben [35, 41, 111]. Die Patientenoberfläche wird hierzu mit ei-
nem Laserscanner abgetastet oder mit strukturiertem Licht beleuchtet. Der entstandene
Datensatz wird mit der Oberflächendarstellung der diagnostischen Bilddaten vergli-
chen und gematcht.
73

4.4.2.1 Invasive Registrierverfahren
In der Regel war bisher eine starre Fixierung des Patienten während der Operation
notwendig. Durch den Einsatz der in den Schädel eingeschraubten Mayfield-Klemme
kann der Patient sehr zuverlässig fixiert werden.
Bei neurochirurgischen Eingriffen werden teilweise präoperativ Schrauben implan-
tiert, die an ihrem Kopfende jeweils für CT- oder MRT- Datenerfassung taugliche
Komponenten tragen. Die experimentell erprobte und später klinisch eingesetzte Ver-
wendung von interossär verankerten Schrauben eliminierte eine Reihe von Problemen,
die mit der Klebemarkerregistrierung verbunden sind.
Das feste Einspannen des Kopfes und die Implantation von Markierungen sind für die
meisten Eingriffe im Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgischen Bereich nicht akzepta-
bel. Für die navigierte Insertion von dentalen Implantaten ist dieses Vorgehen kaum
möglich [47].
Abb. 38: Starre Lagerung in der Mayfield-Klemme
74

4.4.2.2 Nichtinvasive Markersysteme
Nichtinvasive Markersysteme sind auf die Haut aufklebbare, radioluzente oder metal-
lische Marker. Der Einsatz solcher Markersysteme ist allerdings durch die Verschieb-
barkeit der Haut, die kurze Haltbarkeit und die schlechte Reproduzierbarkeit begrenzt.
Alter, Hauttugor und sogar die Lagerung des Patienten während der Bildgebung und
auf dem Operationstisch sind entscheidende Faktoren, welche die Registrierung beein-
flussen. Bei unachtsamer Lagerung oder Anbringung dieser Marker kann sich die La-
ge wesentlich verschieben.
Ein solches auf Klebemarkern basierendes System ist praktisch für die Genauigkeits-
anforderungen der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie und insbesondere für die
navigationsgestützte Implantation ungeeignet.
Mit konfektionierten Kopfhalterungen kann der Kopf des Patienten mehr oder weniger
sicher fixiert werden. Die Halterung sollte nicht mit der präoperativen Bildgebung
interferieren und keine zusätzlichen Artefakte bilden. Die Systeme werden meist, ähn-
lich dem Gesichtsbogen eines Artikulators, in den beiden äußeren Gehörgängen, am
Nasion sowie in der Scheitel- und Hinterhauptsregion abgestützt. Hier bereiten noch
Repositionierungsfehler und eine nicht ausreichend stabile Fixierung am Schädel Prob-
leme. Vor Beginn jeder Registrierung muss der Patient so gelagert werden, dass nach
der folgenden Montage des Systems der chirurgische Zugangsweg nicht behindert
wird. Es besteht aus unserer Sicht durch die Einbeziehung von zahngetragenen Halte-
systemen noch Entwicklungspotential. Allerdings ist derzeit kein System bekannt, was
den Anforderungen hinsichtlich Reproduzierbarkeit, Genauigkeit und praktischer An-
wendbarkeit bei der Implantation genügen könnte.
Falls der präoperative Datensatz ohne vorhandene Referenzierungssysteme angefertigt
wurde, besteht noch die Möglichkeit der Registrierung über anatomische Landmarken
(Spina nasalis anterior, Cuspis des Eckzahnes, der Interdentalraum zwischen 11 und
22 oder im Unterkiefer das Foramen mentale) zur Verfügung. Diese sehr fehlerbehaf-
tete und sehr subjektive Methode sollte nur im Notfall bei bereits ohne Registrie-
rungshilfen angefertigten Datensatz, eingesetzt werden.
75

4.4.2.3 Kiefergetragene Referenzierungssysteme
Bei entsprechender Handhabung können sicherlich alle bisher aufgeführten Methoden
bei den verschiedenen Indikationen ihre spezifische Anwendung finden.
Für den Routineeinsatz in der Implantatchirurgie ist jedoch nur das in der Untersu-
chung beschriebene nichtinvasive, jederzeit reproduzierbar anzubringende Schienenre-
ferenzierungssystem auf der Basis einer individuellen Miniplastschiene geeignet. Es ist
sowohl am Ober- und am Unterkiefer zu befestigen. Gestaltungsmöglichkeiten dieser
Schienen, um Artefakte auszuschalten und die Genauigkeit zu erhöhen, wurden bereits
beschrieben (Kap. 3.3, Seite 52).
Bisher musste bei kommerziell verfügbaren Systemen stets mit fixierten Patienten (in
der Regel fest verschraubter Kopfrahmen am Operationstisch) gearbeitet werden. Das
war notwendig, um das Bezugskoordinatensystem zu halten. Die vorgestellte Schie-
nenreferenzierung ermöglicht zusätzlich eine Befestigung des Referenzgebers an der
Schiene. Damit wird eine Navigation am frei beweglichen Kopf präzise durchführbar.
Eine weitere, einfache Methode der Patientenkopfregistrierung ist die Verwendung
von konfektionierten Abdrucklöffeln in Verbindung mit einem Alginat- oder Silikon-
abdruckmaterial. Insbesondere wenn ein Silikon als Abdruckmasse verwendet wird,
ist eine gute Reproduzierbarkeit möglich. Der veränderte konfektionierte Abdrucklöf-
fel ist in der Abbildung (Abb. 39) dargestellt. Um eine Adaptation des Referenzsterns
zu ermöglichen, wurde ein entsprechender Ansatz an den Löffel angebracht.
Abb. 39: Einfache und schnelle Referenzierung über modifizierten Abdrucklöffel
Auch individuelle Abdrucklöffel mit eingearbeiteten Schraubenmarkierungen sind her-
76

stellbar und in der Navigationschirurgie des Kopfes auf verschiedenen Fachgebieten
einsetzbar. Da jedoch der Alveolarfortsatz durch den konfektionierten oder individuel-
len Abdrucklöffel abgedeckt wird, ist eine chirurgische Intervention oder Implantation
am Alveolarfortsatz als eine der wenigen Indikationen nicht möglich.
Zur Registrierung des unbezahnten Kiefers wird in Anlehnung an Seipel [103] vorge-
schlagen, drei Referenzpunkte auf der Mundschleimhaut des Alveolarfortsatzes durch
punktförmige Tätowierungen zu markieren. Die Markierungen sollten möglichst in
der Mitte des unbezahnten Alveolarfortsatzes liegen, um so beim späteren Einmessen
gut zugänglich zu sein. Vor der computertomographischen Datenerfassung wird eben-
falls eine Schiene mit Hülsenmarkierungen hergestellt. Durch diese vorzugsweise in
der Incisivus- und Molarenregion platzierten Hülsen kann die punktförmige Tätowie-
rung erfolgen. Während der CT-Diagnostik kann diese Schiene über Aufbissbänkchen
bimaxillär fixiert werden. Zur späteren intraoralen Referenzierung dienen Tätowie-
rungen auf der Schleimhaut. Alternativ können, wie von Seipel beschrieben, soge-
nannte Fiducial Markers in Form von Metallblättchen direkt auf die Tätowierungen
mit biokompatiblem Kleber aufgebracht werden.
Für die Anwendung in der MRT als bildgebendes Medium ist die Referenzierung
durch metallische Marker nicht sinnvoll [134, 139].
Abb. 40: Miniplastschiene für die MRT-Navigation
77

Hier muss auf MRT-sichtbare Systeme oder Kontrastmittel zurückgegriffen werden.
Die Abbildung (Abb. 40) zeigt eine für die MRT angepasste Miniplastschiene mit gut
sichtbaren fetthaltigen Kapseln.
Der Einsatz der dental getragenen Schiene vereint die Vorteile der Schraubenmarkie-
rung und ermöglicht gleichzeitig eine freie Beweglichkeit des Patientenkopfes.
4.5 Navigationssysteme für die Implantatinsertion
Für die Akzeptanz eines computergestützten Navigationssystems in der Zahnarztpraxis
muss eine möglichst einfache Technologie gefunden werden, die den klinischen Hand-
lungsablauf so wenig wie möglich beeinträchtigt.
Jede Trackingtechnologie, die eine Einschränkung des Arbeitsfeldes während der Be-
handlung mit sich bringt, ist nur schlecht zu vertreten. Für den Einsatz eines optischen
Systems sollte die Kamera an der Decke oberhalb des Behandlungsstuhles angebracht
sein. Die derzeit verfügbaren Systeme verlangen einen ausreichenden Abstand zwi-
schen Kamera und zu überwachendem Instrument. Die beschriebene Konstruktion hat
zudem einen relativ großen Abstand zwischen Messpunkt (Sensorsystem) und Arbeits-
punkt (Spitze des Bohrers). Dabei ist zu bedenken, dass sich Messfehler in der Win-
kellage des erfassten Messpunktes auf einen Positionsfehler fortpflanzen. Dieser zu-
sätzliche Fehler ist proportional zum Abstand zwischen Messpunkt und Bezugspunkt.
Zu berücksichtigen ist bei Einsatz eines optischen Systems weiterhin, dass die direkte
Sichtlinie zwischen Geber und Empfänger nicht verdeckt wird. Diese Einschränkung
muss zusätzlich als problematisch betrachtet werden, wenn man bedenkt, dass die
Bohrinstrumente jeweils im Ober- und Unterkiefer zur Anwendung kommen und dabei
um jeweils 180° gedreht benutzt werden. Die weitere Entwicklung der Sensortechnik
muss zu einer ergonomischen Integration der Sensortechnik in die Arbeitsinstrumente
führen.
Da der Operateur sich in der Situation der Pilotbohrung auf die manuelle Führung des
Instrumentes in der Mundhöhle konzentrieren muss, ist die Navigationshilfe durch
78

visuelle Hinweise auf dem Computerbildschirm schwierig zu realisieren. Einige Auto-
ren schlagen ein akustisches Feedback in dieser Arbeitssituation vor [82, 103].
Die Kennzeichnung anatomischer Risikoregionen und Grenzgebiete (N. alveolaris
inferior oder Kieferhöhlenboden) kann in der dentalen Implantologie durch dreidimen-
sionale Linienzüge erfolgen, die in den jeweiligen Schichten manuell eingezeichnet
werden. Von einer automatischen Segmentierung sollte derzeit Abstand genommen
werden. Zum einen manifestieren sich solche Regionen nicht durchgängig sicher im
diagnostischen Bildmaterial, so dass eine automatische Erkennung und Segmentierung
nicht sicher gewährleistet werden kann. Die Darstellung des Canalis mandibularis
beispielsweise kann in den CT-Schichten bei unterschiedlichen Patienten stark variie-
ren. Zum anderen ist es nicht selten wünschenswert, bestimmte Sicherheitsabstände in
Umgebung kritischer Regionen einzuhalten. Die dabei angewandte Sicherheitsmargi-
nale sollte im Ermessen des planenden Arztes liegen und wird sicherlich von Fall zu
Fall verschieden sein.
Seipel [103] schlägt deshalb vor, ein mehrkanaliges Datenmodul zu verwenden, das
erlaubt, jedes einzelne Voxel einer kritischen Region als „CAVE“ zu kennzeichnen.
Kommt es zu einer Kollision bei Planung oder bei der navigierten Implantatinsertion
mit einem solchen „CAVE“-Volumen, kann die Software diese entsprechend visuali-
sieren oder akustisch mitteilen.
Die dreidimensionale Implantatplanung und die entsprechende Visualisierung des Imp-
lantatbohrers im Raum repräsentieren eine der komplexesten Aufgaben, die in der
weiteren Entwicklung der Software zu lösen sind.
In ihrer Arbeit über ein dreidimensionales System zur Planung von plastischen Opera-
tionen fordern Pieper et al. [87], dass der Kliniker im jeweiligen Interface ausschließ-
lich mit den Problemen konfrontiert wird, die die momentane klinische Aufgabe wi-
derspiegeln.
4.6 Aktuelle Entwicklungen und Ausblick
Die Verbesserung der technischen Genauigkeit von Navigationssystemen ist ein
wesentlicher Forschungsgegenstand. Verschiedene Gewebe eignen sich unterschiedlich
für den Einsatz der computerassistierten Operationsnavigation. Bei Hartgeweben kann
79

auf Grundlage präoperativer Daten eine Planung erstellt werden, die das System intra-
operativ umsetzen kann. Bei Weichgeweben ist dies jedoch nicht in gleicher Weise
möglich. Im Rahmen der Operation kommt es aufgrund der Elastizität zu Verformun-
gen, die bis heute nicht sicher simuliert werden können [37, 77, 120, 127]. Zusätzlich
müssen die Weichteilveränderungen durch die intraoperativ eintretende Schwellung
berücksichtigt werden. Zur Unterstützung von Weichteileingriffen werden in Zukunft
Methoden der intraoperativen Bildgebung, wie 3D-Ultraschall [79, 91, 123] oder die
Bildgebung im offen MRT in den Navigationsprozess eingebunden.
Der Schwerpunkt des Navigationseinsatzes liegt deshalb bei gegenwärtig technisch
realisierbaren Eingriffen am Hartgewebe. Dabei ist eine sicher reproduzierbare Ge-
nauigkeit von 1 mm zu erreichen. Unter der Voraussetzung einer sorgfältigen Regist-
rierung liegt die Genauigkeit dabei im Bereich der CT-Schichtdicke der zur Navigati-
on verwendeten Bilddaten.
Die Anbindung von motorbetriebenen Instrumenten bereitet aufgrund der Rechnerka-
pazitäten Schwierigkeiten in der Echtzeitdarstellung. Oft ist die Geschwindigkeit der
Visualisierung noch nicht zufriedenstellend. Echtzeitdarstellung wird oft nur mit einer
Reduktion des Datensatzes erreicht. Die Systeme sind zudem wenig in die im Operati-
onssaal bereits vorhandenen technischen Einrichtungen integriert.
Es besteht noch eine gravierende Diskrepanz zwischen der wissenschaftlichen Ent-
wicklung von Tools mit zum Teil sehr komplexer Software und der Realisierung mit
einfacher Handhabbarkeit für den Chirurgen. Diese Problematik wird ein großes Hin-
dernis auf dem Weg von der technologischen Entwicklung zur Anwendung in der Pra-
xis sein.
Während des eigentlichen Eingriffs muss der Chirurg häufig seinen Blick vom Patien-
ten abwenden, um auf den ungünstig platzierten Bildschirm zu schauen. Während in
der präoperativen Planungsphase allein die virtuelle Realität bearbeitet wird, ist für
die intraoperative Umsetzung auf den realen Patienten das Übereinanderlegen von
virtueller und realer Welt notwendig. Haßfeld nennt diese Technik „augmented reali-
ty“ [48]. Diese Technik führt also virtuelle Planungselemente wie Schnittführungen,
Bohrlöcher und Tumorgrenzen mit dem Patientensitus unmittelbar zusammen. Eine
Möglichkeit dies technisch zu realisieren wird bereits heute durch eine Einspiegelung
der Plandaten in das Mikroskop erreicht. Auch wäre die Sichtbarmachung durch Ein-
80

spiegelung in eine Operationsbrille denkbar. Derartige Head-mounted-Displays
(HMD) sind aus dem militärischen Bereich, zur Zieleinspiegelung für Piloten bekannt.
Auch eine unmittelbare Projektion auf den Patienten wäre denkbar [64].
Eines der Kernprobleme der berührungslosen Navigation sieht Möckel [82] in der Ab-
schattung des Objektes durch das medizinische Personal und andere Geräte im Opera-
tionssaal. Zur Überwindung dieses Problems wird vorgeschlagen, hybride Kombinati-
onen von verschiedenen unabhängigen Ortungsverfahren (optisch, elektromagnetisch
und akustisch) in einem Gerät zu vereinigen. Darüber hinaus wird empfohlen, die
Systeme durch zusätzliche Sensoren mehrfach redundant zu gestalten. Dieses vorge-
schlagene hybrid-redundante System soll die räumliche und zeitliche Genauigkeit stei-
gern.
Die Anschaffungspreise für Navigationssysteme von derzeit DM 250.000 bis DM 1
Millionen sind deutlich zu hoch, um eine Verbreitung der 3D-Navigation zu fördern.
Ein weiteres Problem stellt das Upgrading der Systeme bei der Weiterentwicklung
dar. Beim Tempo der derzeitigen Entwicklung kommen immer wieder Kosten auf die
Kliniken zu. Die Weiterentwicklung der spezifischen Geräte bringt fast im jährlichen
Abstand neue Hard- und Softwarevarianten mit erheblichen Veränderungen hervor.
Will man Schritt halten, sind nicht selten Investitionen von mehr als einem Drittel des
ursprünglichen Kaufpreises aufzubringen.
4.6.1 Indikationsgebiete für Navigationssysteme
In den folgenden medizinischen Spezialisierungen belegt der routinemäßige Einsatz
oder auch erste Erfolge das Potential von Navigationsmethoden und -systemen:
• Neurochirurgie [43]
• Orthopädie und Traumatologie [7, 34]
• Strahlentherapie [56]
• Radiologie, Interventionsradiologie [104]
• Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie [3, 24]
• Minimalinvasive Chirurgie (Endoskopie, Laparoskopie, Arthroskopie)
[28, 29, 30, 54, 60, 112]
81

• Implantologie (Hüft- und Knieendoprothesen) [95, 109]
• Navigationsgestützte virtuelle Endoskopie [43, 90]
Ausgehend von dem aktuellen Entwicklungsstand der computerassistierten Chirurgie
sind die folgenden Indikationsgebiete in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
denkbar:
• Orthognathe Chirurgie, Planung und navigierte Operation von
Dygnathien (Kieferfehlstellungen) Segmentnavigation [25, 71, 122]
• Kraniofaziale Chirurgie [39]
• Tumorchirurgie [121, 135]
• Schädelbasisnahe Chirurgie, Eingriffe nahe oder mit Beteiligung von
Hirnstrukturen [52]
• Chirurgie von Mittelgesichtsdefekten, Orbitarekonstruktionen, Optikus-
dekompressionen [129]
• Fremdköperentfernungen [61]
• Insertion von Implantaten [12, 88, 97, 101, 105, 128]
• Navigationsgestützte Endoskopie und Arthroskopie [89, 114]
• Distraktionsplanung und planungsgerechte Insertion von Distraktoren
[130]
• Traumatologie mit Möglichkeit zur virtuellen Fragmentreposition [96]
• Rekonstruktion von Defektfrakturen [70]
• Telenavigation und Expertenkonsultation [119]
• Einsatz des Systems in der Lehre und ärztlichen Weiterbildung [47]
4.6.2 Analyse ausgewählter Einsatzgebiete in der MKG-Chirurgie
4.6.2.1 Traumatologie und Segmentnavigation
Die relative Ungeschütztheit des Gesichtsbereiches führt bei Unfällen und Rohheitsde-
likten nicht selten zu Verletzungen. Der überwiegende Teil der Frakturen muss opera-
82

tiv behandelt werden. Die einzelnen Knochenfragmente werden unter Sicht positio-
niert und durch spezielles, sehr graziles Osteosynthesematerial (Platten und Schrau-
ben) fixiert. Bei allen Eingriffen im Gesichtsbereich sind die Zugangswege aus ästhe-
tischen Gründen begrenzt. Der Zugang erfolgt durch den Mundraum und möglichst
sehr kleine Hautschnitte in unauffälligen Regionen. Zusätzlich zu dem oft nur sehr
kleinen Einblick in das Operationsgebiet liegen nicht selten Schwellungen der Ge-
sichtsweichteile vor. Die exakte dreidimensionale Reposition eines Knochenfragmen-
tes mit hoher Genauigkeit ist im Allgemeinen schwierig. Einsatzmöglichkeiten sind in
der navigationsgestützten Reposition von Fragmenten des Gesichtsschädels und in der
exakten Planung und Insertion von Osteosynthesesystemen zu sehen.
Die exakte Rekonstruktion komplexer angeborener oder traumatisch verursachter
Knochenfehlstellungen ist auch für den erfahrenen Chirurgen eine große Herausforde-
rung. Dabei ist häufig ein Durchtrennen des Knochens und sein Wiedereinfügen in
korrekter Position erforderlich. Auch Umstellungsosteotomien werden vor dem Ein-
griff im Labor geplant. Doch die Übertragung einer solchen Planung auf den Operati-
onssitus ist oft nur eingeschränkt möglich. Naheliegend ist es deshalb, ein computer-
gestütztes Navigationssystem auch bei profilverbessernden Eingriffen und bei Umstel-
lungsosteotomien zur Übertragung der Operationsplanung auf den Operationssitus
einzusetzen.
Bei bignathen Eingriffen ist die räumliche Oberkieferposition von entscheidender Be-
deutung. Sie stellt den Schlüssel zu einem funktionell befriedigenden und ästhetisch
ansprechenden Ergebnis dar. Alle folgenden Operationsschritte bauen auf dieser exak-
ten Positionierung auf. Die Planung im Artikulator kann zu Fehlpositionierungen bis 5
mm führen. Die Einstellung des Oberkiefers bedarf einer Referenz. Somsiri [106]
verwendete den Unterkiefer, um die geplante Position über einen intraoperativen
Splint zu finden. Der Nachteil dieser Methode liegt in der fehlenden Fixierung der
vertikalen Position des Unterkiefers [78].
Durch die Arbeitsgruppe Marmulla et al. [68] wurde zusammen mit der Firma Carl
Zeiss ein patentiertes Navigationssystem entwickelt, das sowohl eine computergestütz-
te Simulation von Umstellungsosteotomien als auch eine präzise intraoperative Navi-
gation verschiedener Knochensegmente ermöglicht [67, 69]. Der Surgical Segment
Navigator (SSN) basiert ebenfalls auf einem dreidimensionalen Infrarot-
83

Ortungssystem, mit dem die Orientierung und Bewegung der Knochensegmente ver-
folgt wird. Die Knochensegmente tragen dabei jeweils einen Dynamischen Referenz-
rahmen (DRF), der mit je drei Leuchtdioden bestückt ist. Über diese Marker wird der
Infrarotkamera des Ortungssystems die Lage der jeweiligen Knochensegmente im
Raum vermittelt. Im Navigationscomputer wird die Abweichung der aktuellen Position
der Knochensegmente von ihrer geplanten Position berechnet. Die jeweilige Abwei-
chung vom Ziel- oder Endpunkt der Bewegung wird dem Chirurgen graphisch oder im
Koordinatensystem dargestellt.
Das zunächst nur als Prototyp existierende Segmentnavigationsgerät (SSN) eröffnet
neue Indikationsgebiete. Auf Grundlage des patentierten Verfahrens wird neben der
präzisen Durchführung von Umstellungsosteotomien auch die Reposition von Fraktu-
ren möglich sein. Die Präzision wird von Marmulla [68], gemessen an anatomischen
Präparaten und im klinischen Einsatz, mit 0,7 mm angegeben. Neben Phantomunter-
suchungen wurde der Prototyp des Gerätes bisher zur Knochensegmentnavigation der
Maxilla bei der LE FORT I Osteotomie, zur Lagekontrolle der Kiefergelenke und zur
Rekonstruktion der posttraumatisch deformierten Orbita eingesetzt.
4.6.2.2 Einsatz in der rekonstruktiven Mittelgesichts- und Orbitachirurgie
Verschiedene Arbeitsgruppen [33, 48, 73, 74, 129] setzten Navigationssysteme zur
Orbita- und Mittelgesichtsrekonstruktion ein. Die Planung und Durchführung der Re-
konstruktion von posttraumatischen Orbita- und periorbitalen Mittelgesichtsdefekten
sind sehr komplex und stellen hohe Anforderungen an Operateur und Navigationsein-
heit. Durch die Arbeitsgruppe Gellrich et al. [33] wurde die Software STP 3,5 modi-
fiziert und um eine Mess- und Konturgebungsfunktion erweitert. Die Markierung in
einer virtuellen Ebene ermöglicht es, den Datensatz der intakten Seite auf die defor-
mierte Seite zu spiegeln. Dieses Spiegelungstool erlaubt die Rekonstruktion der exak-
ten Bulbusposition. Die Größe und Position des zu transplantierenden Knochens in die
Orbita kann navigationsgestützt ermittelt werden. Von der Arbeitsgruppe wurde die
mittlere Genauigkeit des Systems mit circa 1 mm zwischen virtuellen und tatsächli-
chen Patientendaten angegeben.
84

Schramm [99] und Watzinger [131] stellen den Einsatz von Navigationssystemen zur
Rekonstruktion von Oberkieferdefekten mittels Zygomaimplantaten vor. Das von
Brånemark neu entwickelte Titanschraubensystem zur Verankerung osseointegrierter
Schraubenimplantate im Jochbein erlaubt erstmals eine implantatprothetische Versor-
gung des posterioren Oberkiefers ohne zusätzliche Knochenaugmentation. Bei der
Versorgung komplexer implantatgetragener, prothetischer Rekonstruktionen erwies
sich die Anwendung des Navigationssystems als sichere Methode, das angestrebte
Rekonstruktionsziel zu erreichen.
4.6.2.3 Navigationsgestützte minimal invasive Endoskopie
In der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ist die minimal invasive Chirurgie immer
oberstes Ziel. Der direkte, offene Eingriff unmittelbar durch die Haut würde zumeist
zu entstellenden Narben führen. Deshalb wurde schon früh versucht, die Hautoberflä-
che intakt zu lassen und den Zugang über den Mund oder in wenig sichtbare Regionen
zu verlegen. Endoskope werden häufig eingesetzt, um in der Tiefe von Körperhöhlen
Orientierung zu behalten. Beispielhaft seien hier die enorale Versorgung von Kiefer-
gelenksfrakturen oder die Chirurgie der Nasennebenhöhlen genannt.
Die Tiefenorientierung ist vor allem in der Nasennebenhöhlenchirurgie problematisch,
so dass diese technisch schwierigen Eingriffe dem versierten Chirurgen vorbehalten
sind.
Zur Navigation werden mit Infrarot-Leuchtdioden bestückte Endoskope verwendet.
Am Bildschirm ist es dann möglich, das Ende des Endoskops in allen 3 Raumebenen
genau zu lokalisieren. Prinzipiell können auch andere Instrumente in diese Operatio-
nen einbezogen werden. Am Navigationsmonitor ist dann erkennbar, ob ein Instru-
ment gerade an der Vorderwand des Sinus sphenoidalis oder an der Schädelbasis plat-
ziert ist. Blutungen, welche zum endoskopischen Sichtverlust führen, können dank des
Navigationssystems den Chirurgen kaum beeinträchtigen. Nach Vorbeck [118] ist es
bei rein endoskopischer Nutzung ausreichend, den präoperativen Spiral-CT-Scan mit
dem Protokoll 3/3/1 mm zu fahren. Für den Anwendungsbereich der Nasennebenhöh-
len-Navigation wird als Dynamischer Referenzrahmen ein Headframe angeboten. Ein
85

solches System vereinfacht die Registrierung. Auf das feste Einspannen des Kopfes
kann verzichtet werden. Nachteil ist die relativ leichte Verschiebbarkeit dieser Refe-
renzierungsbasis und damit die Gefahr der Dislokation und Ungenauigkeit bei der O-
peration. Sollte sich der Headframe verschieben, ist eine erneute Referenzierung er-
forderlich. Auch hier wird die Verwendung eines zahngetragenen Referenzierungs-
systems empfohlen.
Komplikationen bei der minimal-invasiven Nasennebenhöhlenchirurgie sind zwar sel-
ten, jedoch schwerwiegend. Gross et al. [42] berichteten über 16 % geringfügige
Komplikationen (Durchbruch in die Orbitae, Blutungen und Infektionen) sowie 1 %
schwere Komplikationen (Durchbruch der Schädelbasis, Läsion des Nervus opticus
mit Visusverlust, schwere Blutungen). Stammberger [108] beschreibt bei einem sehr
großen Patientenkollektiv mit 6000 Eingriffen als schwerste Komplikation eine beid-
seitige iatrogene Resektion beider Nervi optici. In den Fällen mit schweren Komplika-
tionen war die endoskopische Sicht stark eingeschränkt. Dadurch wurde die Orientie-
rung des Operateurs wesentlich beeinträchtigt; eine Situation, die bei Einsatz eines
Navigationssystems nicht auftritt.
4.6.2.4 Fremdkörperlokalisation und Entfernung
Während die navigationsgestützte Entfernung von Fremdkörpern aus dem Knochen zu
den etablierten Anwendungen gehört, ist die Exstirpation in den Weichteilen noch mit
Problemen behaftet. Große Schwierigkeiten bereitet hier bisher die Modellierung von
elastischen Gewebeanteilen [50]. Auch in näherer Zukunft wird es aufgrund der Kom-
plexität der Weichgewebsstrukturen keine annähernd korrekte Abbildung geben. Wird
mit dem Navigationssystem ein in den Weichteilen befindlicher Fremdkörper gesucht,
kann dieser zwar primär geortet werden, allerdings wird oftmals durch das operative
Vorgehen und die entsprechende Weichgewebsresilienz der Fremdköper verdrängt.
Hoffnungsvolle Lösungsansätze ergeben sich hier in der Fluro-Navigation, eine intra-
operative Kopplung von Röntgendurchleuchtungseinheit und Navigationssystem. Da-
mit wird es erstmals möglich, am real-time Bild navigationsgestützt zu operieren.
86

4.6.2.5 Applikationen in der onkologischen Chirurgie
Die Anwendung in der Tumorchirurgie kann als ein sicheres Einsatzgebiet betrachtet
werden. Hier liegen umfangreiche Erfahrungen aus der Neurochirurgie vor. Die etab-
lierten Prozeduren können weitgehend übernommen werden. Der Chirurg gewinnt
zusätzliche Sicherheit über die richtige Position seines Instrumentes und die korrekte
Führung entsprechend der Planung. Die Präparationssicherheit in anatomisch schwie-
rigen Bereichen, z.B. in der Nähe von großen Gefäßen oder Nerven, wird erhöht. Die
Resektionsgrenzen können bei Tumoren dreidimensional festgelegt werden. Nach prä-
operativer Strahlentherapie können Tumore in ihren alten Grenzen entfernt werden.
Nach Segmentation und Vergleich der Datensätze (vor und nach Strahlentherapie) ist
die Reduktion der Tumorvolumina zu berechnen. Probleme in der intraoperativen
Anwendung ergeben sich durch die bereits beschriebenen Weichteilveränderungen
während der Operation. Die Position der Gewebestrukturen ist dann nicht mehr mit
den in der Vorplanung verwendeten Bilddaten identisch. Die exakte navigierte Opera-
tion im Weichgewebe verlangt deshalb zusätzlich die intraoperative Bildgebung die
zur Zeit nur in der offenen MRT realisierbar ist [136]. Durch die in der Arbeit vorge-
stellte kiefergetragene Referenzierungsschiene können auch in der Tumorchirurgie die
Einsatzmöglichkeiten erweitert werden. Vor allem beim Einsatz von präoperativer
Chemo- oder Radiotherapie bietet die im Zusammenhang mit der Implantatinsertion
entwickelte Referenzierungsschiene große Vorteile. So besteht aufgrund der Wieder-
verwendbarkeit die Möglichkeit, am ursprünglichen Datensatz (vor Radio- oder Che-
motherapie) in den prätherapeutischen Tumorgrenzen zu operieren.
87

5 ZUSAMMENFASSUNG
Die computergestützte intraoperative 3D-Navigation hat die Mund-, Kiefer- und Ge-
sichtschirurgie und andere chirurgische Fachdisziplinen um ein wertvolles diagnosti-
sches und chirurgisches Hilfsmittel bereichert.
Ziel der vorgelegten Untersuchungen war es, am Beispiel der dentalen Implantologie
Genauigkeit und Einsatzmöglichkeiten der Navigationstechnologie in der Mund-, Kie-
fer- und Gesichtschirurgie zu evaluieren. Die mittlere Genauigkeit des gesamten Na-
vigationsprozesses betrug 0,68 mit einer Standartabweichung von +/- 0,63 mm.
Die Technologie ist damit prinzipiell geeignet, die Genauigkeitsanforderungen der
dentalen Implantologie zu erfüllen. Die hauptsächlichen Defizite sind in der Anpas-
sung der Programmsoftware und in der Adaptation des Instrumentariums zu sehen.
Bei der Planung des Versuchsablaufs der Phantomstudie wurde Wert auf größtmögli-
chen Realitätsbezug gelegt. Es kamen der klinischen Anwendung entsprechende ana-
tomische Kunststoffmodelle und Originalinstrumentarium zum Einsatz. Die Methodik
und die Abläufe entsprachen weitgehend dem realen klinischen Einsatz.
Ausgehend von der experimentellen Studie wurde ein klinisch praktikabler Algorith-
mus für die navigationsgeführte Implantatinsertion entwickelt und aufgezeigt. Die
Einbeziehung der vorgestellten nichtinvasiven dentalgestützten Registrierung und Re-
ferenzierung über markierte Miniplastschienen garantiert eine freie Beweglichkeit des
Patientenkopfes. Die individuell angefertigte Miniplastschiene ist dabei wiederver-
wendbar und kann jederzeit für erneute Untersuchungen oder Navigationseinsätze ein-
gegliedert werden. Aufgrund der exakten Passung der schraubenmarkierten Schienen
ist die erreichbare Genauigkeit vergleichbar mit dem Einsatz invasiver Schraubenmar-
kierungen. Insbesondere das Verfahren der Schienenreferenzierung und dentalgestütz-
ten Registrierung ermöglicht es, den vorgestellten klinischen Ablauf auch für andere
Indikationsbereiche zu übernehmen.
Mit dem Einsatz von Operationsnavigationssystemen werden in unserem Fachgebiet
neue Wege aufgezeigt. Neben Skepsis und auch ablehnenden Stimmen wird in den
letzten Jahren die Zahl der Befürworter, die Anzahl der Forschungsprojekte und die
Vielfalt innovativer Ideen immer größer.
Die gegenwärtige Phase kann mit der der Etablierung der Computertomographie oder
88

später der Magnetresonanztomographie verglichen werden. Ähnlich wie damals er-
folgt die Anwendung an einzelnen Zentren, breitet sich von dort allmählich aus, bis
hin zur generellen Akzeptanz und Integration in die Behandlungskonzepte [44].
Durch ein kritisches Feedback der Anwender an die Industrie, insbesondere zu Fragen
der Preisgestaltung, zur technischen Zusammenarbeit und Unterstützung über die übli-
chen Wartungsverträge hinaus, wird sicher gestellt, das ein teuer gekauftes System
auch in der Zukunft technisch weiterentwickelt wird.
Nur der Dialog zwischen Anwendern und Entwicklern kann die Weiterentwicklung
der Systeme so steuern, dass die Navigationssysteme einfacher zu bedienen und siche-
rer werden. Noch ist derzeit keine vernünftige Relation zwischen Sicherheit der klini-
schen Bedienbarkeit, dem Leistungsvermögen und vernünftigen Anschaffungs- und
Folgekosten erreicht [9, 10].
Möglicherweise werden in einigen Jahren nicht nur Patienten nach dem Einsatz eines
Navigationssystems fragen, sondern auch Fachgesellschaften, Gutachter und Juristen
den Einsatz für bestimmte Indikationsbereiche fordern.
Die experimentellen Studie und die klinische Anwendungen bestärken uns in der Auf-
fassung, dass es in der nahen Zukunft auch für das Indikationsgebiet der dentalen
Implantatologie optimierte und finanziell erschwingliche Navigationssysteme geben
wird.
89

6 ANHANG
TABELLEN
Tab. 2: Messwerte der Genauigkeitsanalyse nach Imagefusion im Vergleich von Planung und Insertionsergebnis.
Spalte 1:Unterkiefer-/Implantatnummer, Spalte 2: RMS = gemittelte Genauigkeit der
Referenzierung – wird vom System berechnet, Spalte 3: gemittelte Genauigkeit der Imagefusion – wird
ebenfalls vom System nach Fusion als mittlere Genauigkeit angegeben, Spalte 4: Abweichung in vestibulär/lingualer
Richtung in der cranialsten Schicht = Implantatinsertionspunkt, Spalte 5: Abweichung in
mesial/distaler Richtung ebenfalls am Implantatinsertionspunkt an, Spalten 6 und 7: Abweichungen in
beide Richtungen am Apex des Implantates.
Implantat RMS
in
mm
Fusionsge-
nauigkeit
in mm
Unterkiefer 21 1,21 0,7
Distanz v/l
cranial
in mm
90
Distanz m/d
cranial
in mm
Distanz v/l
caudal
in mm
Distanz m/d
caudal
in mm
1 1,2 0 1,3 0,5
2 1,4 0,2 1,6 0,2
3 1,7 0,3 1,9 0,1
4 0 0 0,2 0
5 0 0,7 0 0,7
Unterkiefer 22 0,6 0,7
1 0 1,8 0,7 3,1
2 1,4 1,3 0,9 2,8
3 0 0 0 0,2
4 0,2 0 0,2 0
5 0,2 0 0 0,2
Unterkiefer 23 0,78 0,4
1 0,6 1,6 1,2 2,6
2 0 1,6 0 2,3
3 0,6 0 1,5 0,8
4 0,5 0,2 0,8 0,8
5 0,5 0,4 0,9 0,7
Unterkiefer 24 0,59 0,3
1 0,3 1,4 0 1,6
2 1,1 0,7 1,2 1,1
3 1,4 0,3 1,6 0,3
4 1,5 0,5 1,9 0
5 1,8 0,5 2,2 0,4

Implantat RMS
in
mm
Fusionsge-
nauigkeit
in mm
Unterkiefer 25 0,84 0,4
Distanz v/l
cranial
in mm
91
Distanz m/d
cranial
in mm
Distanz v/l
caudal
in mm
Distanz m/d
caudal
in mm
1 0,5 0,6 0,2 1
2 0 0,6 0 0,5
3 0,5 0 0 0
4 0,6 1,3 0,2 1,3
5 0,9 0 0,8 0,2
Unterkiefer 26 0,41 0,4
1 0,4 1,7 0,4 2,3
2 0 1,5 0 2,9
3 0,7 0,3 0,6 0
4 0,4 0,8 0,3 0,7
5 1,1 0 1,1 0
Unterkiefer 27 0,64 0,5
1 0 1,3 0 1,4
2 0,1 1,3 0 1,9
3 1,1 0 1,3 0
4 1,3 0,2 1,7 0,2
5 2 0 2 0
Unterkiefer 28 1,09 0,5
1 0 1,8 0 2,5
2 0,2 1,5 0,2 2,7
3 0,2 0,4 0 0,6
4 0,1 1 0 1,1
5 0,6 0,2 0,6 0,2
Unterkiefer 29 0,95 0,4
1 0,3 1,4 0 1,4
2 0,5 1 0,3 1,3
3 0 0,9 0 1,1
4 0 1,5 0 1,8
5 0,7 0,8 1,5 0,9
Unterkiefer 30 0,69 0,6
1 0,3 1,2 0,5 1,5
2 0,2 1,1 0,5 1,6
3 0,6 0,3 1 0
4 1,2 0 1,1 0

Implantat RMS
in
mm
Fusionsge-
nauigkeit
in mm
Distanz v/l
cranial
in mm
92
Distanz m/d
cranial
in mm
Distanz v/l
caudal
in mm
Distanz m/d
caudal
in mm
5 1,6 0 1,4 1,1
Unterkiefer 31 0,68 0,7
1 0,3 0,6 0,7 0
2 0,4 0 0,6 0,2
3 0,8 0 0,7 0
4 0 1,4 0,2 1
5 1,5 0,6 1,9 0
Unterkiefer 32 0,79 0,5
1 0,4 1,4 0,6 1,8
2 0,8 1,2 0,8 1,3
3 0,5 0,4 1,2 0,7
4 0,4 0 1,1 0
5 1,3 0 1,8 1
Unterkiefer 33 0,76 0,4
1 0,4 0 0,5 0
2 0,7 0,2 1,4 0,4
3 2,3 0,3 2,3 0
4 1,5 0,6 1,7 0,4
5 2,4 0 2,7 0
Unterkiefer 34 0,59 0,5
1 1,3 0,8 1,5 0,6
2 0,7 0 1 0,2
3 2,3 0 2,9 0,2
4 1,8 0,6 1,8 0,1
5 3,1 0 3,8 0
Unterkiefer 35 1,07 0,5
1 0 0,8 0 0,8
2 0 0,1 0 0,2
3 1,1 0 1,5 0,1
4 0,4 1,2 1,4 0,8
5 2,1 0,6 2,2 0,4
Unterkiefer 36 0,97 0,9
1 0,5 0,6 0,2 1,1
2 0,5 1 0 1,6
3 0 1,1 0,9 0,5

Implantat RMS
in
mm
Fusionsge-
nauigkeit
in mm
Distanz v/l
cranial
in mm
93
Distanz m/d
cranial
in mm
Distanz v/l
caudal
in mm
Distanz m/d
caudal
in mm
4 0,3 0,7 1 1
5 0,5 1,3 1,1 1,7
Unterkiefer 37 1,02 0,7
1 0 0,5 0 0,4
2 0 0,3 0 0,9
3 1,1 0 1,7 0
4 0,3 1,6 1,5 1,9
5 0,9 0,9 1,6 0,7
Unterkiefer 38 1,09 0,3
1 0,4 0 0 0
2 0,4 0,3 0 0
3 1,7 0 1,8 0
4 1 0,4 1,5 0
5 1,9 0,3 2,3 0,3
Unterkiefer 39 0,69 0,5
1 0 0,6 0 0,6
2 0,4 0 0,4 0
3 1,5 0 2,1 0
4 1 0 1,5 0
5 0,7 0 1,2 0
Unterkiefer 40 0,68 0,4
Durchschnittswerte
1 1,2 0,2 1,5 0,2
2 0,6 0,4 0 0,2
3 1,2 0,8 1,3 0,9
4 0,5 2,6 0,9 2,1
5 1,2 0 1,3 0
0,81 0,52 0,75 0,59 0,92 0,73
Minimalwerte 0,41 0,3 0 0 0 0
Maximalwerte 1,21 0,9 3,1 2,6 3,8 3,1

LITERATUR
[1] Adams, L.; Krybus, W.; Meyer-Ebrecht, D.; Rüger, D.; Gilsbach, J.M.; Mösges, R.;
Schlöndorf, G.: Computer assisted Surgery. IEEE Comput Graphics Appl 10 (1990)
43-51
[2] Albrektsson T.; Zarb, G.; Worthington, P.; Eriksson, AR.: The long-term efficacy of
currently used dental implants: A review and proposed criteria of success. Int J Oral
Maxillofac Implants 1 (1986) 11-25
[3] Altobelli, D.E.; Kinkinis, R.; Mulliken, J.B.; Cline, H.; Lorensen, W.; Jolesz, F.:
Computerassisted three-dimensional plannung in craniofacial surgery. Plast Reconstr
Surg 92 (1993) 576-585
[4] Ambrose, J.: Computerized transverse axial scanning (tomographie). Part 2. Clinical
Application. Br J Radiol 46 (1973) 1023-1047
[5] Amiot, L.P.; Labelle, H:; DeGuise, J.A.; Santi, M.; Brodeur, P.; Rivard, C.H.: Computer-assisted
pedicle screw fixation. A feasiblility study. Spine 20 (1995) 1208-1212
[6] Arun, K.S.; Huang, T.S.; Blostein, S.D.: Least-squares fitting of two 3D point. IEEE
Trans Pattern Anal Mach Intell 9 (1987) 699-700
[7] Berlemann, U.; Langlotz, F.; Langlotz, U.; Nolte, L.P.: Computer-assistend Orthopaedic
surgery (AOS): from pedicle screw insertion to further applications. Orthopäde
26 (1997) 463-469
[8] Besimo, C.E.; Lambrecht, J.T.; Jahn, M.: Präzision implantatprothetischer Planung bei
schablonengeführter digitaler Auswertung von Computertomogrammen. ZZahnärtztliche
Implantol 14 (1998) 167-173
[9] Bier, J.: Einrichtung einer Stiftungsprofessur für "Navigation und Robotik" . Mund
Kiefer GesichtChir 2 (1998) 106-107
[10] Bier, J.: Robotik. Mund Kiefer Gesichtschir 4, Suppl 1 (2000), 356-368
[11] Bier, J.: Telerobotic. Der Onkologe 2 (1997) 154-156
[12] Birkfellner, W.; Solar, P.; Gahleitner, A.; Huber, K.; Kainberger, F.; Kettenbach, J.;
Homolka, P.; Diemling, M.; Watzek, G.; Bergmann, H.: In-vitro assessment of a registration
protocol for image guided implant dentistry. Clin Oral Implants Res 12
(2001) 69-78
[13] Birkfellner, W.; Watzinger, F.; Wanschitz, F.: Systematic distortions in magnetic position
digitizer. Med Phys 11 (1998) 2242-2248
[14] Bohner, P.; Pokrandt P.; Haßfeld, S.: Simultaneous planning and execution in cranio-
and maxillofacial surgery.
In: Weghorst S.J.; Sieburg, H.B, Morgan, K.S. (Eds.): Health care in the information
94

age. Future tools for transforming medicine. Proceedings of medicine meets virtual
reality 4. San Diego, California, January 17-20, 1996. Amsterdam; Oxford; Tokyo;
Washington: IOS, 1996. S. 435
[15] Brånemark P.I.: Osseointegration and its experimental background.
J Prothet Dent 50 (1983) 399-410
[16] Brånemark, P.I.; Hansson, B.O.; Adell, R.: Osseointegrated implants in the treatment
of edentulous jaw: experience from a 10-Year period. Scand J Plast Reconstr Surg 16
(1977) 110-114
[17] Brief, J.; Hassfeld, S.; Redlich, T.; Ziegler, C.; Muenchenberg, C.; Daueber, S.; Pernozzoli,
A.; Krempien, R.; Slacik, P.; Opalek, M.; Boesecke, R.; Mühling, J.:
Robot assisted Insertion of Dental Implants – A clincal evaluation.
In: Lemke, H.U., Vannier, MW.; Inamura, K.; Farman, A.G. (Eds.): Computer Assisted
Radiology and Surgery (International Congress Series 1214). Amsterdam: Elsevier
Science B.V., 2000. S. 932-937
[18] Brunski, J.B.; Skalak, R.: Biomechanical Considerations.
In: Worthington, P; Branemark, PI.: (Eds.): Advanced Osseointegration Surgery. Applications
in the Maxillofacial Region. Berlin: Quintessenz Verlag, 1992. S. 15-39
[19] Computer-assisitierte Navigationschirurgie. Internetpublikation der Klinik für HNO,
Hals, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Univestät Bern.
In: CANS Inselbote 03/98
[20] Cutting, C.: Discussuion on a stereotactic system for guiding complex craniofacial reconstruction.
Plast Reconstr Surg 89 (1992) 346-348
[21] Dittmar, C.: Über die Lage des sogenannten Gefässcentrums in der Medulla oblongata.
Berichte der Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaft zu Leipzig. Math Phys Klin 25
(1873) 449-469
[22] Engelmann, M.J.; Sörensen, J.; Moy, P.: Optimum placement of osseointegrated implants.
J Prosthet Dent 57 (1988) 719-722
[23] Enislidis, G.; Wagner, A.; Ploder, O.; Ewers, R.: Computed intraoperative navigation
guidance - a preliminary report on a new technique. Brit J Oral Max Surg 35 (1997)
271-274
[24] Ewers, R.; Thumfart, W.F.; Truppe, M.; Ploder, O.; Wagner, A.; Enislidis, G.;
Fock, N.; Gunkel, A.R.; Freysinger, W.: Computed Navigation in Cranio-
Maxillofacial and ORL-Head and Neck Surgery: Prinziples, Indicationes and Potentials
for Telepresence.
J Cranio Maxill Surg 24, Suppl. 1 (1996) 9-11
[25] Faulkner, G.; Krauss, M.; Neumann, P.; Siebert, D.; Tolxdorff, T.; Hoffmeister, B.;
Projekt Kieferchirurgie - Intraoperative Navigationsunterstützung. Internetpublikation:
www.medizin.fu-berlin.de/medinf/
[26] Firma Carl Zeiss, Oberkochen: Gerätebeschreibung des STN. Version vom 27.02.1998
95

[27] Fortin, T.; Coudert, G.; Champleboux, G.; Sautot, P.; Lavallée, S.: Computer-assisted
dental implant surgery using computed tomtography. J Image Guided Surg 1 (1995) 53-
58
[28] Freits, E.M.; Strohbehn, J.W.; Hatch, J.W.; Roberts D.W.: A frameless stereotaxic
operating microscope for neurosurgery. IEEE Trans Biomed Eng 26 (1989) 608-617
[29] Freysinger, W.; Gunkel, A.R.; Prototschnig, C.; Thumfart, W.F.; Truppe, M.J.: New
developments in 3-D endonasal and frontobasal endoscopic sinus surgery.
In: Sterkers, J.M.; Charachon, R.; Sterkers, O., (Eds.): Acoustic Neuroma and Skull
Base Surgery, Paris, April 22-26, 1995 S. 594-599
[30] Freysinger, W.; Truppe, J.M.; Gunkel, A.R.; Thumfart, W.F.; Pongracz, F.; Maierbauerl,
J.: Interactive Telepresence and Augmented Reality in ENT Surgery: Interventional
Video Tomography. CVRMed-MRCAS´97, Grenoble, France, March 19-22,
1997
[31] Fried, MP.; Kleefield, J.; Gopal, H.: Image-guided endoscopie surgery: Results of
accuracy and Performance in a multicenter clinical study unsing an electromagnetic
tracking system. Laryngoscope 107 (1997) 594-601
[32] Galanski, M.; Prokop, M.: Ganzkörper-Computertomographie.
In: Mödder, U.: Referenz-Reihe Radiologische Diagnostik. Stuttgart, New York: Georg
Thieme Verlag, 1998. S. 5 – 63
[33] Gellrich, N.C.; Schramm, A.; Hammer, B.; Schön, R.; Buitrago-Tellez, C.; Schmelzeisen,
R.: Stellenwert der Computergestützten Chirurgie für die Orbitarekonstruktion.
Journal DGPW 17 (1999) 29-31
[34] Gebhard, F.; Kinzl, L.; Arand, M.: Limits of CT-based computer navigation in spinal
surgery. Unfallchirurg 103 (2000) 696-701
[35] Gleasen, P.L.; Kikinis, R.; Altobelli, D.; Wells, W.; Alexander, E.; Black, P.M.:
Video registration virtual reality for nonlinkage stereotacitic surgery. Stereotact Funct
Neurosurg 63 (1994) 139-143
[36] Giorgi, C.; Eisenberg, H.; Costi, G.; Gallo, E.; Garibotto, G.; Casolino, D.S.: Robotassisted
microscope for neurosurgery. J Image Guid Surg 1 (1995) 158–163
[37] Girod, S.; Keeve, E.; Girod, B.: Advances in interactive craniofacial surgery planning
by 3D simulation and visualisation. Int J Oral Maxillofac Surg 24 (1995) 120 – 125
[38] Graf, H., Hirsch, E. ; Faußauer, H.; Hemprich, A.; Knöfler, W.; Rieber, T.: Stellungnahme
zum Umfang und Methodik präimplantärer Diagnostik. ZahnärztebSachs 09
(2000) 46 –49
[39] Grabowsky, HA.; Hassfeld, S.; Krempin, R.; Münchberg, J.; Brief, J.; Rembold, U.;
Wörn, H. : Simulation of frontal orbital advancement. Virtual reality 3 (1999) 1-6
96

[40] Grampp, S. ; Solar, P. ; Rodinger, S.; Gsellamnn, B; Truppe, M. : In-vitro accuracy
of a computer aided surgical navigation system.
In: Lemke, H.U., Vannier, M.W.; Inamura, K.; Farman, A.G. (Eds.): Computer Assisted
Radiology and Surgery. Amsterdam: Elsevier Science B.V., 1996. S. 682-685
[41] Grimson W.E.; Ettinger, G.J.; Withe, S.J.; Lozano-Perez, T.; Wells, K.M.; Kikins,
R.: An automatic registration method for frameless stereotactaxy, image guidet surgery,
and enhanced reality visualisation.
IEE Trans Med Imaging 15 (1996) 129-140
[42] Gross, R.D.; Sheridan, M.F.; Burgress LP.: Endoskopic sinus surgery complications in
residency. Laryngoscope 107 (1997) 1080-1085
[43] Gumprecht, H.; Trost, H.; Lumenta, C.B.: Neuroendoscopy combined with frameless
neuronavigation. Br J Neurosurg 14 (2000) 129-131
[44] Gunkel A.R.; Freysinger, W.; Thumfart W.F.: Computer-assited surgery in the frontal
and maxillary sinus. Laryngoscope 107 (1997) 631-633
[45] Gunkel A.R.; Thumfart W.F.; Freysinger, W.: Computergestützte 3D-
Navigationssysteme Hno 48 (2000) 75-90
[46] Haßfeld, ; Mühling, J.: Der Einsatz von computer- und Robotertechnik in der Mund-,
Kiefer- und Gesichtschirurgie. Zahnärztl Mit 90 (2000) 58-67
[47] Haßfeld, S.: Rechnergestützte Planung und intraoperatrive Instrumentennavigation in
der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Habilitationsschrift. Heidelberg, Reihe: Habilitationsschriften
der Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Berlin: Quintessenz-Verlag,
2000
[48] Haßfeld, S.; Brief, J.; Krempien, R.; Raczkowsky, J:; Münchberg, J.; Griess, H.;
Meinzer, HP.; Mende, U.; Wörn, H.; Mähling, J.: Computerunterstützte Mund-, Kiefer-
und Gesichtschirurgie. Radiologe 40 (2000) 218-226
[49] Haßfeld, S.; Fiebach, J.; Widmann, S.; Heiland, S.; Mühling, J.: Magnetresoanztomographie
zur Planung vor dentaler Implantation. Mund Kiefer GesichtsChir 5 (2001)
Online first
[50] Haßfeld, S.; Raczkowsky, J.; Bohner, P.; Hofele C.; Holler, C.; Mühling, J.; Rembold,
U.: Robotik in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie. Mund Kiefer GesichtsChir
1 (1997) 316-323
[51] Haßfeld, S.; Strieb, S.; Sahl, H.; Stratmann, U.; Fehrentz, D.; Zöller, J.: Low-dose-
Computertomographie des Kieferknochens in der Präimplantologischen Diagnostik.
Grenzen der Dosisreduzierung und Genauigkeit von Längenmessungen. Mund Kiefer
GesichtsChir 2 (1998) 188-193
[52] Haßfeld, S.; Zöller, J., Albert FK.; Wirtz, CR.; Knauth, M.; Mühling J.: Preoperative
planning and intraoperative navigation in skull base surgery. J Craniomaxillofac Surg
26 (1998) 220-225
97

[53] Hauser, R.: Computergestützte 3D-Navigationssysteme – Plädoyer für ein Fehlermodell,
Hno 48 (2000) 71-74
[54] Hauser, R.; Westermann, B.: Computer-Assisted Intranasal Sinus Surgery Using a
Non-Invasive Patient Registration and Referencing System. J Cranio Maxill Surg 24,
Suppl. 1 (1996) 9-11
[55] Hilbert, M.; Marmulla, R.; Strutz, J.: A comparison of the accuracy of a mechanical
navigation system (Viewing Wand) with a lasersupported microscope (MKM) navigation
system performed on geometric test models. Hno 46 (1998) 44-49
[56] Hill, D.L.; Hawkes, D.J; Gleeson, M.J.; Cox, T.X.; Strong, A.J.; Wong, W.L.; Ruff,
C.E.; Kitchen, D.E.; Thomas, D.G.; Sofat, A.: Accurate frameless registration of MR
and CT images of the head: applications in planning surgery and radiation therapy.
Radiology 191 (1994) 447 - 454
[57] Hounsfield, G.N.: Computerized transverse axial scanning (tomographie). Part 1. Description
of the system. Br J Radiol 46 (1973) 1016-1022
[58] Kelly, P.J: Future perspectives in stereotactic neurosurgery: stereotacticmicrosurgical
removal of deep brain tumors. J Neurosurg Sci 33 (1989) 149–154
[59] Kirschner, M.: Die Punktionstechnnik und die Elektrokoagulation des Ganglion gasseri.
Arch Klin Chir 176 (1933) 581-620
[60] Klimek, L.; Mösges, R.; Computer- assistierte Chirurgie (CAS) in der HNO-
Heilkunde. Entwicklungen und Erfahrungen aus dem ersten Jahrzehnt der Anwendung.
Laryngorhinootologie 77 (1998) 275-282
[61] Klimek, L.; Laborde, G.; Mosges, R.; Wenzel, M.: A new procedure for removal of
foreign bodies in the area of the head. Unfallchirurg 96 (1993) 213-216
[62] Kosugi, Y.; Watanabe, E.; Goto, J.; Watanabe, T.; Yoshimoto, S.; Takakura K.; Ikebe
J.: An articulated neurosurgical navigsation system using MRI and CT Images. IEEE
Trans Biomed Eng 35 (1988) 147-152
[63] Krombach, G.A.; Tacke, J.; Rubben, A.; Haller, S.; Günther, R.W.: Magnetic fieldbased
navigation system for ultrasound guided interventions. Rofo Fortschr Geb Röntgenstr
Neuen Bildgeb Verfahr 171 (1999) 386-390
[64] Levy, M.L.; Chen, J.C.; Moffitt, K.; Corber, Z.; McComb, J.G.: Stereocopic headmounted
display incorperated into microsurgical procedures: technical note. Neurosurgery
43 (1998) 392-395
[65] Longerich, U.; Truppe, M.; Sailer, H.F.: Accurancy of the Virtual Patient® Navigation
System. J Cranio Maxill Surg 24, Suppl. 1 (1996) 9-11
[66] Maintz, J.B.A.; Viergever, M.A.: A surgery of medical image registration. Med Imag
Anal 2 (1998) 1-36
98

[67] Marmulla, R.: Vorrichtung zur optischen Erfassung und Referenzierung zwischen Datensatz,
Operations-Situs und 3D-Markersystem zur Instrumenten- und Knochensegmentnavigation.
Deutsche Patentanmeldung DE 19960020.1 (1999)
[68] Marmulla, R.: Computergestützte Knochensegmentnavigation. Habilitationsschrift.
Regensburg, Habilitationschriften der Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde, Berlin:
Qintessenz-Verl., 2000
[69] Marmulla, R.; (Erfinder), Carl Zeiss Oberkochen (Anmelder), System zur Knochensegmentnavigation.
Deutsches Patentamt DE 19747427 A1 (1997)
[70] Marmulla, R.; Niederdellmann, H.: Discussion on Computer-aided navigation in secondary
reconstruction of post-traumatic deformities of the zygoma J Craniomaxillofac
Surg 26 (1998) 68-69
[71] Marmulla, R.; Wagener, H.; Hilbert, M.; Niederdellmann, H.: Präzision computergestützter
Systeme bei profilverbessernden Eingriffen im Gesicht Mund-, Kiefer- und
GesichtsChir 1 (1997) 65-67
[72] Marmulla, R.; Hilbert, M.; Niederdellmann, H.: Intraoperative Präzision mechanischer,
elektromechanischer , infrarot- und lasergeführter Navigationssysteme in der
computergestützten Chirurgie. Mund Kiefer GesichtChir 2 (1998) 145-148
[73] Marmulla, R.; Niederdellmann, H.: Computer-assisted Reconstruction of the Orbit Int J
Oral Maxillofac Surg 28, Suppl. 1 (1999) 8
[74] Marmulla, R.;Niederdellmann, H.; Lorenz, B.; Dammer, R.; Niederdellmann, C.:
Ein computergestütztes Navigationssystem als neues Operationsverfahren zur
Orbitarekonstruktion Klin Mbl Augenheilk 213 (1998) 301-305
[75] Marmulla, R; Hilbert, M; Niederdellmann, H.: Inherent precision of mechanical,
infrared and laser-guided navigation systems for computer-assisted surgery. J Craniomaxillofac
Surg 25 (1998) 192-197
[76] Marmulla, R; Niederdellmann, H.: Surgical Planning of Computer Assisted repositioning
Osteotomies Plast Reconstr Surg 104 (1999) 938-944
[77] Marmulla., R.; Niederdellmann, H.: A 3D Relaxation Mesh for Soft –Tissue Prediction
in Surgical Planning of Computer Assisted Repostioning Oseotomies.
In: Lemke, H.U., Vannier, MW.; Inamura, K.; Farman, AG.: (Eds.) Computer Assisted
Radiology and Surgery (International Congress Series 1214). Amsterdam: Elsevier
Science B.V., 2000. S. 905 – 909
[78] Marmullla, R: Neue Möglichkeiten der Kiefergelenksregistrierung während orthognather
Operationen. Mund Kiefer GesichtChir 3 (1999) 67-72
[79] Mende, U.; Kremien, R.; Hassfeld, S.; Graboswsly H.; Worn, H.; Wannenmacher,
M.: 3D-ultrasound: a valuable adjunct for Staging and follow-up of haed and neck tumors.
Radiology 213 (1999) 207-215
99

[80] Millesi, W.; Truppe, M.; Watzinger, A.; Wagner, A.; Enislidis, G.; Wanschitz, F.;
Schopper, Ch.; Ewers, R.: Remote stereotactic visualization for image-guidet surgery:
technical innovation. J Cranio Maxill Surg 25 (1997) 136-138
[81] Millesi, W.; Truppe, M.; Watzinger, F.; Wagner, A.; Ewers, R.: Image Guided Surgery
Extended by Remote Stereotactic Visualization. CVRMed-MRCAS´97, Grenoble,
France, March 19-22 (1997)
[82] Möckel, Siegfried.: Intraoperative Instrumentennavigation. Med. Diss., Heidelberg:
Ibidem-Verlag, 1999
[83] Mösges, R.: New trends in head and neck imaging. Eur Arch Otorhinolaryngol 250
(1993) 317–326
[84] Neukam, FW.; Esser, E.: Implantologie. Mund Kiefer GesichtsChir 4, Suppl. 1
(2000) 249–256
[85] Nolte, LP.; Langlotz, F.: Intraoperative Navigationssysteme. Trauma Berufskrankh 2,
Suppl. 1 (2000) 23-30
[86] Picard, C.; Olivier, A.; Bertrand G.: The first human stereotaxic apparatus. The
contribution of Aubrey Mussen for flied of stereotaxis. J Neurosurg 59 (1983) 673-676
[87] Pieper, AS.; Rosen, AJ.; Zelter, D.: Interactive Graphics for Plastic Surgery: A Tasklevel
Analysis and Implemantation. Computer Graphics 25 (1992) 127-259
[88] Ploder, O.; Wagner, A.; Enislidis, G.; Ewers, R.: Computergestützte intraoperative
Visualisierung von dentalen Implantaten. Radiologie 35 (1995) 569-572
[89] Ploder, O.; Wagner, J.A.; Enislidis, G.; Truppe, M.; Lindner, A.; Ewers, R.: 3D-
Navigation mit dem Endoskop - einer Fallpräsentation am stereolithographischen Modell.
Stomatologie 92 (1995) 147-149
[90] Resch, K.D.M.; Perneczeky, A.; Schwarz, M.; Voth, D.: Endo-neuro-sonography:
principles and 3-D technique. Childs Nerv Syst 13 (1997) 616-621
[91] Sakas, G.; Walter, S.; Grimm, M.; Richtscheid, M.: Freihandakquisition, Rekonstruktion
und Visualisierung von 3D- und 4D-Ultraschall. Radiologe 40 (2000) 295-303
[92] Samfors, K.; Welander, U.: Angle distortion in narrow beam rotation radiography.
Acta Radiol Diagn 15 (1974) 570-576
[93] Schaller, C.; Meyer, B.; Van Roost, D.; Schramm, J.: Image guided microsurgery
with a semifreehand neuronavigational device. Comput Aided Surg 2 (1997) 162-171
[94] Schlenzka, D.: Klinische Erfahrungen bei der Anwendung eines Navigaionssystems in
der Wirbelsäulenchirurgie. Trauma Berufskrankh 2 (2000) 31-34
100

[95] Schiffers, N.; Schkommodau, E.; Portheine, F.; Radermacher, K.; Staudte, H.W.:
Planning and performance of orthopedic surgery with the help of individual templates.
Orthopade 29 (2000) 636-40
[96] Schneider M, Eckelt U, Hietschold, V.: Image-guided operation in maxillofacial surgery,
a model study of computer-assisted lag screw osteosynthesis of condylar neck fractures.
In: 5 th Mediterranean congress of oral and maxillofacial Surgery. Bologna (Italy):
Monduzzi Editore S.p.A, 1999. S. 47
[97] Schneider M., Eckelt U., Hietschold V.: Accuracy tests for the computer-assisted insertion
of dental implants at the phantom model of the lower jaw.
In: Lemke, H.U., Vannier, MW.; Inamura, K.; Farman, AG.: (Eds.) Computer Assisted
Radiology and Surgery (International Congress Series 1214). Amsterdam: Elsevier
Science B.V. , 2000. S. 938-944
[98] Schneider M., Eckelt U., Hietschold V.: Positionierung von enossalen Implantaten
mittels computerassistierter Operationsnavigation.
In: Gattinger, B.; Schwipper, V.(Eds.): Kongenitale Deformitäten der Kopf-Hals-
Region. Kongressband zum XI. Internationalen Symposium für Chirurgische Prothetik
und Epithetik. Linz, Okt. 1999. Münster: Eigenverlag Internationale Gesellschaft für
Chirurgische Prothetik und Epithetik e.V. , 2000. S. 99-109
[99] Schramm, A.; Gellrich, N.C.; Schimming, R.; Schmelzeisen, R.: Rechnergestützte
Insertion von Zygomaimplantaten (Brånemark-System) nach ablativer Tumorchirurgie
Mund Kiefer GesichtChir 4 (2000) 292- 295
[100] Schramm, A.; Gellrich, N.-C.; Schön, R.; Schimming, R.; Gutwald, R.; Schmelzeisen,
R.: Minimalinvasive, navigationsgestützte transorale Resektion eines Osteoms des
lateralen Flügelfortsatzes - ein Fallbericht. Int Poster J Dent Oral Med 2 (2000) No 4
[101] Schramm, A.; Gellrich, NC.; Randelzhofer, P.; Schneider, U.; Gläser, R.; Schmelzeisen,
R.: Use and abuse of navigational surgery in oral implantation.
In: Lemke, H.U.; Vannier, MW.; Inamura, K.; Farman, AG. (Eds.): Computer Assisted
Radiology and Surgery. (International Congress Series 1214). Amsterdam: Elsevier
Science B.V., 2000. S. 923-926
[102] Schwenzer, N.; Ehrenfeld, M.: Zahn-Mund-Kiefer-Heilkunde, Zahnärztliche Chirurgie.
Bd. 3, 3. Aufl. Stuttgart: Thieme, 2000
[103] Seipel, S.: Interaktive dreidimensionale Therapieplanung in der oralen Implantologie
und methode zur intraoperativen Instrumentennavigation. Med. Diss. Heidelberg, 1997
[104] Shin, H.; Stamm, G.; Hogemann, D.; Galanski, M.: Basic principles of data acquisition
and data processing for construction of high quality virtual models. Radiologe 40
(2000) 304-12
[105] Solar, P.; Grampp, S.; Gsellmann, B.; Rodinger, S.; Ulm, C.; Truppe, M.: A computer-aided
navigation system for oral implants using 3D-CT reconstructions and real time
video projektion.
In: : Lemke, H.U.; Vannier, MW.; Inamura, K.; Farman, AG. (Eds.): Computer Assisted
Radiology and Surgery. Amsterdam: Elsevier Science B.V., 1996. S.884-887
101

[106] Somsiri, S.T.: Das Doppelsplintverfahren zur Vorbereitung einer simultanen chirurgischen
Lagekorrektur des Ober- und Unterkiefers. Fortschr Kieferorthop 48 (1987) 59-
65
[107] Sonnabend, E.: Intraorale Röntgenaufnahmen.
In: Sonnabend, E.; Benz, C. (Eds.): Röntgentechnik in der Zahnheilkunde. 3. Auflage.
München; Wien; Baltimore: Urban & Schwarzenberg, 1997
[108] Stammberger, H.; Kopp, W.: Funktional endoskopic sinus surgery. Philadelphia: Decker,
1997
[109] Starker, M.; Thumler, P.; Weipert, A.; Hanusek, S.: Computer-assisted prosthesis
selection and implantation control. Orthopade 29 (2000) 627-35
[110] Tan, K.K.; Grzeszczuk, R.; Levin D.N.: A frameless stereotactic approch to neurosurgical
planning based on retrosprective patient-image registration. Technical note. J Neurosurg
79 (1993) 269-303
[111] Taren, J.; Ross, D.; Lu, Y.; Harmen L.: 3D laser scanning for image guided stereotactic
neurosurgery. Acta Neurochir Suppl 45 (1995) 45-48
[112] Thumfart, W.F.; Freysinger, W.; Gunkel, A.R.; Truppe, M.J.: 3D Image-guided Surgery
on the Example of the 5.300-Year-Old Innsbruck Iceman. Acta Otolaryngol 117
(1997) 131-134
[113] Truppe, M.: Propososal for remote robot programming in ENT surgery.
In: Dillmann, R.; Holler, E.; Meinzer, H.P. (Eds.): 2 nd Workshop on Medical Robotics,
Heidelberg, November 10-12, 1997. S. 47-50
[114] Truppe, M.; Freysinger, W.; Gunkel, A.; Thumtart, W.: Teleassisted stereotactic endoscopie
surgery.
In: Lemke, H.U. et al. (Eds.): Computer Assisted Radiology. Amsterdam: Elsevier
Science B.V., 1996. S.686-692
[115] Versteken, K.; Van Cleynenbreugel, J.; Marchal, I.; Nert, U.; Suetens, P.; Van Steenberghe:
Computer-assisted planning of oral implant surgery: a three dimensional approach.
Int J Oral Maxillofac Impl 11 (1996) 806-810
[116] Visarius, H.; Berlemann, U.; Nolte, L-P.: Computer Assisted Surgery - A Generalized
Concept and Early Clinical Experience. J Cranio Maxill Surg, 24, Suppl. 1 (1996) 9-
11
[117] Vogele, M.; Freysinger, W.; Bale, R.; Gunkel, A.R.;Thumfart, W.F.: Einsatz der ISG
Viewing Wand am Felsenbein. Hno 45 (1997) 74-80
[118] Vorbeck, F.; Cartellieri, M.; Ehrenberger, K.; Imhof, H.: Intraoperative Navigation in
der Nasennebenhöhlenchirurgie mit dem Philips „Neuroguide“-System. Radiologe 40
(2000) 227-232
[119] Wagner, A.; Kremser, F.; Watzinger, IF.; Truppe, M.; Ewers, R.: Telenavigation
und Expertenkonsultation mit Hilfe eines stereotaktischen Operationsvideoservers.
Mund Kiefer Gesichtschir 4, Suppl .1 (2000) 369-374
102

[120] Wagner, A.; Ploder, O.; Enislidis, G.; Truppe, M.; Ewers, R.: Image-guided surgery.
J Cranio Maxill Surg 25 (1996) 147-151
[121] Wagner, A.; Ploder, O.; Enislidis, G.; Truppe, M.; Ewers, R.: Virtual image guided
navigation in tumor surgery - technical innovation. J Cranio Maxill Surg 23 (1995)
271-273
[122] Wagner, A.; Rasse, M.; Millesi, W.; Ewers, R.: Virtual Reality for Orthognathic Surgery:
The Augmented Reality Enviroment Concept. J Oral Maxillofac Surg 55 (1997)
456-462
[123] Wallny, T.; Klose, J.; Steffny, G.; Schulze Bertelsbeck D.; Perlick, L.; Schumpe, G.:
Three-dimensional ultrasound and intraoperative navigation: A new application in femoral
osteotomies. Ultraschall Med 20 (1999) 158-160
[124] Warnke, T.; Carls, F.R.; Carls, M.; Nübler-Moritz, M.; Sailer, H.F.: Eine neues Gerät
für reproduzierbare Computertomographie zur verbesserten Diagnostik kieferchirurgischer
pathologischer Befunde. Mund Kiefer GesichtChir 2 (1998) 135-138
[125] Watanabe, E.; Watanabe, T.; Manaka, S.; Mayanagi, Y.; Takakura K.: Threedimensional
digitizer (neuronavigator): a new equipment of computed tomographyguided
stereotactic surgery. Surg Neurol 27 (1987) 543-457
[126] Watanabe E, Mayanagi Y, Kosugi Y, Manaka S, Takakura K Open surgery assisted
bythe neuronavigator, a stereotactic, articulated, sensitive arm. Neurosurgery 28 (1991)
792–799
[127] Waters, K.: Synthetic muscular contraction on facial tissue derved from computerized
tomography data.
In: Tayler, R,H.; Lavallée, S.; Burdea, G.; Mösges, R. (Eds.): Computer integrated
surgery – technology and clinical applications. Cambridge; London: MIT Press, 1996.
S. 191-199
[128] Watzinger, F.; Birkfellner, W.; Wanschitz, F.; Millesi, W.; Schopper, C.; Sinko, K.;
Huber, K.; Bergmann, H.; Ewers, R.: Positioning of dental implants using computeraided
navigation an optical tracking system: case report and presentation of a new method.
J Craniomaxillofac Surg 27 (1999) 77-81
[129] Watzinger, F.; Wanschitz, F.; Wagner, A.; Enislidis, W.; Millesi, W.; Baumann, A.;
Ewers, R.: Computer-aided navigation in secondary reconstruction of post-traumatic
deformities of the zygoma. J Craniomaxillofac Surg 25 (1997) 198-202
[130] Watzinger, F.;: Wanschitz, F.; Rasse, M.: Computer-aided surgery in distraction osteogenesisi
of the maxilla and mandible. Int J Oral Maxillofac Surg 28 (1999) 171–178
[131] Watzinger, F. ; Birkfellner, W. ; Wanschitz, F. ; Ziya, F. ; Wagner, A. ; Kremser,
J. ; Kainberger, F. ; Huber, K, ; Bergmann, H. ; Ewers, R. : Placement of endosteal
implants in the zygoma after maxillectomy: a Cadaver study using surgical navigation.
Plast Reconstr Surg 107 (2001) 659-667
103

[132] Weber, T.: Strahlenschutz.
In: Weber, T. (Ed.): Memorix Zahnmedizin. 1. Auflage. Stuttgart; New York: Thieme,
1997. S. 168
[133] Weinberg, L.A.: CT scan as a radiologic data base for optimal implantat orientation.
J Prosth Dent 69 (1993) 381 – 385
[134] Wesby, G.; Adamis, M.K.; Edelmann, R.R.: Artefacts in MRI: description, causes ans
solutuion.
In: Edelmann, RR.; Hesselink, JK.; Zlatkin, MB. (Eds.): Clinical magnetic resonance
imaging. Philadelphia: Saunders, 1996. S. 88-144
[135] Wirtz, C.R.; Tronnier, V.M.; Bonsanto, M.M.; Haßfeld, S.; Kunath, M.; Kunze, S.:
Neuronavigation Methoden und Ausblick. Nervenarzt 69 (1998) 1029-1036
[136] Wirtz, CR.; Tronnier, VM.; Bonsanto, MM.; Kunath, M.; Saubert, A.; Albert, FK.;
Kunze, S.: Image guided neurosurgery with intraoperative MRI: Update of frameless
stereotaxy and radicality control. Sterotact Funct Neurosurg 68 (1997) 39-43.
[137] Youssefzadeh, S.; Gahleitner, A.; Bernhart, D.; Berhhart, T,: Konventionelle Dentalradiologie
und Zukunftsperspektiven. Radiologe 39 (1999) 1018-1026
[138] Zamorano, L. J.; Kadi, A.M.; Jiang, Z.: Computer-assisted neurosurgery system: Wane
State University hardware and software configuaration. Comput Med Imaginmg
Graph 18 (1994) 257-271
[139] Zerfowski, M.; Reinert, S.; Mikle, S.; Venderink, DJ.: Dental-MRT Phantomstudie
und klinische Ergebnisse. Mund Kiefer GesichtsChir, 1999, 3, 158
104

Abkürzungen
CAS Computer Assisted Surgery
CD-ROM Compact Disc Read-Only Memory,
Kompaktspeicherplatte mit Nur-Lese-Speicher
CT Computertomographie
DRF Dynamic reference frame
FOV Field of View
GPS Global Positioning System
HE Hounsfield-Einheiten
IGS Image Guided Surgery
IMZ Intramobiles Zylinderimplantat
LED engl.: light emitting diode = Licht emittierende Diode
MINAS Minimal invasives intraorales Navigationssystem
MKM Mehrkoordinatenmanipulator
MO-Drive Magnetoptisches Wechselplattenlaufwerk
MRT Magnetresonanztomographie
OPG Orthopantomogramm
RI Rekontruktionsinkrement
RMS Root Mean Square = Wurzel der mittleren Quadrate
SC Schichtkollimation
SMN Surgical Microscope Navigator
SPOCS Surgical Planning and Orientation Computer System
STN Surgical Tool Navigator
TF Tischvorschub
US Ultraschall
SSN Segmentnavigationsgerät
ZipDrive Wechselplattenlaufwerk mit 100 MB Kapazität
105

7 EIGENSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG
Hiermit erkläre ich, dass ich die Dissertation selbständig angefertigt habe und keine
anderen als die angegebenen Hilfsmittel und Quellen benutzt habe.
Diese Dissertation wurde an der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der TU
Dresden unter Betreuung von Herrn Prof. Dr. med. habil. Dr. med. dent. U. Eckelt,
Direktor der Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie am Universitätsklinikum
der Technischen Universität Dresden, angefertigt.
Die Dissertation wurde in dieser oder in einer ähnlichen Form an keiner anderen Stel-
le zum Zwecke eines Promotions- oder eines anderen Prüfungsverfahrens eingereicht.
Vorangegangene erfolglose Promotionsversuche hat es nicht gegeben.
106

8 DANKSAGUNG
Mein Dank gilt meinem Lehrer Herrn Prof. Dr. med. habil. Dr. med. dent. U.
Eckelt, Direktor der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
am Universitätsklinikum Dresden, für die freundliche Überlassung des Themas, für
die Unterstützung und die Impulse als Mentor bei der Erarbeitung dieser Arbeit. Seine
unermüdliche Motivation in den schwierigen Phasen trug wesentlich zum Gelingen des
Projektes bei.
Mein Dank gilt ebenfalls dem Institut für Radiologische Diagnostik (Direktor: Prof.
Dr. med. habil. Laniado), hier insbesondere Herrn Dr. rer. nat. Hietschold für die
Unterstützung bei der Datenakquisition und die Beratung auf physikalischen und ra-
diologischen Fachgebiet.
Danken möchte ich Herrn Dipl.-Ing. U. Rengert und Herrn Dipl.-Ing. Rudolf stellver-
tretend für alle Mitarbeiter der Firma Carl Zeiss Oberkochen, die nicht nur das Navi-
gationssystem STN bereitstellten, sondern jederzeit mit Rat und Tat beistanden.
Dank sagen möchte ich auch der Fotografin Frau Bellmann für die qualitativ immer
exzellente und kreative Unterstützung bei der Fotodokumentation.
Und schließlich gilt mein Dank Herrn Prof. Dr. Koch vom Institut für Biomedizin,
der mir bei der statistischen Auswertung der Untersuchungen unterstützte.
107

9 THESEN
1. Die aus der stereotaktischen Neurochirurgie und Strahlentherapie hervorgegangene
computergestützte intraoperative Navigation hat auch die Mund-, Kiefer- und Ge-
sichtschirurgie um ein wertvolles diagnostisches und chirurgisches Hilfsmittel be-
reichert.
2. Für den klinischen Einsatz eignen sich derzeit berührungslose Navigationssysteme,
die auf optischer Grundlage basieren, am besten.
3. Entscheidend für die Einsatzmöglichkeiten des Navigationssystems sin neben der
klinischen Praktikabilität vor allem die erreichbare Genauigkeit und Sicherheit des
gesamten Prozesses.
4. Da im wesentlichen keine Kontrolle der Genauigkeit während der navigationsge-
stützten Operation möglich ist, wurde beispielhaft eine realitätsnahe Phantomstudie
gewählt. Diese Untersuchung lässt einen unmittelbaren Vergleich von Planung und
Operationsergebnis zu.
5. Die Abweichung des Operationsergebnisses von der vorgegebenen Planungspositi-
on wurde an 100 Phantomimplantaten mit 0,68 mm bei einer Standardabweichung
von +/- 0,63 mm gemessen. Damit wurde der gesamte Fehler, beginnend von der
Datenerfassung im Computertomogramm bis hin zu navigationsgestützten Insertion
der Phantomimplantate, erfasst.
6. Es besteht keine unmittelbare Korrelation zwischen der vom Gerät selbst gemesse-
nen Registriergenauigkeit und der Präzision des folgenden Navigationsprozesses.
7. Die vom System angezeigte Registriergenauigkeit ist damit kein verlässlicher Pa-
rameter zur intraoperativen Kontrolle des Navigationsprozesses.
8. Eine invasive Fixierung des Patientenkopfes während des Navigationsprozesses ist
108

für die navigationsgestützte Implantatinsertion und andere Einsatzgebiete in der
Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie nicht akzeptabel.
9. Der im Rahmen der experimentellen Arbeit gefundene Algorithmus der navigati-
onsgestützten Implantatinsertion auf Grundlage der dentalen Referenzierung und
Registrierung ist klinisch durchführbar und garantiert eine freie Beweglichkeit des
Kopfes während des gesamten Navigationsprozesses.
10. Die Genauigkeit des Navigationsprozesses wird im wesentlichen von 2 Fehler-
gruppen beeinträchtigt. Zu der ersten Gruppe gehören die Fehler der Datenakqui-
sition und Planung, in der zweiten Gruppe sind die Fehler während des Navigati-
onsprozesses zusammengefasst. Während in der ersten Gruppe die Datenerfassung
im Computertomogramm als genauigkeitslimitierender Faktor gesehen werden
muss, ergeben sich bei der navigierten Implantatinsertion die meisten Probleme
und Abweichungen bei der freihändigen Führung und der bildschirmgerechten Po-
sitionierung des Implantatbohrers.
11. Das in der Untersuchung verwendete Navigationssystem ist bisher weder an die
Indikationsbereiche in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie angepasst noch
auf den speziellen Einsatz bei der navigationsgestützten Implantatinsertion vorbe-
reitet. Eine anwendungsbezogene Adaptation der Hard- und Software des Naviga-
tionssystems lässt eine weitere Optimierung der Gerätepräzision erwarten.
12. Eine Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf andere Indikationsbereiche ist
sowohl vom Algorithmus als auch von den Ergebnissen der Genauigkeitsanalyse
her sinnvoll.
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