Stefan Seipel
Dr.sc.hum.
Interaktive dreidimensionale Therapieplanung in der oralen Implantologie und
Methode zur intraoperativen Instrumentennavigation
Geboren am 22.03.1968 in Alzenau-Wasserlos (i.UFr.)
Reifeprüfung am 26.06.1987 in Alzenau (i.UFr.)
Sudiengang der Fachrichtung Medizinische Informatik vom WS88/89 bis SS93
Vordiplom am 11.10.1990 an der Universität Heidelberg/Fachhochschule Heilbronn
Diplom am 14.09.1993 an der Universität Heidelberg/Fachhochschule Heilbronn
Promotionsfach: Medizinische Biometrie und Informatik
Doktorvater: Prof. Dr. C.O. Köhler
In der vorliegenden Arbeit wird eine neuen Methode zur Implantatplanung auf der Basis
von Computertomographie (CT) und eine Methode zur Unterstützung der
Implantatchirurgie durch computergestützte Instrumentennavigation erarbeitet.
Aufbauend auf preiswerter Informationstechnologie wurde ein interaktives, echt
dreidimensionales Planungssystem entwickelt, das eine breite Nutzung in den
zahnärztlichen Praxen gestattet. Es ermöglicht die Planung und Beurteilung von oralen
Implantaten im Kontext der dreidimensionalen Verhältnisse des Kieferknochens und der
Kauebene und wird somit den prothetischen Gesichtspunkten der Implantatplanung
gerecht.
Dies wurde erreicht, indem das Konzept der voxelbasierten Modellierung und
Visualisierung von virtuellen Studienmodellen eingeführt wurde. Aufbauend auf einem
mehrkanaligem Voxeldatenmodell, in dem die originalen CT-Daten, semantische
Attribute und Schattierungskoeffizienten berücksichtigt werden, werden verschiedene
neue Algorithmen zur schnellen, direkten Volumenvisualisierung und zur voxelgetreuen
Modellierung von Implantaten entwickelt. Die Algorithmen zur dreidimensionalen
Volumenrekonstruktion bilden die Basis für eine effiziente Handhabung virtueller
Studienmodelle auf gewöhnlichen Personalcomputern.
Um unter dem Aspekt der Osseointegration eine verbesserte Planung von dentalen
Implantaten zu erreichen, werden Methoden zur Auswertung und zur akustischen
Vermittlung der implantatbezogenen, lokalen Knocheneigenschaften entwickelt. Sie
ermöglichen eine simultane, auditive Wahrnehmung der aktuellen Knochenqualität,
während ein Implantat unter Berücksichtigung seiner räumlichen Lage mit sechs
Freiheitsgraden mit Hilfe einer intuitiven Navigationsmetapher gesteuert wird.
Durch die voxelbasierte Repräsentation des virtuellen Studienmodells wird darüber
hinaus die Möglichkeit gegeben, kritische Regionen bei der Implantatplanung (z.B. den
mandibulären Nervenkanal) mit hoher Genauigkeit zu attributieren. Hierzu wird ein an
die klinische Betrachtungsweise des Knochens angelehntes Werkzeug präsentiert, mit
dem sich die Eigenschaft der Risikoregion in einen CT-Datensatz überführen läßt. Durch
diese voxelgetreue Beschreibung von Risikoregionen wird zu einer sichereren
Implantatplanung beigetragen, da bei der Manipulation von Implantaten kritische
Situationen automatisch erkannt und entsprechende Warnungen erzeugt werden können.
Um die Durchführung geplanter Implantatbehandlungen zu unterstützen, wird eine
Methode zur Registrierung der intraoralen Situation und zur Navigation des dentalen
Bohrinstrumentes vorgestellt. Die Referenzierung der zu behandelnden Kiefer geschieht
dabei durch Verwendung von radiopaken Markierungen, die während der Bildakquisition
an drei tätowierten Stellen auf der Mundschleimhaut angebracht werden. Die Ausstattung
eines Hand- bzw. Winkelstückes mit magnetischen Positionsgebern erlaubt sowohl eine
schnelle intraorale Einmessung dieser Referenzpunkte mit der Spitze des
Bohrinstrumentes wie auch eine Navigation desselben während der Ansteuerung von
geplanten Eintrittsstellen.
Im weiteren wird eine Studie mit neun Probanden präsentiert, in der das interaktive
Navigationsvermögen bei der virtuellen Implantatplanung mit Hilfe von 6D-
Eingabegeräten und unter akustischer Vermittlung lokaler Knocheneigenschaften
untersucht wird. In bezug auf die entwickelte Methode zur Instrumentennavigation wird
ein in-vitro Experiment beschrieben, das erste Orientierungswerte für die zu erwartende
Navigationsgenauigkeit liefert.
