Quanto è precisa la chirurgia implantare guidata? Di quanto è migliorata questa precisione negli anni? Dopo tante dime chirurgiche, sapete quanto sarà precisa la prossima? Sono domande che la professione si porta dietro da più di dieci anni, e la risposta onesta è che la maggior parte delle persone a cui le si pone non sa indicare un numero che sarebbe pronta a difendere.
Da quando l'implantologia digitale è arrivata, negli anni Novanta, tutto ciò che le sta intorno è migliorato. Un processore desktop è passato da un core a 100 MHz a dodici core a 3 GHz, la memoria da 64 MB a praticamente illimitata. La diagnostica per immagini è passata dalla TC medica alla CBCT, la dose di raggi X da circa 7000 unità a 70, lo spessore di strato da 0,75 mm a 0,1 mm. Sono questi progressi che hanno portato l'implantologia digitale negli studi di tutti i giorni.
La precisione non ha ricevuto la stessa attenzione sistematica, e la domanda ne nasconde una seconda da cui viene raramente separata: la precisione della dima chirurgica e la precisione dell'intervento eseguito con essa sono due cose diverse.
Gli studi pubblicati seguono di solito lo stesso copione: prendere alcuni casi, produrre dime, fresare su modelli, misurare, pubblicare. Gli intervalli riportati variano molto, anche se ricorrono spesso 1 mm di errore lineare e 5-6 gradi di errore angolare. Quasi tutti questi lavori condividono gli stessi limiti metodologici. I ricercatori usano di norma software sperimentale invece dei sistemi che producono realmente le dime, per cui i risultati dicono poco sulle dime fabbricate ogni giorno; anche strumenti, boccole e stampanti impiegati sono molto distanti da quelli clinici. Quanta parte dell'errore sia sistematica, quanta casuale, quanta dovuta all'operatore e quanta al protocollo sperimentale: quasi nessuno lo esamina. E il lavoro viene in genere condotto senza una conoscenza approfondita del software: i fattori interni agli algoritmi che governano la precisione non possono essere controllati da uno studio che ignora quali siano.
C'è poi un'idea diffusa che va nominata. Agli utenti si dice spesso che, dopo aver registrato una scansione ottica sulla CBCT, il risultato va rifinito a mano. Provateci, e il problema salta agli occhi: regolare una posizione tridimensionale attraverso viste bidimensionali è praticamente impossibile. Una registrazione che va corretta a mano dice qualcosa sulla registrazione, non sull'utente.
GuideMia Implant Master ha l'autorizzazione FDA 510(k) dal 2012 (K121466) ed è in uso in oltre una dozzina di Paesi. Quello che segue è ciò che il software per implantologia dentale, il kit chirurgico e il processo che li circonda fanno realmente per governare la precisione, scritto dall'interno, da chi ha scritto gli algoritmi.
Di che cosa è fatta la precisione di una dima chirurgica
La parola «precisione» copre quattro cose distinte, e conviene tenerle separate:
- La precisione di forma, ovvero l'adattamento — la dima appoggia in piano sul modello o nella bocca del paziente.
- La precisione di posizione — una volta in sede, la dima riproduce la posizione che aveva nel piano.
- L'effetto della dima sulla fresatura — con quanta fedeltà l'osteotomia segue l'asse e la profondità pianificati.
- La stabilità durante l'intervento — la dima resta dove è stata posizionata mentre le frese girano.
L'elaborazione della CBCT nel software per implantologia dentale
In un caso parzialmente edentulo progettato da scansioni ottiche, la qualità dell'elaborazione CBCT decide la precisione di posizione della dima. In un caso totalmente edentulo, o in una dima ad appoggio osseo, decide sia la forma sia la posizione.
Quando i software di pianificazione erano limitati dall'hardware, la scorciatoia abituale era sottocampionare il volume. Un set di dati 512 × 512 × 512 contiene 125 milioni di voxel e oltre 250 MB, e tra caricamento e visualizzazione quei dati possono essere copiati tre o quattro volte: un gigabyte sparisce prima ancora di qualsiasi elaborazione d'immagine. Dimezzare ogni asse, a 256 × 256 × 256, lascia un ottavo dei dati, e la scheda grafica può poi interpolare i superstiti per produrre un rendering di aspetto morbido che nasconde ciò che è stato buttato. Sette ottavi della scansione del paziente non ci sono più. Trattare i dati in ingresso con rispetto è il primo principio di qualsiasi sistema serio, e con l'hardware di oggi la scorciatoia non ha più argomenti.
Il secondo requisito è la ricostruzione dell'osso a bassa densità. La semplice soglia non è mai la fine della storia: la struttura porosa che resta sulla superficie ossea va trattata correttamente prima che il modello sia utilizzabile. GuideMia Implant Master lo fa con quello che chiama distacco virtuale dei tessuti molli, e il modello che ne risulta è ciò che rende possibili la stampa 3D e la progettazione di dime ad appoggio osseo. Che questo avvenga dentro il software per implantologia dentale conta quanto il farlo: il modello osseo che arriva alla fase di progettazione della dima è allora quello che il pianificatore ha ispezionato, alla risoluzione che la scansione consente, e non una versione andata in un modellatore generico e tornata rilisciata secondo i criteri di qualcun altro.
Elaborazione d'immagine di un caso mascellare: riempimento e lisciatura dell'osso ricostruito.
Quando il modello osseo è buono, la dima può essere costruita contro la superficie dell'osso invece di fluttuare sopra di essa. È questo che rende praticabile una dima combinata di riduzione ossea e inserimento implantare.
Una dima di riduzione ossea e la dima implantare che la segue. Per cortesia del Dr. Raymond Chow, Hong Kong Dental Implant Center.
La registrazione delle scansioni
Molti immaginano la registrazione come la scelta di tre o più punti su ciascun set di dati, che un algoritmo tipo ICP provvede poi ad avvicinare. È proprio questa immagine a spiegare perché la precisione di registrazione sia spesso scarsa, e perché l'argomento sia stato reso più complicato di quanto sia, con in più il consiglio di aggiustare il risultato a mano.
La debolezza sta nella premessa. La CBCT non è abbastanza precisa per il puntamento, e un operatore non può scegliere in modo affidabile punti corrispondenti su due set di dati di natura diversa. Qui sotto, i punti selezionati nelle due finestre non sono evidentemente gli stessi.
Lo stesso repere, scelto due volte, e non nello stesso posto.
GuideMia Implant Master registra regioni, non punti. Dal punto indicato dall'utente, il software per implantologia dentale seleziona un intorno le cui caratteristiche CBCT locali si prestano all'accoppiamento, e un algoritmo di registrazione per regioni fa il resto. È rapido, tollera un puntamento impreciso e nella grande maggioranza dei casi riesce al primo tentativo.
Una registrazione costruita da più porzioni di superficie accoppiate invece che da punti isolati.
Lo sviluppo software conosce in generale la tentazione di automatizzare un passaggio oltre il punto in cui l'automazione aiuta ancora. La registrazione attira questa tentazione. Ma la CBCT ha risoluzione più bassa di una scansione ottica e porta diffusione, e un accoppiamento completamente automatico su una regione ampia ha molti modi di sbagliare. Il caso qui sotto, un paziente con denti mobili, è l'argomento a favore di una scelta deliberata delle regioni: i denti che si sono spostati tra le due acquisizioni non devono essere quelli su cui la registrazione si appoggia.
Con denti mobili la scelta delle regioni accoppiate è una decisione clinica, non un dettaglio.
Per i casi totalmente edentuli, e per i casi parzialmente edentuli molto carichi di diffusione, GuideMia Implant Master registra automaticamente la CBCT del paziente sulla dima radiologica: trova i marcatori radiopachi, li estrae e li accoppia, e lo fa anche quando la scansione è piena di artefatti. L'orientamento in cui si trova la scansione non ha importanza.
Un'alternativa comune è registrare a mano una scansione ottica della dima radiologica sulla CBCT: punti sulla superficie STL, marcatori corrispondenti nel volume. L'operazione è scomoda. I punti su un STL stanno su superfici con un orientamento chiaro, mentre i marcatori CBCT non ne hanno praticamente nessuno; far corrispondere un punto di una sfera a un punto di una mesh è per buona parte un indovinare, e non esiste un buon modo di automatizzarlo.
Va aggiunto che a volte si impiega un protocollo di triplice scansione per aggirare gli errori dell'elaborazione CBCT: registrare la CBCT della dima radiologica su quella del paziente, e poi una scansione ottica della dima sulla propria CBCT. Questo migliora effettivamente la precisione di forma della dima finita, e la sua stabilità. L'errore di posizione, invece, resta attaccato all'elaborazione CBCT, e nessuna quantità di scansione ottica lo rimuove.
Il dettaglio geometrico, e cosa va rimosso
Gli algoritmi di progettazione delle dime hanno di solito due fasi: copiare la geometria del modello e rimuovere i sottosquadri. Una terza manca più spesso di quanto dovrebbe: il trattamento della geometria fine della scansione ottica.
I modelli portano piccole bolle e residui di gesso, e i denti portano una grande quantità di dettaglio fine autentico. Riproducete tutto questo fedelmente nella dima e la dima non appoggerà: ogni artefatto diventa un'interferenza. Il software per implantologia dentale deve decidere che cosa è anatomia e che cosa è rumore, e rimuovere il rumore.
Piccolo dettaglio di superficie rimosso dalla faccia d'appoggio della dima, perché la dima possa sedere.
Sottosquadri, analisi dell'adattamento e asse di inserzione
Le dime ad arcata completa rendono particolare il trattamento dei sottosquadri: un solo punto trattato male in qualsiasi zona dell'arcata può impedire alla dima di sedere. Alcuni modi di rimuovere i sottosquadri lo pagano con la precisione della faccia d'appoggio: la dima entra, ma non è più la forma che era stata progettata.
Sottosquadri rimossi al prezzo della superficie stessa che la dima dovrebbe riprodurre.
GuideMia Implant Master rimuove i sottosquadri e conserva la superficie progettata.
La stessa operazione, con la faccia d'appoggio preservata.
Rimuovere i sottosquadri presuppone un asse di inserzione, e l'algoritmo lavora attorno a quella direzione. Nell'analisi dell'adattamento qui sotto, le zone verdi rappresentano il gioco lasciato dopo la rimozione dei sottosquadri.
Analisi dell'adattamento: gioco tra la dima e l'anatomia del paziente, in millimetri. Questa visualizzazione è tecnologia GuideMia brevettata.
Quel gioco è anche il punto in cui l'intervento può deviare. Fate sedere la dima lungo il suo asse di inserzione e l'adattamento è quello previsto. Premetela invece dal lato vestibolare e si inclina, e l'inclinazione viene moltiplicata sulla lunghezza dell'osteotomia.
Far sedere la dima nel modo in cui è stata progettata per sedere.
Pressione dal lato vestibolare. La dima si inclina, e la fresa la segue.
L'asse di inserzione è una decisione di progetto, non una proprietà fissa del caso. Ridefinitelo nel software per implantologia dentale e ne esce un'altra dima, una dima le cui facce vestibolare e linguale appoggiano entrambe sui tessuti del paziente.
Lo stesso caso con un altro asse di inserzione: contatto su entrambi i lati.
Il trattamento dei sottosquadri agisce dunque direttamente sulla precisione e sulla stabilità di una dima chirurgica, ed è la fase che più spesso resta senza esame.
Verificare che la dima sia davvero in sede
Nella pratica corrente, quando una dima viene posizionata il chirurgo controlla che le due estremità siano scese e che non sia né lenta né stretta. Sapere se la dima è esattamente dove era nel piano, stesso appoggio e stessa direzione, sfugge a tutti.
GuideMia Implant Master offre a questo una risposta poco conosciuta. A dima progettata, il sistema può generare un pezzo separato il cui unico compito è verificare il posizionamento: con la dima in sede, la relazione tra la dima e quel pezzo dice al chirurgo se la dima è dove deve essere.
Un pezzo generato insieme alla dima, solo per confermare che la dima sia in sede come previsto.
Il kit chirurgico
Un kit guidato che si orienta tramite un cucchiaio o un manico appoggiato contro la dima introduce gioco a ogni interfaccia, e quei giochi si sommano lungo la fresa. Prendete un kit con boccola alta 3,5 mm, assumete 0,1 mm di gioco tra cucchiaio e boccola e altri 0,1 mm tra fresa e cucchiaio: per un impianto di 11,5 mm la deviazione apicale può superare 1 mm, per sole tolleranze, prima che la mano di chiunque entri in gioco.
Il GuideMia Universal Kit è costruito al contrario: la fresa porta il proprio cilindro di guida e gira direttamente nella boccola, con il cucchiaio eliminato nella maggior parte delle situazioni. Meno interfacce significa meno gioco cumulato, e le frese si consumano meno perché niente sfrega dove non dovrebbe. Diversi altri dettagli del kit esistono per la stessa ragione.
Guida tramite il cilindro proprio della fresa, che gira direttamente nella boccola della dima.
Confrontare il piano con il risultato
Inserire impianti è un'abilità che cresce con il riscontro. Se un chirurgo non può sapere da dove viene uno scostamento, né come evitarlo la volta successiva, gran parte del senso del digitale va perduta. Confrontare la scansione postoperatoria con il piano è ciò che chiude quel cerchio: mostra se la dima era imperfettamente in sede, se l'impianto è andato in mesiale o in distale, se si è inclinato in vestibolare, se la dima era stabile.
Piano e risultato sulla stessa anatomia. Per cortesia del Dr. Feng Liu, Pechino.
Questo riscontro ha cambiato la pratica. Rivedere così i casi ad arcata completa ha mostrato dime che si inclinavano in linguale abbastanza spesso da contare, da cui una serie di regole per i pin di ancoraggio: la familiare disposizione di tre pin sinistra-centro-destra non è più raccomandata come impostazione, e i pin non dovrebbero né trovarsi approssimativamente su uno stesso piano né puntare approssimativamente nella stessa direzione.
Il sistema qualità, e la stampante
A nessuno piacciono le carte della gestione della qualità, ma lavorare con laboratori a livello internazionale ci ha mostrato dove si ripagano: procedure di progettazione standardizzate, gestione dei dati standardizzata e controllo rigoroso delle apparecchiature di produzione.
Una SOP tratta da un sistema qualità di produzione. Per cortesia di Francesco Pastore, PTM Solutions, Italia.
Il mercato della stampa 3D merita un avvertimento a parte. Acquirenti e produttori non condividono le stesse informazioni, e alla maggior parte degli utenti nessuno ha mai spiegato che cosa facciano a un pezzo lo spessore di strato, la risoluzione XY, il dettaglio minimo o il post-trattamento. Ci sono dime stampate su macchine FDM. Stampanti che dichiarano 0,1-0,2 mm di errore vengono vendute per il lavoro sugli allineatori, dove 0,2 mm è l'ordine di grandezza dello spostamento dentale previsto per un intero step. GuideMia aiuta i clienti a stabilire SOP di progettazione e produzione, ne applica una nei propri locali e mantiene criteri espliciti per la scelta di stampanti e scanner.
Simulare l'errore
La precisione dell'inserimento di un impianto dipende da più ingressi insieme: precisione della CBCT, dello scanner, della registrazione, della stampante, e precisione del posizionamento della dima. Ognuno ha un intervallo noto o stimabile.
A piano completato, la domanda legittima è quindi: dati quegli intervalli, dove può realmente finire questo impianto? GuideMia Implant Master risponde con un modulo brevettato di simulazione dell'errore, che mostra le posizioni che l'impianto può occupare quando gli errori si combinano in modo sfavorevole. Il margine di sicurezza diventa così visibile, e il pianificatore può allontanarsi da una struttura critica prima dell'intervento, invece di scoprire dopo che il margine era troppo sottile.
Un impianto, la sua zona di sicurezza e diverse posizioni che potrebbe occupare sotto errore combinato.
Per concludere
Da più di dieci anni GuideMia lavora sulla precisione della pianificazione del trattamento, della progettazione delle dime chirurgiche e del loro uso clinico, e ha integrato le funzioni corrispondenti nel software per implantologia dentale con cui da allora sono stati pianificati decine di migliaia di casi.
Una domanda resta aperta in questo campo, ed è quella costosa: una volta fabbricata una dima chirurgica, possiamo sapere con quanta esattezza siederà nella bocca del paziente, e quale deviazione questo comporterà? Oggi nessuno può farlo. Tutto quanto precede riduce l'errore; nulla di tutto ciò misura il pezzo finito. Quella misura è la prossima cosa che valga la pena costruire.
Scritto da Frank Gao, GuideMia Technologies, LLC. Pubblicato per la prima volta nel 2018 e rivisto per il web; la tecnologia descritta è inclusa in GuideMia Implant Master, autorizzato dalla FDA 510(k) con K121466 e sviluppato sotto un sistema qualità certificato ISO 13485.