About the author

Priv.-Doz. Dr. Stephan Christian Möhlhenrich

Universitätsklinikum der RWTH Aachen
Pauwelsstraße 30
52066 Aachen
Germany
0241 8088272
smoehlhenrich@ukaachen.de
http://www.ukaachen.de/kliniken-institute/klinik-fuer-kieferorthopaedie/klinik.html

CV

Hochschulbildung

  • 2005–2011   Studium der Zahnmedizin, Justus-Liebig Universität Gießen
  • 12/2011 Zahnärztliche Prüfung und Approbation als Zahnarzt
  • 2014–2015 Masterstudium (MSc) Implantology and Dental Surgery, IMC International Medical College / MIB GmbH, Münster
  • 2015–2017 Executive Masterstudium (MBA) General Management, Johannes Gutenberg Universität Mainz, University of Adelaide & Tongji University Shanghai, Schwerpunkt Gesundheitsmanagement & Internationales Management

Dissertation

  • 05/2014 Promotion zum Dr. med. dent., Oberflächenbeschädigung dentaler enossaler Implantate in Abhängigkeit des zur Insertion verwendeten chirurgischen Protokolls: ablativ vs. non-ablativ. Universitätsklinikum der Justus-Liebig Universität Gießen, Klinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie

Habilitation

  • 04/2018 Habilitation und Verleihung der Venia Legendi für das Fach für Zahn-, Mund-, Kieferheilkunde, Einfluss der Osteotomietechnik auf kieferorthopädische Operationen. Universitätsklinikum der RWTH Aachen, Klinik für Kieferorthopädie

Berufstätigkeit

  • 04/2012–07/2015 Weiterbildungsassistent und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen
  • 05/2015 Fachzahnarzt für Oralchirurgie
  • seit 07/2015 Weiterbildungsassistent und wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Klinik für Kieferorthopädie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen
  • seit 07/2015 Externer Mitarbeiter in wissenschaftlicher und regelmäßiger operativer Tätigkeit an der Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie, Universitätsklinikum der RWTH Aachen
  • seit 02/2018 Gastdozent und freier wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Klinik für Zahnmedizin und Mundchirurgie, Medizinische Fakultät der Universität Pécs, Ungarn
  • 10/2018 Fachzahnarzt für Kieferorthopädie

Co-authors

Dr. Florian Peters, Dr. Maximilian Brandt, Dr. Kristian Kniha, Prof. Dr. Andreas Prescher, Univ.-Prof. Dr. Michael Wolf, Univ.-Prof. Dr. Dr. Frank Hölzle, Priv.-Doz. Dr. Dr. Ali Modabber

Präzision von zahn- und schleimhautgetragenen Bohrschablohnen zur Insertion von kieferorthopädischen Mini-Implantaten im anterioren Gaumen: Eine Kadaverstudie

Topic

Mini-Implantate zur temporären skelettalen Verankerung kommen zunehmend in der kiefer­orthopädischen Behandlung zum Einsatz. Dabei hat sich insbesondere der anteriore Gaumen zur Insertion dieser Implantate als vorteilhaft erwiesen  und wurde bereits umfassend hinsichtlich Knochenqualität und -dimension untersucht.1-10 Die Insertion erfolgt für gewöhnlich median oder paramedian der Sutura palatina mediana.

In der dentalen Implantologie wurden Bohrschablohnen bereits erfolgreich etabliert, um sowohl die anatomisch angrenzenden Strukturen zu schützen, als auch das Knochenangebot bestmöglich zu nutzen und optimale Voraussetzungen für die anschließende prothetische Versorgung zu ermöglichen. Dabei liefern diese Schablonen eine hochpräzise Implantatinsertion.11 Auch zur Insertion kieferorthopädischer Implantate in den anterioren Gaumen kann eine solche Übertragungs­schablone hilfreich sein, um so Verletzungen des Nasenbodens zu verhindern oder eine sofortige Applikation einer kieferorthopädischen Behandlungsapparatur zu ermöglichen.

Jung et al. berichteten, dass eine Bildgebung mittels digitaler Volumentomographie (DVT) zur Planung von paramedianen Implantatinsertionen im anterioren Gaumen in der Regel nicht erforderlich ist.12 Sie verglichen die minimale vertikale Knochenhöhe in der Fernröntgenseiten-Aufnahme (FRS) mit jener in der korrespondierenden DVT-Aufnahme, sowohl in medianer als auch paramedianer sagittaler  Schichtebene. Sie fanden heraus, dass die FRS-Aufnahme eine genaue und adäquate Beurteilung des vertikalen Knochens vor der Mini-Implantatinsertion erlaubt.

Maino et al. stellten zwei Fallberichte zur Mini-Implantatinsertion unter Zuhilfenahme von 3D-gedruckten Bohrschablonen vor.13 Hierbei basierte die Planung auf der Überlagerung von virtuellen Situationsmodellen mit den dazugehörigen FRS-Aufnahmen. Die Autoren berichteten von einer hohen Übertragungsgenauigkeit dieses Verfahrens.

Das Modul TAD Match innerhalb der Software OnyxCeph (Image Instruments GmbH, Chemnitz) bietet einen digitalen Workflow zur Positionsplanung von kieferorthopädischen Implantaten auf Basis dieses Verfahrens, inklusive anschließender Schablonenherstellung auf Silikon-Basis. Dazu erfolgt zunächst die grobe Positionierung der Implantate auf einem gescannten Gipsmodell. Anschließend erfolgen die Feineinstellung der Implantatposition und -neigung sowie die Wahl der Implantatlänge im FRS.

Ziel

Das Ziel der vorliegenden Kadaverstudie war es, die Übertragungsgenauigkeit von zwei Bohrschablonen aus Silikon (zahn- oder schleimhautgetragen), basierend auf einer Planung durch Überlagerung von virtuellen Situationsmodellen und korrespondierenden FRS-Aufnahmen mittels Intraoralscan und postoperativer DVT zu evaluieren.

Methoden

Nach institutioneller Genehmigung wurden zwei kieferorthopädische Mini-Implantate in den anterioren Gaumen von 20 unfixierten, frischen Körperspendern (14 Männer und 6 Frauen; Durchschnittsalter 71 Jahre) unter Verwendung einer zahngetragenen (ZGS) (Schablonen: N = 10, Implantate: N = 20) oder schleimhautgetragenen (SGS) Bohrschablone (Schablonen: N = 10, Implantate: N = 20) inseriert. Voraussetzung für die Aufnahme in die Studie war ein maximaler Verlust von vier Zähnen, davon maximal zwei pro Quadrant. Für die virtuelle Planung wurden FRS-Aufnahmen (Orthophos SL 2D, Dentsply Sirona, York, Pennsylvania, USA) der Schädel sowie Gipsmodelle des jeweiligen Oberkiefers nach entsprechender Abformung (Impregum Penta, 3M ESPE, Neuss, Deutschland) angefertigt. Alle Abdrücke wurden mit Superhartgips (Alpenrock, Amann Girrbach, Koblach, Österreich) ausgegossen. Im Weiteren wurden die Modelle mittels Modellscanner (orthoX scan, Dentaurum, Ispringen, Deutschland) digitalisiert und mit den korrespondierenden FRS-Aufnahmen überlagert (TAD Match, OnyxCeph, Image Instruments GmbH, Chemnitz, Deutschland; Abb. 1a–c). Es folgte die virtuelle Implantatinsertion. Dabei erfolgten die Positionsplanung anhand der virtuellen Modelle und die notwendige Feinjustierung auf Basis der FRS-Aufnahme. Alle Mini-Implantate hatten eine Größe von 2 x 10 mm (OrthoLox, Promedia Medizintechnik A Ahnfeldt GmbH, Siegen, Deutschland). Es wurde eine paramediane Insertion mit einem Abstand von 8 mm zwischen den Implantaten und einem Winkel zur Okklusionsebene zwischen 70 und 80° geplant. Anschließend wurden die digitalen Mini-Implantate virtuell durch Pfosten, welche später der Aufnahme von parallelen Bohrhülsen dienen, ersetzt (Abb. 2) und mittels 3D-Drucker (Form 2, Formlabs, Somerville, Massachusetts, USA) gedruckt. Auf Basis dieses Arbeitsmodells wurden die Bohrschablohnen angefertigt. Hierzu wurden entsprechende Bohrhülsen auf die Positionspfeiler appliziert und mit einem Zwei-Komponenten-Silikon ummantelt (Transpasil, KANIEDENTA GmbH & Co. KG, Herford, Deutschland). Dabei umfasste die Ausdehnung wahlweise nur die angrenzende Schleimhaut bis zum Zahnbogen (SGS) oder schloss die Okklusionsflächen mit ein (ZGS; Abb. 3a und b). Nach der Herstellung der Bohrschablonen wurden diese in den OP-Situs überführt (Abb. 4a–c). Pro Kiefer wurden zwei Implantate mittels Winkelstück (Prosthodontic Implant Driver, W & H, Bürmoos, Österreich) inseriert. Somit resultierten 20 Mini-Implantat­insertionen je Bohrschablone. Die geplante Bohrtiefe wurde mit Dislokation von Implantat und Schrauben­halter erreicht. Nach Platzierung der Implantate erfolgte zur radiologischen Evaluation der Eignung einer FRS-Aufnahme zur Planung von paramedianen Mini-Implantatinsertionen eine DVT-Kontrollaufnahme (GALILEOS CBCT, Sirona, Bensheim, Deutschland). Hierzu wurden folgende Messstrecken und -winkel sowohl in der FRS-Aufnahme als auch in der jeweiligen sagittalen Schichtebene im DVT ermittelt (Abb. 5a–d):

  • Distanz A: Abstand der Implantatspitze, im rechten Winkel zum Nasenboden (ANS-PNS), zum knöchernen Nasenboden
  • Distanz B: Abstand der Implantatspitze zum knöchernen Nasenboden entlang der Implantatachse
  • Distanz C: Abstand der Implantatschulter zum krestalen Knochen
  • Winkel α: Winkel zwischen Implantat und Nasenboden (ANS-PNS)

Zur klinischen Beurteilung der Mini-Implantatposition wurden im Weiteren Scanbodies auf den Implantaten fixiert und digital abgeformt (CEREC Omnicam, Dentsply Sirona, York, Pennsylvania, USA) (Abb. 6). Die Scanbodies hatten den gleichen Durchmesser, waren jedoch 4 mm kürzer als die Pfeiler des virtuellen Arbeitsmodells. Somit dienten die Pfeiler als Referenz für den Vergleich des virtuellen Planungsmodells (Referenzmodell) und des postoperativen intraoralen Scans (Testmodell). Die virtuellen Modelle wurden softwaregestützt unter Verwendung einer automatischen Oberflächenregistrierung durch iterativen Nahpunktalgorithmus (Geomagic, Morrisville, NC, USA) ausgerichtet (Abb. 7a). Zur Messung linearer Abstände wurde die größte Abweichung zwischen den Scanbodies und der Planungssäule in Breite und Länge gemessen (Abb. 7b). Die Bestimmung der Winkelabweichung zwischen Planungssäulen und Scanbodies erfolgte sowohl in sagittaler als auch in transversaler Ebene. Für Messungen in der Sagittalen wurden an der ventralen Begrenzung der Planungssäulen und der Scanbodies Querebenen platziert und der resultierende Winkel ermittelt. Hierzu wurde eine transversale Referenzebene an der ventralen Begrenzung der Planungssäulen platziert. Anschließend wurde die sagittale Referenzebene orthogonal zur transversalen Referenzebene erstellt. Dadurch konnten die Winkel zwischen der Achse der Scankörper und den Planungssäulen aus Sicht der Referenzebenen bestimmt werden (Abb. 7c).

Ergebnisse

Radiologische Auswertung

Vergleiche zwischen geplanter (FRS) und erzielter (DVT) Implantatposition sowie Vergleiche der resultierenden Differenzen für die ZGS- und SGS-Gruppe sind in den Abbildungen 8a bis d dargestellt. Die ermittelten Messdifferenzen für die ZGS- bzw. SGS- Gruppe betrugen für die Strecke A 1.73 mm (SD 1.24 mm) bzw. 1.60 mm (SD 1.50 mm) und die Strecke B 1.85 mm (SD 3.57 mm) bzw. 1.76 mm (SD 1.94 mm), sowie für die Strecke C 0.49 mm (SD 0.97 mm) bzw. 0.72 mm (SD 0.39 mm). Die korrespondierenden Winkelabweichungen α betrugen 3.33° (SD 2.69°) bzw. 4.77° (SD 5.70°).

Im Vergleich der geplanten Implantatposition (FRS) und ermittelten Implantatposition (DVT) konnte nur für Distanz A, Abstand der Implantatspitze im rechten Winkel zum knöchernen Nasenboden (FRS:4.73 mm [SD 2.33 mm] vs. DVT: 3.00 mm [SD 2.30 mm], p = 0,008) ein statistisch signifikanter Unterschied ermittelt werden. Keine statistisch signifikanten Unterschiede konnten innerhalb der SGS-Gruppe als auch für Differenzen von FRS und DVT zwischen den beiden Gruppen (ZGS vs. SGS)  gefunden werden.

 Digitale Auswertung

Vergleiche zwischen ZGS und SGS hinsichtlich lateraler und vertikaler Abweichungen sowie transversaler und sagittaler Winkelabweichungen sind in den Abbildungen 9a bis d dargestellt. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen der ZGS und SGS konnten sowohl für laterale Abweichungen (ZGS: 0,88 mm [SD 0,46] vs. SGS: 1,65 mm [SD 1,03], p = 0,004) als auch für sagittale Winkelabweichungen (ZGS: 3,67° [SD 2,25] vs. SHS: 6,46° [SD 5,5], p = 0,043) festgestellt werden. Hingegen konnten keine Unterschiede für vertikale Abweichungen (ZGS: 2,34 mm [SD 0,74] vs. SGS:  2,14 mm [SD 0,73], p = 0,40) als auch für transversale Winkelabweichungen (ZGS: 3,60° [SD 2,89] vs. SGS: 4,06° [SD 3,04], p = 0,62) ermittelt werden.

Diskussion

Insbesondere bei Patienten mit reduziertem Knochenangebot, Kiefer-/Gaumenspalten oder palatinal verlagerten Zähnen kann eine virtuelle Planung zur Insertion kieferorthopädischer Implantate im anterioren Gaumen von Vorteil sein, um so die angrenzenden anatomischen Strukturen zu schützen und eine bestmögliche Verankerung zu erzielen. Ebenso ist es möglich, bei Vorliegen einer solchen Planung die kieferorthopädischen Implantate in derselben Sitzung mit einer entsprechenden Apparatur zu versorgen.

Erstmalig wurde eine kombinierte Planung basierend auf einer FRS-Aufnahme und einem Situationsmodell von Tonsun et al. beschrieben.14 Bei diesem noch händischen Vorgehen wurde ein Situationsmodell halbiert und der Verlauf des Knochens im FRS eingezeichnet. Maino et al. setzten diese Planungsart virtuell um.13 Die Autoren schlussfolgerten, dass dies neben dem Schutz von angrenzenden Strukturen auch eine geringe Strahlenbelastung für den Patienten, verglichen mit einer DVT-Aufnahme, bedeutet.

In dieser Studie wurden präoperativ geplante Mini-Implantatpositionen mit den postoperativen  Platzierungen verglichen. Da eine radiologische Auswertung aus Gründen des Strahlenschutzes in vivo nicht möglich ist, wurde die Fragestellung im Kadavermodell bearbeitet. Hierbei handelte es sich um unfixierte, frische Köpfe von Körperspenden. Die Planung erfolgte nach Maino et al., basierend auf Überlagerungen von digitalen Modellen des Oberkiefers mit korrespondierenden FRS-Aufnahmen. In der vorliegenden Studie wurden Silikonschablonen mit zwei unterschiedlichen Ausmaßen verwendet. Die Bewertung der Positionsübertragung unter Berücksichtigung des tatsächlichen Knochenangebots wurde radiologisch durch den Vergleich der geplanten Implantat­position im FRS und der erzielten Position im DVT durchgeführt. Die Evaluation der klinischen Situation erfolgte durch virtuelle Überlagerung des Situationsmodells mit paramedian platzierten Mini-Implantaten und einem postoperativen Intraoralscan.

Von See et al. sowie Stoelzer et al. beschrieben die Möglichkeit zur Positionsbestimmung oraler Implantate mittels Intraoralscanner, um eine zusätzliche Strahlenexposition zu vermeiden. Dabei konnte eine hohe Übereinstimmung der so determinierten Position zur radiologischen Kontrolle festgestellt werden.15,16 Ein ähnlicher Ansatz wurde in der vorliegenden Studie verfolgt. So wurde zusätzlich zur radiologischen Kontrolle die klinische Position durch Scanbodies bestimmt und mit der virtuell geplanten Position des Mini-Implantats bzw. durch die Pfeiler zur Aufnahme der Bohrhülsen verglichen. Dies war durch die bekannte Größe der Scanbodies und der Pfeiler möglich.

Aus der dentalen Implantologie ist bekannt, dass schablonengeführte Insertionen eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der Übertragungsgenauigkeit von geplanter zu finaler Implantatposition bedeutet. So berichteten Schneider et al. in einer systematischen Übersichtsarbeit von einer mittleren Abweichung der Implantatschulter von 1,07 mm (95% CI: 0,76–1,22 mm) und der Spitze von 1,63 mm (95% CI: 1,26–2 mm).17 Bezüglich der Genauigkeit der schablonengestützten Insertion von kieferorthopädischen Mini-Implantaten gibt es keine vergleichenden Metaanalysen, insbesondere den Gaumen betreffend. Jedoch wird in der Literatur in Bezug auf die Eignung von Führungsschablohnen für die interradikuläre Implantatinsertion von einer signifikanten Verbesserung berichtet.18-20 So konnten Miyazawa et al. feststellen, dass kein Wurzelkontakt zu erwarten ist.20 Hinsichtlich der Genauigkeit für die schablonengestützte Mini-Implantatinsertion am Gaumen berichteten Cassetta et al. von Abweichungen im Bereich der Implantatschulter bzw. -spitze von 1,38 mm (Bereich: 0,15–3,48 mm, SD 0,65) bzw. 1,73 mm (Bereich: 0,10–5,41 mm, SD 1,03). Die Winkelabweichungen betrugen  etwa 4,60 ° (Bereich: 0,54 °- 15,23 °, SD 2,54).21

In der vorliegenden Untersuchung konnte radiologisch, trotz paramedianer Implantatinsertion mit einem Abstand von 4 mm zur Gaumenmitte, eine hohe Übereinstimmung in beiden Gruppen zwischen der geplanten und realisierten Implantatposition festgestellt werden. Zwar zeigte sich ein deskriptiver Unterschied von bis zu 1,85 mm (SD 3,57 mm) (B-Distanz, ZGS-Gruppe), jedoch ohne statistische Signifikanz. Diese Differenz entspricht unter anderem den Beobachtungen von Hourfar et al.9 Die Autoren berichten im Rahmen einer dreidimensionalen Untersuchung des anterioren Gaumens von einem von median nach paramedian verstärkt verminderten Knochenangebot. Dies entspricht nicht den Ergebnissen von Jung et al., welche eine hohe Korrelation zwischen dem im FRS ermittelten knöchernen Knochenangebot und dem entsprechend gemessenen Knochen  im CT feststellen konnten.9 Diesbezüglich müssen weitere Studien folgen, um diese Ergebnisse zu prüfen. Dennoch konnte in der vorliegenden Studie, mit einer Ausnahme, kein signifikanter Unterschied zwischen den gemessenen Strecken gefunden werden. Daher scheint die Aussage von Jung et al., dass das FRS zur Planung von Implantatinsertionen am Gaumen ausreichend gegenüber dem DVT ist, grundsätzlich richtig.

Hinsichtlich der klinischen Beurteilung konnten in dieser Studie laterale Abweichungen bis zu 1,65 mm (SD 1,03) und vertikale Abweichungen  von etwa 2,34 mm (SD 0,74) gemessen werden. Die maximalen Winkelabweichungen in der Sagittalen betrugen ca. 6,46° (SD 5,5°). Ein direkter Vergleich mit der aktuellen Literatur ist aufgrund unterschiedlicher Messmethoden schwierig, jedoch scheinen die transversalen und lateralen Abweichungen im Vergleich zu Cassetta et al. nur geringfügig erhöht.21 Abweichungen in der Vertikalen waren vergleichsweise höher. Es zeigte sich, dass in keiner der beiden Gruppen die gewünschte Insertionstiefe erreicht wurde. Dies liegt möglicherweise an den elastischen Eigenschaften des Silikons. Ein weiterer möglicher Grund könnte sein, dass die Bohrhülsen auf den Pfeilern des Arbeitsmodells nicht die endgültige Position erreichten. Dies würde jedoch die Winkelabweichungen nicht erklären. Es ist also eher davon auszugehen, dass das Silikon eine gewisse Beweglichkeit der Bohrbüchse zulässt. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch Einbeziehung der Zahnreihe eine Verbesserung der Übertragungs­präzision erreicht werden kann. Im Einzelfall müssen kieferorthopädische Apparaturen am Patienten angepasst werden, um so Spannungen aufgrund der Abweichungen zu verhindern.

 

Image Gallery (16)

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Summary:

Die virtuelle Planung der paramedianen Mini-Implantatposition, basierend auf einer Überlagerung eines digitalen Situationsmodells und dem korrespondierendem FRS, erlaubt eine hohe Präzision und Kontrolle über die Implantatinsertion. Jedoch bestehen grundsätzlich Differenzen zwischen dem im FRS gemessenen und dem im DVT paramedian vorzufindenden Knochenangebot. Dies muss bei der Planung berücksichtigt werden.Die Verwendung von Übertragungsschablonen aus Silikon ermöglicht eine ausreichende Kontrolle über die Mini-Implantatinsertion und ist mit CAD/CAM-Schablonen vergleichbar. Im Vergleich zu den postulierten Werten in der dentalen Implantologie sind diese zwar ungenauer, scheinen aber für die Aufnahme von kieferorthopädischen Behandlungsapparaturen ausreichend präzise, insbesondere wenn der Zahnbogen samt Okklusionsfläche mitgefasst wird.Das vorgestellte Prozedere ist mit Hinblick auf die vergleichsweise geringe Strahlenbelastung für den Patienten von besonderer Bedeutung.

Sowohl das Studiendesgin als auch Teile der Ergebnisse wurden bereits publiziert in: Möhlhenrich et al. Accuracy of orthodontic mini-implants placed at the anterior palate by tooth-borne or gingiva-borne guide support: a cadaveric study. Clin Oral Investig. 2019 Apr 13. doi: 10.1007/s00784-019-02885-1. [Epub ahead of print]