05.05.2011 •

COMPUTERASSISTIERTE REKONSTRUKTION DES GESICHTSSCHÄDELS

Aus der Abteilung Mund-, Kiefer- und plastische Gesichtschirurgie (Leitender Arzt: Oberstarzt Prof. Dr. Dr. A. Schramm) am Bundeswehrkrankenhaus Ulm (Chefarzt: Generalarzt Prof. Dr. Dr. E. Grunwald)

von Alexander Schramm und Frank Wilde

Zusammenfassung

Der Gesichtsschädel ist in modernen Kriegen sehr häufig von Verletzungen betroffen, welche neben ästhetischen insbesondere funktionelle Defizite bei den Betroffenen hinterlassen können.

Die computerassistierte Rekonstruktion gibt dem Operateur die Möglichkeit, ein vorhersagbares Rekonstruktionsergebnis des knöchernen Gesichtsschädels zu erreichen. Die Kombination aus virtueller präoperativer Planung, intraoperativer Instrumentennavigation und intraoperativer Bildgebung wird routinemäßig an der Autorenklinik bei komplexen Verletzungen des Gesichtsschädels eingesetzt. Mithilfe der präoperativen Planung kann das erstrebte Rekonstruktionsergebnis millimetergenau vorgeplant und durch intraoperative Instrumentennavigation umgesetzt werden. Die intraoperative Bildgebung ergänzt die Therapie durch zusätzliche intraoperative Endkontrolle des Operationsergebnisses. Durch die Anwendung der computerassistierte Chirurgie bei der Versorgung von Verletzungen des Gesichtsschädels können intraoperative Fehlpositionierungen bzw. Fehlkonturierungen der knöchernen Fragmente und der eingebrachten Transplantate verhindert werden. Dies ist ein herausragender Beitrag zur Qualitätssicherung bei diesen komplexen Operationen und senkt damit die Zahl notwendiger Folgeeingriffe.

Computer assisted reconstruction of the facial skeleton

Summary In modern wars, the injury of the facial skeleton is very common. This may result not only in aesthetic but also functional deficits. Computer- assisted surgery promises predictable reconstructive results. In clinical routine, the authors use the combination of preoperative planning, intra-operative navigation and intraoperative imaging to treat complex facial trauma. With preoperative planning, the intended reconstructive results can be precisely preplanned and guided intra-operatively using navigational surgery. Intra-operative imaging achieves the final intra-operative validation. Using computer assisted surgery dislocation and malformation of fragments and transplants can be avoided in facial reconstruction. This means valid quality control of surgical outcome and the number of further surgeries can be reduced in this complex reconstructive surgery.

1. Einführung

Der Gesichtsschädel ist in modernen Kriegen sehr häufig von Verletzungen betroffen, welche neben ästhetischen insbesondere funktionelle Defizite bei den Betroffenen bewirken können. Mit modernen Operationsplanungssystemen können Rekonstruktionen des Gesichtsschädels virtuell durchgeführt werden. Das Ergebnis der Simulation, das virtuelle Modell, dient intraoperativ als Schablone, wenn die intraoperative Instrumentennavigation verwendet wird oder Insertionsschablonen präoperativ angefertigt wurden (1). Durch die intraoperative Bildgebung mit 3D-C-Bögen kann die Fusion der prä- und intraoperativen Datensätze einen Vergleich des intraoperativen Operationsergebnisses mit der präoperativ erstellten Simulation erreichen. Typische klinische Beispiele der Anwendung der computerassistierten Chirurgie sind minimal-invasive Eingriffe und Biopsien, posttraumatische Gesichtsschädelrekonstruktionen, Tumorresektionen mit anschließender Gesichtsschädelrekonstruktion, Unterkieferrekonstruktionen mit patientenspezifisch präformierten Rekonstruktionsplatten, komplexe Dysgnathiechirurgie und die orale Implantologie.

2. Klinische Anwendungen bei der Rekonstruktion des Gesichtsschädels

2.1 Traumatologie

Bei der operativen Reposition und Osteosynthese von Frakturen des Gesichtsschädels kann aufgrund der nur kurzen Datensatzerhebungszeit (5 bis 10 min) eine intraoperative Bildgebung mit einem 3D-C-Bogen zur Stellungskontrolle vor Wundverschluss erfolgen. So lassen sich Fehlpositionierungen des Jochbeines und des Jochbogens vermeiden (Abb 1). Unnötige Orbitaexplorationen können aufgrund intraoperativer Bildgebung nach Jochbeinreposition verhindert werden. Auch eine Zweitoperation aufgrund insuffizienter Reposition, zum Beispiel nach intraoralen endoskopisch-assistierten Versorgungen von Unterkiefergelenkfortsatzfrakturen, wird hierdurch vermieden.

Bei komplexen Frakturen der Orbitawände ist eine intraoperative Visualisierung erforderlich, um Fehlstellungen zu vermeiden und die Zahl der notwendigen Sekundärrekonstruktionen deutlich zu verringern (2). Die präoperative Planung erlaubt die virtuelle Insertion (Abb 1c) eines anatomisch vorgefertigten Orbitawandimplantates (Abb 1d), welches intraoperativ navigationsgestützt inseriert wird.

2.2 Tumortherapie

In der Tumortherapie ist es möglich, markierte Tumorgrenzen in verschiedenen Bilddatensätzen desselben Patienten zu korrelieren und zu übertragen. Damit lassen sich Volumenvergleiche von Tumormassen vor und nach einer Chemotherapie ziehen und ursprüngliche Tumorausdehnungen in posttherapeutische Datensätze einblenden. Die pointerbasierte Navigation erhöht so intraoperativ die Radikalität der Resektion durch Visualisierung der für den Operateur im klinischen Situs unsichtbaren Begrenzungen (3, 4). Basierend auf stereolithographischen Modellen können bereits präoperativ die Rekonstruktionsmaterialien patientenspezifisch vorgeformt werden und die Rekonstruktion im Anschluss an die Tumorresektion intraoperativ mithilfe der intraoperativen Instrumentennavigation ausgerichtet und mit der intraoperativen Bildgebung validiert werden. Durch das “Rapid Prototyping“ ist es möglich, beliebige patientenspezifische 3D-Modelle aus Computertomographie- Datensätzen herzustellen.

An solchen Modellen lassen sich problemlos zum Beispiel patientenspezifische Implantate in gewünschter Form und Länge präoperativ vorbiegen. Auch vorab am Computer virtuell geplante Rekonstruktionen können hier als 3D Modell über CAD/CAM Verfahren hergestellt werden (Abb 2a). Im Falle von zum Beispiel präoperativ vorgebogenen Unterkieferrekonstruktionsplatten (Abb 2b) lassen sich zusätzlich die Schraubenanzahl und die optimalen Schraubenlängen bereits präoperativ am Modell ermitteln. Durch eine ergänzende Herstellung von Plattenrepositionsschlüsseln, zum Beispiel aus Kunststoff (Abb 2b), ist die Plattenposition vom Modell in den Operationssitus übertragbar. Länge und Form eines möglichen primären oder sekundären Knochentransplantates können bereits präoperativ bestimmt und geplant werden (Abb 2a-b). Ein solches Vorgehen führt im Vergleich zu intraoperativ gebogenen Platten zu einer deutlichen Reduktion der Operationszeiten und zu vorhersagbaren Rekonstruktionsergebnissen (5).

Stereolithographiemodelle mit individuell vorgeformten Implantaten dienen zur Rekonstruktion des Mittelgesichtes (Abb 2a) und des Unterkiefers (Abb 2b).

2.3 Syndrome, Fehlbildungen und komplexe Dysgnathien

Bei syndromalen Fehlbildungen und komplexen Dysgnathien, insbesondere bei Verdrehung und Verkippung der Okklusionsebene im Oberkiefer, werden mithilfe einer virtuellen Planungssoftware sämtliche Osteotomien bis ins Detail geplant und Verschiebungen der Kiefersegmente simuliert (6, 7). Zur Simulation kann eine Kombination von konventioneller Artikulator-Planung und virtueller CT-Datensatz-basierter Planung verwendet werden. Voraussetzung ist ein Artikulator, bei welchem das Oberteil mittels Einstellvorrichtung frei beweglich und in jeder beliebigen Position arretierbar ist. Voraussetzung für die Übertragbarkeit der virtuellen Planung auf die konventionelle Modelloperation unter Verwendung von Gipsmodellen, ist die synchrone Ausrichtung des CT-Datensatzes und der Gipsmodelle nach der Scharnierachs-Orbitalebene. So kann die konventionelle Modelloperation mit den virtuell bestimmten Verlagerungsstrecken für den Oberkiefer durchgeführt werden (Abb 3a-d). Zur Erstellung des Operationssplintes für den Unterkiefer bleibt die konventionelle Methode auch weiterhin ausreichend.

Mithilfe eines justierbaren Artikulators (Abb 3a) kann die präoperative CT-Planung (Abb 3b-c) auf das Oberkiefermodell übertragen werden. Die postoperative CT-Kontrolle zeigt Bildteil 3d.

2.4 Orale Implantologie

In der oralen Implantologie kann bei ausreichendem Knochenangebot und exakter prothetischer Planung der geübte Chirurg eine zufriedenstellende Positionierung der Zahnimplantate in der Regel erreichen. Schwieriger sind Implantationen bei grenzwertigem Knochenangebot, hier können wenige Zehntelmillimeter entscheidend sein. Neben der Simulation der prothetisch korrekten Positionierung der Implantate kann mithilfe der dreidimensionalen Planung eine präoperative Entscheidung über die Notwendigkeit oder Entbehrlichkeit von zusätzlichen Knochenaugmentationen getroffen werden (8). In der klinischen Routine ist bei teilbezahnten Kiefern die Anwendung hülsenbasierter Insertionsschablonen vorteilhaft. Über die Registrierung einer prothetischen Planungsschablone, welche präimplantologisch hergestellt wird, lassen sich mithilfe spezieller Bohrtische gemäß der virtuellen Planung Hülsen in definierter Position in die Insertionsschienen einbringen. Die zu ersetzenden Zähne sind mittels Set- Up und Wax-Up mit Bariumsulfat-Kunststoff in die Planungsschablonen einge arbeitet und die ideale Implantatachse als Kanal vorgebohrt. Im Planungsdatensatz (CT oder DVT) kann dann ein dentales Implantat exakt positioniert werden und diese Insertionsrichtung durch Hülsen auf die Insertionsschablone übertragen werden (Abb 4a-c).

Durch prä-operative 3D-Planung (Abb 4a) wird eine Insertionsschablone erstellt (Abb 4b), welche die Implantation unter Umgehung des Unterkiefernervs ermöglicht (Abb 4c).

3. Schlussfolgerungen

Die computerassistierte Rekonstruktion des Gesichtsschädels gibt dem Operateur die Möglichkeit, ein vorhersagbares Rekonstruktionsergebnis auch bei komplexen Rekonstruktionen zu erreichen. Die Kombination aus virtueller präoperativer Planung, intraoperativer Instrumentennavigation und intraoperativer Bildgebung ermöglicht, dass das erstrebte Rekonstruktionsergebnis millimetergenau vorgeplant und durch intraoperative Instrumentennavigation umgesetzt wird. Die intraoperative Bildgebung ergänzt die Therapie durch zusätzliche intraoperative Endkontrolle des Operationsergebnisses. Durch die Anwendung der computerassistierten Chirurgie bei der Versorgung von Verletzungen des Gesichtsschädels können intraoperative Fehlpositionierungen bzw. Fehlkonturierungen der knöchernen Fragmente und der eingebrachten Transplantate verhindert werden.

Die Verwendung von Stereolithographiemodellen ermöglicht die Vorfertigung von Implantaten bei ausgedehnten Defektrekonstruktionen. Bei der Rekonstruktion der zahntragenden Kieferabschnitte ist die Verwendung von 3DBohrschablonen ein Garant dafür, dass auch bei komplexen Defektsituationen, wie sie insbesondere nach Explosionstraumen auftreten können, eine prothetische Implantatposition erreicht werden kann. Dies ist ein herausragender Beitrag zur Qualitätssicherung bei diesen komplexen Operationen und senkt damit die Zahl notwendiger Folgeeingriffe.

Literaturverzeichnis beim Verfasser erhältlich

Fotos: Klinik und Poliklinik Mund-Kiefer- und plastische Gesichtschirurgie Kopfklinik Bundeswehrkrankenhaus Ulm

Datum: 05.05.2011

Quelle: Wehrmedizinische Monatsschrift 2011/2-3

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