Tecnologia informatica nella progettazione implanto-protesica

Marco Rinaldi

Introduzione

La tomografia computerizzata fu introdotta nella chirurgia orale e implantare nel 1987, mentre lo sviluppo dei primi software per la diagnosi e la pianificazione risale al 1993 quando la Columbia Scientific realizzò un programma interattivo per la pianificazione implantare.

Un determinante passo avanti per lo sviluppo di queste tecnologie fu fatto per merito di alcuni progetti di ricerca  sulla fotopolimerizzazione laser per la realizzazione di modelli anatomici tridimensionali (PHIDIAS) e per la costruzione di guide chirurgiche e di protesi individuali (PISA), utilizzate in Chirurgia cranio-facciale, in ortopedia, in neurochirurgia ed in implantologia.

La stereolitografia è una metodologia che consente di realizzare un oggetto tridimensionale partendo da dati informatici. La prima macchina per la stereolitografia fu presentata in California dalla 3D Systems e dette inizio allo sfruttamento industriale di questa tecnologia. Il principio fisico della stereolitografia si basa sulla proprietà di alcune materie plastiche dette termoindurenti di passare dallo stato fluido a quello solido quando ricevono energia. Questo passaggio di stato fisico avviene quando la superficie della resina viene colpita da un raggio laser generalmente a gas di HeCd o di Ar+ a frequenze ultraviolette con potenza di alcune decine di mW. Nel punto in cui il raggio laser colpisce la resina si creano dei legami chimici, ponti zolfo, che impediscono alle molecole di muoversi l’una rispetto all’altra determinando così il passaggio  dallo stato liquido a quello solido.

La stereolitografia consente di ricostruire qualsiasi forma  perciò è diventata la principale tecnologia impiegata nel mercato della prototipazione rapida ed utilizzata in molteplici campi: dall’industria, all’arte, alla medicina.

Questi studi preliminari hanno costituito il background culturale che oggi può essere sfruttato anche nella chirurgia implantare computer guidata, i dati che si utilizzano sono quelli, in formato dicom, che si ottengono con la tomografia computerizzata.

I vantaggi che queste tecnologie offrono sono molteplici. Innanzitutto va sottolineato che la realizzazione di modelli stereolitografici e le visioni tridimensionali che possono essere ruotate, ingrandite e ritagliate, consentono uno studio molto accurato dell’anatomia del paziente permettendo di studiare con accuratezza le sedi implantari valutando l’altezza, lo spessore dell’osso e la presenza di strutture da rispettare. In alcune situazioni cliniche la precisa valutazione dell’anatomia chirurgica ha un’importanza rilevante. Ricordiamo come sia importante identificare la presenza di setti ossei trasversi di Underwood all’interno del seno mascellare in quanto potrebbero ostacolare un innesto sinusale. L’arteria alveolo-antrale, che decorre a livello della parete sinusale laterale  può essere localizzata proprio in corrispondenza dell’area abitualmente utilizzata per accedere al seno, rischiando di essere lesionata generando una fastidiosa emorragia, quindi è importante identificare il suo decorso per evitare di danneggiarla. A livello mandibolare la presenza di una cresta mioloioidea molto pronunciata può generare un importante sottosquadro che deve essere identificato per non rischiare di lesionare l’arteria miloioidea e quelle del pavimento buccale anche il decorso del canale mandibolare deve essere stabilito con assoluta precisione per scongiurare lesiono al nervo alveolare.

La pianificazione implantare eseguita al computer permette di ottimizzare diametro, lunghezza, angolazione e posizione di ogni singolo impianto, nel rispetto dell’anatomia del paziente ma anche del progetto protesico finale.

La pianificazione implantare computerizzata costituirebbe un semplice strumento conoscitivo se non la si potesse trasferire al paziente. Per trasferire la pianificazione alla fase chirurgica si utilizzano delle guide realizzate anch’esse con la stereolitografia. Queste guide hanno delle boccole per dirigere le frese durante la preparazione delle sedi implantari.

Progettazione computerizzata

I software di pianificazione consentono di scegliere le sedi implantari e di progettare sia la chirurgia implantare sia la protesi prima dell’intervento utilizzando le immagini tomografiche.

Le immagini TC vengono studiate al computer in quattro viste principali: sagittale obliqua, assiale, tridimensionale e coronale (panoramica). Al tocco del mouse l’operatore può evidenziare qualsiasi punto in ogni immagine inoltre tutte le viste sono interconnesse in modo da offrire le diverse immagini di quel punto contemporaneamente.

Le immagini possono essere migliorate in vari modi modificando la scala dei grigi oppure evidenziando con un colore una struttura come il canale mandibolare, si possono ingrandire e tagliare assialmente o trasversalmente in qualsiasi punto per valutare ogni particolare dell’anatomia. Le visioni 3D possono anche essere rese trasparenti per visualizzare le strutture profonde. Vi sono molti strumenti di misurazione delle distanze lineari e angolari. Si può calcolare la densità ossea in ogni punto in unità Hounsfield che viene automaticamente convertita nella scala delle densità ossee di Misch (D1,2,3,4).

L’operatore può scegliere in una vastissima libreria di impianti quello che preferisce e che trova più adatto allo specifico caso, ogni impianto può essere posizionato sulle immagini in tutte le viste controllando la posizione più adeguata. In questa fase progettuale bisogna tener presente da un lato l’anatomia del paziente e dall’altro le esigenze protesiche. Normalmente la pianificazione fatta risulta ben comprensibile al protesista (che potrà suggerire delle modifiche) ma anche al paziente che potrà dare il suo consenso informato. Il miglioramento dell’aspetto comunicativo che l’immediatezza delle visioni tridimensionali offre, risulta molto utile nel mantenimento di un buon rapporto tra medico e paziente ma anche tra chirurgo e protesista.

Indicazioni cliniche e tipologie di guide chirurgiche

I sistemi di pianificazione computerizzata aggiungendo precisione e consentendo uno studio più approfondito del caso si possono considerare indicati in tutte le situazioni cliniche (5). Ma in particolare riteniamo indispensabile il metodo computerizzato nella pianificazione di impianti angolati che come sappiamo possono essere con successo utilizzati per evitare il coinvolgimento di strutture anatomiche come i seni mascellari o i fori mentonieri (graftless surgery)(. Infatti nelle immagini TC riformattate sul piano sagittale obliquo possiamo sovrapporre la sagoma di un impianto, come generalmente si fa per stabilirne lunghezza e diametro, solamente se questo sarà posizionato in modo parallelo alla sezione che stiamo considerando, un impianto inclinato invece taglierebbe obliquamente le immagini sagittali oblique e in ciascuna di queste mostrerebbe soltanto una parte di se (fig.1). Nella progettazione di impianti inclinati anteriormente al seno mascellare dobbiamo considerare sia la loro inclinazione sul piano sagittale sia quella sul piano frontale per non rischiare di penetrare con le frese nel seno piriforme. Per questa ragione solo l’elaborazione computerizzata e le visioni tridimensionali potranno essere utilizzate per progettare con precisione impianti inclinati. Le guide chirurgiche rappresentano gli strumenti per trasferire al paziente la pianificazione computerizzata, sarebbe infatti inutile possedere dei sofisticati strumenti di progettazione senza poi avere la possibilità di trasferire il progetto implantare al paziente. Le guide chirurgiche sono realizzate con tecnica stereolitografica e

a seconda delle situazioni cliniche si può scegliere una guida a supporto osseo, dentale o mucoso. E’ bene sottolineare che la chirurgia computer guidata non deve essere confusa, come sappiamo che spesso avviene, con la chirurgia senza lembo (flapless) quest’ultima ne rappresenta solamente una delle possibili applicazioni cliniche. I criteri di scelta spaziano dallo stato di salute del paziente al progetto protesico, alla valutazione della stabilità della protesi di scansione e della guida chirurgica, alla vicinanza di strutture anatomiche da rispettare, alla necessità di rimuovere mezzi di fissazione o di eseguire correzioni al siti implantari e alle basi ossee.

Conclusioni

L’implantologia è stata influenzata da diverse discipline che hanno fatto sì che da disciplina empirica sia diventata materia scientifica capace di modificare radicalmente l’odontoiatria moderna.

L’evoluzione dell’implantologia ha via via cambiato l’approccio chirurgico, riducendone invasività e tempi di trattamento.

Non vi è dubbio che, in tale ottica, la chirurgia computer-guidata, pur essendo l’ultimo filone importante a essere preso in considerazione, è quella che ha avuto i progressi più significativi, mediante l’introduzione di software di progettazione, di modelli stereolitografici per la simulazione degli interventi e delle dime chirurgiche.

Questa chirurgia ha il grande merito di poter ottimizzare il superamento degli ostacoli anatomici inserendo impianti idonei per diametro, lunghezza , numero e posizione.

Ovviamente la chirurgia guidata non può e non deve sostituire la chirurgia mediante innesti ossei, che rimane la modalità ricostruttiva che offre le garanzie migliori, e non deve neanche essere ritenuta capace di permettere a chirurghi inadeguati di semplificare tutti gli interventi mediante terapie chirurgiche senza lembo, ma è da considerare come una grande opportunità che la tecnologia offre per diminuire traumaticità e tempi di trattamento ma anche aumentare la sicurezza e la precisione nella chirurgia implantare e in quella ricostruttiva.

Per la corrispondenza:

Dott. Mauro Mazzocco

mazzocco@dentista.it