1989 : c’est à cette date qu’il faut remonter pour apprécier les premiers guides chirurgicaux en implantologie orale. Le principe breveté par un prothésiste dentaire [¹] consistait en l’élaboration d’un gabarit en résine, avec déjà des canons de forages calibrés aux ancillaires, permettant de créer un lit implantaire à la bonne profondeur et dans un axe prothétiquement idéal. L’imagerie tomodensitométrique introduite un an auparavant en odontologie avec le logiciel DentaScan (Columbia Scientific, États-Unis) offrait alors au praticien la possibilité de planifier des implants sur des reconstructions bidimensionnelles sagittales à l’aide de calques.

Les guides radiologiques contenant par exemple des cônes de gutta percha aidaient déjà à la visualisation et pouvaient être transformés en guides chirurgicaux avec, par essence, une bonne précision d’adaptation seulement, et non de forage. Il faudra attendre l’arrivée de logiciels comme ImageMaster-101 en 1991 puis, deux ans plus tard, le fameux SIM/Plant (Columbia Scientific, États-Unis), pour planifier les chirurgies informatiquement et transposer le projet dans un guide imprimé, ou le SafeSystem (Keystone Dental, États-Unis) imaginé en 1993 pour transformer les guides radiologiques en guides chirurgicaux [²] : l’implantologie assistée par ordinateur était née. L’avènement des premiers dispositifs cone beam dès 1996, moins irradiants et plus accessibles, leur utilité démontrée en implantologie orale [³], puis l’utilisation progressive de projets prothétiques au format STL ont simplifié le processus de conception de guides. Cependant, le procédé informatique nécessite de faire correspondre parfaitement dans un espace tridimensionnel le volume radiologique (DICOM) avec les fichiers surfaciques de l’empreinte (STL) du patient et de son projet prothétique (wax-up).

CAHIER DES CHARGES DU CBCT POUR UNE PARFAITE INTÉGRATION DANS UN LOGICIEL DE PLANIFICATION IMPLANTAIRE

L’examen tomodensitométrique est le moyen d’appréhender correctement en trois dimensions le volume osseux dans lequel un implant dentaire sera placé. Les défauts inhérents à la technologie du CBCT doivent être connus par le chirurgien-dentiste en capacité de réaliser l’examen en vue d’une planification implantaire. Un manquement au cahier des charges proposé ici pourrait en effet demander au patient d’avoir recours à une nouvelle procédure préjudiciable en termes d’irradiation.

Préparation de la capture

Pour une planification implantaire, le taille du champ (FoV) ne devra pas excéder 5 × 10 cm pour obtenir l’image de l’arcade dentaire d’intérêt. Toutefois, un petit champ comme 5 × 5 cm peut être justifié dans le cadre d’un édentement unitaire, à condition que les dents adjacentes ne présentent pas d’élément métallique pouvant entraver la lecture de l’image. Si le bon sens nous invite bien sûr aujourd’hui à réduire l’irradiation, les modes dits low dose ont une efficacité qui reste à prouver en imagerie pré-implantaire quant à la qualité d’image obtenue : difficulté à tracer correctement les trajets nerveux ou le rebord du sinus maxillaire [⁴], à mesurer des hauteurs en présence de tissu ostéoïde avec des voxels trop larges… En vertu du principe ALADAIP (As Low as Diagnostically Acceptable being Indication-oriented and Patient-specific), une exposition pour résolution standard avec des coupes à 200 µm maximum doit être adoptée [⁵].

Préparation du patient

Toute prothèse amovible et tout élément métallique au-dessus des épaules doivent être retirés : bijoux, épingles à cheveux, lunettes. La prévisualisation (scout view) doit faire apparaître l’intégralité des surfaces dentaires et le tiers inférieur des sinus maxillaires pour une étude maxillaire, ou le rebord basilaire pour une étude mandibulaire, pour s’assurer de lire toute la hauteur osseuse disponible. Elle doit permet également permettre de vérifier la bonne orientation du scanner où le capteur doit être perpendiculaire à la face occlusale de l’arcade collimatée. L’arcade dentaire doit être complète et sans interférence : des dispositifs radio-transparents comme des rouleaux salivaires doivent être placés entre les arcades si la machine ne dispose que d’un appui mentonnier (^{figure 1}). Dans le cadre d’un édentement plural ou total, l’opérateur aura besoin de distinguer les tissus mous gingivaux des tissus jugaux. Il peut être en effet nécessaire de visualiser la totalité de la crête dans le logiciel de planification implantaire afin de disposer des clavettes de fixation ou de dessiner un guide ayant un retour vestibulaire important. Pour ce faire, d’autres cotons salivaires seront placés dans le fond du vestibule et complétés par un écarteur de lèvres (^{figure 2}). Quand le chirurgien-dentiste externalise ses examens 3D auprès d’un cabinet de radiologie, les instructions devront être notées dans l’ordonnance que lira le manipulateur radio.

Sortie

Si les logiciels de contrôle de CBCT exportent aujourd’hui par défaut des fichiers au format DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine), un format informatique standard, ouvert et documenté pour échanger des images et informations diverses sur l’examen, le manipulateur devra s’assurer qu’il ne sort pas de fichiers dits propriétaires. L’interopérabilité entre le logiciel d’imagerie et le logiciel de planification implantaire ne pourra se faire que sur la base d’un traitement de fichiers dits ouverts. De même, il est fortement conseillé de paramétrer l’export sous forme de multiples fichiers mono-cadre (single frame), où un fichier correspond à une coupe axiale. Si l’envoi de plusieurs centaines de fichiers peut être contraignant en termes de vitesse de transfert sur Internet ou de copie sur une clé USB, cela reste un choix à adopter par défaut car la plupart des logiciels de planification implantaire ne savent pas lire un unique fichier contenant tout l’examen 3D.

TECHNIQUES D’ALIGNEMENT DES FICHIERS DICOM ET STL

La précision de la chirurgie guidée dépend de nombreux paramètres depuis l’acquisition des données 3D jusqu’aux gestes chirurgicaux en passant par la conception du guide et son impression [⁶]. La superposition des fichiers surfaciques est une des étapes cruciales pour la justesse des résultats. Cet alignement du CBCT avec un modèle virtuel est nécessaire pour que le guide chirurgical puisse se reposer sur des appuis intra-oraux tangibles (dentaires, muqueux ou mixtes) et parfaitement en lien avec le volume osseux sous-jacent dans lequel les implants vont être planifiés. Cependant, un risque majeur d’erreurs pendant cette procédure informatique vient des artefacts radiologiques qui affectent la lecture : bruit, flou cinétique dû aux mouvements du patient, durcissement du faisceau près de métaux, anneaux dus à un manque de calibration, etc. [⁷]. De nombreux algorithmes permettent de réduire ces images fantômes soit automatiquement, soit au cours d’un post-traitement à activer après la reconstruction 3D. Un générateur plus puissant (120 kV) permet également de réduire bruits et artefacts. Le modèle virtuel du patient, généralement au format standard et ouvert STL, peut être issu :

– d’une empreinte optique, dont la précision est démontrée dans la littérature [⁸], qui est la référence pour la réalisation de guides chirurgicaux [⁹] ;

– d’empreintes physico-chimiques de précision (polyéthers, silicones en double mélange) qui seront scannées au laboratoire de prothèse ;

– de la conversion du CBCT en fichier STL, sous réserve d’une absence d’artefacts pour exporter un objet propre. À partir de ce fichier, le chirurgien-dentiste ou le prothésiste génère un wax-up virtuel qui possédera les mêmes coordonnées dans l’espace que l’empreinte initiale.

Lors de l’import du CBCT dans le logiciel de planification, une première étape de nettoyage et de recadrage est recommandée soit pour agrément, soit pour assigner un volume osseux de travail : c’est la segmentation (^{figure 3}). Cette préparation est réalisée en utilisant soit la densité osseuse, soit un outil de lasso. Actuellement, la plupart des logiciels de planification le font automatiquement. Dans le cadre d’un édentement unitaire ou plural réduit avec un grand nombre de dents adjacentes, la superposition (matching) se fait sur le logiciel de planification implantaire à partir d’un minimum de 3 points à sélectionner à la fois sur la vue radiographique (DICOM) et sur le modèle (STL). En cas d’alignement imparfait, d’autres points doivent être choisis, certains logiciels permettant d’aligner manuellement les 2 fichiers (^{figure 4}). Il arrive cependant bien trop souvent que la présence d’éléments métalliques perturbe cette étape (^{figure 5}). Des ressources anatomiques comme les reliefs du palais, les tubérosités, les zones rétro-molaires, ou les tori mandibulaires peuvent être alors utilisées en première intention. Il est donc important de penser à les scanner le même jour que l’examen CBCT et de ne pas détourer le modèle coulé au niveau du palais si l’empreinte est numérisée au laboratoire (^{figure 6}). D’autres références positionnées à distance des dents peuvent être utilisées : marqueurs radio-opaques collés à une gouttière radio-transparente, briques de Lego (^{figure 7}) ou porte-empreinte normalisé ayant son analogue numérique dans le logiciel de planification (^{figure 8}). Ces méthodes sont également valables chez l’édenté complet qui, par nature, manque de repères.

Technique du double scan

La technique du double scan a été décrite il y a plus de 20 ans [¹⁰]. Elle consiste à réaliser deux clichés tomodensitométriques : une image du patient avec une prothèse complète munie de marqueurs radio-opaques et un cliché de la prothèse seule. Puis, par l’intermédiaire d’un logiciel de planification offrant cette option, l’alignement de ces deux radiographies est appliqué. L’objectif de cette technique est double :

– les données de l’extrados de la prothèse vont permettre de positionner les implants en fonction du projet prothétique ;

– les données de l’intrados de la prothèse vont permettre de modéliser l’intrados du guide chirurgical à appui muqueux permettant la mise en place des implants.

À lui seul, le CBCT du patient avec la prothèse n’est pas exploitable car l’appareil en résine possède une densité similaire à celle des tissus mous environnants, rendant impossible sa segmentation pour individualiser la mâchoire. Pour procéder à l’alignement des deux CBCT, il est donc nécessaire de positionner des repères radio-opaques sur la prothèse qui sera utilisée comme guide d’imagerie.

Protocole clinique

• Validation de la prothèse amovible complète

La prothèse amovible qui va servir au double scan doit correspondre au projet prothétique, esthétique et fonctionnel retenu pour le patient. L’intrados doit être parfaitement adapté aux surfaces d’appui. Si une ancienne prothèse est utilisée, il est nécessaire de réaliser un rebasage. La prothèse doit être stable en occlusion ; un mordu occlusal peut être réalisé si besoin.

• Mise en place des repères radio-opaques sur la prothèse amovible

Plusieurs repères radio-opaques sphériques d’environ 2 mm de diamètre sont positionnés et répartis sur l’extrados de la prothèse sans interférer avec l’occlusion (^{figure 9}). Plusieurs alternatives sont possibles : creuser la prothèse et incorporer les repères ou coller ces repères directement sur l’appareil. Il est important que les marqueurs ne bougent pas entre les deux clichés radiographiques.

• Réalisation de la radiographie 3D avec la prothèse en place en occlusion

Le cliché est réalisé avec la prothèse amovible indexée en place, des écarteurs pouvant être laissés pour tenir à distance les joues. La prothèse est en parfaite occlusion et la tête du patient doit rester stable lors de l’acquisition des images pour éviter tout artefact de mouvements.

• Réalisation de la radiographie 3D de la prothèse seule

La prothèse munie des repères radio-opaques est ensuite radiographiée seule. Il ne faut pas qu’elle soit en contact avec un autre matériau de densité proche. Des rouleaux de coton salivaires peuvent être employés pour la surélever du support. La prothèse est absolument stable lors de l’acquisition et correctement fixée pour éviter toute chute. Importation dans un logiciel de planification implantaire. Les DICOM vont être importés dans un logiciel de planification implantaire permettant :

– la segmentation des deux clichés (^{figures 10} et ¹¹) ;

– l’alignement des deux clichés (^{figures 12} et ¹³) ;

– le positionnement virtuel des implants à partir des données du projet prothétique visualisé grâce à l’extrados de la prothèse (^{figures 14} et ¹⁵) ;

– la modélisation du guide chirurgical à appui muqueux, l’intrados du guide correspondant à l’intrados de la prothèse radiographiée (^{figure 16}).

• Impression du guide chirurgical

Le fichier STL du guide chirurgical est exporté et le guide est imprimé.

• Réalisation de l’intervention chirurgicale (^{figure 17}).

Limites du double scan

Le fichier STL du guide chirurgical est produit à partir des données DICOM. Un algorithme spécifique du logiciel de planification est employé en utilisant une valeur de seuil des niveaux de gris en unité Hounsfield (UH) pour définir la transition entre l’objet d’intérêt et l’arrière-plan. La tomographie conventionnelle ou scanner utilise des niveaux de gris calibrés, c’est-à-dire que les valeurs de gris sont toujours les mêmes quel que soit le scanner utilisé. Concernant le CBCT, les valeurs de gris ne sont pas reproductibles et le niveau de seuil sera différent en fonction de la machine utilisée et des paramètres choisis [¹¹]. Ainsi, le STL généré comportera certaines imprécisions pouvant avoir des conséquences sur la bonne adaptation du guide.

Intégration du CBCT en chirurgie naviguée

La chirurgie guidée dynamique (ou naviguée) existe depuis longtemps dans d’autres disciplines de chirurgie générale : neurochirurgie, chirurgie orthopédique, rachidienne et cardiaque. Le principe de cette technologie repose sur le suivi du mouvement des instruments chirurgicaux au travers d’une imagerie pré-opératoire ou per-opératoire par l’utilisation de plusieurs caméras. Elles permettent de visualiser des marqueurs présents à la fois sur le patient et sur le contre-angle. Le logiciel va déterminer le positionnement dans l’espace de ces marqueurs en temps réel et ainsi guider les instruments lors de la chirurgie [¹²]. Ces systèmes vont donc permettre de situer dans les trois plans de l’espace la position de l’extrémité du foret implantaire ou de l’implant par rapport à la mâchoire du patient visualisée sur le CBCT. Ainsi, le chirurgien observe en temps réel la position des instruments au travers de l’imagerie, comme en radiologie interventionnelle (^{figure 18}). Les trois étapes du flux de travail en chirurgie naviguée sont l’enregistrement, la calibration et le repérage. L’objectif de l’étape de calibration est de configurer dans les mêmes coordonnées de l’espace le CBCT, l’arcade du patient et le matériel chirurgical. Pour ce faire, différents capteurs reconnus par le système de navigation sont nécessaires :

– dispositif de repérage radio-opaque : fixé sur l’arcade du patient par l’intermédiaire d’un matériau thermoplastique (^{figures 19} et ²⁰), il permet d’orienter le CBCT dans le logiciel de navigation (NaviStent pour le Navident®, ClaroNav, Canada ; X-Clip pour le X-Guide®, X-Nav Technologies, États-Unis). Il est indispensable de vérifier la parfaite stabilité du dispositif avant la réalisation du cliché radiographique. L’acquisition est faite bouche ouverte afin d’éviter tout mouvement du dispositif et empêcher le contact entre les marqueurs fiduciaires et les dents antagonistes. Les fichiers DICOM du CBCT sont importés dans le logiciel de navigation et l’alignement avec le dispositif de repérage radio-opaque est réalisé ;

– le capteur patient : il doit être solidaire de l’arcade à traiter (^{figure 21}). Il peut être lié au dispositif de repérage radio-opaque ou positionné sur un casque porté par le patient (Head Tracker de Navident®) pour la pose d’implants au maxillaire ;

– le capteur chirurgical : il est relié au contre-angle chirurgical ou à une pièce à main (^{figure 22}) ;

– le dispositif de calibration : il sert de référence pour calibrer et aligner les différents capteurs entre eux (^{figure 23}). Il permet également de déterminer le positionnement de la pointe des différents forets.

Les dernières évolutions technologiques permettent aujourd’hui de ne plus utiliser de dispositif de repérage intra-buccal lors de l’acquisition CBCT : processus X-Mark® pour le X-Guide® (^{figures 23} à ²⁵) et Trace Registration pour le Navident® [¹³]. L’alignement du CBCT se fait par l’intermédiaire d’une sonde qui va faire correspondre un ensemble de points caractéristiques en bouche et sur le CBCT. Cet alignement nécessite d’avoir des repères fixes bien répartis sur l’arcade dentaire. En outre, sa précision est sensible à la qualité du CBCT et pourra être difficile à obtenir en cas de présence d’artéfacts métalliques.

CONCLUSION

Le CBCT est le premier maillon de la chaîne numérique en implantologie guidée. Il est fondamental de respecter le cahier des charges afin d’obtenir un cliché de bonne qualité permettant de l’exploiter via différents logiciels de planification. La précision de la chirurgie guidée, qu’elle soit statique ou dynamique, est totalement dépendante du respect de l’ensemble des étapes de planification depuis la segmentation du CBCT jusqu’à l’impression du guide chirurgical, ou du protocole de calibration.

Liens d’intérêt

Marc Baranes déclare des liens d’intérêts avec Straumann Group en tant qu’expert digital. Jérôme Lipowicz déclare des liens d’intérêts avec Carestream Dental, Dexis, Swissmeda, Dentsply Sirona, Megagen, Osstell et W&H en tant que consultant.

Thomas Fortin ne déclare aucun liens d’intérêts.

Les auteurs déclarent que le contenu de cet article ne présente aucun conflit d’intérêts.

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