Implantologie assistée par ordinateur et guides stéréolithographiques à l’aide du logiciel SimPlant® et de l’Anthogyr Guiding System®

L’implantologie assistée par ordinateur (IAO) associée aux guides stéréolithographiques permet la simulation puis le contrôle de l’exécution chirurgicale de l’insertion des implants endo-osseux.

Apparu à la fin des années 1980, le contrôle du forage, qu’il s’agisse de son positionnement initial sur la crête ou de son orientation, a motivé l’engagement des équipes visant à supprimer la dérive des instruments rotatifs en cas de crête fine ou d’interface osseuse de haute et basse densités [¹, ²]. Plus tard, en 2001, une étape cruciale a été franchie par Tardieu et Vrielink concernant le contrôle de la profondeur du forage grâce à l’introduction de forets à butées et celui du taraudage et de l’insertion des implants, ces dernières opérations s’effectuant depuis lors à travers le guide stéréolithographique. Une telle possibilité a permis de limiter la dérive du positionnement entre 0,2 et 0,5 mm, niveau de précision jamais atteint pour l’époque [³, ⁴]. À partir de cette date, remarquable dans l’histoire de la chirurgie implantaire guidée et malgré le scepticisme souvent avancé à l’égard de ces pionniers, l’ensemble des écoles et des fabricants s’est engagé dans la chirurgie guidée, chacun proposant sa propre trousse chirurgicale dont l’usage s’est révélé plus ou moins complexe. La recherche de la simplicité et d’une précision accrue a constitué dès lors un nouveau défi pour les équipes de recherche et de développement.

L’objectif de cette publication consiste à présenter, dans une première partie, la synthèse des connaissances de base nécessaires à la pratique de l’implantologie guidée et à présenter l’Anthogyr Guiding System®, concept original de contre-angle à butée destiné à offrir une plus grande ergonomie dans l’accomplissement du geste opératoire. Dans une seconde partie, les différents protocoles de chirurgie guidée à appui muqueux, osseux et dentaire seront abordés à partir de cas cliniques représentatifs.

Le logiciel SimPlant® Pro16 indispensable pour effectuer la simulation ainsi que les principales procédures chirurgicales, sans ou avec lambeau d’exposition, sont abordés quel que soit le type d’appui des guides chirurgicaux en se fondant sur plusieurs cas cliniques significatifs.

PRINCIPES GÉNÉRAUX DE L’IAO

Deux types de procédures chirurgicales peuvent être envisagés : la procédure à ciel fermé, sans lambeau, appelée aussi implantologie transmuqueuse ou flapless, et la procédure à ciel ouvert avec lambeau.

Concernant les guides chirurgicaux, plusieurs types peuvent être élaborés par stéréolithographie en fonction de la situation clinique et du choix de l’opérateur : les guides à appui muqueux, osseux, dentaire et les guides à appui mixte (dentaire et muqueux et dentaire et osseux) [⁵].

Tous les types de mises en charge peuvent être proposés :

– la mise en charge immédiate vraie. La prothèse provisoire réalisée avant l’intervention par le technicien ou usinée (CAD/CAM) est placée au bloc opératoire ;

– la mise en charge semi-immédiate (la prothèse provisoire élaborée avant ou après l’intervention est placée dans les heures ou les jours qui la suivent) ;

– la mise en charge différée (la prothèse est réalisée et posée en bouche après un délai de mise en nourrice des implants de 2 à 4 mois).

PRÉSENTATION

LOGICIEL SIMPLANT® PRO16

Tous les ordinateurs PC sont compatibles avec le logiciel SimPlant® Pro16. Ce dernier peut également être téléchargé sur les ordinateurs Macintosh équipés d’un émulateur pour basculer sur une interface Windows® et disposant d’une mémoire vive minimale de 4 Go et d’une carte graphique avec 1 Go de mémoire vidéo dédiée. Deux versions sont le plus couramment proposées : la version One-Shoot, à usage unique, et la version Pro.

GUIDES CHIRURGICAUX

Les guides chirurgicaux, fabriqués par la société Materialise Dental® (Louvain, Belgique) sont compatibles avec les composants de la trousse chirurgicale Anthogyr (Anthogyr Guiding System®) et les implants de la gamme Axiom®.

Les guides sont élaborés en résine de classe IV et sont stérilisables à froid, selon les procédés classiques de stéréolithographie. Les guides chirurgicaux présentent plusieurs caractéristiques :

– des fûts principaux destinés au forage puis au taraudage et à l’insertion des implants. Des cylindres en inox, adaptés aux diamètres des implants et des instruments de forage, sont disposés à l’intérieur de ces fûts principaux pour maintenir l’intégrité du guide au cours du passage des instruments rotatifs et pour protéger les implants de toute contamination par la résine. Ces cylindres, d’une hauteur de 4 mm, mesurent 4,2 mm de diamètre interne pour les implants de 3,4 et 4,0 mm de diamètre et 5,2 mm de diamètre interne pour les implants de 4,6 mm de diamètre ;

– des fûts accessoires destinés aux vis d’ostéosynthèse. Celles-ci assurent la stabilité du guide. Les fûts accessoires sont aussi munis d’un cylindre en inox compatible avec les vis d’ostéosynthèse de la gamme Anthogyr Guiding System® ;

– de nombreux orifices disposés sur les ailes latérales et destinés à améliorer l’irrigation au cours du forage.

Les guides sont livrés avec une feuille de route sur laquelle sont spécifiés, implant par implant, la totalité de la séquence chirurgicale et le choix des forets (diamètres et longueurs).

La fabrication des guides chirurgicaux à l’usine Matérialise Dental® de Louvain comprend deux étapes :

– la première est automatisée. Un double faisceau laser balaye une cuve remplie de résine liquide. À chaque passage de ce faisceau, une strate de résine est polymérisée. Ce processus de fabrication par addition permet l’élaboration tridimensionnelle de la pièce anatomique (modèle) et du guide chirurgical lui-même ;

– la seconde est manuelle. Les cylindres en inox qui vont participer au guidage des instruments rotatifs et des implants sont positionnés manuellement par le technicien dans les fûts principaux. Le diamètre interne de chaque cylindre, qui varie entre 4,2 et 5,2 mm, correspond au diamètre des implants et de leur mandrin de vissage augmenté d’un espace libre périphérique de tolérance.

TROUSSE CHIRURGICALE ET CONCEPT ORIGINAL DE L’ANTHOGYR GUIDING SYSTEM®

La trousse Anthogyr Guiding System® présente des composants communs à l’ensemble des trousses de chirurgie guidée :

– des découpeurs gingivaux montés sur contre-angle qui sont utilisés en cas de procédure sans lambeau (flapless). Ils présentent un diamètre interne de 3,7 mm pour les implants de 3,4 et 4 mm et de 4,7 mm pour les implants de 4,6 mm (^Fig. 1) ;

– des forets pilotes transcorticaux de 2 mm de diamètre et de 21 et 25 mm de longueur, ainsi que des réducteurs de diamètre. Ces derniers sont destinés à assurer la stabilisation des forets pilotes à travers les cylindres des fûts principaux (^Fig. 2) ;

– des forets aléseurs de diamètre progressif (2,9, 3,5 et 4,1 mm) correspondant au diamètre croissant des implants (3,4, 4,0 et 4,6 mm) et disponibles en deux longueurs (21 et 25 mm). Les forets courts (21 mm) sont indiqués pour accéder aux zones postérieures tandis que les forets longs (25 mm) sont particulièrement utiles en cas d’édentement intermédiaire (^Fig. 3) ;

– des tarauds existants en trois diamètres (3,4, 4,0 et 4,6 mm) et deux longueurs (21 et 25 mm) (^Fig. 4).

La trousse Anthogyr Guiding System® présente plusieurs particularités :

– un système de contrôle de profondeur original grâce à l’existence d’une butée de contrôle de profondeur réglable sur la tête de contre-angle diminuant le nombre des forets de la trousse chirurgicale (^Fig. 5). Cette butée de profondeur est verrouillée par l’opérateur en se repérant sur les indicateurs de profondeur indiqués par gravure laser sur les mandrins des forets : 6,5, 8, 10, 12 et 14 mm ;

– un système de guidage axial original autorisant plus de souplesse clinique, c’est-à-dire plus de tolérance manuelle lors des phases d’alésage. Ce guidage axial du foret aléseur est assuré par des bagues de centrage coulissantes amovibles disposées par l’opérateur sur le mandrin du foret. Ces dernières assurent la stabilité des forets durant toute la séquence de la phase d’alésage et remplacent astucieusement les classiques « cuillères », plus encombrantes et parfois responsables de luxation ou de fracture du guide chirurgical. Coulissant le long du mandrin des forets d’alésage, elles viennent en opposition sur la butée de profondeur à la fin de chaque séquence de forage, permettant ainsi le contrôle vertical de la phase d’alésage (^Fig. 6) ;

– des forets et des tarauds travaillant exclusivement dans leur portion apicale, offrant encore à l’opérateur plus de souplesse clinique dans le maniement du contre-angle. Ergonomiques, ils disposent d’un code couleur correspondant aux différents diamètres des implants. La diminution du nombre des forets dans la trousse ainsi que leur code couleur participent à l’augmentation de la sécurité en réduisant les erreurs de rangement dans la boîte et, par voie de conséquence, les risques de forages trop profonds ;

– des mandrins de vissage de 4,2 mm de diamètre (pour les implants de 3,4 et 4 mm) et de 5,2 mm de diamètre (pour les implants de 4,6 mm) munis d’un repère de rotation et d’un repère de profondeur facilement identifiables sur leur extrémité cervicale. La lecture aisée de ces repères assure le contrôle en rotation du trilobe de connexion et remplace avantageusement les butées classiquement disposées sur les porte-implants conventionnels. L’absence de butée sur les porte-implants permet d’éviter les phénomènes de « vis sans fin » en fin de la phase d’insertion des implants, la destruction du filetage conduisant à une perte de l’ancrage primaire (^Fig. 7). Les porte-implants montés sur contre-angle permettent par ailleurs au chirurgien de « clipser » l’implant de manière sécurisée directement dans son container de stockage, ce qui supprime ainsi tout risque de contamination (^Fig. 8) ;

– des vis d’ostéosynthèse du guide chirurgical, élaborées à base de titane de grade médical, autoforantes, autosécables et adaptables sur contre-angle (^Fig. 9).

SÉQUENCE D’EXPLOITATION ET PROTOCOLE

Un cas d’édentement complet avec guide à appui muqueux et mise en charge immédiate d’une prothèse provisoire a servi de base à cette séquence.

RÉALISATION DU GUIDE RADIOGRAPHIQUE ET VISUALISATION DU PROJET PROTHÉTIQUE

La conception du guide radiologique, effectuée en collaboration avec le praticien en charge de la prothèse, constitue la première étape de l’IAO. Il s’agit d’une étape fondamentale dont vont dépendre la planification puis l’exécution de la phase chirurgicale.

Plusieurs procédés sont utilisés :

• la fabrication à partir d’une anatomie dentaire personnalisée (montage diagnostique). C’est la méthode actuellement la plus adaptée au patient et la plus usitée. La résine constituant les dents radio-opaques est chargée de sulfate de baryum à 30 %. Le forage idéal réalisé sur les éléments prothétiques apparaît en négatif sur l’image du guide radiologique. La base du guide radiologique au contact de la crête édentée est aussi chargée de sulfate de baryum afin d’apprécier l’épaisseur et le profil gingival. L’inclusion de sulfate de baryum de la base est limitée à 10 % pour permettre de faire la distinction entre l’image du parodonte et le projet prothétique [⁶] ;

• la fabrication à partir d’un montage de dents radio-opaques du commerce (Ivoclar®). Ce type de réalisation est plus rapide que le précédent mais il répond rarement à la situation clinique rencontrée en ­raison du caractère stéréotypé des dents disponibles (taille, forme et bombé) ;

• la technique du double scanner. Cette technique est souvent utilisée dans les cas d’édentement total car elle utilise la prothèse totale amovible du patient élaborée par le praticien selon les critères fonctionnels et esthétiques validés par la clinique. Des billes de repositionnement radio-opaques sont incluses directement dans la base en résine. Une première acquisition de la prothèse est effectuée en haute définition tandis qu’une seconde acquisition l’est une fois que la prothèse est en bouche et le patient en occlusion. On réalise ensuite le repositionnement exact de l’image 3D de la prothèse sur l’image 3D de la prothèse en bouche à l’aide de l’outil « superposition » proposé par le logiciel, les billes incluses dans la résine permettant un « calage exact de l’image 3D de la prothèse sur l’image 3D de la prothèse en bouche » (^Fig. 10 et ¹¹) ;

• les dents virtuelles. Il s’agit d’un outil informatique séduisant mais en pratique clinique encore rarement utilisé. Plusieurs raisons limitent actuellement cette procédure :

– bien qu’il soit possible d’ajuster la taille des dents (hauteur, largeur), leur forme encore trop stéréotypée coïncide rarement avec les besoins du patient,

– l’appréciation tridimensionnelle précise de l’occlusion sur le moniteur 2D est encore délicate pour les cliniciens.

Néanmoins, les immenses progrès proposés par les derniers logiciels de prothèse CAD/CAM concernant le réalisme des images ainsi que la reproduction et l’analyse de la cinétique mandibulaire devraient bénéficier à l’outil « dents virtuelles » pour en étendre prochainement son utilisation.

PHASE D’ACQUISITION DES DONNÉES SCANNER OU DES DONNÉES CONE BEAM

Il s’agit d’un protocole strict, qu’il s’agisse d’acquisitions scanner ou cone beam (à faisceau conique). En cas d’acquisitions scanner low dose :

– la série d’acquisitions du patient est constituée de coupes axiales fines de 0,63 mm espacées de 0,4 mm. L’orientation des coupes varie selon la région anatomique considérée : parallèle au palais osseux pour le maxillaire ou au plan d’occlusion pour la mandibule ;

– le guide radiologique ou la prothèse adjointe munie de ses billes de positionnement est positionné en occlusion, stable durant toute la durée des acquisitions. Le type de l’occlusion varie selon les tendances et les écoles. L’occlusion vraie a le mérite de visualiser les dents antagonistes mais elle engendre fréquemment des artefacts (restaurations métalliques antagonistes). L’absence d’occlusion, rendue possible par la présence d’une cale radio-transparente, facilite la lecture des acquisitions mais ne renseigne pas sur l’arcade antagoniste et engendre souvent le déplacement du guide radiographique ;

– en cas de technique « double scan », les acquisitions scanner de la prothèse peuvent être effectuées sans risque d’irradiation à partir de coupes axiales plus fines pour un maximum de réalisme.

En cas d’acquisitions cone beam :

– la série d’acquisitions du patient est constituée de coupes axiales fines de 0,15 mm ;

– les protocoles de positionnement du guide radiologique en bouche ou de calage de la prothèse adjointe en cas de technique « double scan » sont identiques.

PHASE DE SEGMENTATION DES ACQUISITIONS ET RÉALISATION DES MASQUES

La phase de segmentation comporte plusieurs étapes successives effectuées par le praticien s’il dispose de la version Pro du logiciel ou par les ingénieurs biomédicaux de Materialise Dental® après avoir transféré l’ensemble des données natives en format DICOM :

– la phase de suppression des artefacts engendrés par la présence de corps étrangers métalliques. Cette suppression est effectuée sur chacune des images 2D de la série d’acquisition ;

– la phase de création des « masques », c’est-à-dire des « objets 3D » (mandibule, maxillaire, dents, lèvres, etc.) par compilation des images 2D à partir d’une fenêtre de densité Hounsfield choisie (l’échelle Hounsfield scanner comporte 4 096 niveaux de gris, l’échelle cone beam en comporte de 14 000 à 60 000 selon les machines). En regard de la crête édentée, la gencive peu dense est reconstituée par soustraction à partir des acquisitions scanner du bourrelet siliconé radio-opaque ;

– l’isolement des différentes structures entre elles. La mandibule est isolée du massif cranio-maxillaire (de manière automatique par le logiciel s’il n’existe pas de contact de densité osseuse entre les structures anatomiques des cavités glénoïdes et des condyles ou par l’intermédiaire de l’informaticien s’il existe un contact de densité similaire). La même opération peut être effectuée à propos des dents dans les alvéoles, soit de véritables extractions virtuelles grâce à l’intervention de l’informaticien (le terme technique est celui de « soustraction booléenne »).

PHASE DE DIAGNOSTIC QUANTITATIF ET QUALITATIF

Une visualisation interactive des données est permise grâce à l’affichage des différentes coupes axiales, para-sagittales et panoramiques ainsi que des objets 3D reconstitués. Les images des trois types de coupes peuvent être visualisées simultanément ou non. Sur chacune d’elles, un menu déroulant permet de faire défiler les images millimètre par millimètre.

D’autres outils de quantification et de visualisation sont proposés par le logiciel :

– mesures linéaires et angulaires ;

– mesure de densité osseuse (unités Hounsfield) ;

– outils de dessin. La matérialisation des structures anatomiques à risque grâce à un crayon graphique permet au praticien de dessiner les éléments nerveux et vasculaires (comme le nerf dentaire à la mandibule et l’artère palatine postérieure au maxillaire). Ces outils, par le réalisme et la précision des structures dessinées, facilitent la visualisation des rapports anatomiques ou d’une pathologie ;

– visualisation en transparence ;

– coupes para-sagittales ou axiales déroulantes sur les objets 3D. Ce type de visualisation 3D constitue un véritable outil de dissection virtuelle préopératoire personnalisée pour chaque patient (visualisation des cavités sinusiennes, fosses nasales, pédicules palatins antérieur et postérieur, pédicules dentaires, nerfs incisifs, etc.) (^Fig. 12 et ¹³).

PHASE DE PLANIFICATION

Planification des implants

Tous les implants Axiom® prévus dans la procédure de chirurgie guidée Anthogyr Guiding System® sont disponibles dans la bibliothèque du logiciel : diamètres de 3,4, 4,0 et 4,6 mm et longueurs comprises entre 6,5 et 14 mm.

Chaque diamètre est identifiable instantanément grâce à l’utilisation d’un code couleur commun au logiciel, aux forets et aux containers : rouge pour les implants de 3,4 mm de diamètre, jaune pour ceux de 4 mm de diamètre et blanc pour ceux de 4,6 mm de diamètre.

Les deux modes de visualisation proposés (mode plein et mode transparence) participent à la convivialité du choix et de la simulation des implants. Le mode par transparence permet d’apprécier instantanément, sur chaque plan de coupe, l’implant en fonction de l’os alvéolaire sous-jacent : limites imposées par les corticales, densité, axes…

Deux modes de déplacement en translation ou en rotation sur les coupes et l’image 3D sont proposés dans le logiciel : le mode manuel à l’aide de la souris ou du pavé tactile et le mode paramétré numériquement par le chirurgien.

La visualisation simultanée du guide radiologique permet le positionnement des implants en accord avec le projet prothétique (^Fig. 14 à ¹⁷).

Plusieurs outils particulièrement utiles méritent d’être mentionnés :

– l’appréciation chiffrée de la densité au voisinage des implants ;

– la mise en évidence des collisions ou d’une proximité excessive des implants entre eux par des signaux visuels et sonores (la distance de sécurité est paramétrée par chaque praticien) ;

la mise en évidence d’une proximité excessive entre un implant et une structure anatomique devant être préservée telle que pédicule, cavité… (la distance de sécurité est paramétrée par chaque praticien).

Planification des piliers

Tous les piliers de la gamme Axiom® (standard, esthétiques, coniques ou angulés) conditionnés par l’épaisseur et le profil gingival sont proposés.

Planification des vis d’ostéosynthèse assurant la stabilité du guide chirurgical

Les modalités de simulation des vis d’ostéosynthèse, disponibles dans la bibliothèque, sont identiques à celle des implants. Ces vis doivent être positionnées de manière symétrique, à distance des implants et des structures anatomiques à risque, le plus orthogonalement possible par rapport au relief de la crête afin d’éviter la luxation du guide chirurgical au moment de son ostéosynthèse. Un ancrage de 5 mm minimum paraît nécessaire pour assurer la stabilité du guide.

Autres planifications

D’autres outils de simulation sont proposés : greffes de comblement sinusiennes et/ou greffes d’apposition.

CONCLUSION

La connaissance approfondie des logiciels de planification implantaire et des instruments chirurgicaux est la condition préalable à l’usage sécurisé de l’implantologie assistée par ordinateur et des guides stéréolithographiques qui appartient désormais aux données acquises de la science.

Si l’usage des logiciels d’exploitation des données scanner s’impose naturellement en raison de l’aide significative au diagnostic et à la simulation chirurgicale, l’usage des guides stéréolithographiques demeure encore faiblement répandu. Ne pas les utiliser peut constituer dans certaines circonstances cliniques une « perte de chance pour le patient ».

Le partage de la connaissance et de l’expérience constitue l’objectif de la seconde partie de cet article où seront abordées les séquences d’exploitations des principales procédures chirurgicales à appui muqueux, osseux et dentaire.

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