Introduction: Digital implant planning enables precise prosthetically-driven implant positioning using surgical guides. Surgical guides are most likely to be additively manufactured from a photopolymerizable resin und use metal sleeves for drill guidance. The production is cost intensive and the biocompatibility of resins is controversially discussed. Sleeveless surgical guides made out of polylactic acid (PLA) might represent an alternative to the current gold standard. PLA is more economic, made out of renewable resources and is thus more environmentally friendly. Due to the biocompatibility of the material, metal sleeves could possibly be dispensed with. The aim of this study is to compare surgical guides from "Fused Filament Fabrication" (FFF) using PLA and "Stereolithography" (SLA) using resin with regard to the implant accuracy. Furthermore, potential effects of additionally inserted guide sleeves and the impact of the implant region was assessed.
Methods: A planning software was used to design a surgical guide with (H) and without (OH) metal sleeves for the placement of two implants in a mandibular resin model in the region of the second premolar and molar. Each dataset was additively manufactured by SLA or FFF, yielding four groups (SLA-H, SLA-OH, FFF-H, FFF OH). After sterilizing the surgical guides of each group (n=10) a series of 80 two-piece titanium implants were placed in the mandibular model. Scan bodies were screwed on the implants and digitized using a desktop scanner. Horizontal and vertical deviations were evaluated at the apex and shoulder level, as well as main axis aberration. Regarding the statistical analysis a one way MANOVA with post-hoc Tukey-HSD was performed.
Results: Guided implant insertion resulted in a maximum lateral deviation of 0.97 mm at the apex and 0.55 mm at the shoulder. Vertical deviations with a maximum of 0.56 mm at the apex and 0.24 mm at the implant shoulder were measured. Maximum axial deviation did not exceed 3.02°. Between all groups, no statistically significant difference regarding the vertical position of the implant was found (p ≤ .054). For sagittal deviations at the implant shoulder FFF-groups showed higher deviations (p ≤ .033) to SLA-groups, though no differences in the transversal dimension was measured (p ≤ .054). Insertion of a metal sleeve had no significant effect on sagittal, vertical or axial accuracy but resulted in increased transversal deviations (p = .001).
Conclusion: Within the limits of this in-vitro setup, all inserted implants obtained maximum deviations of less than 1 mm, both laterally and vertically, and might therefore be acknowledged suitable for clinical application. PLA showed no significant difference in terms of implant accuracy compared to the gold standard SLA. The insertion of metal sleeves did not improve the accuracy of the implant surgery in-vitro. The experimentally used biopolymer-based PLA guides were cheaper to produce, time-effective, and potentially biodegradable.
Einleitung: Bohrschablonen ermöglichen eine geführte, prothetisch orientierte Insertion dentaler Implantate. Der Fertigungsprozess erfolgt meist additiv aus photopolymerisierbaren Kunststoffen. Metallische Hülsen ermöglichen die Führung des Bohrers und verhindern den Abrieb des Schablonenmaterials. Eine Alternative zum jetzigen Goldstandard könnten Bohrschablonen aus Polylactid (PLA) darstellen, aufgrund der Bioverträglichkeit des Materials könnte möglicherweise auf die Insertion metallischer Führungshülsen verzichtet werden. Ziel der Studie ist es, Bohrschablonen zur geführten Implantatinsertion der Fertigungsverfahren Fused Filament Fabrication (FFF) und Stereolithographie (SLA) hinsichtlich der Implantatposition zu vergleichen. Die Bohrschablonenmaterialien waren PLA im FFF Verfahren und ein photopolymerisierbares Harz im SLA Verfahren. Auch der potentielle Nutzen von Führungshülsen und der Einfluss der Implantatregion wurde untersucht.
Methodik: In einer Planungssoftware wurde eine virtuelle Bohrschablone mit (H) und ohne Führungshülsen (OH) zur Insertion zweier Implantate in ein Kunststoffmodell erstellt. Mithilfe der Datensätze wurden jeweils zehn Bohrschablonen für die vier Gruppen (SLA H, SLA-OH, FFF-H, FFF-OH) im SLA und FFF Verfahren hergestellt und sterilisiert. In Regio 35 und 37 wurden 80 Titan-Implantate inseriert. Die Digitalisierung der Modelle erfolgte durch einen Desktopscanner. Sowohl laterale und vertikale Abweichungen am Apex und der Implantatschulter als auch Abweichungen der Implantatachse wurden mithilfe einer Messsoftware ausgewertet. Die statistische Auswertung erfolgte anhand der MANOVA mit Post-hoc Tukey´s honest significant difference (HSD) Paarvergleichen.
Ergebnisse: Die Implantate zeigten maximale laterale Abweichungen von 0,97 mm am Apex und 0,55 mm auf Höhe der Implantatschulter, vertikale Abweichungen betrugen am Apex maximal 0,56 mm und 0,24 mm an der Schulter. Es wurde eine maximale Achsabweichung von 3,02° gemessen. Es konnte kein statistisch signifikanter Unterschied beim Vergleich der vier Gruppen in der vertikalen Dimension festgestellt werden (p ≤ 0,054). Sagittale Abweichungen waren bei der FFF Versuchsgruppe höher (p ≤ 0,033) als bei SLA, transversal wurde kein Unterschied festgestellt (p ≤ 0,054). Das Einsetzen einer Bohrhülse hatte keine signifikante Auswirkung auf die vertikale Genauigkeit der Implantate, aber resultierte in höheren transversalen Abweichungen (p = 0,001).
Schlussfolgerung: Maximale laterale und vertikale Abweichungen aller inserierten Implantate lagen im Rahmen dieser in-vitro Studie unter 1 mm. Bohrschablonen aus PLA zeigten keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Implantatgenauigkeit im Vergleich zum Goldstandard. Die Verwendung von metallischen Führungshülsen steigerte die Genauigkeit der inserierten Implantate in-vitro nicht. Die experimentell verwendeten bioverträglichen PLA Schablonen waren in der Herstellung preiswerter, zeitsparender, und potenziell biologisch abbaubar.
