Nicht-Interventionelle Evaluation der digitalen Operationsplanung in der Dysgnathiechirurgie

Abstract

Ziel der vorliegenden Dissertation war die quantitative Evaluation der Genauigkeit digitaler Operationsplanung in der Dysgnathiechirurgie durch den Vergleich präoperativer Planung mit dem tatsächlich erzielten postoperativen Ergebnis. Grundlage der Analyse bildeten dreidimensionale .stl-Modelle, die aus prä- und postoperativen DVTDaten generiert wurden. Die Auswertung erfolgte mittels etablierter metrischer Parameter wie Root Mean Square Error (RMSE), Mean Surface Distance (MSD) und Hausdorff Distance (HD), um die räumlichen Abweichungen objektiv beurteilen zu können. Die Ergebnisse zeigten eine insgesamt hohe Übereinstimmung zwischen digitaler Operationsplanung und postoperativem Zustand, was die hohe Präzision und klinische Verlässlichkeit der digitalen OP-Planung unterstreicht. Die Inter- und Intraraterzuverlässigkeit der Datenauswertung erwies sich als sehr gut. Es wurden keine signifikanten Einflüsse von Alter, Geschlecht oder ethnischer Herkunft festgestellt. Unterschiede zwischen mono- und bimaxillären Eingriffen wurden diskutiert, bleiben jedoch hinsichtlich ihrer statistischen Aussagekraft limitiert. Die Studie weist gleichzeitig auf zentrale methodische Limitationen hin: die manuelle Nachbearbeitung der .stl-Daten als potenzielle Fehlerquelle, das Fehlen farblicher Landmarkeninformationen, Einschränkungen des verwendeten ICP-Algorithmus bei der Registrierung sowie die begrenzte Generalisierbarkeit aufgrund der Altersstruktur der untersuchten Kohorte. Langfristige Stabilitätsbewertungen blieben aufgrund des fehlenden Follow-ups unberücksichtigt. Stärken der Arbeit liegen in der Standardisierung der Bilddatenverarbeitung, der Nutzung validierter Auswertungsmetriken sowie dem Einsatz frei verfügbarer, reproduzierbarer Open- Source-Software. Die erhobenen Daten liefern eine fundierte Basis für die Beurteilung der Planungsgenauigkeit in der chirurgischen Praxis.

Orthognathic surgery has undergone significant transformation through the implementation of digital workflows and virtual surgical planning (VSP). This doctoral thesis evaluates the precision and clinical applicability of digital planning in dysgnathia surgery by comparing simulated and postoperative outcomes using advanced three-dimensional (3D) surface analysis techniques. A total of 28 patients undergoing various surgical interventions including maxillary advancement, mandibular advancement, maxillomandibular surgery, and segmented two-piece maxilla procedures were retrospectively analyzed. Digital datasets were processed in .stl- format and registered using the Iterative Closest Point (ICP) algorithm. Quantitative assessment of surgical accuracy was performed using key surface deviation metrics: Root Mean Square Error (RMSE), Mean Surface Distance (MSD), and Hausdorff Distance (HD). Additionally, color-coded deviation maps generated in MeshLab enabled spatial visualization of local discrepancies. The results demonstrate overall high accuracy of VSP implementation, with minimal deviation between planned and achieved bony structures, particularly in single-jaw surgeries. Notable discrepancies were observed in areas with complex osteotomies, such as the mandibular ramus and regions with osteosynthesis plates. The maxillomandibular and two-piece maxillary procedures showed slightly higher variance due to increased surgical complexity. This work confirms that surface-based 3D comparison is a reliable tool to objectively evaluate surgical outcomes and refine digital planning protocols. The integration of quantitative and visual analyses offers valuable feedback for continuous improvement in patient-specific, computer-assisted maxillofacial surgery.