background image

ISSN No: 2582-0559 

COMPUTER ASSISTED DYNAMIC NAVIGATION SYSTEMS 

-CURRENT SCENARIO

Dr. V. R. Balaji, Dr. D. Manikandan, Dr, Dr. G. Rohini, Dr. M. Nivethitha 

Department of Periodontology and Implantology, CSI College of Dental Sciences and Research, Madurai, Tamilnadu, India 

Address for Correspondence 

Dr. M. Nivethitha,  

Postgraduate student,  

Department of Periodontology and Implantology, 

CSI College of Dental Sciences and Research, 

Madurai. Tamilnadu, India 

E-mail id: dpmnivi@gmail.com

REVIEW ARTICLE 

ABSTRACT 

One  of  the  techniques  available  for  prosthetic  rehabilitation 
of  lost  teeth  are  implants.  Earlier  implants  were  placed  in  a 
surgically  driven  treatment  approach.  Later  the  idea  of 
placing  implants  on  the  basis  of  prosthetically  driven 
treatment approach  was derived by introduction of computer 
assisted  surgery.  Dynamic  navigation  is  a  technique  of 
computer  assisted  surgery  where  the  operator  can  perform 
accurate,  easy  and  flapless  implant  insertion  surgeries  even 
within  a  single  day.  These  navigation  systems  are 
continuously evolving to achieve even better ways of implant 
placement. This review will briefly highlight on the details of 
this navigation implant surgery.  

KEY  WORDS:

  Dynamic  navigation,  Static  system,  Trace 

registration, Evalunav. 

Received:

 14.08.2021    

First Published:

 07.09.2021

 

Accepted:

 02.09.2021 

     

Published:

 27.09.2021

 

Volume No: 8, Issue No: 3 

108

DOI: 1.37841/jidam_2021_V8_I3_03 


background image

JIDAM “An Official Journal of IDA - Madras Branch”©2021. Available online 

Balaji et al:

 

Computer Assisted Dynamic Navigation Systems-Current Scenario 

ISSN No: 2582-0559 

INTRODUCTION 

The treatment modalities available for replacement of 

missing teeth have evolved over the last centuries. Earlier, 
implants were intended to be placed in areas with greatest 
amount  of  bone  within  the  arch,  with  less  regards  to  the 
placement  of  final  definitive  restoration  thus  causing 
failures.  In  order  to  cater  to  this  requirement,  CGIS- 
Computer  Guided  Implant  Surgery  and  CNIS-  Computer 
Navigated  Implant  Surgery  were  introduced.  Dynamic 
navigation  (DN)  seems  to  be  a  tool  for  navigation  thus 
improving the accuracy of implant placement.  

HISTORICAL PERSPECTIVE

Various  software  using  Computerized  tomography 

were  available  in  late  1980’s.  Initially  in  1988,  the 
Columbia  scientific  INC.,  developed  a  software  to 
convert  the  axial  slices  of  CBCT  into  cross  –  sectional 
images  (2D)  thus  favoring  diagnosis  and  evaluation. 
Utilizing  this  software,  D’haese  et  al  stressed  the 
importance  of  evaluating  the  alveolar  ridges  to  analyze 
computerized tomography axial slices

1

.  

In  1992  “viewing  wand”  a  frameless  system  was 

developed for neurosurgery which served as an adjunct to 
CT

2

.  Three  dimensional  imaging  was  used  for  pre-

surgical planning and guiding surgeries

3,4,5

In  the  late  1997  dynamic  navigation  was  introduced 

for oral maxilla-facial surgical procedures on the basis of 
contribution  done  by  Enisilidis  G,  Wagner  G  and  Ploder 
O

6

.  In  2000  VISIT  a  new  dynamic  implant  navigation 

system was introduced for implant placement

2

COMPUTER-ASSISTED SURGERY 

It  involves  either  a  static  or  a  dynamic  system.  The 

static  system  utilizes  pre-fabricated  stent  by  using 
computer  aided  approaches  which  can’t  make  real  time 
changes  during  the  implant  surgery.  Deviations  from  the 
pre-determined plan can be carried out using the dynamic 
systems

7

.  The  operator  need  not  withdraw  from  the  pre-

determined  plan  if  they  desire  to  change  it  during  mid-
surgery in navigation surgery

8

 (Fig 1). 

STEPS INVOLVED IN A COMPUTER AIDED 

SURGERY: 

Cone  Beam  Computed  Tomography  Scanning-
CBCT scanning,

Software program execution

Fabrication of surgical drilling guides in case of static
approach  or  a  computerized  virtual  plan  in  dynamic
approach.

Surgical execution

9

Fig 1: Flow Chart depicting Computer Assisted 

Implant Surgery 

CONVENTIONAL VS COMPUTED AIDED 

APPROACH: 

The  implant  placement  in  a  free-handed  approach  is 

done  based  on  the  adjacent  and  opposing  teeth  as  a 
reference.  In  case  of  computer-  assisted  surgery,  in  a 
static system, CT-generated CAD/CAM stents with metal 
tubes are used. 

In  dynamic  navigation,  a  computerized  system  is 

used to visualize implant site development while the drills 
are  in  function.  “Real-time”  changes  to  the  plan  can  be 
made at the time of surgery

3

DYNAMIC NAVIGATION: 

The  navigation  system  consists  of  stereovision  with 

natural  light  cameras  which  utilizes  active  or  passive 
arrays of optical technologies. Active system utilizes their 
own  light  system  while  the  passive  systems  utilize  the 
light  from stereo cameras and the reflected light in order 
to get tracked for viewing the surgical procedure. 

INDICATIONS: 

(i)

It  is  indicated  in  patients  having  limited  mouth

opening with no accessibility. 

(ii)

It  is  useful  at  regions  of  tight  interdental  spaces

where static guides can’t be used owing to the tube size 

(iii)

(iii)  in  regions  adjacent  to  the  natural  teeth,  in

situations  where  static  guide  tubes  will  interfere  with 
ideal implant placement

10,11,12

 

Volume No: 8, Issue No: 3 

109


background image

JIDAM “An Official Journal of IDA - Madras Branch”©2021. Available online 

Balaji et al:

 

Computer Assisted Dynamic Navigation Systems-Current Scenario 

ISSN No: 2582-0559 

COMPONENTS: 

1)

Hand piece attachment: It consists of the drill or the
handpiece  with  the  drill  tag.  The  drill  tag  helps  to
locate the drill position.

2)

Patient jaw attachment: It consist of the stent, handle,
fiducial marker, fiducial clip an array and a tag. The
fiducial marker is the one that enables the whole jaw
attachment  to  be  tracked  through  their  identification
in  CBCT  images  and  clip  will  help  it  to  be  attached
to the tag.

3)

System  cart:  It  consists  of  a  computer  with  dynamic
navigation software, the stereo cameras with the light
source

12

. (Fig 2)

Fig 2: Components of Dynamic navigation (11) 

GENERATIONS OF DYNAMIC NAVIGATION 

SYSTEM: 

Based  on  literature  evidence  there  are  two  different 

generations  of  dynamic  navigation.  The  first  generation 
involved four distinct workflow steps such as stent, scan, 
plan  and  place.  Commercially  available  system  includes 
NAVIDENT,  X-Guide,  Image  Yomi,  Inliant,  X-NAV. 
The  drawbacks  of  first  generation  system  included  high 
system  price,  immaturity  of  design  and  limited  access  to 
CT  scanner  (Block  2016,  Vercruyssen  2014).  With  the 
various  improvements  in  the  computing  and  optical 
tracking  technology  evolved  with  elimination  of  the 
fiducial clip preparation

13

 and implementation of simpler 

workflow  called  TAP  –  Trace  and  Place.  Commercially 
available  second  generation  system  include  NAVIDENT 
2.0. 

DYNAMIC WORKFLOW  

FIRST GENERATION SYSTEM 

Stent: 

A  thermoplastic  retainer  molded  over  the  dentition, 

cured,  removed  and  finished  to  give  guidance  to  the 
planned  implant  placement.  Utilizing  this,  positional 
approximation is verified and surgery is performed

5

Scan

CT marker, thermoplastic stent, retainer arm with fix 

plate  apparatus  are  secured.  Thereafter  a  single  jaw  is 
scanned  using  a  CBCT  scanner  and  the  procedure  is 
carried out. 

Plan: 

Utilizing the scanned jaw image the implant planning 

is virtually done through placing a computerized implant 
simulation  onto  the  intended  site  and  alterations  can  be 
done. 

Place: 

The  jaw  tag  is  utilized  in  relation  to  thermoplastic 

stent  and  drill  tag.  Osteotomy  is  then  performed.  A  real 
time  “cross-hair”  or  “bulls-eye”  target  view  is  used  and 
osteotomy  is  completed  and  implant  placement  is  done 
under simultaneous tracking likewise. 

Steps involved in drill navigation: 

Initially the procedure starts with mapping of fiducial
and extra-oral clip to the CT-image. By doing this the
patient and his jaw position are fed to the navigation
software.

Similarly, the drill attachment and its information are
further fed to the computer.

Then the drill tip calibration and drill axis calibration
are  done.  Initially  the  go  plate  is  registered  and
calibrated and following that the drill tip is placed for
its calibration.

Following  these  procedures,  the  position  of  the
patient’s  jaw  and  the  drill  attachment  relative
position to each other are constantly tracked through
the  stereo  cameras  and  fed  onto  the  navigation
software.

SECOND GENERATION SYSTEM 

The  implant  placement  protocol  is  further  simplified 

with  the  introduction  of  trace  registration.  So,  the  recent 
protocol is, Trace and Place. 

Trace registration: 

In  an  attempt  to  achieve  ease  of  operation  in  the 

whole 

dynamic 

navigation 

procedure, 

various 

technologies  have  been  utilized  to  carry  out  implant 
surgery.  Trece  registration  will  eliminate  the  need  for 
stent fabrication or even a fiducial clip preparation is not 
needed.  Trace  registration  will  trace  the  recognizable 
structures  naturally  present  in  the  scan  like  teeth, 
implants,  abutments,  bony  ridge  and  bone  screws  as 
fiducials

14

Trace and Place – TAP: 

Volume No: 8, Issue No: 3 

110


background image

JIDAM “An Official Journal of IDA - Madras Branch”©2021. Available online 

Balaji et al:

 

Computer Assisted Dynamic Navigation Systems-Current Scenario 

ISSN No: 2582-0559 

It  is  mainly  introduced  with  NAVIDENT  2.0 

systems. The CBCT image in DICOM format is installed 
into  dynamic  navigation  system  software  (NAVIDENT 
software).  The  intra  oral  scanner  image  with  the  virtual 
wax-up  prosthesis  is  installed  and  these  two  images  are 
superimposed  and  landmarks  we  marked.  Then  the 
trackers  have  to  be  attached  onto  the  patient  firmly 
without  movements.  Then  the  tracing  begins  by  moving 
the ball tip of stylus on each tooth for a distance of atleast 
15cms.  The  progression  of  tracing  is  indicated  audibly 
and registration completed. For placing implants then drill 
axis  and  drill  tip  calibration  are  done.  The  drilling  is 
carried  out  following  the  target  view  on  the  monitor.  It 
eliminates  the  need  for  multiple  scans.  The  implant 
planning,  trace  registration  and  placement  all  can  be 
completed in single visit.  Provided, the implant itself was 
inserted  under  guidance  EvaluNav,  a  software  evaluates 
the  accuracy  and  enables  to  further  separate  guidance 
deviation  (system  error)  from  drilling  deviation  (user 
error)

14

. (Fig 3) 

Fig 3: Workflow of trace registration 

ADVANTAGES OF DYNAMIC NAVIGATION 

1)

In  case  of  complex  cases  with  challenging  bone
topography  and  critical  anatomic  situation  dynamic
navigation provides its assistance. Wittwer et al in his
study  supported  the  accuracy,  safer  and  immediate
implant placement in smoother and wide bone areas.
In  patients  with  physiological  and  psychological
problems,  Vercruyssen  et  al  pointed  out  that  sleeves
used as the guide for static approach has rigidity and
control in drilling in irregular bony areas.

2)

Navigation  technology  exhibits  greater  accuracy  in
recording  the  coronal  and  apical  portion  of  implants
as  cited  by  few  studies  which  indicated  a  negligible
error of 0.4mm of linear deviation and 4° of angular
deviation.  This  system  reported  higher  precision
between planned and finally placed implants

9

.

DISADVANTAGES OF DYNAMIC 

NAVIGATION:

 

(i)

Using  dynamic  navigation  systems,  when

problems  arise  due  to  asymmetric  bone  density  may
create problems they cannot be avoided.

(ii)

Array  positions  can  affect  the  operation  of

surgeons’ dominant hand in certain cases.

(iii)

The  reclined  or  sitting  position  of  patient  might

affect the cameras’ ability to track drill arrays.

(iv)

Surgeon’s  ability  to  hold  the  instrument  and  the

rigidity  of  the  instrumentation  can  interfere  with  the
results. To avoid such short coming the inherent level of
tremor of every operator’s hand has to be  managed  with
double finger rests

3,10,12,14

.

ERRORS IN DYNAMIC NAVIGATION

 

The  following  errors  may  arise  during  dynamic 

navigation such as stent distortion, inaccurate calibration, 
patient movement, unstable seating of the jaw attachment, 
operators’  eye  coordination  and  lack  of  personal  fine 
motor  control  and  operators’  awareness  of  the  computer 
technology and systems. Few studies reported accuracy of 
implants with a mean error of 0.35mm 

9,15,16

APPLICATIONS IN OTHER MEDICAL FIELDS 

It  is  basically  used  in  surgical  decision  making  and 

also  in  execution  of  surgeries.  It  locates  the  anatomic 
landmarks  with  precision  and  ease.  It  is  employed  in 
various  neurosurgeries  for  precise  localization  and 
avoidance  of  areas  of  risk.  It  is  also  used  in  spinal 
surgeries  and  in  orthopaedic  surgeries  as  a  precise 
measurement tool

17

APPLICATIONS IN OTHER DENTAL FIELDS 

In  endodontic,  dynamic  navigation  systems  can  be 

used  in  preparation  of  minimally  invasive  access  cavity 
preparations  in  endodontic.  They  are  also  called  as 
conservative/contracted 

endodontic 

cavities 

or 

ultraconservative  “ninja”  endodontic  cavities  and  Point 
endodontic access cavity (PEAC) preparation. 

They can be used in identifying and exactly locating 

calcified  canals  while  performing  procedures  like  root 
canal  treatments

19,20

.  It  can  be  utilized  to  perform 

endodontic  microsurgeries  and  will  greatly  help  us  to 
create  bone  cavities  and  do  root  end  resections  and 
various  other  procedures.  In  maxillofacial  surgeries 
computer guided navigation of bone segments are utilized 
and  employed  in  surgical  procedures  of  TMJ, 
orthognathic  and  implant  procedures

21

.  In  maxillo-facial 

Volume No: 8, Issue No: 3 

111


background image

JIDAM “An Official Journal of IDA - Madras Branch”©2021. Available online 

Balaji et al:

 

Computer Assisted Dynamic Navigation Systems-Current Scenario 

ISSN No: 2582-0559 

surgery, 

it 

is 

also 

employed 

in 

surgery, 

Temporomandibular 

joint 

surgeries, 

orthognathic 

surgeries and Implantology. 

CONCLUSION: 

The  3-D  diagnostic  and  therapeutic  modalities  allow 

us to overcome various difficulties encountered in case of 
conventional  approaches.  It  allows  the  implant  team  to 
overcome the difficulties and limitations of human stereo 
vision and increase the accuracy and precision of implant 
placement.  CAS  has  its  own  difficulties  like  in 
performing  surgery  in  cost  effective  fashion.  The 
recurring  cost  after  the  initial  setting  up  of  these 
instrument  is  however  low.  The  learning  curve  is  also 
another  difficulty  in  performing  such  procedures.    The 
benefits of these systems also have to be further evaluated 
to  arrive  at  confirming  results.  Very  few  studies  are 
available  using  this  dynamic  approach.  In  future, 
longitudinal  studies  are  needed  in  using  dynamic 
navigation system. 

FINANCIAL SUPPORT AND SPONSORSHIP 

Nil  

CONFLICTS OF INTEREST 

There are no conflicts of interest. 

REFERENCES: 

1.

D’haese  J,  Ackhurst  J,  Wismeijer  D,  De  Bruyn  H,
Tahmaseb  A.  Current  state  of  the  art  of
computer‐guided  implant  surgery.  Periodontol  2000
2017;73:121‐33.

2.

Wolfgang  Birkfellner,  Klaus  Huber,  Alan  Larson,
Dennis  Hanson,  Markus  Diemling,  Peter  Homolka,
and Helmar Bergmann. A Modular Software System
for 

Computer-Aided 

Surgery 

and 

Its 

First

Application  in  Oral  Implantology.  IEEE Trans
Med Imaging, 2000;19(6):616-20.

3.

Michael  S  Block,  Robert  W  Emery,  Kathyrn  Lank,
James  Ryan;  Implant  placement  accuracy  using
Dynamic  Navigation.  Int  J Oral Maxillofac Implants
2017;32:92-99.

4.

Mallaya  SM,  White  SC.  The  nature  of  ionizing
radiation  and  risks  from  maxillofacial  cone  beam
computed  tomography.  In:  Sarment  D,  ed.  Cone
Beam 

Computed 

Tomography: 

Oral 

and 

Maxillofacial  Diagnosis  and  Applications.  Hoboken, 
NJ: John Wiley & Sons, Inc; 2014:25-41. 

5.

Manderalis GA, Stefanelli LV, Degroot BS. Dynamic
navigation  for  surgical  implant  placement:  overview
of  technology,  key  concepts,  and  a  case  report.
Compend Contin Educ Dent 2018.

6.

G.  Enislidis,  A.  Wagner,  0.  Ploder,  R.  Ewers.
Computed  intraoperative  navigation  guidance-a

preliminary  report  on  a  new  technique.  Br 
J Oral Maxillofac Surg 1997;35:271-74. 

7.

Heinz-Theo 

Luebbers, Peter 

Messmer, Joachim 

Anton  Obwegeser, Roger  Arthur  Zwahlen, Ron 
Kikinis, Klaus  Wilhelm  Graetz, Felix  Matthews. 
Comparison  of  different  registration  methods  for 
surgical navigation in cranio-maxillo-facial surgery. J 
Craniomaxillofac surg 2008;36:109-16. 

8.

Jayaranthe YS, Zwahlen RA, Lo J, Tam SC, Cheung
LK, Computer aided maxillofacial surgery. Br J Oral
Maxillofac surg 2005;43:265-70.

9.

Kalaivani  G,  Balaji  VR,  Manikandan  D,  Rohini  G.
Expectation  and  reality  of  guided  implant  surgery
protocol  using  computer‐assisted  static  and  dynamic
navigation 

system 

at 

present 

scenario:

Evidence‐based  literature  review.  J  Indian  Soc
Periodontol 2020;24:398-408.

10. Michael  S  Block,  Robert  W  Emery;  Static  or

Dynamic 

Navigation 

for 

Implant 

Placement-

Choosing the Method of Guidance. J Oral Maxillofac
Surg 2016;74(2):269-77.

11. Sebastiani  FR,  Dym  H,  Emery  RW;  Dynamic

Navigation  IN  Dental  Implant  Placement:  An  In
Vivo,  Ex  Vivo,  And  In  Vitro  Systematic  Review.
Oral  Surg  Oral  Med  Oral  Pathol  Oral  Radiol
2017;123(2):e27.

12. Amit  Benjamin,  Nawamee  Phadnis;  Dynamic

Implant  Navigation  Systems:  A  Review.  World  J
Adv Sci Res 2018;1(2):117-22.

13. Chong  BS,  Dhesi  M,  Makdissi  J.  Computer-aided

dynamic  navigation:  a  novel  method  for  guided
endodontics. Quintessence Int 2019;50:196–202.

14. Stefanelli  LV,  sMandelaris  GA,  DeGroot  BS,

Gambarini G, De Angelis F, Di Carlo S. Accuracy of
a  Novel  Trace-Registration  Method  for  Dynamic
Navigation  Surgery.  Int  J  Periodontics  Restorative
Dent 2020;40(3):427-35.

15. Casap  N,  Wexler  A,  Persky  N,  Schneider  A,

Lustmann  J.  Navigation  surgery  for  dental  implants:
Assessment  of  accuracy  of  the  image  guided
implantology  system.  J  Oral  Maxillofac  Surg
2004;62: 116‐9.

16. Emery RW, Merritt SA, Lank K, Gibbs JD. Accuracy

of 

dynamic 

navigation 

for 

dental 

implant

placement‐model‐based  evaluation.  J  Oral  Implantol
2016;42: 399‐405.

17. Uli  Mezger  &  Claudia  Jendrewski  &  Michael

Bartels.  Navigation  in  surgery.  Langenbecks  Arch
Surg 2013;398:501–14.

18. Gianluca 

Gambarini, Massimo 

Galli, Antonio 

Morese, Luigi 

Vito 

Stefanelli, Fouad 

Abduljabbar, Massimo 

Giovarruscio, Dario 

Di 

Nardo, Marco  Seracchiani, Luca  Testarelli. Precision 
of  dynamic  navigation  to  perform  endodontic 

Volume No: 8, Issue No: 3 

112


background image

JIDAM “An Official Journal of IDA - Madras Branch”©2021. Available online 

Balaji et al:

 

Computer Assisted Dynamic Navigation Systems-Current Scenario 

ISSN No: 2582-0559 

ultraconservative  access  cavities:  a  preliminary  in 
vitro  analysis  [published  online  ahead  of  print,  2020 
Jun 15]. J Endod 2020;S0099-2399(20)30385-X. 

19. Jain  SD,  Carrico  CK,  Bermanis  I,  Rehil  S.

Intraosseous 

Anesthesia 

using 

Dynamic 

NavigationTechnology.  [published  online  ahead  of 
print] J Endod 2020. 

20. Saunders  MW,  Jain  SD,  Carrico  CK,  Jadhav  A,

Deeb  JG.  Dynamically  Navigated  versus  Freehand

Access Cavity Preparation: A Comparative Study on 
Substance  Loss  using  Simulated  Calcified  Canals 
[published  online  ahead  of  print,  2020  Aug  11].  J 
Endod 2020; S0099-2399(20)30578-1. 

21. Rüdiger  Marmulla,  Herbert  Nieder  Dellmann.

Computer-assisted  bone  segment  navigation.  J
CranioMaxillofac 

Surg 

1998;26: 

347-59.

Volume No: 8, Issue No: 3 

113