数字化根管定位导板在微创牙髓治疗中应用研究进展

2021-4-26 16:04  来源:中国实用口腔科杂志
作者:王丹 洪涛 张晏源 李玉姣 田宇 阅读量:8990

    根管治疗(root canal therapy,RCT)是针对感染牙髓的一系列治疗,其目的是去除已感染的牙体组织和保护健康的牙体组织。在过去的十几年中,RCT 强调建立直线通路,提高根管预备效率;使用大锥度器械进行根管预备,降低操作难度;使用化学试剂冲洗管腔,清除感染。然而这些操作可能会造成过多的牙体组织被去除、牙本质变性及脆性增加。

    牙体结构的完整性被破坏,会增加RCT 术后折裂的风险,尤其是开髓造成的牙体硬组织损失,会使牙体抗折性下降20%以上。随着科技的进步,计算机辅助设计(computer aided design,CAD)与3D 打印技术(3D printing technology)开始应用于牙体牙髓治疗中,利用锥形束CT(cone-beam CT,CBCT)、CAD 和3D 打印制作出的根管定位导板能协助医生精准定位根管,高效完成治疗,且最大程度上保留了健康的牙体组织,从而提高RCT 术后患牙的长期存留率。

    1.数字化根管定位导板在微创牙髓治疗中的应用背景

    2013年,Gutmann提出了微创牙髓治疗(minimally invasive endodontics,MIE)理念,强调从患牙的诊断到治疗全过程中保留更多的牙体组织,来提高患牙的长期存留率;通过三维有限元分析发现,牙体组织的应力集中大多在牙槽嵴顶附近的牙本质区域。因此,包括颈周牙本质(pericervical dentin,PCD)在内的牙体组织的保存是MIE的关键。PCD即牙槽嵴顶方4 mm至牙槽嵴顶根方4 mm范围内的牙本质。

    然而在开髓、根管预备等步骤中会去除较多的PCD,即磨除髓腔四周的牙本质壁和根管中上段的牙体组织。因此,微创的髓腔预备是MIE的关键一步。Makati等提出保守型髓腔入路(conservative endodontic cavities,CECs),即在牙体面中央缩小开髓孔,以保护牙体组织冠部的结构,但可能会增加根管探查及清理的难度。然而,CECs对提高牙体组织的抗折性仍存在争议。

    要实现保留更多的髓室顶和PCD,适度的预敞冠部和直线通路,减少消毒药物对牙本质的损伤,就离不开新思路、新方法、新技术的运用。数字化技术在MIE中具有以下独特优势。(1)可微创地进行髓腔预备,最大程度地保留髓室顶和牙本质结构,提高患牙的长期存留率。(2)可准确定位钙化根管和畸形牙的根管,减少侧穿和过度预备的风险。(3)可有效保护根管中上段的牙本质,包括PCD结构,减少过度预备。

    传统RCT开髓围绕如何定位根管、建立直线通道这一结果出发,其治疗理念属于结果导向型思维。首先,开髓时需要充分敞开冠部,减小冠部弯曲度,尽可能获得冠部直线通路,但往往会导致髓腔的“大开口”,去除过多的冠部牙体组织。然后,探查根管时主要使用DG16和超声工作尖等,都是基于视觉观察和个人经验进行操作,面对复杂根管,探查耗时长且容易遗漏根管。

    最后,建立直线通路,因根管均存在一定的弯曲,根管预备器械在弯曲根管中存在伸直趋势,在根管预备过程中可能会造成根管偏移,给临床操作带来侧穿的风险;常常利用G钻或开口锉去除PCD,获得直线入路,降低操作难度,但会造成过多的健康牙体组织被去除。而数字化MIE围绕最大程度保留牙体组织这一目标出发,通过预判根管位置、设计通路方向,以减少对健康牙体组织的破坏,其治疗理念属于“目标导向型”思维。

    首先,利用CBCT可获得根管口的准确位置以及根管形态,掌握根管口位置和根管形态。然后,通过CAD精确设计根管通路,最大程度地减少对PCD的切削,保留更多的牙体组织。最后,通过3D打印技术制作出开髓导板,在导板引导下完成精细开髓,以减小对冠部的破坏。最大限度地保留牙体组织以提高患牙长期存留率。

    2.数字化根管定位导板制作的相关技术

    随着科技进步,一系列的数字化技术在口腔领域中广泛应用,大大提高了对各种口腔疾病的治疗效果。这些辅助技术包括CBCT、CAD和3D打印等,这些技术的联合应用可以帮助我们实现MIE。

    2.1 CBCT

    影像学检查作为一种非侵入性的技术,在临床广泛应用。其中,数字化X射线成像法(radio visio graghy,RVG)是单纯的将牙体三维结构在唇舌或颊舌方向上重叠形成二维图像。而CBCT通过放射源和接收器同时旋转360°获取重建三维图像所需的全部原始数据,基于CT的算法可对创建的数据进行分析和重构,可在3个常规平面(轴、矢、冠状面)和其他备选平面上查看。

    CBCT与RVG相比,减少了解剖噪音屏蔽和几何失真,具有空间分辨率高、图像伪影少等优点,特别是CBCT重建的三维图像能较为准确地显示牙齿根管系统等细微硬组织解剖结构,可帮助医生识别根管口、评估根管弯曲度、测量根管长度,从而增加治疗成功的概率。

    Zhang等研究发现,通过CBCT可清晰观察到牙齿根管形态,利于医生预判操作难度、降低治疗风险。Tchorz等研究发现,通过CBCT亦可获得较为准确的根管长度,其与电子根管测量仪的测量结果差异无统计学意义。因此,CBCT可作为临床术前诊断和评估的重要工具,是牙科影像检查的重要手段,同时也是获取口腔三维数字化信息的方法。在数字化MIE中,利用CBCT获取的三维数字信息,可作为导板设计开髓位置和方向的关键数据来源。

    2.2 CAD

    MIE 对口腔医生操作提出了更高的要求,但通过CAD可对CBCT重建的3D模型进行车针的虚拟模拟开髓,设计开髓入路位置方向、最小程度地破坏面形态,保留更多的边缘嵴、斜嵴等解剖结构和牙体组织,能较为精准地模拟临床操作。其具有可视化、可重复设计等特点。通过CAD设计3D导板模型可保存为STL格式输入3D打印机,直接打印所需模型。利用CBCT和口内扫描数据建立的3D根管定位导板模型可引导治疗,实现降低治疗难度、减小治疗风险,辅助完成MIE;应用于微创开髓、寻找遗漏根管、钙化根管定位、畸形牙根管等治疗。目前常用的CAD软件有Mimics、3Shape、Geomagic等。

    2.3 3D打印技术

    3D打印被誉为一种颠覆制造业的技术,已经在各个行业均有所应用,在口腔领域已应用于牙冠修复、正畸治疗、颌面外科手术等方面。3D打印是将材料层层打印、逐层堆积形成所需要的结构,这个过程称为“增材制造”,也称为快速原型制作。可对CAD软件输出的STL格式文件进行创建打印。目前应用于导板的3D打印技术主要是立体光刻技术(stereolithography,SLA)。SLA是用激光聚焦到光固化树脂表面,使之由点到线,由线到面顺序凝固,周而复始,层层叠加构成一个三维实体。

    SLA具有自动化程度高、零件精度高等优点,用于制作导板的光敏树脂通常具有黏度低、固化收缩小、固化速率快、光敏感性高等特点,3D打印技术在口腔领域的快速发展,加上扫描技术和CAD的进步,使3D打印技术更加实用,具有快捷方便、精准复制、个性化打印的优点。

    3.数字化根管定位导板制作的方法

    利用3D打印制作根管定位导板,使牙髓治疗精准地按照治疗方案进行,从而降低临床操作的风险。根管定位导板的制作可分为以下步骤。

    第一步:收集三维数据,通常采用CBCT和光学表面扫描仪等来获得结构数据,CBCT用于牙体的内部结构观察以及辅助诊断,可清晰地获得牙体的三维影像,较为准确地定位根管口位置和方向,为导板设计开髓位置和方向提供三维数据基础;光学表面扫描仪能获取目标牙体和周围组织的表面形貌,为导板设计表面固位形貌提供数据基础。

    第二步:建立CBCT数据三维模型。将获得的数据以DICOM格式导入CAD软件如Mimics、3DS Maxsoftware等进行三维重建,阈值分割提取牙体硬组织和根管形态,模拟开髓,确定根管位置,建立根管口到根管上段1/3的直线通路,设计开髓车针大小、方向;三维重建通路模型,并导出为STL 格式。

    第三步:将口内光学扫描仪收集的患者口内牙齿和软组织表面数据,同样以STL格式导入数字化导板设计软件与CBCT数据进行拟合匹配,可实现患者骨组织和软组织的三维重建,同时通过二次匹配可进一步提高导板精确性,得到与患者口内情况一致的数据。

    第四步:再次通过CAD软件完成开髓规划设计,确定钻进入方向和位置,设计引导孔和金属套筒的尺寸,结合之前的三维模型,设计与引导孔对应的导板。

    第五步:将最终制作好的根管定位导板的三维模型数据以STL格式输入3D打印机中打印导板。

    4.数字化根管定位导板在MIE的临床应用

    4.1 定位复杂根管,降低临床治疗风险

    牙齿的根管系统往往都比较复杂,在未清楚掌握患牙解剖结构的情况下,难以做到完善的治疗,尤其是形态结构异常的牙体,如融合牙、结合牙、畸形中央尖、牙内陷等。其特殊的解剖结构,通常会使髓腔和根管形态发生不规则的改变,加大了治疗难度。虽然运用手术显微镜和超声器械可大大提高治疗成功率,但畸形牙由于根管形态和位置发生改变而无法直接探查到根管时,应用CBCT可构建畸形牙复杂的牙体结构和根管形态模型,掌握根管口位置和形态。通过CAD软件设计开髓洞型位置、方向,能最小程度地破坏面形态,保留更多的髓室顶、边缘嵴以及斜嵴等重要牙体结构;并对复杂根管进行定位,目标性引导开髓。

    Zubizarreta Macho等报道1例应用导板引导开髓治疗上颌侧切牙Ⅱ型牙内陷的病例,通过CBCT获取畸形根管的解剖结构、CAD设计打印导板开髓,成功定位了3个不同的髓腔并行RCT治疗,半年后患者复诊时无临床症状,CBCT显示患牙根尖周无明显阴影。此外,钙化根管是临床RCT过程中常见的复杂疑难情况,钙化根管的治疗常比弯曲根管、狭细根管的治疗要难,费时费力,失败率也较高。根管和根管口的钙化通常会导致根管遗漏从而增加RCT 失败率。

    在临床操作中为了寻找钙化根管,医生往往在探查过程中会使用超声器械去除较多的牙体组织,因而降低了牙齿的抗折性。但借助CAD和3D打印技术制作导板开髓,可精准定位根管,减少椅旁操作时间,对于经验不足的医生可提高工作效率,减少治疗过程中髓室底穿、根管侧穿、偏移的发生。Lara-Mendes等针对钙化前牙利用CAD结合3D打印技术制作个性化根管定位导板,实现微创通路,可直接到达根管中段,建立了直线入路疏通根管。因此,使用CBCT获得牙体的三维结构数据,利用CAD和3D打印技术,构建根管定位导板,可实现定位复杂根管,减少根管遗漏,降低操作难度和操作风险。

    4.2 保护牙体组织,保留重要解剖结构

    釉质和牙本质是高度矿化的组织,对咀嚼压力和摩擦力高度耐受,在RCT过程中需要去除釉质以及感染的牙髓、牙本质,但去除过多的牙体组织会导致抗折性下降而发生牙体折裂。Jiang等通过三维有限元分析上颌第一磨牙不同开髓方式后的面受力情况发现,随着髓室顶结构的去除量增大,开髓洞型的边缘靠近边缘嵴,集中在PCD结构的应力将会明显增加,牙齿的抗折性将下降。

    CBCT可建立牙体组织的三维结构,准确地寻找根管口位置及根管方向;在计算机辅助下即可确定开髓位置及开髓方向,避开牙体的嵴和尖,利于保持牙体的抗折性。此外,在根管定位导板的辅助下,可避免使用GG钻或开口锉去除过多的PCD结构,增加抗折效果,同时还减少根管口探查所需时间,缩短患者张口时间,提升治疗中的舒适度。Connert等研究对比了传统开髓和导板引导开髓,发现在导板引导下,无论是治疗时间还是牙体组织去除的量,均优于传统开髓。

    5.总结与展望

    目前,数字化技术辅助MIE在CBCT采集、光学表面扫描、CAD和3D打印在内的“术前准备”周期较长、制作费用较高,配套的开髓工具仍有待完善。但随着技术的进步、设计制作流程的完善,数字化技术在口腔领域的应用会更加广泛。RCT应用数字化技术可精确定位开髓位置及方向,使得牙体组织尽可能多地得到保留,降低了根管侧穿等并发症发生的风险,提高了牙齿抗折裂能力。此外,还能明显缩短患者的张口时间,提升治疗的舒适度。在不久的将来,数字化设计导板将会更简单快捷地应用于临床治疗中,协助医生高效安全地进行操作,满足患者个性化需求。

编辑: 陆美凤

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