根管定位数字化导板的研究进展
吕晶, 凌均棨
中山大学光华口腔医学院•附属口腔医院牙体牙髓病科; 广东省口腔医学重点实验室 广州 510055
[通信作者] 凌均棨,教授,博士,Email:lingjunqi@163.com

[作者简介] 吕晶,住院医师,硕士,Email:lvjing12796@163.com

摘要

当牙髓钙化或牙内陷的患牙发生根尖周病变需行根管治疗时,如何准确定位根管、获取根管预备的通路是临床治疗中常见的问题。基于锥形束CT、数字化设计软件和3D打印技术的数字化根管定位导板可微创地获取髓腔通路和定位根管,最大限度保留牙体组织,提高根管治疗的成功率。本文就根管定位数字化导板的应用背景、技术发展、制作方法及准确性和临床应用进行综述。

关键词: 钙化根管; 牙内陷; 根尖周炎; 根管定位; 数字化导板
中图分类号:R781.34+1    文献标志码:A      
Research progress on the digital template for root canal location
Lü Jing, Ling Junqi
Guanghua School of Stomatology, Dept. of Conservative Dentistry and Endodontics, Hospital of Stomatology, Sun Yat-sen University; Guangdong Provincial Key Laboratory of Stomatology, Guangzhou 510055, China
Abstract

Root canal treatment is necessary when apical periodontitis occurs in teeth with pulpal obliteration or dens invaginatus. Determining the accurate location of root canal and the path of preparation is one of the most common challenges in clinical practice. Digital template based on cone beam-computed tomography, digital design software, and 3D printing allows a minimal invasive access and location of root canal and thus preserves tooth structures and improves the success rate of root canal therapy. In this review, we summarized the background, current developments, manufacture method, accuracy, and clinical application of digital templates for root canal location.

Keyword: pulp canal calcification; dens invaginatus; apical periodontitis; root canal location; digital template

随着科技进步, 锥形束CT(cone beam com-puted tomography, CBCT)、数字化导板设计软件和加工技术得到了快速发展。数字化导板近年来开始用于发生根尖周炎的钙化根管和牙内陷的根管治疗。利用数字化导板可准确定位和获取根管通路, 减少医源性损伤的发生, 最大限度保留牙体组织, 从而提高患牙根管治疗的成功率。

本文将介绍根管定位数字化导板的应用背景, 其相关技术的发展, 以及根管定位数字化导板的制作方法, 并结合体外研究和临床病例分析其准确性和临床应用的效果。

1 根管定位数字化导板的应用背景

根管治疗的目的是通过彻底的根管预备、有效的根管消毒和严密的根管充填以控制感染[1], 促进根尖周病变愈合或防止根尖周病变发生。根管治疗的第一步是建立到达根管口的通路, 以利于器械进入根管清理感染物。随着社会步入老龄化, 老年患者对根管治疗的需求日益增加, 而牙髓由于增龄性变化可能出现不同程度的钙化[2]。此外, 牙髓受到外界刺激如创伤、龋坏、磨耗和酸蚀时, 也可能出现完全或部分的根管闭锁[3]。Mc-Cabe等[4]的文献回顾中显示:4%~24%的外伤牙会出现不同程度的牙髓钙化, 这些钙化根管中残余的牙髓依然存在坏死的风险, 其概率为7%~27%, 当牙髓钙化的患牙出现症状或根尖周阴影时, 需行根管治疗。在根管治疗过程中, 患牙有可能因丢失大量牙体组织导致牙齿折裂的风险增加[5], 不能正确定位并彻底清理根管将增加治疗的失败率, 因此, 微创的获取髓腔通路且准确的定位根管位置是一个挑战[6]。基于CBCT、数字化导板设计软件和快速成型技术制作的数字化导板可准确定位根管, 有效地避免在疏通钙化根管过程中髓室底穿孔、根管壁侧穿和根管偏移等医源性损伤的发生。

数字化根管定位导板也用于牙内陷的根管治疗。Oehlers[7]将牙内陷分为3类。有文献[8, 9]报道牙内陷的发病率为0.04%~10%, 研究[10, 11]发现上颌侧切牙的发生率最高, 占牙内陷患牙的90%。Cakici等[12]的研究发现:各类牙内陷的发病率中Ⅰ 类占81.25%, Ⅱ 类占6.25%, Ⅲ 类占12.5%。牙内陷的内部结构相对复杂, 当需要行根管治疗时, 如不能准确定位根管, 将增加发生并发症的风险。利用CBCT有效分析牙内陷的三维解剖结构, 通过软件设计制作数字化导板可准确获取根管通路, 提高牙内陷诊断及治疗的成功率[13, 14]

2 根管定位数字化导板的技术发展
2.1 CBCT和数字化设计软件

与传统医用螺旋CT相比, CBCT具有空间分辨率高、扫描时间短、放射剂量小、费用低等特点[15]。CBCT三维成像系统能准确显示复杂的根管系统及病变的位置、范围、性质、程度, 帮助口腔医生对患牙进行术前诊断和评估, 增强治疗的针对性和可预测性。CBCT常用于获取三维数字化种植信息, 同时, 利用计算机数控研磨、3D打印等制成数字化导板, 使医生更容易定位种植体位置以实现精准植入。CBCT和口内光学扫描的结合更是进一步提高了数字化导板的精确度。

数字化设计软件支持人机互动、多视窗、可重复的设计, 完成设计后的文件输出基本参数进行制作加工。把计算机辅助设计技术引入牙髓病治疗, 利用CBCT将根管轴向、近远中向、颊舌向位置转化为三维数据, 用数字化设计软件在计算机上进行车针的虚拟设计, 再通过制作加工将三维数字化信息转化为数字化导板上套筒的不同大小和轴向, 术中通过套筒导航车针, 可避免疏通根管时造成的医源性损伤, 这符合微创牙髓治疗(minimally invasive endodontics, MIE)的理念[16], 有利于微创地获取髓腔通路和准确定位根管, 最大限度保留牙体组织。

2.2 3D打印技术

3D打印是快速成型技术的一种, 以重建的三维数字模型文件为基础, 通过可黏合材料逐层堆积成实体的方式来构造物体[17]。目前, 在口腔医学已用于3D打印种植导板、颌面部大面积缺损重建及修复、3D打印全冠、3D打印畸形牙根管解剖模型等[18]。3D打印包括数据采集、数据处理、打印制造3个步骤[19]

常用的数据采集方式有光学扫描、机械式扫描和放射学扫描等, 获得的数据导入三维重建软件构建形态曲面, 重建三维模型保存数据格式为STL(surface tesselation language)[20]。最后将STL格式的数据导入3D打印机进行打印制造, 根据制造方法分为:光固化成型、选择性激光烧结、熔融沉积成型、分层实体制造、喷墨打印[21]等。3D打印有制作速度快、精确性高的优点, 可使口腔医生快速获得精确的数字化导板[22]

3 根管定位数字化导板的制作方法

首先, 将术前CBCT数据文件保存为DICOM(digital imagingand communication)格式, 将其导入数字化导板设计软件中。根据根管位置设计车针的大小、方向和长度, 便于之后通过套筒来导航车针的轴向以获取到达根管口的直线通路。设计完成后进行三维重建并以STL格式保存。

把术前的口内光学扫描数据(STL格式)导入设计软件, 与三维重建后的CBCT数据利用牙冠参照点进行配准, 通过数字化导板设计软件设计含套筒和车针的导板(图1), 将设计完成的数据(STL格式)导入3D打印机, 打印出实体的树脂导板模型, 通过计算机数控技术制造相应的金属套筒, 再将其整合到树脂导板中[23]

图 1 匹配CBCT和表面扫描的图像
A:CBCT扫描; B:口内表面扫描; C:匹配两种扫描; D:叠加虚拟车针; E:设计包含套筒和车针的导板。
4 数字化根管定位导板的准确性和临床应用
Fig 1 Matching of CBCT and surface scans

Buchgreitz等[24]通过48颗离体牙的实验研究了基于CBCT和光学扫描设计制作的根管定位导板的准确性, 通过导板获取的根管通道中轴与根尖目标中心的距离显著小于风险阈值, 即根管定位导板有良好的准确性。Zehnder等[23]利用离体牙制作上颌模型, 结合CBCT和口内光学扫描的图像, 通过导板设计软件设计根管定位导板, 再通过3D打印机打印导板。所有根管均可通过导板成功预备达根尖1/3, 所预备的根管通路和设计通路之间的差异分别为0.16~0.21 mm(底部)和0.17~0.47 mm(顶部), 平均偏离角度为1.8° , 研究者认为利用导板可获取到达根尖1/3的准确通路。

van der Meer等[25]对3例需根管治疗的上前牙进行根管定位, 这3例患牙均有不同程度的根管闭锁, 利用数字化导板成功获取根管通路到达工作长度, 所有患牙均在一次就诊中完成了根管预备和充填(图2)。Krastl等[26]报道了一例15岁男性因外伤导致根管钙化并发生慢性根尖周炎的病例, 患者已出现叩诊疼痛和根尖周阴影, 需行根管治疗。而患牙的根管中上段完全钙化, 那么如何准确获取根管通路成为治疗的关键。Krastl等[26]结合CBCT和口内光学扫描的图像, 通过导板设计软件和3D打印机分别设计和打印导板, 用于微创地获取根管通路(图3)。

图 2 患者术前及术后即刻X线片
A:术前X线片; B:术后即刻X线片。
Fig 2 Preoperative and immediate postoperative radiograph of patient

图 3 数字化导板的设计、制作和使用
A:设计软件中虚拟叠加车针至根管(紫线为虚拟设计车针, 黄线为车针中轴延伸方向); B:虚拟设计导板; C:打印出含金属套筒的导板; D:检查导板准确性和适应性; E:定位根管后获取根管通路; F:X线片确认根管长度。
Fig 3 Design, manufacture and use of digital template

车针通过套筒每钻入2 mm, 用10号K锉检查根管是否可疏通。在距根尖孔9 mm处, 根管可疏通至根尖孔, 接着进行器械预备。4周后用热牙胶对根管进行垂直加压充填, 充填完成后患者无叩诊疼痛等临床症状, 15个月后患者临床症状和根尖周阴影均消失(图4)。

图 4 术后及15个月后患者的根尖片
A:术后根尖片; B:15个月后的根尖片。
Fig 4 Postoperative radiograph and periapical radiograph after 15 months of patient

Zubizarreta Macho等[27]报道了一例Ⅱ 类牙内陷的上颌侧切牙发生根尖周炎的病例(图5), 通过CBCT分析根管的三维结构, 设计了3个不同方向的导板来获取髓腔通路, 利用藻酸盐制取上颌模型, 通过口外光学扫描获得STL格式的文件, 结合导板设计软件和3D打印机制作3个定位导板(图6), 成功获取髓腔通路进行根管预备和根管充填。6个月后患者复诊时无临床症状, CBCT显示患牙无明显根尖周阴影(图7)。

图 5 左上颌侧切牙根尖片和CBCT矢状面均显示患牙存在根尖周阴影及牙内陷
A:左上颌侧切牙根尖片; B:左上颌侧切牙CBCT矢状面(L:唇侧; I:切端; P:腭侧; S:根尖端)。
Fig 5 Periapical radiograph and CBCT sagittal cross-section of maxi-llary left lateral incisor show a periapical lesion and the pre-sence of the dens invaginatus

图 6 设计和制作左上颌侧切牙根管的3个定位导板
A:设计3个不同方向来获取髓腔通路; B:制作3个定位导板。
Fig 6 Design and manufacture of 3 splints for the maxillary lateral incisor root canals

图 7 6个月随访CBCT矢状面影像Fig 7 CBCT sagittal cross-section image at the 6-month follow-up

将数字化根管定位导板用于根管治疗尚有一定的局限性。如经济成本较高, 准确性有待提高, 治疗前期准备时间较长[23], 不宜用于弯曲根管[25]等。但是利用根管定位导板可缩短椅旁时间, 且有效地避免根管壁穿孔等医源性损伤, 相对于根管治疗失败造成牙齿丧失后所需要的修复费用, 根管定位导板的经济成本也可认为是成本效益好的[26]。国内外关于数字化根管定位导板的研究并不多, 其准确性仍有待进一步的验证。相信随着科技的飞速发展和MIE观念的普及, 利用数字化根管定位导板获取根管通路有可能成为未来根管治疗的常规步骤。

The authors have declared that no competing interests exist.

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