導板設計和三維打印技術對根管導板精確度的影響

林捷 林珍香 鄭志強 盧兆杰

根管的精準定位一直是復雜根管治療的難點[1-2]。隨著錐束計算機斷層成像和三維(three-dimensional，3D)打印導板技術的發(fā)展[3]，繼口腔種植[4]和外科[5]領域之后，導板技術在根管治療中逐漸開始應用[6-10]。根管通道細小，較種植牙需要更高的精確度，根管方向難以確定，鈣化不暢等給治療帶來障礙，根管導板的精確度比較研究還未見報道。本研究通過離體牙模型比較不同導板設計和不同3D打印技術對根管導板的精確度的影響，為臨床操作提供誤差參考。

1 材料與方法

1.1 建立3D牙體硬組織和根管模型

選取因正畸減數(shù)需要而拔除的人離體上下頜前磨牙，要求牙體無齲壞，無修復體或充填物，牙體全長(20.9±0.5) mm[11]，單根或雙根均可，根尖片髓腔及根管無明顯鈣化影像。將離體牙包埋于石膏和自凝塑料中制作環(huán)形人工牙列，包埋高度在釉牙本質下2 mm(圖 1A)。使用CBCT(NewTom，Verona，意大利)對該牙列進行掃描，掃描電壓90 kV，掃描電流4.00 mA，曝光時間9.0 s，初始軸層厚0.125 mm，共得到192 幅二維掃描斷層圖像。利用CBCT機自帶的3D軟件(NNT版本5.6，Verona)將數(shù)據(jù)以DICOM格式保存(圖 1B)。其次，將DICOM格式數(shù)據(jù)導入醫(yī)學圖象處理軟件(Mimics 10.0，Materialise，比利時)進行處理。建立包含牙釉質，牙本質和模擬牙槽骨的3D牙體硬組織和根管形態(tài)模型。通過CBCT可知離體牙有1～2 個牙根。

2 種根管導板設計為直接打印法和間接制作法； 2 種3D打印技術為熔融沉積快速成型(fused deposition modeling，F(xiàn)DM)和光固化成型(stereo lithography appearance，SLA)，共4種導板制作方法組合進行試驗。本研究使用離體牙，實驗內容經福建醫(yī)科大學附屬口腔醫(yī)院倫理學委員會批準進行。

1.2 3D數(shù)字化模型的設計

使用3D掃描儀(3Shape D750 optical scanner，3Shape，丹麥)掃描人工牙列并數(shù)字化(圖 1C)，導出STL文件，并使用逆向工程軟件(Geomagic Studio 10，Geomagic，美國)將人工牙列數(shù)字化模型進行編輯，添加底座，以方便后期開髓孔的設計和打印。與CBCT重建冠部解剖結構比較，掃描模型更加清晰。將編輯后的人工牙列數(shù)字化模型導入Mimics 10.0中，與CBCT數(shù)據(jù)配準整合(圖 1D)。通過Mimics 10.0軟件模擬開髓通道。開髓通道設計結合臨床要求方便根管治療的原則，并能直線進入牙齒全長的1/2位置。運用布爾運算得到直徑1.7 mm的開髓孔位置和方向，輸出帶開髓孔的STL數(shù)據(jù)。

A：離體前磨牙環(huán)形牙列試件； B： CBCT模型； C： 掃描模型； D： CBCT數(shù)據(jù)與掃描數(shù)據(jù)配準整合

1.3 打印和根管導板制作

SLA 使用3D打印機(PRO2，ASIGA，澳大利亞)對STL數(shù)據(jù)進行3D數(shù)字化模型打印制作(圖 2A)，打印材料使用光敏樹脂(DentaMODEL，ASIGA，澳大利亞)。FDM使用3D打印機(Replicator+，MakerBot，美國)對STL數(shù)據(jù)進行3D數(shù)字化模型打印制作，打印層高0.15 mm，打印速度30 mm/s，擠溫度為215 ℃，打印材料使用聚乳酸(PLA)(True White PLA Large Spool， MakerBot，美國)。

間接法使用熱塑片(LuxaForm，DMG，德國)與自制鈷鉻合金導向套筒，在打印的3D數(shù)字化模型上制作導板(圖 2B)。導向套筒外徑2.0 mm，內徑1.7 mm，長度8 mm。開髓長柄裂鉆總長度33 mm，直徑1.6 mm。直接法在軟件上設計導板形態(tài)(圖3A)，使用3D打印機直接打印導板(圖 3B)。

1.4 導板開髓

將根管導板固定在人工牙列上對其就位進行檢查(圖 2C)，確認就位后使用高速手機和長柄裂鉆在導板指引下開髓(圖 2D、圖 3C)，長柄裂鉆直線進入髓腔及根管上段，到達牙齒全長的1/2位置，用10號不銹鋼K銼 (Mani, Tochigi,日本)試探根管下段。所有開髓操作由同一人完成。

1.5 精確度測量

如圖4 所示， 使用30#/.04牙膠尖(Dental root-canal obturating points，Dentsply，美國)改制無錐度牙膠尖插入開髓通道，再次拍攝CBCT，并將DICOM格式數(shù)據(jù)導入Mimics 10.0。測量實際開髓通道和虛擬開髓通道的起點(開髓孔)、終點(牙全長的1/2位置)中心點的距離偏差值，以及實際開髓通道和虛擬開髓通道中心軸之間的最大角度偏差值。

A：帶開髓孔的3D打印模型； B： 熱塑片制作間接法根管導板； C： 導板在環(huán)形牙列試件上就位； D： 根管導板引導下開髓

A: 3D printing model with access opening hole; B: Indirect endodontic guide made by thermoplastic sheet; C: Endodontic guide positioned on annular specimen; D: Access opening by endodontic guide

Fig 2 Indirect endodontic guide

A： 帶開髓孔的3D模型； B： 3D打印直接法根管導板； C： 根管導板引導下開髓

A： 牙膠尖插入試件開髓孔； B： CBCT可見牙膠尖指示開髓通道； C： CBCT橫截面觀； D： 實際開髓通道和虛擬開髓通道的精確度測量

圖 4 導板精確度測量

A: Gutta-percha tip inserted into the access opening hole; B: CBCT showes gutta-percha tip indicating the access opening channel; C: CBCT cross-sectional view; D: Measurement accuracy of actual access opening channel and virtual access opening channel

Fig 4 Measurement accuracy of endodontic guide

1.6 統(tǒng)計學處理

SPSS 15.0 軟件分析實驗結果(α=0.05)，一元方差分析(One-way ANOVA)后，使用Tukey's Honestly Significance Difference (HSD)檢驗進行各組均值間的比較。

2 結 果

導板制作方法對開髓通道起點(F=58.09，P<0.01)、 終點(F=58.09，P<0.01)和角度(F=58.09，P<0.01)的精確度結果影響均有統(tǒng)計學意義。各組起點、終點及角度偏差的均值及多重比較統(tǒng)計學處理結果見表 1。FDM直接法的偏差值最大[起點(0.86±0.32) mm，終點(1.20±0.37) mm，角度(5.5±1.8)°]。SLA間接法的偏差值最小[起點(0.15±0.13) mm，終點(0.30±0.22) mm，角度(1.5±0.7)°]。間接法各偏差值均較直接法小。

分 組起點(mm)終點(mm)角度(°)FDM間接法0.22±0.10①②0.35±0.21①3.5±1.3①FDM直接法0.86±0.32③1.20±0.37②5.5±1.8①SLA間接法0.15±0.13①0.30±0.22①1.5±0.7②SLA直接法0.48±0.26②0.43±0.28①2.9±1.1①

注： 相同序號表示組間差異無顯著性(P>0. 05), 不同序號表示組間差異顯著(P<0.05)

3 討 論

根管導板已在臨床應用，Krastl等[8]報告了導板技術在前牙鈣化根管中的應用，van der Meer等[7]和Zubizarreta等[10]報告了導板技術在前牙復雜根管治療的應用。關于該技術臨床應用的可行性還有爭議,主要原因在于其精確度能否滿足臨床需求。從本實驗結果分析，最小終點偏差值在0.30 mm，角度偏差在1.5°，對定位根管口及方向有一定指導作用。另一個顧慮來源于根管彎曲，目前的導板不能進行彎曲引導，但可引導進入彎曲根管的上半段，其實用性還有待臨床檢驗。今后的臨床應用還可拓展到去除根管內樁修復體，甚至輔助根管內器械分離的取出等。

目前僅可檢索到使用單一方法進行根管導板精確度研究，而根管導板精確度影響因素主要有以下3 個。① 3D掃描儀和打印機器的精確度； ② 導板的設計和支持形式； ③ 印模掃描模型與CBCT模型的重合程度[6]。本研究對掃描儀精確度、導板支持形式和模型的重合程度進行統(tǒng)一，就打印機器的精確度(SLA和FDM)和導板的設計形式(間接法和直接法)進行比較研究。

本實驗使用環(huán)形人工牙列而非和人體接近的弓形牙列，因為環(huán)形牙列上各牙到中心的距離基本一致，在CBCT拍攝過程中各部分拍攝條件盡可能接近，有利于精確度測量。本實驗精確度測量時，比較了實際開髓通道和虛擬開髓通道的偏差，而非實際開髓通道在牙體中的偏差。原因: ① 是臨床中的開髓方法多種多樣，起點，終點和角度不易量化比較； ② 我們在進行虛擬開髓通道設計的時候，結合了臨床開髓的原則，方便進行量化研究。使用30#/.04牙膠尖拍攝CBCT會產生一定的放大，即“偽影”，但牙膠尖及放大“偽影”為同心圓，測量時取其中心點避免了誤差。

由于種植導板部分采用軟組織或骨支持，一定程度上降低了其精確性。對于根管導板而言精確度要求似乎較種植導板要高，但引導到根管口的深度較種植來的短(通常6～7 mm)，且開髓后可用器械對根管口進行無創(chuàng)的反復試探，這較種植導板有優(yōu)勢，一定程度上降低了精確度要求。Nayak等[2]使用FDM直接法制作根管導板，MATLAB圖像處理工具對開髓軸線和根管軸線偏差進行了分析，使用設備為創(chuàng)造者(浙江閃鑄科技)層高保持在0.14 mm，打印速度為50 mm/s，平臺溫度105 ℃，擠出機溫度200 ℃，結果偏差值不大于(0.21±0.04) mm。Connert等[12]使用SLA直接法制作導板，設備為Objet Eden 260V，(Stratasy，美國)，鉆頭底部不同方面的平均偏差為0.12～0.13 mm，在鉆頭頂部為0.12～0.34 mm，平均角度偏差為1.59°; 這較本研究直接法結果精確度高，和間接法接近，說明設備精確度一定程度上影響實驗結果。本研究不論打印技術，導板設計間接法較直接法精確度高，這可能和導板設計材料的性能有關。直接法由于3D打印材料沒有彈性，在設計過程中需將倒凹去除，而間接法無需填倒凹直接打印出模型，使用有一定彈性的熱塑片能卡入倒凹，就位精確度上較直接法高。

4 小 結

基于本試驗體外研究數(shù)據(jù)，導板制作方法上間接法較直接法精確度高，打印技術上光固化成型的角度偏差較熔融沉積快速成型小。