運(yùn)用小視野CBCT及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對(duì)3D打印橢圓形根管的預(yù)備效果評(píng)價(jià)

王易維， 夏文君， 唐子圣， 卞小禾， 漆正楠， 詹靈女， 鄒巖， 林皓逸，董敏俊， 朱凌

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院·口腔醫(yī)學(xué)院牙體牙髓科，國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市口腔醫(yī)學(xué)研究所，上海（200011）； 2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院·口腔醫(yī)學(xué)院放射科，國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市口腔醫(yī)學(xué)研究所，上海（200011）

根管預(yù)備是根管治療中感染控制的核心步驟［1］，其中橢圓形根管是臨床根管預(yù)備的難點(diǎn)［2］。目前常用MicroCT 掃描結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)評(píng)價(jià)根管預(yù)備效果，因其高精度的掃描結(jié)果及配套數(shù)據(jù)處理軟件，取得了良好的根管預(yù)備評(píng)價(jià)效果［3］，但耗時(shí)長(zhǎng)，成本高，且無(wú)法應(yīng)用于臨床。隨著CBCT 設(shè)備的發(fā)展，小視野掃描技術(shù)可對(duì)大部分細(xì)小根管影像進(jìn)行觀察［4-5］，越來(lái)越多地運(yùn)用于牙髓根尖周病變的診療中［6］。小視野CBCT 結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)數(shù)據(jù)，可克服MicroCT 掃描的上述缺點(diǎn)，既保證根管掃描精度又可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度處理。此外，以往根管預(yù)備效果評(píng)價(jià)研究往往采用離體牙或成品樹(shù)脂模塊作為研究對(duì)象，離體牙難以保證研究樣本的一致性，而樹(shù)脂模塊則不能夠反映真實(shí)根管形態(tài)。近年來(lái)已有研究報(bào)道采用3D 打印牙進(jìn)行根管治療相關(guān)研究，證實(shí)3D 打印牙具有足夠的精確度，適用于根管預(yù)備［7］與根管充填［8］效果評(píng)價(jià)。因此本研究通過(guò)小視野CBCT 掃描結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，對(duì)橢圓形根管3D 打印牙模型根管預(yù)備效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料和方法

1.1 3D 打印根管牙模型的制作

本研究通過(guò)倫理委員會(huì)審批（倫理批件號(hào)：滬九院倫審2017-399-T296 號(hào)）。收集離體前磨牙，通過(guò)CBCT掃描篩選1顆合適的牙齒，此顆離體牙為單根管，工作長(zhǎng)度為21 mm（頰尖至根尖孔長(zhǎng)度），采用Schneider 法［9］測(cè)得彎曲度為19.2°，距根尖5 mm處根管橫截面的長(zhǎng)短徑比約為2.103∶1。將此顆離體牙CBCT 原始DICOM 數(shù)據(jù)，通過(guò)Mimics 軟件三維處理得到STL 文件并重建，設(shè)計(jì)開(kāi)髓孔及定位點(diǎn)，采用高精度3D 打印機(jī)，使用Visijet M3 Crystal 樹(shù)脂材料，按照離牙尺寸的1∶1 比例3D 打印橢圓形根管牙模型（圖1）。

Figure 1 3D printing of the oval root canal tooth model圖1 3D 打印橢圓形根管牙模型

1.2 根管預(yù)備步驟

在操作開(kāi)始前先將3D 打印牙模型進(jìn)行CBCT掃描，保存原始影像學(xué)數(shù)據(jù)。隨后將3D 打印牙模型固定于臺(tái)鉗中。選取50 名口腔全科醫(yī)師，每人預(yù)備1 顆模型牙。為減少實(shí)驗(yàn)中的偏移，操作者在根管預(yù)備開(kāi)始前，不能事先觀察根管形態(tài)，在預(yù)備過(guò)程中不得自行取下模型牙。首先使用10#、15#K銼疏通根管，并建立順滑通道，再使用機(jī)用X-Gold鎳鈦銼（速航，中國(guó)）的SX 銼對(duì)根管的上2/3 部分進(jìn)行預(yù)備，然后按照X1、X2、X3、X4、X5 的順序依次預(yù)備。每根銼均預(yù)備至工作長(zhǎng)度，最終主尖銼的鎳鈦器械號(hào)數(shù)大小由操作者自行判斷決定。每更換大一號(hào)的器械前使用2 mL 蒸餾水行根管沖洗。預(yù)備完成后，再用5 mL 蒸餾水對(duì)根管進(jìn)行徹底沖洗，紙尖拭干。

1.3 CBCT 掃描及測(cè)量分析

將預(yù)備前后3D 打印樹(shù)脂牙模型行CBCT 掃描（i-CAT，Kavo，德國(guó)），小視野80 mm × 80 mm，圖像分辨率為0.125 mm，層厚為0.125 mm，將掃描結(jié)果圖像保存為DICOM 格式。將預(yù)備前、預(yù)備后影像學(xué)數(shù)據(jù)同時(shí)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，通過(guò)Mimics 軟件三維重建，兩者對(duì)齊后測(cè)量根管壁清潔度及中心偏移度。

根管壁切削厚度＞75 μm 的部分定義為有效切削區(qū)域，根管壁切削厚度≤75 μm 的部分定義為無(wú)效切削區(qū)域。根管清潔度是指根管壁的有效切削區(qū)域面積占根管壁總面積的百分比。根管偏移度是指根管預(yù)備前后根管同一截面中幾何中心軸相差的最大距離。通過(guò)軟件進(jìn)行根管圖像重建渲染標(biāo)記，在三維層面上直觀反映器械對(duì)根管壁清潔效果和根管的偏移情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，預(yù)備后根管清潔度與偏移度數(shù)據(jù)均近似正態(tài)分布，用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，對(duì)根管清潔度及根管最大偏移距離作線性回歸分析，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

根管平均清潔度為（56.20 ± 11.91）%，根管平均最大偏移距離為（0.140 ± 0.041）mm。將根管清潔度設(shè)置為自變量，根管偏移度設(shè)置為因變量，分析得到r=0.18，P=0.212，3D 打印模型牙預(yù)備后根管清潔度與偏移度沒(méi)有相關(guān)性。

圖2 為1 例3D 打印牙模型預(yù)備前后的重建圖像重疊對(duì)比效果圖，此例樣本的預(yù)備后清潔度為58.24%，偏移度為0.209 mm。圖2a 中，在根管內(nèi)紅色與黃色部分表示切削厚度大于75 μm 的區(qū)域即有效清潔區(qū)域，綠色部分表示切削厚度≤75 μm的區(qū)域即無(wú)效清潔區(qū)域；圖2b 中，紅色線條表示3D 打印牙模型預(yù)備后根管幾何中心軸，綠色線條表示預(yù)備前根管幾何中心軸。此例樣本的三維重建效果圖顯示，該樣本頰側(cè)根管壁全長(zhǎng)及舌側(cè)中1/3 和下1/3 區(qū)域大部分為綠色，表示這些區(qū)域?yàn)闊o(wú)效清潔區(qū)域，在遠(yuǎn)中面根管壁，近中面根管壁，舌側(cè)根管壁的上1/3 區(qū)域大部分顯示為紅色與黃色，表示這些區(qū)域?yàn)橛行鍧崊^(qū)域；根管預(yù)備前綠線與根管預(yù)備后紅線在冠方1/3 及根下1/3 有明顯分開(kāi)，表示預(yù)備后冠方1/3 有舌側(cè)向的偏移，根下1/3有頰側(cè)向的偏移。

Figure 2 3D reconstruction of root canal cleaning and migration圖2 根管清潔與偏移三維重建效果圖

3 討 論

近年來(lái)，隨著小視野CBCT 的發(fā)展，不少學(xué)者開(kāi)始將CBCT 應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)研究［10］。在以往根管預(yù)備質(zhì)量的相關(guān)研究中，采用CBCT 對(duì)根管預(yù)備前后進(jìn)行掃描分析，測(cè)量根管近遠(yuǎn)中及頰舌向的剩余壁厚的差值，從而研究根管偏移度；測(cè)量根管剩余牙本質(zhì)厚度，以反映器械對(duì)根管壁的切削效果［11-12］。以往研究報(bào)道的上述方法，數(shù)據(jù)分析均局限于根管的某幾個(gè)截面，很難代表根管預(yù)備的整體情況。Oget 等［13］雖對(duì)離體牙進(jìn)行CBCT掃描后分析了所有層面根管預(yù)備前后根管中心的位置變化，代表根管偏移情況，但與根管幾何中心變化情況有一定區(qū)別，且仍缺乏對(duì)根管壁清潔情況的分析。

在本研究中，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，三維分析根管所有層面的數(shù)據(jù)，同時(shí)測(cè)量整個(gè)根管壁有效切削面積以及根管偏移度，更能全面代表整體根管預(yù)備情況，提高了根管預(yù)備評(píng)價(jià)的真實(shí)性。此外，通過(guò)圖像重建及渲染技術(shù)，將根管預(yù)備效果采用三維重建圖的形式直觀地呈現(xiàn)出來(lái)。本研究中選取了1 顆離體前磨牙，其根管橫截面為橢圓形，通過(guò)CBCT 掃描及重建后制作3D 打印牙模型，代替離體牙，減少樣本間的差異性，使結(jié)果更準(zhǔn)確。以往通過(guò)MicroCT 掃描，對(duì)離體牙根管壁無(wú)效切削區(qū)域定量評(píng)價(jià)，結(jié)果表明根管預(yù)備器械及技術(shù)對(duì)徹底清理根管的能力并不理想［14］。尤其在橢圓形根管預(yù)備效果中器械無(wú)效切削區(qū)域占比可高達(dá)59.6%～79.9%［15］。本研究使用X-Gold 鎳鈦系統(tǒng)對(duì)3D 打印橢圓形根管牙的無(wú)效切削區(qū)域?yàn)?3.8%，比以往研究報(bào)道的結(jié)果略低。這可能和本研究中選用的X-Gold 鎳鈦系統(tǒng)的性能有關(guān)。相較于傳統(tǒng)鎳鈦系統(tǒng)，X-Gold 鎳鈦系統(tǒng)屬于第五代鎳鈦根管銼系統(tǒng)，采用偏軸心設(shè)計(jì)，軸向呈空間費(fèi)馬螺線運(yùn)動(dòng)，可減小切割阻力，利于碎屑排出，其合金相經(jīng)過(guò)熱處理后類(lèi)似于M-wire 鎳鈦銼系統(tǒng)，增加了銼的柔韌性，而且錐度向冠方漸變遞減，有利于銼和橢圓形根管兩端小翼的根管壁貼合。

由于橢圓形根管往往在橫截面長(zhǎng)軸兩端形成窄而深的隱窩，而傳統(tǒng)根管預(yù)備器械的橫截面通常為圓形，無(wú)法有效切削隱窩區(qū)域，造成碎屑堆積及細(xì)菌殘留［16］，影響根管治療效果。本研究通過(guò)根管預(yù)備后的三維重建圖像結(jié)果顯示，大部分牙在根管壁頰舌側(cè)顯示為綠色，即在根管頰舌壁存在大量無(wú)效切削區(qū)域，和以往橢圓形根管研究報(bào)道中的分析一致。

過(guò)去橢圓形根管預(yù)備研究中，研究重點(diǎn)在于有效切削區(qū)域的測(cè)量，以反映器械對(duì)橢圓形根管的切削效果，而根管預(yù)備偏移的相關(guān)研究則集中于彎曲根管，針對(duì)橢圓形根管預(yù)備偏移程度的研究未見(jiàn)。Cui 等［7］采用重度彎曲（30°～40°）的下頜磨牙3D 打印牙模型，測(cè)量其距根尖1、3、5、9 mm處橫截面預(yù)備前后幾何中心點(diǎn)的距離為0.014～0.06 mm。而在本研究中3D 打印牙模型預(yù)備后幾何中心的平均偏移高達(dá)0.140 mm?？梢?jiàn)橢圓形根管預(yù)備后，有比較明顯的偏移發(fā)生，應(yīng)對(duì)其偏移特性展開(kāi)進(jìn)一步研究。