3D打印根尖切除手術導板的設計及體外模型效果評價

王安琪 吳麗 趙丹 湯旭娜 郭世梁 康文 謝思靜

中圖分類號:R781.34 文獻標志碼：A doi:10.3969/j.issn.1001-3733.2021.06.002

根尖周病是一種常見的發(fā)生于根尖周圍組織的炎癥性疾病，根管治療是目前最常用的手段[1]。但慢性根尖囊腫或根尖周大面積破壞的病例，部分難治性根尖周炎等，仍需要根尖手術治療。而一個有計劃和引導的根尖手術導板可以引導根尖手術的部位定位定點去骨、指導和輔助根尖切除[2]。自2000年以來國內外關于3D打印及根尖手術的應用的文獻有9篇，分別報道了不同設計的根尖導板及其應用?，F(xiàn)有的根尖手術導板主要包括定位去骨導板、定位定深去骨導板：定位定深度去骨輔助根尖切除導板[3-11]。這些導板使得手術在精確定位去骨方面有了很大提升[12]。但是大多數(shù)根尖周大面積骨破壞的病例不需要定位去骨的導板，而根尖切除需要精確定位定方向，才能獲得更加精準、安全的治療效果。目前并沒有較多根尖切除方面的導板研究與臨床應用。對根尖手術導板的使用效果也缺乏足夠證據[9]。

本研究利用CBCT數(shù)據建立根尖周病損模型，通過3D數(shù)據擬合設計制作金屬根尖手術導板。比較高低年資醫(yī)師組和低年資醫(yī)師組使用和不使用導板進行體外根尖切除手術時，根尖切除長度精確性、根尖切除角度精確性、根尖切除時間和斷面平整性的差異。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與材料

Geomagic Wrap軟件(Geomagic公司，美國)；Mimics medic 20.0軟件(Materialise公司，比利時)；高速氣渦輪手機、上頜基座(卡瓦，德國)；三維立體光刻打印機(南京前知智能科技有限公司);光學掃描儀(深圳云甲科技有限公司)。

1.2 數(shù)據的建立與打印

將1 例根尖周患者的頭顱錐形束CT掃描數(shù)據與通過光學掃描儀輸出的卡瓦仿真頭模上頜基座掃描數(shù)據導入Geomagic Wrap軟件，兩組數(shù)據重疊擬合，去除底座21牙位的牙齒數(shù)據，置入掃描的離體21中切牙數(shù)據；形成仿真根尖周病損模型，確立患牙牙體長軸的位置，虛擬車針模擬切割軌跡，建立導板外形，數(shù)據傳輸至三維立體光刻打印機(圖1)。

1.3 數(shù)據精度檢測

掃描20 顆3D打印仿真牙數(shù)據，導入Geomagic Wrap軟件與仿真牙原始數(shù)據擬合對比精度。精度區(qū)間平均值與標準差均介于(+0.1～-0.1)之間。將仿真中切牙與仿真根尖周病損模型組裝得到實驗模型。

1.4 分組及手術步驟

實驗分組：低年資醫(yī)師組(S組，三年級住院醫(yī)師，N=10)和高年資醫(yī)師組(T組，副主任醫(yī)師，n=10)。S組和T組又分別分為使用手術導板組(Sg組和Tg組,n=5)，不使用手術導板組(Sn組和Tn組，n=10)。各組醫(yī)師使用一個新的根尖手術模型，在仿真頭模上按照統(tǒng)一的根尖手術步驟操作,根尖切除術使用使用金剛砂車針TF12。

1.5 數(shù)據測量指標

1.5.1 根尖切除長度精確度(RL) Mimics medic 20.0軟件定位仿真牙的牙體長軸，確定為仿真牙的中心矢狀面。連接仿真牙的切端最高點(A)至根尖最高點(C)為仿真牙的初始長度。導入軟件模擬根尖切除后的仿真牙數(shù)據，同調整至中心矢狀面所在位置，在與牙體長軸垂直的根尖切除后的截面取一B點。RL=術前牙根長度(AC)-術后牙根長度(AB)-預設根尖切除長度(3 mm)(圖2A )。

1.5.2 根尖切除偏差角度(RA) 術前模擬與牙體長軸垂直的根尖切除截面作為理想橫截面。在理想橫截面的中心矢狀面界面，分別選取根方切線與唇方切線的交點c、根方切線與腭側切線d連線，cd連線為術前模擬標準根尖斷面。同理，將切除根尖后的實驗數(shù)據分別錄入Mimics medic 20.0軟件，調整到同一位置，將實驗后的根方切線與唇方切線的交點a，根方切線與腭側切線的b點連線，ab連線為實驗根尖斷面(圖2B)。cd和ab所成的夾角即為實驗根尖斷面與標準根尖斷面的偏差角度(RA=cd-ab角)(圖2C)。RA的標準值為0°，數(shù)值越大表示偏差越大。

1.5.3 斷面平整性(RF) 取中心矢狀面界面，根尖側邊的平整性，越趨近直線說明平整性越佳(圖2D)。

圖2 數(shù)據測量指標說明

1.6 統(tǒng)計學分析

2 結 果

2.1 導板輔助根尖切除精準度研究

兩組之間比較結果(表1)顯示，低年資醫(yī)師使用導板組比不使用導板組，根尖切除長度更接近3 mm(P=0.016)兩組間差異有統(tǒng)計學意義。根尖切除角度方面，低年資醫(yī)師使用導板組比不使用導板組，根尖切除斷面與理想橫截面的角度更接近0°(P=0.001)兩組間差異有統(tǒng)計學意義(圖3)。斷面平整性在使用導板后明顯提高。

表1 高低年資醫(yī)師不同方法根尖切除精確程度的比較Tab 1 Comparision of the accuracy of the apicoectomy between different methods used by junior and senior dentists

高年資醫(yī)師使用導板組比不使用導板組，根尖切除長度更接近3 mm(P=0.005)。兩組間差異有統(tǒng)計學意義。根尖切除角度方面，高年資醫(yī)師使用導板組比不使用導板組，根尖切除斷面與理想橫截面的角度更接近0°(P=0.017)。兩組間差異有統(tǒng)計學意義(圖3)。斷面平整性在兩組間沒有明顯差異。

2.2 導板輔助根尖切除技術敏感性研究

不使用導板的情況下，高年資組和低年資組根尖切除長度均接近2 mm，兩組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.767)。低年資組根尖切除角度平均約30°，大于高年資組，兩組間差異有統(tǒng)計學意義(P=0.004)(圖3)使用導板的情況下，高年資組和低年資組根尖切除長度均接近3 mm(P=0.984)，根尖切除角度均接近0°(P=0.995)兩組間差異無統(tǒng)計學意義(圖3)。斷面平整性：低年資醫(yī)師斷面平整性在不使用導板的情況下低于高年資醫(yī)師組。使用導板雙方斷面平整性差距明顯縮小(圖4)。

圖3 各組對比柱狀圖

圖4 各組根牙切除斷面的平整性

3 討 論

近年來，國內外在顯微根尖導板與目前國內外根尖手術方面的探索與應用逐漸增加，進行了多種嘗試[12-13]?，F(xiàn)有的根尖手術導板使得手術在精確定位去骨方面有了很大提升[14]。但沒有較多根尖切除方面的導板研究與臨床應用。對根尖手術導板的使用效果也缺乏足夠證據[3-11]。本研究中設計和測試的根尖切除手術導板，在功能上更為細化。將去骨功能和根尖切除功能分開。提供更精準的根尖切除長度和斷面角度。

本研究發(fā)現(xiàn)從導板輔助根尖切除精準度研究分析的結果來看，3D打印根尖手術導板在輔助根尖切除方面，不管是低年資醫(yī)師還是高年資醫(yī)師，使用導板后根尖切除長度更接近3 mm，根尖切除斷面與理想橫截面的角度更接近0°。使用導板的手術在根尖切除的長度和斷面角度都有明顯改善。說明根尖切除導板可以有效控制切除長度和角度。從導板輔助根尖切除敏感性研究分析的結果來看，在使用導板后，低年資醫(yī)師組和高年資醫(yī)師組在根尖切除長度、角度和斷面平整性方面上差距明顯縮小。本研究推測是由于不使用導板時，高低年資醫(yī)師對于根尖切除的長度和角度的判斷都會受牙弓走向影響，視覺偏差導致預判切除位置偏離牙體長軸垂直線。而高年資醫(yī)師因為臨床經驗更為豐富，預判切除位置的誤差相對較小。

本研究的根尖外科手術導板在設計實驗流程時采取先設計和打印仿真根尖周病變模型，確定了使用模型的統(tǒng)一標準后進行比較分析。用統(tǒng)一標準的模型可以更客觀的反應根尖切除導板的效果，便于各組之間進行比較。但本研究中牙體長軸依然是根據定義人為劃定的一條虛擬的線。沒有完全消除主觀誤差。本實驗也會在后期通過更多牙位尤其磨牙區(qū)的分析研究[15]來進一步明確3D打印根尖手術導板在根尖切除方面的使用效果。

綜上所述，根尖外科手術導板在輔助根尖外科手術治療中，可以有助于減少或消除人為錯誤，改善病人的預后，縮短手術時間，提高安全性。在實現(xiàn)根尖外科手術微創(chuàng)化標準化、精準精確化、簡單化，降低技術敏感性方面。具有廣闊的臨床應用前景有一定臨床價值。