數(shù)字化設(shè)計與3D打印在自體牙移植術(shù)的應(yīng)用

汪玲， 蔡立宏， 練其武， 肖海清， 徐紅， 柳志文， 周中蘇

1.長沙市第三醫(yī)院口腔科，湖南 長沙（410014）； 2.長沙市第三醫(yī)院3D 打印研究所，湖南 長沙（410014）；3.長沙市第三醫(yī)院放射科，湖南 長沙（410014）； 4.中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院口腔醫(yī)學(xué)中心，湖南 長沙（410000）

自體牙移植術(shù)是指將某一個體牙移植于同一個體內(nèi)另外的位置，臨床以第三磨牙移植于磨牙區(qū)較為常見［1］。與種植牙相比，自體牙移植術(shù)費用低廉，手術(shù)操作時間短，患者痛苦較少，更容易被接受，因而具有廣泛的臨床應(yīng)用前景［2］。自體牙移植歷史悠久，但因供體牙的選擇、術(shù)中牙周膜醫(yī)源性損傷、供體牙在體外停留時間過久等技術(shù)因素的制約，總體預(yù)后效果較差，目前并不是臨床上廣泛接受的修復(fù)方式，推廣應(yīng)用也較困難［3］。近年來數(shù)字化設(shè)計和3D 打印技術(shù)的興起，可以提供較為精密的供體牙復(fù)制體和受區(qū)牙槽骨復(fù)制體，從而為體外模擬牙槽窩的預(yù)備、供體牙與受區(qū)牙槽窩進行試匹配提供可能，而這一方法的應(yīng)用在理論上可大大減少供體牙暴露在體外的時間，而且可減少供體牙在受區(qū)牙槽窩的試放次數(shù)，從而減少牙周膜的損傷，這為提高自體牙移植的成功率提供了重要保障［4?6］。本研究嘗試在臨床實踐中運用這一理念，通過數(shù)字化設(shè)計選擇匹配度最佳的第三磨牙作為供體牙，利用3D 打印技術(shù)制成供體牙和受區(qū)牙槽窩模型，術(shù)前進行受區(qū)牙槽窩模型的預(yù)備和模擬移植，以期達到最佳的移植效果。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選取2017 年10 月至2020 年3 月就診于長沙市第三醫(yī)院口腔科，因牙折、牙體缺損或廣泛性牙槽骨吸收需要拔除磨牙且口內(nèi)存在智齒的患者12例，所有患者均充分告知本項治療技術(shù)的內(nèi)容及風(fēng)險，在患者理解并簽署知情同意書后，予以實施數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D 打印技術(shù)輔助下自體牙移植術(shù)治療。本臨床研究經(jīng)過長沙市第三醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（審批號：2017?KL?001）。12 例患者中，男性5 例，女性7 例，≤45 歲7 例，＞45 歲5 例，平均年齡（46.1±4.5）歲；修復(fù)第一磨牙的患者6 例，修復(fù)第二磨牙的患者6 例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前被詳細介紹牙列缺損的所有修復(fù)方法，且患者自愿選擇自體牙移植；②口腔衛(wèi)生狀況良好或已經(jīng)系統(tǒng)牙周治療，牙周狀態(tài)穩(wěn)定；③擬做供體牙的第三磨牙無牙體病變，且患者錐形束CT（cone?beam computed tomography，CBCT）示其均為雙根或融合根，冠根比例小于或等于1∶1；④不伴有嚴(yán)重變態(tài)反應(yīng)性疾病、自身免疫性疾病、高血壓或糖尿病等系統(tǒng)性疾病者，符合拔牙指征者。

1.2 軟硬件環(huán)境

數(shù)字化3D 圖形編輯軟件（Mimics，比利時）；3D打印機（上海聯(lián)泰，中國）。由長沙市第三醫(yī)院3D打印研究所提供并協(xié)助完成。

1.3 自體牙移植術(shù)操作步驟

1.3.1 數(shù)字化設(shè)計，匹配出最佳供體牙 術(shù)前使用卡瓦牙科中視野CBCT 體層攝影系統(tǒng)KaVo 3D eXa?mi 采集患者的頜面部數(shù)據(jù)后導(dǎo)入交互式圖形圖像編輯軟件Mimics 15.0，數(shù)據(jù)為DICOM 格式的0.13～0.25 mm 等間距薄層重建數(shù)據(jù)，調(diào)整thresh?olds 為216～2 831 HU 并使Mask 剛好覆蓋興趣區(qū)的牙齒及牙槽骨的邊界后開始圖像的分割，使用Region Growing 及Edit Masks 工具逐步多層分離出患牙以及多個可供選擇的供體第三磨牙，重建后

使用Point Registration 工具將第三磨牙與受區(qū)牙槽窩進行基于解剖標(biāo)記點的匹配，交替使用Move 和Rotate 使其重疊差距最小，逐個比對后選擇與受區(qū)牙槽窩匹配后解剖測量差距最小的第三磨牙作為供體牙（圖1a～1c）。

1.3.2 術(shù)前模擬移植手術(shù) 利用3D 打印技術(shù)打印出供體牙和受區(qū)牙槽窩仿真模型，將供體牙模型試放在受區(qū)牙槽窩模型內(nèi)，適當(dāng)截除供體牙模型根尖部分，進行受區(qū)牙槽窩模型預(yù)備直至供體牙模型在牙槽窩模型內(nèi)固位良好，根長合適（圖1c）。3D 模型消毒備用。

1.3.3 口內(nèi)移植手術(shù) 拔除患牙，在3D 打印供體牙模型引導(dǎo)下使用超聲骨刀（賽特力，法國）對受區(qū)牙槽窩預(yù)備（圖1d）。拔除口內(nèi)供體牙（術(shù)前1～2 周完成一次性根管治療），根據(jù)術(shù)前已做預(yù)備處理的3D 打印供體牙模型對拔出的供體牙進行預(yù)備（圖1e），根尖截除（圖1f），礦物三氧化物凝聚體（mineral trioxide aggregate，MTA）倒充填（圖1g、1h），所有操作均保證牙周膜在生理鹽水濕潤中且不可觸碰牙周膜，保障供體牙牙周膜的生物活性。最后，將供體牙移植入受區(qū)牙槽窩，“8”字縫合固定（圖1i），受區(qū)在游離端時采用高強度石英纖維夾板（RTD，法國）固定。術(shù)后患者口服羅紅霉素0.15 g/次，2 次/d，甲硝唑0.2 g，3 次/d，連服5 d。

Figure 1 General workflow of autogenous tooth transplantation guided by digital design and 3D printing technologies圖1 數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D 打印輔助自體牙移植術(shù)主要步驟

1.4 隨訪評估

術(shù)后1、2 個月復(fù)診檢查口內(nèi)情況。術(shù)后3、6、12 個月隨訪并復(fù)查CBCT，評估骨重建及牙周膜狀況。

術(shù)后12 個月評估自體移植牙的療效，評估結(jié)果包括以下三種可能的類型。①移植牙成功：沒有因為根骨粘連或牙根吸收影響到咀嚼功能的癥狀（如水平松動度超過2 mm 或者有垂直松動）；輕度到中度的骨吸收，僅有有限的牙根吸收或根骨粘連可認為移植牙成功；②炎性牙根吸收：進展性的牙根吸收伴隨牙槽骨的喪失；③根骨粘連：叩診有金屬音且牙周膜喪失。

2 結(jié) 果

接受數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D 打印技術(shù)輔助下自體牙移植術(shù)治療的12 例患者，均選擇根尖孔已完全閉合的第三磨牙作為供體牙即刻移植于磨牙區(qū)，其中供體牙為上頜牙的6 例，下頜牙6 例；供體牙為單根牙5 例，多根牙7 例；受區(qū)牙為上頜牙3 例，下頜牙9例；7例受區(qū)牙槽窩術(shù)前存在感染，其中1例受區(qū)患牙因感染致牙槽骨廣泛吸收。供體牙暴露于口外的時間均≤5 min。

術(shù)后移植成功11 例，占91.7%；無根骨粘連發(fā)生；有1 例發(fā)生炎性牙根吸收，該病例存活時間為14個月。截止到投稿日期，移植成功病例中，7例觀察時間為12～27個月；4例觀察時間為＞24個月。

12 例患者術(shù)后短期內(nèi)均恢復(fù)良好，并進行了12 個月以上的隨訪觀察，其中11 例骨重建良好，牙周膜愈合，未出現(xiàn)牙根的進行性吸收，牙齦健康，無牙周袋形成，移植牙無松動，叩診無疼痛，能正常行使咀嚼功能；僅有1 例在完成自體牙移植術(shù)12個月后出現(xiàn)牙根吸收，該患者自述曾長時間咀嚼過硬質(zhì)食物，不排除與之有關(guān)。

3 典型病例

女，45 歲。數(shù)年前行右下后牙“根管治療術(shù)”，后因個人原因未行冠修復(fù)。現(xiàn)因食物嵌塞、進食時疼痛、牙齦出血，來筆者所在科室就診?？谇粰z查：46 殘冠，大面積齲壞，大量腐質(zhì)，頰舌側(cè)缺損至齦下約3 mm，牙齦紅腫，探診出血（+），叩（+）。28/38/48 存，垂直向生長。X 線顯示46 根周大范圍低密度影。診斷：46 慢性根尖周炎。治療：拔除46，數(shù)字化設(shè)計選擇48 作為供體牙，結(jié)合3D 打印技術(shù)指導(dǎo)下完成自體牙移植術(shù)。術(shù)后3、6、12、18 個月時CBCT 示移植牙骨重建良好，牙周膜愈合，根尖未見吸收，牙齦健康，無探診后出血，移植牙無松動，叩（?）（圖2）。

Figure 2 A representative case of autogenous tooth transplanta?tion for a mandibular molar圖2 下頜磨牙接受自體牙移植術(shù)治療典型病例

4 討 論

在3D 打印技術(shù)應(yīng)用于本領(lǐng)域之前，自體牙移植在臨床的推廣應(yīng)用長期受到限制，其成功率在各文獻報道中不同。2014 年Nagori 等［7］報道了57例第三磨牙自體移植，包括牙根發(fā)育完全和牙根未發(fā)育完全的牙齒，移植后的成功率均較高，分別為83.3%和86.7%。有研究對105 顆牙根完全形成的自體牙移植進行了長達12 年的評估，移植牙的術(shù)后3 年累積生存率為88.1%，12 年累積生存率為68.2%［8］。近年來，3D 打印技術(shù)應(yīng)用于口腔領(lǐng)域［9］，對自體牙移植尤其是已經(jīng)發(fā)育完全的供體牙進行移植提供了技術(shù)輔助，大大提高了自體牙移植的成功率。

自體牙移植的成功率受多種因素影響，已報道的影響因素包括年齡、牙根發(fā)育情況、根管治療的時機和質(zhì)量、手術(shù)創(chuàng)傷、口外操作時間、受區(qū)與供體牙的匹配、固定方式等［1，10］，這些因素直接或間接影響牙周膜愈合的程度。移植牙的預(yù)后有三種結(jié)果：移植成功、牙根炎性吸收、根骨粘連［8］，結(jié)果在很大程度上取決于手術(shù)過程中牙周膜損害的程度［11?12］。牙周膜損傷的移植牙會發(fā)生根骨黏連或牙根炎性吸收，導(dǎo)致移植手術(shù)的失?。?3］。本研究中，移植成功的占比為91.7%（11/12），牙根炎性吸收的占比為8.3%（1/12）。發(fā)生牙根炎性吸收的病例移植術(shù)后約8 個月時發(fā)生牙根外吸收，14 個月時因咀嚼硬物后出現(xiàn)根尖膿腫，最終拔除了移植牙。

本研究納入的患者年齡大于45 歲的占41.7%（5/12），且供體牙牙根發(fā)育完全，在3D 打印和數(shù)字化設(shè)計之下12 例移植牙病例恢復(fù)良好，僅有1 例在術(shù)后14 個月時失敗拔除，其余移植牙在術(shù)后3個月復(fù)診時軟組織愈合好，無牙齦紅腫，牙周袋探診深度＜2 mm 且移植牙無松動，無炎性牙根吸，能夠較好行使咀嚼功能。提示本項目所采用的數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D 打印技術(shù)輔助下自體牙移植術(shù)，相較于上述報道的傳統(tǒng)模式下自體牙移植術(shù)，在自體牙移植后存活方面具有更顯著的優(yōu)勢。由于本研究例數(shù)有限，尚需更大樣本的臨床案例積累以提供更為確切的療效評價。

牙周膜的保存是牙移植成功的關(guān)鍵［12］。研究表明，保存牙周膜主要通過兩種途徑：一是術(shù)中操作時減少對牙周膜醫(yī)源性的損傷，二是操作中減少移植牙在體外的停留時間，從而保存牙周膜的活性［12，14?15］。3D 打印技術(shù)的應(yīng)用，可以將供體牙等比例打印出來，將3D 打印的供體牙在受區(qū)牙槽窩進行試戴直至受區(qū)牙槽窩預(yù)備完畢后再行供體牙的拔除，有效減短了供體牙在體外的停留時間，3D打印供體牙模型進行試戴減少了對牙周膜的機械損傷，保存了牙周膜的活性［14?15］。本研究中，術(shù)前1～2周對供體牙完成了根管治療，且進行了術(shù)前的模擬手術(shù)，術(shù)中供體牙體外存留時間均不超過5 min。3D 打印技術(shù)在自體牙移植中的應(yīng)用為解決這一技術(shù)瓶頸提供了可靠保障。

另一方面，受區(qū)牙槽窩與供體牙匹配度越高，其牙周組織、牙髓和血管的再生能力越強，有助于形成牙周膜愈合，從而提高自體牙移植成功率［12，16］。將第三磨牙即刻移植于磨牙區(qū)在臨床上有很廣闊的應(yīng)用前景，患者需求較大?；颊咄Ａ舨恢挂粋€第三磨牙，為供體牙提供了選擇的余地。本次研究中，12 例病例均采用第三磨牙修復(fù)受損磨牙，利用CBCT 數(shù)據(jù)進行虛擬成像和術(shù)前數(shù)字化設(shè)計較為精準(zhǔn)地選取匹配度最高的第三磨牙作為供體牙。數(shù)字化設(shè)計最大程度預(yù)估了供體牙和受區(qū)的情況，避免在受區(qū)進行大范圍的牙槽骨修正，減少了手術(shù)創(chuàng)傷［6］。通過術(shù)前對3D 打印受區(qū)進行模擬預(yù)備，充分了解受區(qū)的牙槽骨狀況，有利于減少手術(shù)時間，提高了手術(shù)精度。通過隨訪，術(shù)后并發(fā)癥較少，移植牙的存活率較高，手術(shù)效果得到肯定。而且，與人工種植牙技術(shù)相比，該方法具有創(chuàng)傷更小、成本更低、無金屬植入物等優(yōu)點，對于磨牙缺失的修復(fù)具有獨特的優(yōu)勢。

當(dāng)今，數(shù)字醫(yī)學(xué)已進入飛速發(fā)展階段，數(shù)字化設(shè)計和3D 打印技術(shù)的應(yīng)用與自體牙移植的技術(shù)方法必然日臻完善，其穩(wěn)定性、可控性等方面也將日益進步，從而推動自體牙移植術(shù)的成功率不斷提升。隨著臨床實踐經(jīng)驗以及相關(guān)循證醫(yī)學(xué)證據(jù)的不斷積累，數(shù)字化設(shè)計結(jié)合3D 打印技術(shù)輔助下的自體牙移植術(shù)將有望成為臨床實踐中磨牙缺失修復(fù)的重要選擇和常用技術(shù)之一。

【Author contributions】Wang L analyzed the data and wrote the ar?ticle. Cai LH, Lian QW, Xiao HQ assisted the treatment of the patients and collected the data. Xu H, Liu ZW, Zhou ZS designed the study and revised the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.