金屬正畸微種植釘支抗導(dǎo)板的數(shù)字化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

黃銀莉 李俊慧 王潔麗 白雪琴

種植釘支抗具有植入位置靈活、創(chuàng)傷小、舒適美觀、且直接以頜骨提供矯治力，可以獲得穩(wěn)定而高效的支抗力等優(yōu)勢(shì)，在正畸治療領(lǐng)域備受推崇[1]。但因植入過程中可能觸及或損傷鄰牙牙根，其安全性及成功率備受爭(zhēng)議，導(dǎo)致臨床使用限制[2]。隨著數(shù)字化診療技術(shù)的快速發(fā)展，通過精準(zhǔn)評(píng)估牙齒三維空間位置關(guān)系，設(shè)計(jì)并3D快速打印制作出個(gè)性、輕巧貼服的微種植釘植入導(dǎo)板，通過導(dǎo)板引導(dǎo)可解決損傷牙根這一臨床技術(shù)難題。本研究通過數(shù)字化設(shè)計(jì)打印金屬支抗釘導(dǎo)板，比較其精確性、安全性及穩(wěn)定性，為臨床使用提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 病例納入標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 納入對(duì)象 納入2020 年1 月～2021 年3 月在銀川市口腔醫(yī)院正畸科就診需要種植釘植入的患者40 例，無全身系統(tǒng)疾病、無正畸治療史及顱面部外傷史，年齡為(22.58±5.41) 歲。隨機(jī)分成兩組各20 例，術(shù)前簽署知情同意書。對(duì)照組為常規(guī)盲視下植入種植釘，導(dǎo)板組在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)打印的導(dǎo)板引導(dǎo)下植入種植釘(Vector TAS, 8 mm×1.4 mm)。所有種植體植入均由兩名正畸臨床經(jīng)驗(yàn)豐富醫(yī)生完成。植入部位為上頜第二前磨牙與第一磨牙間頰側(cè)，種植釘用于治療重度擁擠及前牙內(nèi)收病例，加力方向?yàn)槭笭钕?，大小?0～150 g。

1.2 研究方法

1.2.1 建立高精度三維牙頜模型

1.2.1.1 CBCT重建三維牙齒、頜骨模型三維CBCT掃描 患者植入前首先進(jìn)行三維CBCT(i-CAT 17-19,LLC公司,美國(guó))掃描。要求：在拍攝過程中患者需雙眼平視前方，保持不動(dòng)；為獲得清晰完整牙冠形態(tài)，在掃描過程中，需咬住3 mm厚蠟片，分離上下牙冠。掃描完成后，將掃描原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出并以醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(DICOM)格式保存。

1.2.1.2 3Shape重建三維光學(xué)掃描牙冠和牙齦模型

對(duì)術(shù)前患者進(jìn)行3shape(3shape公司,丹麥)掃描，并由自帶軟件系統(tǒng)完成三維數(shù)字化牙冠和牙齦模型的重建，最后以STL格式輸出。

1.2.1.3 獲得高精度三維整合模型 以CBCT重建三維牙齒、頜骨模型為基準(zhǔn)，固定坐標(biāo)位置，利用Guide Mia軟件，將同一患者CBCT重建模型與光學(xué)掃描重建模型進(jìn)行配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模型最優(yōu)重合，最終獲得牙冠、牙根、頜骨和牙齦軟組織形態(tài)的三維精準(zhǔn)整合模型。

1.2.2 計(jì)算機(jī)輔助下設(shè)計(jì)并制作個(gè)性化微種植釘導(dǎo)板 軟件中確定模擬種植釘長(zhǎng)度8 mm，直徑1.4 mm，在整合模型上模擬微種植釘植入位置及方向。3Shape設(shè)計(jì)導(dǎo)板就位道及形態(tài)，從頰側(cè)包繞至第二磨牙、第二前磨牙咬合面，托槽區(qū)進(jìn)行緩沖；引導(dǎo)孔內(nèi)直徑為0.46 mm，大于植入手柄外徑的0.45 mm，保證植入過程中有一定的緩沖及植入后順利手柄順利脫位，引導(dǎo)管長(zhǎng)度為9 mm，大于種植釘植入有效長(zhǎng)度為8 mm，以保證在手柄初就位時(shí)完全入管，確保植入角度，導(dǎo)板厚度為0.5～0.6 mm。計(jì)算生成三維微種植釘導(dǎo)板。采用CAD/CAM快速打印設(shè)備，輸出并進(jìn)行個(gè)性化金屬導(dǎo)板打印，用于后續(xù)臨床使用(圖 1)。

圖 1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制作個(gè)性化微種植釘導(dǎo)板

1.2.3 導(dǎo)板引導(dǎo)下植入種植釘 將打印出的導(dǎo)板進(jìn)行消毒，放入植入?yún)^(qū)完全就位固定，常規(guī)正畸種植釘植入前口內(nèi)消毒，將種植釘固位于手柄，工作頭部就位于金屬引導(dǎo)圓管，按設(shè)計(jì)位置及方向植入種植釘。于手柄9 mm處做標(biāo)記，當(dāng)手柄進(jìn)入引導(dǎo)管9 mm處，停止植入。對(duì)照組無導(dǎo)板引導(dǎo)植入種植釘。術(shù)后常規(guī)拍攝CBCT(圖 2)。

圖 2 導(dǎo)板引導(dǎo)下種植釘植入

1.2.4 導(dǎo)板引導(dǎo)下微種植釘植入的精度、穩(wěn)定性和安全性評(píng)價(jià)

1.2.4.1 精度評(píng)價(jià) 將實(shí)驗(yàn)組導(dǎo)板引導(dǎo)下種植釘植入后與種植釘設(shè)計(jì)三維重建CBCT兩者進(jìn)行重疊，測(cè)量實(shí)驗(yàn)組實(shí)際種植釘植入位置與設(shè)計(jì)位置之間的偏差，包括植入角度偏差，以及種植釘冠部、根部偏差，研究導(dǎo)板引導(dǎo)下種植釘植入位置的精確性，進(jìn)而評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)導(dǎo)板的臨床使用可行性。每個(gè)樣本重復(fù)三次測(cè)量。

1.2.4.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià) 植入后即刻加力，術(shù)后1、 3、 6 個(gè)月記錄種植體的脫落情況，對(duì)導(dǎo)板引導(dǎo)下微種植釘植入穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.2.4.3 安全性評(píng)價(jià) 術(shù)后CBCT重建影像，選取種植體與牙根最接近的層面，測(cè)量牙根與種植體最近距離。安全性分級(jí)：I級(jí)為種植體與牙根距離≥1 mm；II級(jí)為種植體與牙根距離<1 mm，但未接觸牙根； III級(jí)為種植體接觸牙根。

2 結(jié) 果

2.1 精度分析

測(cè)量結(jié)果顯示導(dǎo)板引導(dǎo)下植入種植釘實(shí)際植入與設(shè)計(jì)植入之間的角度偏差為1.23°±0.71°；釘冠部差異為 (0.39±0.12) mm； 釘尖部差異為(0.77±0.46) mm。

2.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

種植釘植入后即刻加力，實(shí)驗(yàn)組20 例種植釘未見松動(dòng)，對(duì)照組有兩例發(fā)生松動(dòng)分別在術(shù)后1個(gè)月和3 個(gè)月。

2.3 安全性評(píng)價(jià)

植入后測(cè)量牙根與種植體最近距離結(jié)果顯示：實(shí)驗(yàn)組種植釘與牙根最近距離為(1.34±0.35)，對(duì)照組為(1.04±0.52)，實(shí)驗(yàn)組種植釘?shù)窖栏g的安全距離明顯大于對(duì)照組，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。對(duì)測(cè)量結(jié)果分別進(jìn)行安全性分級(jí)：實(shí)驗(yàn)組無種植釘與牙根接觸病例，安全性I級(jí)82.5%,II級(jí)為17.5%；對(duì)照組有3 顆與加根接觸，安全性I級(jí)60%，II級(jí)為32.5%，III級(jí)為7.5%，安全性實(shí)驗(yàn)組明顯高于對(duì)照組，安全等級(jí)I級(jí)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表 1～2)。

表 1 種植釘與牙根最近距離

表 2 安全性評(píng)價(jià) [n=40, n(%)]

3 討 論

支抗控制是正畸治療成功的關(guān)鍵，傳統(tǒng)增加支抗的方式體積大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，舒適度差，不利于患者口腔清潔，且口外裝置需要的佩戴時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量[3]，因此，更有優(yōu)勢(shì)的種植釘支抗在正畸治療中的使用越來越廣泛。種植釘植入臨床操作主要由醫(yī)生通過觀察放射片判斷植入部位、與雙側(cè)牙齒牙根的位置及與上頜竇之間的關(guān)系，根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行種植釘植入操作。此臨床操作要求術(shù)者對(duì)周圍組織的解剖結(jié)構(gòu)要有清晰的認(rèn)知，經(jīng)驗(yàn)要求極高，否則極易引起牙根及周圍組織的損害[4]，另外因牙根數(shù)目、相鄰兩牙根之間的距離過近及根分叉變異大等導(dǎo)致植入風(fēng)險(xiǎn)增加，致使大量年輕醫(yī)生望而卻步。研究顯示，種植體植入的失敗率仍較高，其主要原因?yàn)橹踩脒^程中觸及或損傷鄰牙牙根[5-6]。Kang等[7]研究顯示當(dāng)種植釘損傷鄰近牙根時(shí)，高達(dá)79.2%的種植釘發(fā)生松動(dòng)，而未接觸牙根的松動(dòng)率為 8.3%，說明種植釘?shù)陌踩允浅晒εc否的關(guān)鍵。臨床操作的高要求、操作不當(dāng)帶來的高危害及高失敗率嚴(yán)重阻礙了該技術(shù)在臨床的應(yīng)用和全國(guó)的普及。

如何提高該技術(shù)的簡(jiǎn)單可操作性、安全性及降低失敗率一直是大量學(xué)者研究努力的目標(biāo)。有學(xué)者[8]根據(jù)X線根尖片初步判斷兩牙根之間的距離，通過彎制弓絲定點(diǎn)拍攝根尖片進(jìn)行定位，雖然部分提高了精確性，但臨床仍存在操作復(fù)雜、可重復(fù)性差且仍為二維影像，無法提供更加精確位置，嚴(yán)重依賴醫(yī)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)等不足。近年來，隨著數(shù)字化在口腔應(yīng)用中的快速發(fā)展，為臨床醫(yī)生提供了更為精確的研究方式[9-10]。仇玲玲等[11]通過CBCT重建牙齒及頜骨模型，利用Minics等軟件確定牙根的三維空間位置，進(jìn)行植入位置及角度設(shè)計(jì)，成功打印樹脂導(dǎo)板，進(jìn)行種植釘植入；唐敏等[12]將CBCT和掃描石膏模型進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)并制作支抗導(dǎo)板，其結(jié)果均證明導(dǎo)板引導(dǎo)下的種植釘植入相比于傳統(tǒng)植入具有更高的安全性及穩(wěn)定性。Lo等[13]利用CBCT進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)并打印上頜骨性種植釘輔助擴(kuò)弓裝置，臨床也取得了良好的治療效果。本課題成功采用CBCT和3Shape口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用軟件建立精準(zhǔn)的三維整合牙頜模型，精準(zhǔn)評(píng)估牙齒三維空間位置關(guān)系，根據(jù)患者治療情況設(shè)計(jì)出個(gè)性化的微種植釘植入導(dǎo)板，最后通過CAD/CAM快速打印制作出個(gè)性化高精度的金屬種植釘植入導(dǎo)板并應(yīng)用于臨床。

為獲得更為精確的種植釘與牙齦接觸狀態(tài)，本課題將CBCT與3Shape口內(nèi)掃描模型進(jìn)行整合，相較于其他掃描石膏模型可獲得更加準(zhǔn)確口內(nèi)軟組織狀態(tài)，同時(shí)根據(jù)口內(nèi)光學(xué)掃描原理[14]，為減少弓絲及金屬托槽在光學(xué)掃描過程中產(chǎn)生的光反射影響，在掃描前，去除弓絲，并對(duì)托槽用食用蠟進(jìn)行包埋，最大限度的保證軟組織掃描精確性，最終獲得具有牙齒、頜骨、牙齦的更為精度的三維整合模型，保證了種植釘植入后與牙齦軟組織的接觸狀態(tài)。前期研究[12]的導(dǎo)板均為樹脂打印，其厚度在1.5 mm以上，而本次金屬打印導(dǎo)板厚度僅為0.5～0.6 mm，相對(duì)于樹脂導(dǎo)板，金屬導(dǎo)板具有更加輕薄、結(jié)實(shí)不易損壞等優(yōu)勢(shì)，患者的不適感更低，更利于醫(yī)生口內(nèi)操作。引導(dǎo)管的直徑設(shè)計(jì)僅大于植入手柄0.01 mm，小于以樹脂為導(dǎo)板的引導(dǎo)管直徑；引導(dǎo)管的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)比種植釘有效植入長(zhǎng)度長(zhǎng)1 mm，以保證手柄在植入初期就完全入管，同時(shí)在手柄處標(biāo)記停止位置，確保種植釘植入有效長(zhǎng)度及黏膜接觸狀態(tài)，最大限度保證植入精確性。相對(duì)于其他研究，本課題研究表明采用金屬導(dǎo)板誤差更小，可能與金屬材料強(qiáng)度較大，材料彈性低，在植入過程中輕微的角度改變即可引起較大的摩擦阻力，進(jìn)而保證植入方向沿設(shè)計(jì)路線植入。相對(duì)于其他學(xué)者在導(dǎo)板設(shè)計(jì)中為無托槽的狀態(tài)或者去除部分托槽，為真實(shí)反應(yīng)臨床治療中粘接托槽狀態(tài)下需進(jìn)行種植釘植入過程，減少托槽的反復(fù)粘接，本課題所有患者導(dǎo)板設(shè)計(jì)均為粘接托槽狀態(tài)。為避免托槽對(duì)導(dǎo)板就位產(chǎn)生影響，在導(dǎo)板設(shè)計(jì)過程中，對(duì)托槽區(qū)進(jìn)行緩沖。在設(shè)計(jì)中，本研究將導(dǎo)板從頰面延伸至咬合面，為混合支持式，在模型上及口內(nèi)試戴可完全就位，穩(wěn)定性良好。在植入過程中咬合面放置棉花，囑患者上下緊咬牙，利用患者的咬合力，獲得持續(xù)的固位力，相對(duì)于單純的黏膜支持式或者鄰間隙支持，跨越咬合面混合支持式的導(dǎo)板在植入過程中具有更好的穩(wěn)定性。

微種植釘導(dǎo)板的成功設(shè)計(jì)制作解決了臨床正畸微種植釘植入過程中對(duì)臨床操作者技術(shù)的高要求，實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)由難至簡(jiǎn)質(zhì)的改變；徹底解決了微種植釘植入這一臨床操作對(duì)患者牙根不可逆損傷這一健康問題；解決臨床正畸操作無法精確定位，植入過程中因患者或術(shù)者體位調(diào)整引起的植入角度穩(wěn)定性不佳這些技術(shù)難點(diǎn)，極大降低了微種植釘植入風(fēng)險(xiǎn)給患者帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及身心痛苦。微種植釘導(dǎo)板的設(shè)計(jì)制作對(duì)正畸治療的發(fā)展具有重要意義。