計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造預(yù)成個性化同種異體骨塊在種植骨增量手術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展

[關(guān)鍵詞] 計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造； 牙槽嵴增量術(shù)； 同種異體骨塊

[中圖分類號] R782.13 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [doi] 10.7518/gjkq.2024050

口腔種植治療的長期成功和美學(xué)效果很大程度上依賴于在足量的健康骨上形成良好的骨整合[1]，因此只有合理恢復(fù)和重建喪失的骨組織，才能在最有利于修復(fù)的理想位置植入種植體。一般情況下，牙齒脫落后的骨吸收是漸進(jìn)和不可逆的[2]，由于機(jī)械負(fù)荷的喪失以及創(chuàng)傷、牙周病、齲齒或感染等因素，在拔牙后6個月內(nèi)牙槽骨會出現(xiàn)平均1.24 mm （11%～22%） 的垂直吸收和3.79 mm（29%～63%） 的水平吸收[3]；Carlsson等[4]觀察到拔牙后的前6個月有23%的牙槽嵴體積損失，隨后的5年內(nèi)又有11%的牙槽嵴體積損失。

現(xiàn)有的牙槽骨骨增量技術(shù)包括引導(dǎo)骨再生（guided bone regeneration，GBR） 技術(shù)、牙槽骨劈開術(shù)、外置法骨移植技術(shù)等。根據(jù)國際口腔種植學(xué)會（International Team for Implantology，ITI）種植臨床指南[5]，GBR技術(shù)對于1/4型的牙槽骨缺損可以獲得與非骨缺損位點相同的種植效果，但是在骨缺損量較大、無法形成生物力學(xué)穩(wěn)定的中心骨支架的情況下，屏障膜和骨粉由于機(jī)械性能較差，易發(fā)生塌陷，難以維持成骨空間的穩(wěn)定性，無法形成血管化良好的肉芽組織[6]。牙槽骨劈開主要用于水平向萎縮的牙槽嵴骨增量，利用牙槽骨的彈性及血液灌注可以有效地擴(kuò)增牙槽嵴，但其組織學(xué)方面的要求嚴(yán)格，且技術(shù)敏感性高。對于較大范圍的骨缺損，如當(dāng)下頜后牙區(qū)所需的骨增量在寬度或高度超過3 mm時，骨塊移植優(yōu)于骨劈開技術(shù)，且技術(shù)敏感性較低，其頰側(cè)皮質(zhì)骨板的吸收可預(yù)期[5]，所以建議聯(lián)合應(yīng)用帶屏障膜的骨塊移植完成分階段的骨增量方案[7]。然而，現(xiàn)有的預(yù)成骨塊通常為不同尺寸的立方體，在手術(shù)過程中需要通過椅旁修形獲得與牙槽骨缺損部位相近的大小和形態(tài)，易發(fā)生破裂[8]和感染[9-10]，且椅旁成形階段越長，移植物感染的可能性越大[8]；另外，移植骨塊與缺損區(qū)間形態(tài)不匹配造成的間隙會影響移植物的整合和血管化[11]。通過數(shù)字化設(shè)計生產(chǎn)的個性化骨塊可以對應(yīng)不同缺損區(qū)的形態(tài)和大小，從而最大程度地提高手術(shù)效率、降低感染風(fēng)險，獲得更好的骨增量效果。

在牙槽骨缺損時一般采用如牙槽嵴劈開術(shù)、牽張成骨術(shù)、外置法植骨術(shù)等手術(shù)配合植骨材料進(jìn)行骨增量，骨移植材料應(yīng)具備良好的骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性和骨再生性，抗感染性能好，無體內(nèi)排異反應(yīng)，體積維持能力好，手術(shù)便利性好，價格合理。目前，骨增量手術(shù)中常用的骨塊移植材料包括自體骨塊、同種異體骨塊以及異種骨塊移植材料[12]。自體骨塊因具備與人體相同的組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和生物學(xué)特點，保留參與新骨形成的成骨細(xì)胞，具有良好的成骨性、骨傳導(dǎo)性和骨誘導(dǎo)性；組織相容性好、無抗原排斥反應(yīng)的風(fēng)險；并且疾病傳播風(fēng)險較低[13-14]，被廣泛認(rèn)為是骨移植材料的金標(biāo)準(zhǔn)[15-17]，是經(jīng)過文獻(xiàn)[18]充分證明具有骨誘導(dǎo)潛能的移植材料。然而，關(guān)于自體骨塊移植的遠(yuǎn)期療效仍存在爭議，有研究[19-20]顯示其可能會發(fā)生20%～100%的移植物吸收；可供采集的供區(qū)骨量有限；供區(qū)部位存在血管或神經(jīng)損傷的風(fēng)險（發(fā)生率達(dá)25%）[21-22]；供區(qū)手術(shù)增加了并發(fā)癥（包括感染和疼痛） 發(fā)病率、手術(shù)時間和費用[14，23]。目前，臨床上應(yīng)用的異種骨移植材料主要為脫蛋白牛骨顆粒（deproteinized bovine bone mineral，DBBM），其骨量不受限制；利于氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的運輸；力學(xué)性能與同種骨接近；但不具備良好的細(xì)胞界面，不利于細(xì)胞的黏附和遷移；Lima等[24]的研究結(jié)果表明異種骨塊的骨吸收率和種植體植入扭矩均高于自體骨塊；此外，當(dāng)前異種骨塊的研究主要為動物實驗[25]，對于嚴(yán)重牙槽嵴骨缺損的異種骨塊移植仍需要更多的臨床研究。因此，近年來同種異體骨塊越來越受到關(guān)注，有研究[26]顯示，同種異體骨塊與自體骨的骨吸收量間沒有顯著差異，并且可以避免開辟第二術(shù)區(qū)、降低了手術(shù)成本及患者的不適感[14]，提高了手術(shù)安全性。一項關(guān)于新鮮冷凍同種異體骨移植物30年的隨訪研究[27]中，沒有觀察到明顯的變態(tài)反應(yīng)和排斥反應(yīng)；此外，組織學(xué)和免疫反應(yīng)評價[28]顯示，使用新鮮冷凍異體移植物治療嚴(yán)重骨缺損無明顯抗原排斥反應(yīng)。

近年來，通過計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造（computer aided design and computer aidedmanufacturing，CAD/CAM） 系統(tǒng)，計算機(jī)層析成像（computed tomography，CT） 掃描數(shù)據(jù)可用于同種異體骨塊的精確成型和個性化生產(chǎn)。通過這種方式生產(chǎn)的CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊（customized allogenous bone blocks，CABB） 不需要椅旁修形，可以直接從無菌包裝轉(zhuǎn)移到接受部位，從而降低感染風(fēng)險，確保了術(shù)區(qū)的良好愈合；并且避免開辟第二術(shù)區(qū)，縮短了手術(shù)時間，減輕了患者的痛苦[7]。大量病例報告[29-34]證明了CAD/CAM制作的個性化預(yù)成骨塊的準(zhǔn)確性和精密度。因此，本文就CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊在種植骨增量手術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行探討，并進(jìn)一步展望其未來在種植骨增量手術(shù)的應(yīng)用前景。

1 工作流程

1.1 個性化骨塊設(shè)計

首先通過錐形束計算機(jī)斷層掃描（cone beamcomputed tomography，CBCT） 和3D規(guī)劃軟件確認(rèn)種植位點并評估相應(yīng)牙槽嵴結(jié)構(gòu)，在牙槽嵴缺損區(qū)域的三維重建中，建立虛擬骨塊，使之與缺損區(qū)輪廓匹配。當(dāng)虛擬骨塊的定位正確時，去除多余部分，形成與缺損區(qū)形態(tài)高度適應(yīng)的理想骨塊，從而確定理想骨塊的形態(tài)和體積，保證預(yù)成骨塊輪廓與目標(biāo)增量區(qū)輪廓的匹配。將相關(guān)信息以立體光刻（stereolithography，STL） 格式儲存并發(fā)送至加工廠，經(jīng)計算機(jī)數(shù)控銑床生產(chǎn)。

1.2 骨塊處理

目前，文獻(xiàn)[33，35]報道中使用的Botiss骨塊是一種來自股骨頭松質(zhì)骨的無菌、高安全性同種異體骨移植產(chǎn)品，其按照冷凍干燥等程序及伽馬射線輻射滅菌，經(jīng)超聲波、化學(xué)和氧化處理，去除所有抗原成分、有效滅活病毒和細(xì)菌；也有文獻(xiàn)[31，36]報道使用基于多步驟Tutoplast?組織滅菌工藝制備的Puros?同種異體骨塊（allograft customized boneblocks，ACBB） 進(jìn)行預(yù)成個性化同種異體骨塊移植，有研究[37-38]將Tutoplast?處理的同種異體骨與其他凍干同種異體骨進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)：Tutoplast?處理的同種異體骨的成骨率更高，殘留的同種異體骨顆粒更少，通過溶劑脫水和γ射線照射，可以在殺菌的同時保留骨塊的礦化結(jié)構(gòu)和有機(jī)基質(zhì)，從而實現(xiàn)可預(yù)測的骨組織和牙周組織再生。

1.3 外科手術(shù)

為了促進(jìn)移植物的骨整合，應(yīng)徹底清除受區(qū)骨密質(zhì)上的軟組織以及少量骨密質(zhì)，使骨松質(zhì)內(nèi)血液滲出，以促進(jìn)血管原、骨原細(xì)胞及細(xì)胞因子進(jìn)入移植骨塊，加速新生血管的長入和再血管化進(jìn)程。按制造商說明，術(shù)中需將預(yù)制骨塊在0.9%氯化鈉溶液中進(jìn)行再水化，以提高其延展性，降低骨折風(fēng)險；將骨塊與氯化鈉溶液一起轉(zhuǎn)移到無菌注射器中以實現(xiàn)液體的均勻滲透，移植前需去除骨塊上的氣泡。一般情況下，骨塊可以完全適合缺損區(qū)形態(tài)，不需要進(jìn)行椅旁修形。移植骨塊的堅固固定是骨結(jié)合的關(guān)鍵因素?？蛇x用長鈦釘或可吸收螺釘固定移植骨塊，覆蓋不可吸收屏障膜及鈦網(wǎng)，無張力縫合軟組織。由于供骨塊具有一定的體積，在骨塊固定后關(guān)閉創(chuàng)口時常存在軟組織不足等問題。應(yīng)采取松弛切口，軟組織移植或利用異體組織補(bǔ)片等方法避免軟組織張力過大無法嚴(yán)密關(guān)閉創(chuàng)口。

1.4 術(shù)后檢查及種植體植入

骨增量術(shù)后進(jìn)行第二次CBCT掃描，以再次確認(rèn)移植骨塊處于術(shù)前規(guī)劃的理想位置，保證術(shù)區(qū)骨面與移植骨塊保持最大接觸。骨增量術(shù)后6個月，進(jìn)行第三次CBCT掃描，評估手術(shù)部位可用骨量，然后植入種植體。較多的臨床研究建議在使用個性化異體骨塊進(jìn)行骨增量手術(shù)時，至少需要愈合6個月再進(jìn)行種植體植入，植入術(shù)后建議增加額外3個月的愈合時間[34，39-40]。

2 臨床效果

現(xiàn)有的文獻(xiàn)表明，個性化同種異體移植骨塊的臨床效果可以滿足種植手術(shù)的增量需求，存活率和成功率可接受。Motamedian等[11]2016年的系統(tǒng)評價顯示，通過自體骨塊移植和同種異體移植骨塊移植完成骨增量手術(shù)的種植體存活率和成功率相當(dāng)， 分別為73.8%～100%、72.8%～100% 和95.3%～100%、93.7%～100%。Jacotti等[15]的系列病例報告報道了個性化同種異體骨塊骨增量術(shù)后8個月可觀察到新生的板層骨區(qū)散在高成骨活性的新生骨，提示了植骨塊的重建，表明預(yù)成個性化同種異體骨塊可成功應(yīng)用于嚴(yán)重萎縮的牙槽骨骨增量。該團(tuán)隊2014年的一項病例報告[7]報道了1例采用CAD/CAM系統(tǒng)成形的個性化預(yù)成骨塊Botiss（Berlin公司，德國） 用于右下頜后牙區(qū)水平性骨缺損區(qū)骨增量的病例，骨增量7個月后其總水平骨增量為6.09、7.36和8.08 mm（平均7.18 mm）。

據(jù)報道，個性化同種異體移植骨塊可應(yīng)用于極具挑戰(zhàn)性的大范圍萎縮的牙槽嵴骨增量手術(shù)。Pfaffeneder-Mantai等[29]報道了1例CAD/CAM設(shè)計制造的同種異體骨塊在高度萎縮的上頜骨重建全牙弓的成功應(yīng)用。該病例在預(yù)成骨塊植入愈合后7個月，按照“all-on-6”理念，使用螺釘固定的修復(fù)體和帶有丙烯酸貼面的磨銑鈦框架加載種植體，表面精確設(shè)計制造的CAD/CAM個性化同種異體骨塊對治療高度萎縮的上頜骨具有重要意義，可以成功實現(xiàn)全牙弓重建和成功的“all-on-6”植入。Blume等[32]報告了1例使用2個CAD/CAM制造的異體骨塊成功完成的先天缺牙患者上頜骨大范圍缺損萎縮的骨增量手術(shù)，與使用自體移植進(jìn)行的GBR手術(shù)相比，該手術(shù)的損傷性較小，并且術(shù)后10個月影像學(xué)檢查顯示松質(zhì)骨塊移植后有皮質(zhì)骨層的新形成。

在美學(xué)區(qū)的骨增量手術(shù)中，同種異體移植骨塊移植的臨床效果也較為穩(wěn)定。Schlee等[41]的研究評價了自體和同種異體骨塊移植治療后的美學(xué)效果，結(jié)果顯示兩組之間的粉色美學(xué)評分（pink" estheticscore，PES） 無顯著差異。此外，患者認(rèn)為由于不需要開辟第二術(shù)區(qū)獲取骨塊，同種異體移植手術(shù)的疼痛較輕，更能接受。

3 應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 感染率低

有研究[10-11，15]顯示與自體骨塊移植相比，異體骨塊移植對技術(shù)更敏感、更容易感染，高感染率為同種異體骨移植物的主要并發(fā)癥。感染主要與骨塊椅旁成形的時間和適應(yīng)受體部位的過程有關(guān)。在術(shù)中對預(yù)成骨塊進(jìn)行修形時，需要將骨塊在缺損處放置數(shù)次以檢查形態(tài)大小是否合適，再多次取出進(jìn)行修整，由于長時間接觸外科醫(yī)生的手套、患者的口腔液體等，骨塊易受到環(huán)境中多種污染源的影響。通過CAD/CAM技術(shù)生成的與骨缺損區(qū)域的幾何形狀完全匹配的個性化預(yù)制同種異體骨塊，可以不需塑形、直接轉(zhuǎn)移到種植區(qū)骨缺損部位，避免了環(huán)境污染。多項研究[15，30-31]表明其提高了移植物適應(yīng)的精度，減少了手術(shù)時間，降低了并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險。

3.2 骨吸收率小

多項研究顯示CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊完成的骨增量手術(shù)骨吸收量小。Pfaffeneder-Mantai等[29]的病例報告顯示了同種異體骨塊移植有較低的移植物和種植體之間的吸收率。Kloss等[42]的研究發(fā)現(xiàn)：凍干同種異體松質(zhì)骨塊在治療ITI指南Ⅱ～Ⅳ類局限性骨缺損時，與自體骨塊吸收率相當(dāng)（12.5%、14.4%）。Kim等[43]的研究顯示異體骨塊移植后表現(xiàn)出最小的吸收和骨存量穩(wěn)定性（94.30%±5.45%）。在Boogaard Maarten等[20]的病例報告中，骨移植后5個月，預(yù)成的同種異體骨塊的體積基本沒有減少，術(shù)后6個月的組織學(xué)檢查顯示46.61%的骨礦化。Schlee等[30]的病例報告中，對3例使用CABB的骨增量手術(shù)進(jìn)行了評估，在種植體植入后6、12個月觀察到的平均骨吸收為1.69、1.64 mm，組織學(xué)評估顯示有新骨形成，患者滿意度和長期穩(wěn)定性等參數(shù)表明其臨床效果良好。

3.3 骨增量水平高

CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊移植獲得的骨增量水平能夠滿足臨床需求。Troeltzsch等[44]報告了同種異體骨塊的水平骨增量加權(quán)平均值為（4.6±1.4） mm，較顆粒型骨移植材料更高。Laino等[45]使用Tutoplast?處理的同種異體骨塊進(jìn)行后牙區(qū)垂直骨缺損的骨增量手術(shù)，與自體骨塊移植相比有相似的骨形成。Ambrosio等[36]報道的2例病例表明使用個性化預(yù)成同種異體骨塊移植來完成水平和垂直骨增量的臨床效果確切，其骨增量術(shù)后6個月的CBCT評估顯示了牙槽嵴體積的增加（寬13.64 mm、長16.02 mm） 和移植骨塊的骨重建。

3.4 安全性好

當(dāng)前對同種異體骨塊的主要爭議在于異體物質(zhì)的安全性，即發(fā)生交叉感染、免疫反應(yīng)和抗原性等風(fēng)險。然而現(xiàn)有的研究表明，盡管可以從同種異體骨移植中檢測到一些有機(jī)細(xì)胞殘留物，但并未在移植物周檢測到炎性細(xì)胞，血液中紅、白細(xì)胞的平衡也未見損害。同種異體移植物有多種加工方式，包括新鮮冷凍骨（fresh frozen bone，F(xiàn)FB）、同種異體凍干骨（freeze-dried bone allograft，F(xiàn)DBA） 或同種異體脫礦凍干骨（demineralizedfreeze-freeze-dried bone allograft，DFDBA）。并經(jīng)滅菌和γ射線輻照等處理，以最大限度地降低抗原性和疾病傳播的風(fēng)險，世界衛(wèi)生組織（WorldHealth Organization，WHO） 進(jìn)行的一項研究未發(fā)現(xiàn)與FDBA相關(guān)的任何類型感染性疾病的傳播；并且有研究顯示其人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiencyvirus，HIV） 傳播的風(fēng)險較低，約為1/160萬。

3.5 存活率高

移植物與缺損區(qū)形態(tài)的貼合程度和骨移植術(shù)區(qū)的預(yù)備情況會影響移植物的整合和血管化。個性化預(yù)成骨塊的形狀與缺損區(qū)精確對應(yīng)，與顆粒狀骨替代材料和自體骨塊移植技術(shù)相比，接觸面積更大，可以實現(xiàn)最佳的營養(yǎng)支持，有利于血管生長和血運重建，允許更快的骨整合[11]。一篇關(guān)于CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊移植的5年隨訪研究[33]通過組織學(xué)檢查顯示移植骨塊完全重建，其板層骨血管化良好并與脂肪合并，骨細(xì)胞、內(nèi)襯細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和血管等存在表明組織健康，形成的新骨與健康的自體骨組織基本沒有區(qū)別。Blume等[31]報道：使用個性化預(yù)成異體骨塊引導(dǎo)骨再生治療雙側(cè)下頜牙槽嵴嚴(yán)重吸收，骨增量術(shù)后22個月和種植體植入后17個月的曲面體層片顯示了移植骨塊完成了良好的骨重建，所有種植體均達(dá)到了穩(wěn)定的骨整合效果。

4 同種異體移植骨塊移植的問題與挑戰(zhàn)

4.1 骨吸收量的預(yù)估與補(bǔ)償

外置法植骨術(shù)（onlay bone grafting） 后會發(fā)生不可避免的骨吸收，目前對于同種異體骨塊移植的骨吸收率的報道仍存在較大差異。Blume等[35]一項隨訪2年的研究中，個性化同種異體骨塊移植后的即刻體積為0.45 mL，6個月后種植體植入前的骨塊體積為0.34 mL，骨塊體積吸收率為24.4%。Kloss等[42]的研究發(fā)現(xiàn)：凍干同種異體松質(zhì)骨塊移植與自體骨塊吸收率相當(dāng)（12.5%、14.4%），所以他們認(rèn)為無需將骨塊形態(tài)設(shè)計過大。因此，對于個性化骨塊形態(tài)設(shè)計是否考慮骨吸收率仍缺乏共識，如何在考慮初期骨吸收、骨塊形態(tài)體積損失后，保證移植骨塊的形態(tài)體積貼合骨缺損區(qū)輪廓是未來該領(lǐng)域的研究發(fā)展方向之一。

4.2 無張力縫合的設(shè)計與實施

盡管CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊的穩(wěn)定性較好，但在修復(fù)大面積缺損或萎縮的牙槽嵴時，軟組織管理仍然是一大挑戰(zhàn)。由于個性化骨塊形態(tài)大小設(shè)計基于理想的牙槽嵴形態(tài)，存在一定的體積量，關(guān)閉創(chuàng)口時易出現(xiàn)軟組織不足、張力過大等問題，導(dǎo)致愈合過程中創(chuàng)口裂開、骨塊感染和壞死。除無張力皮瓣設(shè)計外，必要時可采用軟組織移植或利用異體組織補(bǔ)片等方法緩解軟組織張力過大無法嚴(yán)密關(guān)閉的問題。

4.3 骨塊體積的極限范圍待定

大面積骨缺損增量術(shù)中若個性化骨塊形態(tài)設(shè)計過大，其血管化和骨重建的臨床療效尚不確切。1例隨訪15個月的病例報告[20]顯示：若預(yù)成形的同種異體骨塊的適合性無法達(dá)到最佳，可能會影響其血運重建和骨整合。研究表明，盡管使用同種異體骨塊完成垂直牙槽嵴骨增量可以滿足臨床需求，但是與自體骨塊相比需要更長的愈合期來確保尺寸的穩(wěn)定。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，只有一項研究[33]有5年隨訪時間，并進(jìn)行了組織學(xué)檢查；僅有1篇6年隨訪的病例報告[35]成功地進(jìn)行了CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊在極度萎縮的上頜骨種植的骨增量手術(shù)，證明了其穩(wěn)定的長期臨床效果。由于長期隨訪觀察的病例研究有限，同種異體移植骨塊移植的長期臨床效果依然不夠確切，仍需要更多的患者和長期隨訪數(shù)據(jù)的臨床試驗來驗證這些結(jié)果，并進(jìn)一步探討在臨床療效確切的前提下，CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊的體積設(shè)計極限。

5 結(jié)論

當(dāng)前，CAD/CAM預(yù)成個性化同種異體骨塊已經(jīng)逐步應(yīng)用于復(fù)雜的牙槽嵴增量術(shù)，通過數(shù)字化設(shè)計生產(chǎn)個性化的同種異體骨塊，提高了移植物適應(yīng)的精度，避免了傳統(tǒng)椅旁骨塊成形的步驟，顯著縮短手術(shù)時間，利于血管生長和血運重建，同時降低了術(shù)中感染的風(fēng)險。在不同適應(yīng)證和臨床報道中，臨床效果穩(wěn)定，在骨增量的應(yīng)用中有巨大前景。但是，在骨塊形態(tài)設(shè)計方面仍存在初期骨吸收的問題和保證無張力縫合方面的挑戰(zhàn)，由于當(dāng)前相關(guān)的病例報道有限，仍需要更大患者人群和長期隨訪數(shù)據(jù)的臨床試驗來進(jìn)一步探討其臨床適應(yīng)證和長期療效。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。