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數(shù)字化種植導板手術(shù)的精確性:非手術(shù)因素分析及對策的專家共識:口腔因素、數(shù)據(jù)采集、設計及3D打印

齒科應用

2024.12.25


    數(shù)字化種植導板手術(shù)是一種利用外科導板引導種植體定位和導向的手術(shù)方法。數(shù)字化種植導板手術(shù)標準流程包括患者術(shù)前檢查、數(shù)據(jù)采集、導板設計與制作及外科手術(shù)。


    種植導板手術(shù)的準確性無疑是一個至關重要的臨床問題。根據(jù)《第五次 ITI 共識會議》,種植導板手術(shù)三維方向的安全邊界應控制在 2.0 mm 以上。


    為了提高種植導板手術(shù)的準確性,臨床應用必需嚴格把控各個環(huán)節(jié)的誤差。臨床醫(yī)生通過手術(shù)技巧與外科經(jīng)驗控制導板手術(shù)的誤差必然是重要的,但嚴格把控術(shù)前因素也是控制手術(shù)誤差的關鍵核心。


    然而,術(shù)前因素對導板手術(shù)誤差的影響往往被忽略,其造成導板的固有誤差是手術(shù)中無法察覺的。


    本文根據(jù)國內(nèi)外最新研究進展結(jié)合國內(nèi)專家的臨床實踐,對術(shù)前影響種植導板精確性的因素包括患者口腔因素的評估、數(shù)據(jù)采集、導板設計及其制作等方面進行討論分析,總結(jié)各個環(huán)節(jié)誤差的來源、提出控制誤差的對策,形成共識性建議,為臨床醫(yī)生提供實踐指南。




01

口腔因素評估


      種植導板手術(shù)前對患者口腔內(nèi)情況進行系統(tǒng)性評估,主要包括:患者口內(nèi)余留牙的數(shù)目、缺牙區(qū)軟硬組織情況、缺牙位置與分區(qū)等因素。充分了解患者口腔情況有利于臨床醫(yī)生做出合適的術(shù)前診斷和治療方案設計。


      另外,患者的開口度需要滿足種植導板手術(shù)的要求。


      因此,患者口腔因素評估是種植導板手術(shù)的必要環(huán)節(jié),是導板手術(shù)精確度的先決因素。


1.1 余留牙的數(shù)目及牙列缺損的部位


      臨床醫(yī)生應該根據(jù)患者余留牙的數(shù)目,選擇種植導板的支持方式與類型。


余留牙的數(shù)目及牙列缺損的部位


      當患者口內(nèi)余留牙的數(shù)目較多且無病理性松動度時,通常建議選擇牙支持式的種植導板。


      牙支持式種植導板的基牙數(shù)目以 10 顆為宜,基牙數(shù)目的減少都會影響導板放置的準確性和穩(wěn)定性。


      目前,有充分的臨床證據(jù)證實,牙支持式導板引導下的種植手術(shù)準確性優(yōu)于黏膜支持式和骨支持式的種植導板。


牙支持式導板引導下的種植手術(shù)


      缺牙位置與分區(qū)也是種植導板準確性的影響因素。前牙區(qū)種植比后牙區(qū)的種植準確性更高。


      目前,有充足的臨床證據(jù)支持缺牙部位位于游離端,會導致導板手術(shù)產(chǎn)生明顯的誤差。相比于非游離端植入的種植體,游離端植入的種植體準確度有所降低。在游離端植入植體時,建議通過固位釘設計減少導板遠中游離端的移位。


游離端植入的種植體


1.2 軟組織的質(zhì)地和厚度


      對于黏膜支持式導板,患者口腔內(nèi)黏膜軟組織的彈性會干擾種植導板的放置,由此造成的導板位移也是導板手術(shù)的誤差因素。


      在上頜無牙頜患者中,黏膜厚度與種植體偏差成正相關,黏膜厚度每增加1mm 會導致種植體偏差平均增加0.41 mm。對于下頜無牙頜患者,黏膜厚度的增加也會導致種植體冠方偏差增大。


軟組織的質(zhì)地和厚度


1.3 頜骨的骨質(zhì)


      不同類型的種植導板應用于不同密度頜骨骨質(zhì)時,植入植體的準確性也會產(chǎn)生差異。


      對于黏膜支持式種植導板,當頜骨類型為致密骨時,種植體導板的角度偏差較小。


      然而,對于骨支持式的種植導板,頜骨骨質(zhì)密度越大,所產(chǎn)生的種植角度偏差也越大,在這種情況下,初始先鋒鉆導致牙槽骨內(nèi)的種植入路偏移就更難糾正,導板也更容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)移動。


頜骨的骨質(zhì)



02

數(shù)據(jù)采集


      通過口腔頜面部錐形束CT(cone beam computed tomography,CBCT)來獲取患者頜骨及牙列等重要結(jié)構(gòu)的三維影像,并使用數(shù)字化掃描儀獲取口腔內(nèi)軟硬組織的表面圖像。

      數(shù)據(jù)采集過程存在一定的誤差,而這種數(shù)據(jù)采集帶來的誤差在臨床實踐中難以被察覺,是導板制作、種植手術(shù)精度的潛在影響因素。控制數(shù)據(jù)采集的誤差是精準制作導板、實現(xiàn)種植導板手術(shù)精準治療的前提。


2.1 錐形束 CT 數(shù)據(jù)采集

      目前,頜骨組織和牙根位置的信息數(shù)據(jù)主要通過錐形束計算機斷層掃描確定,其三維重建的準確性在種植導板手術(shù)中尤為重要,將影響整個種植手術(shù)中診斷、治療計劃和結(jié)果的有效性。

      錐形束CT影像的誤差范圍為 0.04~0.68 mm,其誤差主要受到運動偽影、金屬偽影以及 CBCT 拍攝參數(shù)三方面因素影響。

      ①運動偽影:患者頭部移動造成的運動偽影會破壞斷層圖像的等距表示,導致患者 CBCT 影像產(chǎn)生一定程度的失真和質(zhì)量下降;

      ②金屬偽影:患者前牙區(qū)或后牙區(qū)的金屬修復體會造成術(shù)后種植體冠方和根方的顯著線性偏差,隨著患者口內(nèi)金屬修復體的增加,其對后續(xù)圖像匹配精度的影響就會越大;

      ③CBCT 拍攝參數(shù):CBCT 儀器的曝光參數(shù)也會影響 CBCT 影像的準確性,包括視野、掃描的范圍,以及體素的大小等。相對于大視野(約 12 英寸直徑的范圍)以評估多顆牙齒,小視野(約 6 英寸直徑的范圍)可以減小金屬產(chǎn)生的偽影,可以提供高質(zhì)量圖像并降低3D 圖像的失真。另外,體素越小,圖像/CBCT 的質(zhì)量就越高。


錐形束CT數(shù)據(jù)采集

2.2 數(shù)字化口腔掃描


      數(shù)字化口腔掃描(又稱表面掃描)包括口腔內(nèi)掃描和口腔外掃描,相比傳統(tǒng)的印模方法,數(shù)字化口腔內(nèi)掃描能提高臨床操作的效率,同時改善患者的就診體驗。


      目前,數(shù)字化口腔內(nèi)掃描是利用光學成像原理,其精度達(360 ± 46)μm 至(40 ±20)μm。數(shù)字化口腔掃描的準確性與其范圍、環(huán)境及方法密不可分。口腔內(nèi)掃描的成像精度隨著掃描范圍增加而降低。以 24 ℃室溫為界,環(huán)境溫度增加 5 ℃或降低 5 ℃,都會導致口腔內(nèi)掃描儀的精度降低,其中溫度升高對精度的影響更大。另外,優(yōu)化環(huán)境光照條件能提高口掃系統(tǒng)的精度。


數(shù)字化口腔掃描

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03

種植導板設計


      計算機輔助設計(computer?assisted design,CAD):

      將 CBCT 影像(DICOM 文件)和口腔掃描儀獲得組織表面圖像(STL 文件)輸入種植手術(shù)規(guī)劃軟件;軟件對圖像進行斷層切片和可視化處理,通過設置種植導板手術(shù)的參數(shù),模擬種植體的植入情況并設計種植導板。CAD 程序包含種植手術(shù)規(guī)劃與手術(shù)導板設計,正確使用 CAD 軟件是精準制作種植導板、實施手術(shù)方案的前提。


種植導板設計

3.1 圖像配準

      圖像配準是指種植規(guī)劃軟件識別上傳的 STL和 DICOM 文件中存在的共同解剖點,通過自動合并識別和手動調(diào)整兩種方式來關聯(lián)合并兩種圖像,以獲得正確的患者數(shù)據(jù)的過程。

      不同圖像配準技術(shù)產(chǎn)生在種植體根端誤差差異高達 1.92 mm。

      圖像配準精度往往取決于余留牙的數(shù)目、分割模式以及配準模式。

      患者口腔內(nèi)的余留牙有助于頜骨三維圖像之間進行高精確的匹配。

      患者口內(nèi)存在 7 顆以上未進行修復的天然牙,CBCT 影像與口內(nèi)掃描圖像的匹配更準確;

      相反,如果患者口內(nèi)不存在或只有很少的天然牙,圖像的匹配準確性較差。


圖像配準



      此外,不同的分割模式(手動與自動)會影響配準精度。與手動分割相比,自動分割中軟件提供的默認灰度值范圍對于 CBCT 影像數(shù)據(jù)的分割是不準確的,圖像配準精度顯著降低。所以,臨床應用上首選手動分割模式。最后,CBCT 影像與數(shù)字化掃描儀獲得的圖像的重疊或者配準模式對兩者之間配準的準確性也有影響。


      種植規(guī)劃軟件主要有兩種配準模式,一種是通過牙齒表面外形直接重疊CBCT 影像和數(shù)字化的牙齒模型,另一種是通過重疊放射導板上的標記物來重疊兩者的圖像,雖然兩者的準確性均符合臨床使用標準,但是前者的準確性明顯低于后者。

3.2 導板的設計

      種植導板的基本結(jié)構(gòu)包括導板的支持結(jié)構(gòu)、套筒、固位釘、鉆孔等,這些結(jié)構(gòu)直接影響著種植導板引導下種植鉆針的定位,從而影響著種植體位置的準確性。

      其中,如若導板套筒內(nèi)徑大于種植鉆針的直徑,在備洞過程中種植鉆針會產(chǎn)生“微擺動”,從而造成種植體的角度誤差。

      此外,導板的設計分為引導部分與非引導部分,引導部分由套筒與手柄高度組成,而非引導部分為套筒底部至種植窩底部的距離(圖1)。理論上,通過計算引導部分與非引導部分的比值,其比值越大精度越高。


導板的設計

3.2.1 種植鉆針系統(tǒng)

      種植鉆針系統(tǒng)分為種植鉆針引導系統(tǒng)和鉆針手柄引導系統(tǒng),主要區(qū)別在于:導板套筒是與鉆針,還是與手柄配合;前者鉆頭導向段直徑與金屬套筒內(nèi)徑相適應,使鉆針在手術(shù)過程中不易移動;后者則是通過手柄與套筒配合引導鉆針備洞(圖 2)。

      有相關的臨床證據(jù)支持直接引導鉆系統(tǒng)是提高種植體植入準確性的有效方法。相比于鉆針手柄系統(tǒng),選擇引導鉆系統(tǒng)有利于提高導板手術(shù)后種植體的準確性。


種植鉆針系統(tǒng)

3.2.2 支持結(jié)構(gòu) 

      導板的穩(wěn)定性和密合度取決于支持結(jié)構(gòu)覆蓋牙齒的數(shù)量、部位及覆蓋牙冠面積大小等因素。對于牙列缺損的患者,后牙處支撐的手術(shù)導板準確性高于前牙處支撐。對于單顆后牙缺失的病例,手術(shù)導板的牙冠覆蓋在外形高點以上 2 mm 處時,種植體偏差最大,而手術(shù)導板牙冠覆蓋至牙齒外形高點或外形高點以下 2 mm的情況,都不會影響種植準確性。


支持結(jié)構(gòu)


3.2.3 輔助固位裝置 


      輔助固位裝置(如固定螺釘與插銷式固位釘)能有效提高導板的穩(wěn)定性,從而增加種植的準確性。適當?shù)卦黾庸涛会敂?shù)目可有效增加種植導板的穩(wěn)定性,減少種植體最終位置的偏差。對于上頜無牙頜患者,建議將固定螺釘均勻分布,前后牙區(qū)各設計 2 個固位釘可以使導板放置更加穩(wěn)定。固位釘?shù)脑O計在無牙頜病例中尤為重要,通過設計輔助固位釘可以將黏膜支持式導板轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助支持式導板,從而有效提高導板的穩(wěn)定性。


3.2.4 套筒的設計 

      套筒的設計與類型選擇也影響著種植導板手術(shù)的準確性。封閉式套筒比開放式套筒顯示出更高的角度精度。當套筒距離牙槽嵴的高度為 2 mm 時(圖 3),無論是封閉式套筒還是側(cè)方開窗的開放式套筒對種植導板手術(shù)的準確性影響一致,但是隨著套筒距離牙槽嵴高度的提高,具有開放式套筒的導板種植手術(shù)的種植體的角度偏差增加大于封閉式套筒。


套筒的設計

套筒的設計

04

種植導板制作


      計算機輔助制作(computer?assisted manufacturing,CAM)是指將數(shù)字化設計的虛擬物件制造為有形實物的過程。CAM 直接影響著種植導板外形體積的準確性,是實現(xiàn)種植導板準確性的重要基礎之一。


      目前,導板制作可通過增材制造(3D 打?。┖蜏p材制造(銑削加工)。3D打印技術(shù)制作的種植導板與銑削法制作的種植導板在種植體位置準確性方面有著一致性,但 3D 打印技術(shù)具有高效性、易操作、高精度等優(yōu)勢,更適于臨床應用。由此,本文著重分析 3D 打印的導板準確性的影響因素。


4.1 打印技術(shù)與參數(shù)

      臨床上常用的3D打印技術(shù)包括LCD、DLP、CPL、SLA、MJP等不同方法。大量實驗證據(jù)表明,使用不同 3D 打印技術(shù)制作數(shù)字化種植導板,無論是考慮種植導板的真實性和精度,還是出于改善種植體位置誤差的目的,MJP 都是最佳選擇,同時MJP也是最貴的設備之一。


      值得一提的是,研究中不同的 3D 打印技術(shù)制造的手術(shù)導板的準確性都是符合臨床使用標準,其中LCD、CPL、DLP等技術(shù)的桌面級打印設備最適宜臨床使用。不同打印參數(shù)的設置,比如打印角度或打印層厚,也是影響導板精度的重要因素。


      對于適用于單顆種植牙的手術(shù)導板,相比于打印層厚 100 μm的參數(shù)設置,50 μm 的打印層厚可以提高導板的精度。打印角度選擇 45°和 90°,種植鉆孔產(chǎn)生誤差也會比 0°打印時更小,90°打印的時間最長但最節(jié)省材料。


打印技術(shù)與參數(shù)


4.2 打印材料的選擇


      不同的打印樹脂材料也影響著打印后外科導板和種植手術(shù)的準確性,主要表現(xiàn)為對種植體冠方和根方線性偏差的影響。


      選用不同品牌的丙烯酸基光固化樹脂材料對導板打印的精準性也有一定的影響,在 E?dentstone®、E?shell®、NextDent?Model 以及 NextDent? SG 四種光固化樹脂中,NextDent? SG丙烯酸基光固化樹脂制作的導板具有較高準確性。對于遠中游離端的種植導板,選擇樹脂材料的楊氏模量越低,種植體植入后的準確性越高。


打印材料的選擇


打印材料的選擇


4.3 打印后處理與滅菌方式


      打印后處理是 3D 打印的關鍵步驟,包括后漂洗、后固化、去除支撐結(jié)構(gòu)。而采用不同的后處理方法影響著制作導板的準確性。

      近年來,筆者團隊前期研究證實后處理直接影響 3D 打印樹脂材料的特性,包括后漂洗使用的溶液不同、時間延長和后固化設備的選擇均會影響打印物體的理化特性及其生物安全性能。


      關于種植導板后漂洗方法的選擇,超聲清洗對種植導板表面的影響小于手動處理,其在控制導板整體體積、組織面和咬合面的偏差方面具有一定的優(yōu)勢。


      此外,對于種植導板的后固化方式,后固化的溫度和時間都會影響打印的精度,其中溫度的影響更大,主要是后固化方式對樹脂打印精度和體積的影響。

      根據(jù)《口腔器械消毒滅菌技術(shù)操作規(guī)范》,種植導板屬于高危險口腔器械,宜采用高溫高壓蒸汽滅菌法。對于樹脂手術(shù)導板,化學消毒、高溫蒸汽滅菌法和等離子滅菌法均不會影響手術(shù)導板的硬度、強度和體積,故蒸汽滅菌法和等離子滅菌法可用于導板的滅菌。


05

小結(jié)


      本共識基于研究現(xiàn)狀,結(jié)合國內(nèi)專家臨床經(jīng)驗,根據(jù)種植導板手術(shù)術(shù)前階段存在的潛在誤差因素分析,總結(jié)相應的臨床對策,經(jīng)專家討論達成共識如下:


5.1 預先評估患者的影響因素

      對于口內(nèi)尚存有余留牙、黏膜質(zhì)地較韌且厚度較薄、頜骨骨質(zhì)類型為Ⅱ類和Ⅲ類的患者,能保證種植導板手術(shù)的準確性。當患者為無牙頜時,宜選擇帶有固位螺釘?shù)妮o助支持式導板,從而避免口腔黏膜使導板移位引起誤差。


5.2 規(guī)范數(shù)據(jù)采集方法

      在 CBCT 數(shù)據(jù)采集過程中,讓患者處于坐位并夾持裝置以固定患者頭部,可有效避免運動偽影;對于口內(nèi)有金屬修復體的患者,宜佩戴帶有配準標記點的導板減少金屬偽影對 CBCT 影像的影響;盡可能選擇小視野進行 CBCT 拍攝,這可以提高CBCT 影像的成像質(zhì)量。


      另外,建議使用口外掃描儀,保證掃描環(huán)境的光照,同時控制環(huán)境溫度為24 ℃室溫;使用口內(nèi)掃描儀時應盡量在單牙弓內(nèi)掃描,以提高口腔掃描的精度。


5.3 優(yōu)化計算機輔助設計

      圖像配準時,根據(jù)種植區(qū)域的不同設定灰度閾值,首選手動分割 CBCT 影像并重疊兩種不同類型的文件,建議通過標記物重疊以避免配準過程產(chǎn)生的誤差。


      在導板設計過程中,建議適當伸展導板的支持結(jié)構(gòu)范圍;導板支持結(jié)構(gòu)首選牙支持式導板;在應用黏膜式或骨支持式導板時,建議均勻分布固位螺釘,以增加導板的穩(wěn)定。


      原則上,適當增加引導段長度、降低非引導段長度,并選擇封閉式套筒等方法,可有效減少導板設計中不必要的誤差。


5.4 改進計算機輔助制作

      手術(shù)導板制作前,建議選擇合適的打印技術(shù)、設置最佳打印參數(shù)以及使用正確的打印樹脂,譬如,選擇 DLP 打印方式打印導板角度為 90°,既能滿足種植導板精度要求,也提高臨床工作效率。


      此外,正確的后漂洗與后固化處理對保證打印導板的準確性格外重要。最后,根據(jù)所選擇的打印材料及后固化方法,需選擇合適的滅菌方法,既要保證臨床的無菌需求,又要避免樹脂形變產(chǎn)生誤差。


      綜上所述,在種植導板手術(shù)時,術(shù)前階段存在較多影響導板精確性的潛在因素,所謂“失之毫厘,謬以千里”。因此,規(guī)范種植導板手術(shù)的流程勢在必行。