数字化导板辅助显微根尖手术精确性的临床对照研究

李佳洋，牛晨光，陈 栋，韦晓玲

根管治疗是慢性根尖周炎的首选治疗方法，然而，当根管治疗失败且不适合根管再治疗或根管再治疗失败时，或患牙存在严重根管解剖变异，或需要通过探查手术明确诊断等时，往往需要采用根尖外科手术，即通过去除根尖周病变组织并切除根尖感染，清理根尖残端，以促进根尖周病愈合[1-3]。

显微根尖外科手术可以治疗部分根管治疗及再治疗均无法治愈的根尖周病变，但缺乏精准化治疗指导。通过术前CBCT可以对牙根的结构、方向、深度及与根尖周病变、重要解剖结构的三维关系进行初步了解，为术中切除根尖提供参考，但还是无法直接指导手术操作，盲目钻磨可能增加对周围骨组织、患牙牙根和邻牙的损伤，对根尖手术治疗的质量和远期预后有着重大的影响。显微根尖外科手术需要通过精确的术中定位和操作才能精准地去除病变组织，获得良好的治疗效果。

数字化外科技术迅速发展，在种植手术、正畸治疗、正颌手术、肿瘤手术等口腔领域已广泛应用，并证实了其精确性[4-9]，在复杂牙体牙髓疾病诊疗中也开始逐步使用，有学者利用 CBCT扫描数据通过数字化软件设计导板微创获取通路疏通钙化闭锁根管[10-12]，也有学者利用供体牙3D打印模型进行受区预备，从而减少供体牙离体时间，提高自体牙移植成功率[13-15]，近年来有学者通过数字化导板引导切除根尖病变，减少根尖手术中骨组织的损伤，降低术中及术后并发症[16-20]。目前，数字化导板辅助显微根尖外科手术相关研究主要集中于个别病例的报道，尚无大样本的回顾或前瞻性研究证实其精确度。

本研究探讨基于CBCT扫描数据的三维重建、牙列模型的光学扫描技术、根尖外科手术模拟、定位数字化导板制作以及图像拟合配准对比等数字化外科技术在显微根尖外科诊疗中的应用，选择需进行显微根尖手术的慢性根尖周炎患者，通过与传统显微根尖手术组的随机对照研究，探讨数字化导板辅助显微根尖手术的根尖切除精确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2018年8月至2019年8月于上海市口腔病防治院就诊需进行显微根尖手术的受试者20例。按照随机对照原则分为两组：试验组进行根尖周病变的可视化三维模型建模、手术模拟并设计打印手术导板，在其引导下完成手术；对照组进行常规手术评估设计完成手术。两组手术均由同一治疗小组医生完成手术。患者知情同意，研究经过医院伦理委员会通过。

纳入标准：(1)患牙符合显微根尖手术适应证,包括：①根管治疗或再治疗失败的患牙；②无法或不能进行根管再治疗的患牙(如根管治疗后已桩冠修复)；③解剖变异的患牙；④发生根管治疗并发症(穿孔、器械折断超出根尖孔、严重超充等)，非手术治疗失败的患牙。(2)根尖周病损直径小于6 mm。(3)年龄18～45岁，无全身系统性疾病。(4)患者知情同意。

排除标准：(1)可通过根管治疗或根管再治疗治愈的根尖周病损。(2)患牙伴发严重牙周病或根折。(3)患牙为无保留价值的残根。

1.2 材料和设备

CBCT(芬兰，层厚0.15 mm)，激光扫描仪(3Shape公司，丹麦)，Mimics Research 20.0软件(Materialise公司，比利时)，Geomagic Studio软件(3D System公司，美国),Freeform Plus软件(3D System公司，美国)，硅橡胶印模材料(3M ESPE公司，德国)，iRoot bp(Innovative BioCeramix公司，加拿大)。

1.3 治疗方法

1.3.1 扫描数据获取 采用硅橡胶印模材料制取患者牙列印模并通过石膏灌模获得患者的牙列石膏模型。激光扫描仪扫描模型，并以 STL 格式导出保存。

1.3.2 建立根尖周病变的可视化三维模型及导板设计制作 患者术前拍摄中视野CBCT(图1)，获得的医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)数据导入Mimics Research 20.0软件进行图像分割和三维重建。在Mimics Research 20.0软件中利用阈值分割建立根尖周疾病骨质破坏区三维重建模型。利用Geomagic Studio软件分割上下颌骨，并与激光扫描的牙列模型配准融合，将模型以STL格式保存导出。将配准融合的颌骨-牙列模型及根尖周疾病骨质破坏区三维重建模型共同导入Freeform Plus软件，进行病变范围三维数据及体积、颊舌侧牙槽骨的厚度、与邻牙的距离等数据的测量，设置颌骨-牙列模型透明度，建立根尖周病变的可视化三维模型(图2A)。根据测量数据确定需要切除的根尖区域，为了减少微渗漏，也减少对根尖侧支根管的遗漏，要将导板设计成可以垂直于牙体长轴完整切除根尖3 mm的定位导板(图2)，在导板上标记患牙外形，提示牙根位置及方向，导板上部设置软组织牵开遮挡，用于术中牵开固定软组织瓣膜，避免暴力牵拉造成损伤。

A：冠状面；B：矢状面；C：水平面

1.3.3 术前准备及3D打印手术导板试就位 3D打印导板(图3)，术前试戴确认合适后进行低温消毒灭菌。

1.3.4 3D打印手术导板引导下微创根尖外科手术 常规消毒铺巾，1.7 mL阿替卡因局部浸润麻醉，显微镜下切开翻瓣，用龈瓣牵引器暂时牵开黏膜骨膜瓣，将导板固定于牙列位置，确定去骨定位板位置，在导板的引导下，去除骨组织， 生理盐水连续冲洗术区暴露牙根，根据截根导板的参考，选用高速球钻垂直于牙体长轴完整切除根尖约3 mm。选择合适的刮匙，刮除根尖周病变组织，对术区进行有效的止血、清洗和染色，在显微镜高放大倍率下检查根尖切面，显微镜下进行超声倒预备，检查确认根管壁无任何牙胶或碎屑残留之后彻底止血并干燥术区，用iRoot bp进行充填，镜下确定根尖严密充填，0.9%生理盐水再次冲洗根尖和骨腔，骨粉填充骨腔，胶原膜覆盖骨腔，将黏骨膜瓣复位缝合关闭创口(图4)。试验组按照上述操作进行根尖周病变的可视化三维模型建模、手术模拟并设计打印手术导板，并在其引导下完成手术，对照组进行常规手术评估设计完成手术。两组手术均由同一治疗小组完成。

A：左上颌第一磨牙及病损区三维重建；B、C：根尖手术的术前虚拟导板设计；D：3D导板组成

A：3D打印导板俯视图；B：3D打印导板正视图；C：3D打印导板引导根尖切除部分

A：术区翻瓣；B：导板准确就位；C、D：去除骨皮质；E、F：在根尖切除导板引导下选用高速球钻垂直于牙体长轴截根；G：iRoot bp进行倒充填；H：骨粉填充骨腔，胶原膜覆盖骨腔

1.4 精确性评估

为了量化该手术的临床有效性，将结果分为成功和失败。定义如果牙根切除路径的终点在距离根尖4 mm以内为成功，大于4 mm为失败，比较两组患者手术成功率。

对患者根尖切除后1、3、6个月进行临床检查和根尖片拍摄，以临床症状消失、X线片示病损改善定义手术成功，比较两组患者临床成功率。

1.5 统计学方法

应用SPSS 20.0软件进行统计学分析。采用相关分析检验同一操作者3次测量之间的可重复性。采用独立样本t检验方法，对比试验组和对照组根尖切除偏差量。采用Fisher精确检验对比两组患者成功率，P<0.05为有统计学意义。

2 结 果

20例显微根尖手术患者年龄为18～45岁，13例为前磨牙，7例为前牙(试验组前磨牙6例、前牙4例，对照组前磨牙7例、前牙3例)，其中8例已行冠修复或桩冠修复，均因根管治疗后咬合不适就诊，术前根尖周病损直径小于6 mm，颊侧骨板完整或缺损直径小于2 mm。

Kolmogorov-Smirnov检验证实了两组患者根尖切除偏差量、根尖定位偏差量是正态分布的，采用独立样本t检验进行比较，试验组根尖切除偏差量(0.82±0.16)mm，对照组根尖切除偏差量(1.89±0.61)mm，差异有统计学意义(P<0.05)，试验组根尖切除精确性优于对照组。试验组根尖定位偏差量(0.23±0.12)mm，对照组根尖定位偏差量(1.32±0.59)mm，差异有统计学意义(P<0.05)，试验组根尖定位精确性优于对照组。采用Fisher精确检验对比两组患者根尖切除量成功率，试验组患者手术成功率80%，对照组手术成功率10%，差异有统计学意义(P<0.05)。采用Fisher精确检验对比两组患者临床预后成功率，试验组患者成功率100%，对照组成功率90%，差异无统计学意义(P>0.05)。影像学检查(图5)显示根尖暗影缩小，并有牙周膜的形成，提示骨缺损开始修复，预后较佳。

A：术前；B：术后1个月；C：术后3个月；D：术后6个月

3 讨 论

根尖外科手术通常应用于根管治疗或再治疗失败的病例，或严重的根管解剖变异等。本研究通过前瞻性随机对照试验探究数字化导板辅助显微根尖外科手术的精确性，发现导板可有效控制术中去骨及根尖切除的位置、大小、方向和角度，减少根尖手术中骨组织的损伤，降低术中及术后并发症，提高患者舒适度。尤其是当覆盖于病损区表面的骨质致密而完整时，在传统显微根尖手术中需去除近根尖处的骨质至根面暴露，然后沿着牙根的走向去骨直到根尖暴露来确定患牙根尖和病损区的位置，导致了根尖区软硬组织的损伤，数字化导板可精确定位根尖病损，将计算机模拟的手术方案转移至术中，从而实现精准、微创、快速及简单等特点，显示了巨大的优势及应用前景。此外，通过数字化设计，导板本身还可作为软组织牵开器，用于术中牵开固定软组织瓣膜，避免暴力牵拉造成医源性软组织损伤。

Fan等[20]在大体样本上的研究发现，利用网格定位引导根尖切除偏差为(0.66±0.54)mm，无引导组切除根尖偏差为(1.92±1.05)mm。Ackerman等[21]在大体样本上的随机对照研究发现，3D打印导板辅助下根尖切除偏差为(1.473±0.751)mm，无引导组根尖切除偏差为(2.638±1.387)mm。以上数据表明本试验结果与导板应用于大体标本时根尖切除的偏差相近，数字化导板可引导术者精确切除根尖病变，提高手术精度，使术区周围软硬组织的损伤最小化，减小手术风险，最大程度降低术中及术后并发症，提高手术成功率。

在临床中根尖切除往往容易出现切除量过大，在术中使用骨粉骨膜的情况下6个月内大部分根尖病损也可改善，而患牙的牙根切除量过大对于冠根比例、长期使用的生物力学产生不利影响，可能会影响患牙的长期预后，本试验设计主要研究数字化导板辅助下根尖切除的精确性，随访期较短，对于患牙临床成功以及长期预后评价的参考意义有限，本课题组后续将进行患者的长期随访进一步对比分析。

通过数字化导板辅助根尖手术主要具有以下优势：①可视化：建立根尖周病变的可视化三维模型，可在数字化软件中进行三维可视化观察，也可将模型3D打印实体化，不仅帮助术者更直观地了解病变区域信息，还有利于良好的医患沟通，减少医患矛盾。②微创：手术导板实现术中精确定位，在其引导下以最精确最安全的路径切除根尖病变，避免磨除过多骨组织及损伤下牙槽神经、上颌窦等重要解剖结构。③精准化：3D打印手术导板可有效控制根尖外科手术中去骨及截根切除，提供根尖病变区的位置、大小、方向、及去骨截根角度和深度的参考，符合精准医学的发展趋势。④增加手术适应证：传统根尖周手术中由于受到手术视野等条件限制无法保留的患牙，例如根尖区舌腭面牙根纵裂，数字化导板辅助微创根尖外科手术提供了保留的可能性。⑤用于教学及术前训练：通过3D打印技术实现根尖周病变模型的实体化，可用于教学及术前模拟训练。

根尖手术中患牙根尖和病损区的定位和精确的去骨操作一直是显微根尖手术的难点。数字化导板辅助显微根尖手术，可精准定位切除根尖病变，将术前设计转移至术中，实现根尖周病变的精准和微创手术。