数字化导航技术在显微根尖手术中的应用与进展

【作 者】 杨颖，董红

湖北医药学院附属东风口腔医院，十堰市，442000

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近年来，随着现代微创理念的不断深入，锥体束CT（cone beam computed tomography,CBCT）、计算机辅助设计/计算机辅助制造（computeraided design/computer-aided manufacturing,CAD/CAM）技术、动态导航（dynamic navigation）技术等各类新兴技术在牙体牙髓领域广泛应用，为临床操作简便化、精确化、安全化等起到了重要作用。数字化导航技术在牙髓治疗中，依照引导方式的不同可分为静态导航牙髓治疗（static guided endodontics,SGE）及动态导航牙髓治疗（dynamic guided endodontics,DGE）。下面将介绍动静态导航技术在显微根尖手术中的应用现状，并结合临床病例和体外研究对其准确性和应用价值进行分析。

1 SGE用于显微根尖手术

2016年，靶向显微根尖手术（targeted endodontic microsurgery,TEMS）的概念被提出[1]，TEMS指静态导板辅助下使用手术显微镜（operating microscope,OM）去除根尖孔外感染物并使用生物充填材料封闭根尖部，在感染根管和根尖周组织间形成屏障而实现愈合的根尖外科手术，属于SGE范畴。SGE借助CAD/CAM技术，通过CBCT成像获取患者骨骼和牙齿位置的空间信息，结合扫描技术显示患者软组织解剖结构，使用三维重建软件将患区数字再现，通过三维打印技术制作手术导板，从而辅助完成静态导航牙髓治疗，如髓腔闭塞牙的微创开髓导板、钙化根管牙根管通路定位导板[2]、自体牙移植的三维打印模型牙和移植导板[3]、靶向显微根尖手术的定位导板（见图1）等，为临床操作带来极大便利。

图1 3D打印导板术区就位图像Fig.1 Image of the 3D guide plate in place in the operative area

1.1 3D打印导板

早在20世纪80年代，3D打印技术已开始应用于牙科领域，3D打印技术作为一种增量制造（additive manufacturing,AM）技术，基于计算机构建三维模型，通过材料逐层铺设转变为实物模型，广泛应用于组织工程和再生医学、解剖模型和药物输送等[4]。人们已研发了多种3D打印技术[5]，其中熔融沉积成型（fused deposition modelling,FDM）、立体光固化成型（stereo-lithography appearance,SLA）、多喷工艺（polyjet process）、立体喷墨打印法（threedimension printing,3DP）、选择性激光烧结（selective laser sintering,SLS）等具备成型精度高、成型速度快、力学性能佳等优势，已成为目前增量制造技术中使用最广泛的技术之一。

在SGE的相关报道中，导板打印材料多选用医用树脂，这样做出来的树脂导板强度适中，但存在散热不理想、变形等问题；也有国内学者采取FDM技术，选择聚乳酸作为打印材料[6]。此外还有丙烯酸材质[7]，这类导板强度稍差，还有学者设计了新型金属根尖导板[8]，这种导板具有更高的精准性，然而成本高，加工工艺复杂。

1.2 临床操作流程

SGE用于显微根尖手术时（见图2），先在软件中重建根尖病损，依照根尖手术标准设计车针长度、直径、导环方向、大小等，术前虚拟规划路径可与术后影像数据拟合匹配，便于验证去骨截根的精准度。

图2 SGE临床流程Fig.2 Clinical flow chart of SGE

1.3 临床应用

传统根尖手术的难点主要有：①根尖的定位。若无瘘管提示病变起源区域，手术须去除大量骨质以定位感染根尖，增加了术后疼痛、感染及神经损伤的风险；②精准切除根尖，根尖切除量为3 mm，形成垂直于根管长轴的切割斜面，此时根尖分歧（apical ramification）去除量可达98%，侧支根管（lateral cana1）去除量可达93%，能最大限度地减少细菌通过牙本质小管渗漏的可能性[9]；③保护毗邻重要解剖结构。上颌根尖手术往往受上颌窦、腭大神经血管束的限制，下颌颊侧皮质骨较厚，受下牙槽神经或颏孔等限制，且下颌第一磨牙存在独立远舌根可能性[10]，因此传统自由手（free hand,FH）下显微根尖手术要避开各部位重要解剖结构以实现精细截根，操作难度较大。

为解决术区定位，2007年，PINSKY等[7]首次报道了SGE用于根尖手术，导板组顶点偏移仅为0.79 mm，低于自由手组的2.27 mm，可见SGE对于根尖术区定位较为准确。2016年，杨雪超等[11]发表了国内首例SGE用于显微根尖手术病例，借助导板精准定位病变根尖区，减少了骨创伤。其后可见多个相关病例报道[12-13]，均取得了良好的预后。

SGE在复杂病例中也同样适用。2018年，GIACOMINO等[14]用3D导板从腭侧入路完成了上颌磨牙腭根的根尖外科手术，避开了腭大动脉，同时借助导板在腭侧黏膜压迫形成出血点制取腭侧黏膜全厚瓣，用于术后的组织瓣移植，封闭术区、减少创伤而促进愈合。2019年，POPOWICZ等[15]在3D导板下同期完成皮质骨开窗和患牙根尖切除，避免了上颌窦的损伤。2021年，BENJAMIN等[16]发表了3例分别与腭大动脉、副颏神经血管束、上牙槽后动脉等结构毗邻的根尖周炎病例，应用3D导板降低了并发症的风险，提高了复杂病例的可预测性。牙根纵裂（vertical root fracture,VRF）指起始于牙根的纵向折裂，折裂纹可沿牙体长轴扩展至冠部，预后较差，常采取牙半切术、牙再植术或拔除方案，LI等[17]报道了一则上颌前磨牙VRF使用TEMS的病例，术后测量实际偏差小于0.5 mm。

SGE最初应用于根尖外科的目的是提示病变部位与范围，所以骨开窗器械多为裂钻、球钻、种植先锋钻、超声骨刀等，然而使用超声骨刀切割效率不高，耗时较长，且当骨窗范围较大时易增加手术风险。受种植手术的提示，2018年GIACOMINO等[14]创新性地将导板的钻针改为环钻（见图3），随后多个病例均采取了环钻行SGE，甚至为进一步缩减手术时间，同期进行了骨开窗术与根尖切除术[15-16]，借助导板，开窗骨块还可用于术后的术区覆盖，结合引导性骨再生（guided bone regeneration,GBR）技术，减少愈合过程中的硬组织吸收，还有学者[18]借助导板选用直行切口到达术区，避免了软组织的退缩。手术环钻一般为种植取骨环钻，环切深度需目视标记线来控制，可能会引起位移误差，存在过度预备的风险，为解决这一问题，ANTAL等[19]设计了带有制动装置的环钻以减少过度穿透造成的骨缺损。

图3 3D打印导板切除根尖图像Fig.3 Image of 3D guide plate for root-end resection

1.4 准确性研究

2021年，李佳洋等[20]进行了一项临床随机对照研究，将20例患者分为SGE组和自由手显微根尖手术组，试验结果显示试验组的平均偏差明显小于对照组。多项体外研究也表明，无论年资高低SGE均有较高准确性，相比传统自由手下显微根尖手术，在精准定位、降低去骨量、缩短手术时间，精准把控截根长度角度等方面具有明显的优势（见表1）。

表1 TEMS精确性的体外研究Tab.1 In vitro studies on the accuracy of TEMS

2 DGE用于显微根尖手术

DGE技术借助计算机辅助导航系统软件，将虚拟手术计划、目标手术区、操作手机匹配，在显微根尖手术中使用运动跟踪系统，通过光学追踪摄像机捕捉器械及患者的反馈器信号，结合术前锥体束CT数据重建的手术区域，借助系统软件的计算功能转化为虚拟图像，提供实时动态和视觉反馈，从而便于术者顺利完成手术。DGE的运动跟踪系统包括机械、光学、超声和电磁等运动追踪方式[21]，其中光学追踪系统应用较为普遍，可以较为准确地反映术区情况和器械方向、深度等信息，以便指导术者准确施行手术并根据术区实际情况及时调整[22]。如今该技术被运用于各个口腔领域，如种植修复治疗、正颌外科治疗、肿瘤切除术等，在牙髓病学领域，动态导航可用于微创开髓、钙化根管疏通、折断根管器械的取出、根尖外科手术、引导性骨内注射麻醉[23]、根管内纤维桩去除[24]等。

2.1 临床操作流程

临床中使用DGE进行根尖手术，首先需要拍摄术前CBCT和进行口内扫描，获取患者数据，导入动态导航软件中，对患者的解剖结构精细重建，可提前在软件中设计手术入路，对于虚拟路径进行数据的匹配，在拍摄CBCT时需要患者口内佩戴带阻射标记功能的固定器，术中完成手机和患者术区标记点配准（marker-based），通过软件的三维可视化功能，可以精确定位钻头的位置和角度，并在显示器上实时显示，有助于术者实时监控并及时调整误差，在实时反馈中，术者可以顺利定位并完成根尖切除术。

2.2 临床应用

目前，DGE应用在显微根尖外科中的文献较少，导航系统多采用种植导航系统，2019年，GAMBARINI等[29]报道了国际上第一例运用动态导航系统引导的根尖外科手术病例，手术运用Navident动态导航系统在45 min内顺利完成根尖手术，术区骨皮质开窗范围小，根尖切除长度与角度控制精确。2020年，夏娟等[30]报道了国内第一例动态导航引导下的根尖手术，术中借助IRIS-100导航系统，对一右上侧切牙顺利进行了根尖骨皮质去骨和根尖切除术。根尖手术的成功要综合考虑患区位置、病变大小、根尖形态与邻近组织的位置关系等，动态导航手术器械相对较短，对于后牙区患牙或张口受限患者也适用。此外，整个手术过程术者可以保持中性体位，可有效缓解术者的疲劳，可视化的手术过程也可以记录，用于学习观摩和学术交流。

2.3 准确性研究

2021年，DIANAT等[31]在尸体颌骨上分别完成了DGE及FH根尖手术，研究纳入了40个牙根，DGE组钻孔深度为5.31f 1.82 mm，FH组为4.56f 1.02 mm，DGE组总体偏差、长度偏差、角度偏差均低于FH组，DGE组平均操作时间为212 s，短于FH组的536 s，不完全根端切除、邻近结构受损等失误发生次数也较少，而FH组在上颌第一磨牙根端切除术中发生了1例上颌窦穿孔，由此可见DGE用于根尖手术减小了截根偏移值，提高了手术效率。另有学者在3D打印外科颌骨模型上进行骨内麻醉试验[23]，研究纳入了54个根尖注射部位，分别在自由手和Navident动态导航系统引导下对根尖区钻孔以模拟骨内麻醉，通过术前模拟路径和术后滞留套筒的影像对比，分析模拟与实际手术路径的差异，结果显示DGE组未发生穿孔，而FH组的牙根穿孔率高达22%。

传统非OM辅助的根尖手术由于技术敏感性，成功率为40%～90%，变化范围差异较大。OM引入根尖的优势主要有：①放大术区，便于观察微小重要的解剖结构，如根尖部侧支根管、牙根表面的裂隙、穿孔等；②根尖使用亚甲蓝染色后，可确定骨组织和根尖的界限。YOO等[32]对225个行自由手显微根尖手术病例进行了长达5年的回顾性队列研究，总体治愈率为80.5%。一项Meta分析研究显示，显微根尖手术成功率为传统非OM辅助根尖手术的1.58倍[33]。然而以上研究在病例筛选时，部分复杂病例未纳入手术适应证。

动静态导航技术引入根尖手术后，一方面有助于促进年轻医师对复杂术式的快速掌握，另一方面进一步拓宽了手术适应证。BUNIAG等[34]在2021年进行了一项回顾性临床研究，由年轻住院医师完成了24例SGE病例，一年后成功率高达91.7%，其中70.8%的病例具备解剖学上的复杂性。根据上述病例报道[11-16]，SGE辅助下显微根尖手术，根尖区骨质去除直径平均为 4～5 mm，较传统根尖手术去骨的范围8～10 mm大大缩小。

目前尚缺乏大基数的DGE辅助显微根尖手术的病例，根据已发表的文献提示[23,29-31]，DGE具备可视化、个性化、精准化等特点，解决了导板遮蔽术野的问题，对开口度小的患者、后牙区的患牙也适用，拓宽了手术适应证，DGE手术时冷却水可以直达患区和手机钻针，在视觉实时反馈下，手术路线可以及时调整，手感也较静态导板更直接。综上，SGE与DGE用于显微根尖手术，均较传统自由手显微根尖手术有明显的优势，在口腔领域具有良好的应用前景。

3 总结与展望

SGE在保证根端切除长度和角度的同时降低了医源性的损伤风险，临床实际运用时需综合考虑导板支持形式、导板材质、患牙位置、车针类型等因素，不同条件下，准确性各异。导板与导向钻间间隙与摩擦力的存在，会导致钻针角度偏移，后牙区的钻针长度、导板体积过大时不适合开口度较小的患者。术前拍摄CBCT时患者若带有金属冠修复体，其金属伪影会影响三维重建影像精度，加之市面上尚无成熟的根尖手术导板数字化辅助设计软件，临床中导板制作时长周期、多环节可造成数据误差。研究显示，牙支持式导板的精确度优于骨支持式，而在临床应用时，黏膜的形态厚度、口腔前庭沟的深度会降低导板的贴合程度。以上均会对该技术的全面推广造成一定阻力。

在DGE前期准备中，CBCT精准性和患者解剖结构的稳定性可影响规划软件的三维重建效果，配准标记点不到位、术者操作熟练度与稳定度、软件路径判读与校准等因素都可能影响手术的精准性，存在定位失准的问题。此外，配准动态导航系统设备需要专门购置，仪器价格较高，因此目前尚未全面推广，存在一定学习难度，技术敏感性相对较高。另外，手术的准备流程较为复杂，术前CBCT的获取、导航设备的设置、术区的配准等准备环节的增加也容易造成误差率增加，其中主要包括影像数据匹配误差、软件设计误差和人为操作误差，降低了手术精度，因此动态导航技术在根尖外科中的普及同样需要时间。

未来应该加强医疗培训，提高医疗认知水平，强化各环节的标准，降低多流程误差，研发更具适用性的专业软件和具有应用潜力的新型打印材料，不断整合各部医疗资源，让动静态导航成本降低，相信医疗工作者会更倾向于数字化手术方式，动静态导航技术在显微根尖手术中也会得到进一步发展。