數字化堆積導板中截骨導板引導后截骨量的即刻精度研究

盧嘉儀 余嘉怡 解晨陽 高靜 于海洋

口腔疾病研究國家重點實驗室國家口腔疾病臨床醫學研究中心四川大學華西口腔醫院口腔修復科，成都610041

近年來，種植固定修復已經成為牙列缺損和牙列缺失患者的熱點臨床方案。隨著即刻拔除、即刻種植、即刻修復技術（簡稱 “三即” 技術）的普及應用，“當天手術，當天戴牙” 的理念獲得越來越多患者的青睞。如何同期精準地在術區映射復制術前截骨目標骨平面、正確種植位點和臨時修復體預設就位，是 “三即” 種植修復技術的關鍵。其中，通過精準截骨獲得目標骨平面是獲得正確種植位點和上部目標修復體的基礎，也是堆積導板整體精度控制的重要基礎。

臨床上常用的截骨方法包括：徒手目測截骨和牙周探針測量引導截骨等。徒手截骨是指使用骨銼、骨鑿、金剛砂球鉆、超聲骨刀等輔助工具，在肉眼觀察下完成截骨操作[1]，徒手截骨精準度較低，且極度依賴醫師的個人經驗，裸眼操作增加了鄰近重要解剖結構如神經血管損傷等并發癥的風險，術后效果可控性低。Carpentieri等[2]介紹了一種通過牙周探針測量修復空間的方法，Faeghi Nejad等[3]用這種牙周探針測量法指導截骨獲得了更精準的截骨效果；但該方法仍通過肉眼觀察測算修復空間，衡量骨平面角度、確保截骨平面跨牙弓對稱平整比較困難。

在數字化設計和三維打印技術日益廣泛地運用于口腔種植修復之際，數字化堆積導板集成指導術中精確截骨、正確位點種植和上部即刻修復三大功能于一體，整合多導板信息，分層轉移術前虛擬設計，分步指導術中難點操作，被證實能有效簡化手術操作、縮減手術誤差。Li等[4]介紹了數字化堆積導板的設計流程與臨床應用。其中數字化堆積導板的第一層導板——數字化截骨導板，通過引導精準量化的截骨操作，為后續種植體的正確位點和最終修復體的修復空間提供了保障[5]。近年來，在四肢骨截骨矯正術或關節置換術中，數字化截骨導板的應用獲得了理想的精確度。然而，數字化堆積導板中截骨導板的截骨精確度尚缺乏臨床討論。

因此，本研究通過設計并打印數字化堆積導板，將個性化堆積導板應用于種植固定修復臨床，初步評價其中數字化截骨導板引導下的即刻截骨精度。

1 材料和方法

1.1 病例選擇

選擇2018 年11 月—2020 年1 月于四川大學華西口腔醫院修復科就診的4例無牙頜患者，其中上頜2 例，下頜2 例，年齡43～57 歲，平均50 歲，根據診斷，患者被告知活動義齒及種植固定修復等治療的方案、費用、周期及可能并發癥，并最終選擇種植固定修復方案。納入標準：1） 年齡＞18歲；2） 牙槽骨代償性增生或骨面不平整，需要進行截骨操作者；3） 無全身系統性疾病；4） 患者能耐受種植手術并能積極配合手術治療。排除標準：1） 未經控制的牙周疾病或口腔內有其他急性炎癥；2） 有不可控的糖尿病和其他系統性疾病；3） 患者或患者家屬拒絕簽署知情同意書。

1.2 術前設計

1） 上下頜錐形束CT （cone beam CT，CBCT）數據的獲得：囑患者佩戴三維打印或舊義齒改良的放射導板拍攝CBCT （Kavo 公司，德國），患者在掃描過程中，頭部處于直立的位置，上下頜自然咬合至放射導板事先確定的正中關系位。然后單獨拍攝放射導板獲得CBCT數據，將CBCT原始數據轉化為DICOM 格式文件，導入BlueSky 4.5.9軟件（BlueSky 公司，美國） 中生成上下頜骨三維立體模型，擬合放射導板的三維圖像[6]。

2） 口掃數據的獲得和虛擬蠟型的制作：運用3Shape Trios 3D掃描儀掃描患者口內上下頜后，導出STL 數據文件備用，將口掃數據STL 格式導入Exo CAD 2016 軟件（Exocad GmbH 公司，德國），綜合考慮患者的主訴、美學線面關系設計和功能咬合等因素，進行數字化虛擬診斷蠟型的設計。以數字化虛擬診斷蠟型的設計，指導臨時修復體的正確位置。在Bluesky 軟件內，擬合數字化虛擬診斷蠟型和上下頜CBCT 數據，以最終美學效果為導向，計算目標修復牙位的上頜或下頜骨面到預設咬合平面的最小距離，即骨面目標修復空間高度（bone level vertical height of target restorative space， BVTRS），根據B-VTRS 和選定的種植固定修復類型，初步確定預設骨平面的位置，選擇骨水平種植體BLT （Straumann 公司，瑞士） 進行種植體位點的設計。虛擬診斷蠟型和虛擬種植體位點設計完成后，將虛擬設計的數據導出為STL數據格式。

3） 數字化堆積導板的設計和制作（圖1）：將包含診斷蠟型和正確種植位點設計的虛擬設計數據導入Geomagic Studio 2013 軟件（Geomagic 公司，美國），綜合設計咬合平面的位置和B-VTRS，獲得正確截骨平面（圖2），設計數字化堆積導板的第一層——截骨導板，并根據固位需要在截骨導板的邊緣預留出不同數量骨釘導管的空間。根據虛擬種植正確位點設計數字化種植導板，通過添加輔助機械嵌合結構使數字化堆積導板的第二層——種植導板連接到截骨導板之上。基于數字化虛擬診斷蠟型，通過預留軟組織及臨時基臺穿出的空間，添加輔助機械嵌合結構，設計數字化堆積導板的第三層——臨時修復體。

圖1 數字化堆積導板的設計Fig 1 Digital stackable templane design

圖2 數字化截骨導板的設計Fig 2 Preoperative alveolar bone reduction guide design

設計完的數字化堆積導板數據傳輸到3D 打印機，通過3D 樹脂打印或者金屬打印成型數字化堆積導板。此外，將上下頜骨三維模型進行三維打印，然后在口外將數字化堆積導板試戴到上下頜骨的三維模型上，檢查數字化堆積導板的密合性和穩定性。

1.3 手術過程

患者術前含漱復方氯己定溶液，術區常規消毒鋪巾，局部浸潤麻醉，拔除患牙，清除周圍肉芽及炎癥組織，翻瓣，試戴數字化堆積導板，檢查導板的穩定性、與牙槽骨的密合性以及與術前設計的一致性，確認數字化堆積導板的截骨導板層準確無誤后，完成截骨操作。在數字化堆積導板的種植導板引導下，依次完成種植窩洞的預備和種植體的植入。復位軟組織瓣，縫合。最后在截骨導板上錨定臨時修復體，確認就位無誤后，完成即刻臨時修復（圖3）。

圖3 數字化截骨導板的臨床應用Fig 3 Clinical usage of alveolar bone reduction guide

1.4 術后即刻的臨床效果評價

所有患者術后即刻拍攝CBCT，并導出DICOM格式。根據術前預設截骨平面，導出模擬截骨后三維圖像的STL格式。將術前、術后2個文件導入Geomagic Qualify 2013 軟件（Geomagic 公司，美國） 和Materialise 3-matic14.0軟件（Materialise NV公司，比利時） 擬合比對（圖4），生成截骨偏差的三維圖像。測量指標包括：1） 截骨預設量和實際量的體積偏差；2） 預設截骨與實際截骨的位移偏差，在擬合后截骨偏差三維圖像上隨機選取50個測量點，4 名患者共200 個測量點，對偏差量數據進行箱狀圖統計分析，測得位移偏差數據的散點圖，并繪制回歸曲線（圖5）；3） 預設截骨平面與實際截骨平面的角度差異，預設截骨平面角度偏差量為0°，采用SPSS 25.0 進行描述性分析并繪制柱狀圖（圖6）。

圖4 虛擬截骨與實際截骨擬合偏差測量圖Fig 4 The discrepancy measurement between virtual bone reduction and real bone reduction

圖5 截骨位移偏差量的散點圖、回歸曲線及箱狀圖Fig 5 Scatter plot, boxplot and regression line of the discrepancy deviation between virtual bone reduction and real bone reduction

圖6 預設截骨與實際截骨的體積偏差、位移偏差和角度偏差的平均值的柱狀圖Fig 6 Histogram of the mean values of the volume, displacement, and angle deviations of virtual osteotomy from actual osteotomy

2 結果

所有患者均順利進行術中截骨，并行即刻種植和即刻修復。4 例患者對術后效果均表示滿意，術后2周拆線時未見術區腫脹或感染情況。術前預設截骨與術后實際截骨擬合情況見表1。使用Geomagic Qualify 測量預設截骨和實際截骨的體積偏差，結果顯示：4 例患者的平均體積偏差值為492.94 mm3，占預設截骨量的21.21%；其中，上頜的截骨偏差量的平均值為837.13 mm3，占預設截骨量的31.25%；下頜截骨導板的截骨偏差量的平均值為148.76 mm3，占預設截骨量的6.22%，上下頜的截骨體積偏差存在差異。4例患者的位移偏差絕對值的平均值為-0.024 8 mm；由圖5 可見，位移偏差量的平均值及離散范圍存在差異，但散點集中趨勢很好，回歸曲線的方程y=-0.003 7x+0.350 3，與理想曲線y=0 非常接近。使用Materialise 3-matic 測量預設截骨和實際截骨的角度偏差，結果顯示，預設截骨和實際截骨的角度偏差范圍為1.39°～10.52°，平均角度偏差值為6.03°。綜上說明，數字化堆積導板中截骨導板具有較高的截骨精度。

表1 預設截骨和實際截骨的體積、位移偏差和角度偏差Tab 1 The volume, displacement, and angle deviations of virtual osteotomy and actual osteotomy

3 討論

本研究發現，數字化堆積導板中截骨導板引導下術前術后截骨的體積偏差、位移偏差和角度偏差均存在差異，但可以接受，證實了采用數字化截骨導板實現安全有效、精準截骨是可行的。

數字化堆積導板是基于數字化導向技術的精度控制能力提升后，集量化截骨、種植引導、即刻修復多功能于一身，可以大幅提高術區操作的精確度，縮短醫生操作時間并優化患者治療體驗。數字化堆積導板在分層導板的引導下，確定以截骨導板層為基準的定位平面，實現其余各層導板的被動就位，節省了術中導板再定位的時間，術者依據虛擬設計的方案順序即可完成即刻種植即刻修復的全流程操作。此外，有學者[3,7-9]通過在數字化堆積導板添加剛性連接設計，可以避免數據重復配準造成的誤差，減少因黏膜移位導致的導板再就位的誤差，有效提升高難度種植手術的精準度，同時保障手術的安全性。

數字化堆積導板中截骨導板引導精準截骨，從而獲得目標骨平面，是后續種植體的正確位點和最終修復體的修復空間的基礎。本研究結果證實，在數字化堆積導板中截骨導板的引導下，4例患者術后截骨與術前預設值的體積偏差、位移偏差和角度偏差可接受。Costa等[9]論證了數字化截骨導板用于創造理想冠高度空間的安全性及有效性，與本研究結果相符。因此，對于多步驟復雜種植固定修復的病例，數字化堆積導板中截骨導板引導的截骨操作，量化可控、截骨效果精準高效。本研究中，不同截骨部位及導板材料的術前術后差異值偏差較大，說明術區部位及導板材料可能是影響數字化堆積導板精確度的因素。El Kholy等[10]測試了不同缺失牙位及范圍的數字化種植導板的穩定性，結果顯示，其穩定性存在差異，這提示不同術區部位的數字化堆積導板設計，可能通過干擾穩定性影響精確度，實際相關性仍需后期實驗論證。

數字化堆積導板應用于涉及多牙位種植修復、骨形骨量不理想的復雜病例有顯而易見的優勢，適用于以下情況：1） 無牙頜呈刃狀牙槽嵴或者全口牙計劃拔除的病例；2） 術區牙槽骨代償性增生或骨面不平整；3） 術區鄰近重要的組織結構如上頜竇、下頜神經管等；4） 累及3 個或3 個以上多牙位點即拔即種。數字化堆積導板中截骨導板層是第一層導板，亦即堆積導板定位平面層，因此截骨導板層的數字化設計尤為關鍵。設計前需要收集的資料包括：微笑線的牙齦暴露量、上唇長度、骨形和骨量、骨面目標修復體空間[9,11]。術前設計診斷蠟型，設定最終修復體邊緣，參考微笑線和上唇長度進行邊界設定，初步確定正確截骨平面的位置。有研究[11]認為，在涉及前牙美學尤其是全口種植固定修復的病例中，最終修復體的邊緣線藏于微笑時，最大牙齦暴露量根方可滿足普遍的審美。在截骨導板層設計的四大因素中，BVTRS 是決定數字化設計截骨水平線的理論關鍵[12-13]。B-VTRS 即骨面到預設咬合平面的目標修復體空間，其數值由目標修復體的類型和材料決定。對于種植支持式固定修復體，當B-VTRS大于15 mm 時，種植支持式上部修復體可選擇金屬橋架支持式丙烯酸修復體；當B-VTRS 在13～15 mm之間時，可選擇烤瓷修復體；當B-VTRS 為11～13 mm 時，可選擇一體式切削氧化鋯[2,11]。截骨導板層預設的預設骨平面是數字化堆積導板的定位平面，確立了導板骨性支持的剛性基礎。

數字化堆積導板技術完美地展現了多源數據配準聯合數字化導向設計技術的優勢，然而數字化堆積導板的設計步驟繁多，數據獲取、數據配準、導板設計與加工、手術處理諸多步驟累積的總偏差，會影響數字化堆積導板的精確度，目前有關數字化堆積導板精確度的影響要素尚無定論，后期仍需要大樣本的臨床試驗來驗證其影響因素及準確度。總的來說，數字化堆積導板是一項可以簡化多步驟復雜種植手術操作的多合一數字化分步導向技術，是一種值得推廣、精準可量化的臨床創新技術。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。