3D 打印技术在钙化根管治疗的应用*

薛 媛 李 霞

根管治疗术(Root Canal Treatment,RCT)是目前治疗牙髓病和根尖周病最常用的方法，而牙髓钙化却阻碍了原本畅通的根管通路，使根管治疗复杂化。当牙齿受到外伤、龋坏、磨损等刺激时，牙髓可能发生部分或完全钙化[1]，且随着增龄性变化及人口老龄化比例增加，牙髓钙化也将越常见[2]。研究表明，髓腔钙化后的牙齿发生牙髓坏死和根尖周病变的概率从1%到27%不等[3]，为了保存患牙，必须通过根管治疗消除炎症。据统计发现，钙化根管失败率高达20%～70%，主要因术中出现根管壁侧穿、台阶形成、器械分离、根折等并发症所致[4]。因此，如何准确定位钙化根管、获取根管预备通路成为临床急需解决的难题。使用传统治疗方法(如染色法、浸泡法、透照法等)寻找钙化根管的效率较低[4]。有研究显示使用显微镜辅助超声技术疏通钙化根管可将钙化根管疏通成功率提升至85.29%-100%[5-6]。但显微镜辅助超声技术存在术中操作时间长、技术敏感性高的问题，影响根管治疗的疗效。近年来研究表明，利用3D 打印技术设计出的3D 导板有助于准确定位和获取钙化根管预备通路，减少医源性损伤并保留更多的健康牙体组织，为牙髓钙化等牙体牙髓疾病的诊疗提供了新理念和治疗模式。本文介绍了3D 打印技术在钙化根管治疗中的临床步骤，并对其在实验和临床应用中的研究及展望进行综述。

1.3D打印导板在钙化根管治疗中的临床步骤

3D 导板是指根据术中需要而采用计算机辅助设计、3D 打印制作的具有引导作用的与口腔软、硬组织接触板，利用人体固定解剖部位确定位置并引导术者进行操作，用于术中准确定位点、线的位置、方向和深度，辅助术中精确建立孔道、截面、空间距离，避开重要解剖结构，可消毒包装的一种个性化手术器械。

1.1 3D 打印导板的设计 3D 打印导板定位和疏通钙化根管是以3D 打印导板为载体实现的。通过采集牙齿CBCT 三维数据和光学表面扫描数据，分别以医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)文件格式和最广泛开放式表面镶嵌语言(Surface Tessellation Language，STL)的数字格式保存。将两者的数据导入种植规划软件或计算机建模软件中，进行三维重建并多点配准，根据可视化的根管位置设计虚拟车针的方向和含套筒的导板，通过精确的导板设计引导精准通道制备[7]。

1.2 3D 导板的打印制作 将设计的导板以STL格式导入特定的3D 打印机中，逐层打印出实体模型。可用于制作手术导板的3D 打印技术很多，例如：熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling，FDM)、光固化成型(StereoLithography Appearance，SLA)、立体喷墨打印法(Three-Dimension Printing,3DP)、选择性激光熔融(SelectiveLaser Melting，SLM)或电子束熔融(Electron Beam Melting，EBM)技术等，每种3D 打印技术使用的打印材料、精度、加工时间、加工不同原材料的能力、产品强度、工作原理各不相同[8]。

1.3 3D 导板的定位 通过将3D 导板稳定固位于牙上，定位根管入路点，微创去除牙体组织，降低根管治疗的风险。

利用CBCT 三维成像系统和数字化设计软件针对患牙开髓及疏通钙化根管的虚拟路径进行设计，可最大程度保存牙体组织，并避免偏离方向导致的牙齿穿孔意外。3D 打印技术具有快速制造，易于获取，可以加工各种材料(金属，陶瓷，塑料、高分子树脂等)等优势。3D 打印导板辅助引导钙化根管疏通的临床应用流程见图1[9]。

图1 3D 打印导板临床应用流程

2.3D打印技术在钙化根管治疗中的实验研究

与传统技术相比，应用3D 打印导板引导疏通钙化根管的方法，可以精准定位钙化根管的位置和方向，并能保留更多的牙体组织。

2.1 影响3D 打印导板精度的因素 3D 打印导板的精度受钻直径大小、设计导板软件的不同、导板制作方法的不同及其他方面的影响。

2.1.1 钻的直径对精度的影响 Zehnder 等[10]研究了60 颗上颌前牙和前磨牙在3D 导板的引导下，使用直径1.5mm 钻疏通根管。结果显示，所有根管都可通过10 号锉到达根尖，术前设计的钻通路与术后的根管通路之间的平均角度偏差为1.81°，尖端偏差为0.17～0.47mm，尖端的偏差明显大于基底部。Concert 等[11]使用特定软件设计了直径0.85mm 的微小型钻，结果显示60 颗下颌前牙根管疏通成功率高达100%，平均偏离角度为1.59°，尖端偏差为0.12～0.34mm。可见使用直径小的钻所得出的角度和尖端偏差明显较小。在根管最细小的下颌切牙中，3D 打印导板配合使用微小型钻引导其根管预备可以保留更多的牙体组织，降低侧穿的风险。而Buchgreitz 等[12]通过使用离体牙的牙本质模拟根管钙化，在牙本质上设计钻(1.2mm)的引导通路，根尖用直径3mm 的牙胶做目标点，测量牙本质内钻径中心与根尖目标点的距离来确定导板的精度。结果显示48 颗离体牙中有38 颗牙到达了根尖目标点，与目标点的平均偏差为0.46mm，远小于设定值0.7mm。此实验使用牙齿自身的牙本质模拟钙化根管，而Zehnder 等[10]实验中离体牙为非钙化的根管，这可能是导致两者结果产生偏差大的原因。因沉积在根管中的钙化物比牙本质更柔软，会更有利于根管通路的建立。

2.1.2 导板的设计软件对精度的影响 不仅钻的直径影响精度，研究发现，设计3D 打印导板的软件也会对精度造成一定影响。Krug 等[13]通过3D打印的切牙模型模拟根管钙化，比较两种不同软件CoDiagnostiX(CDX)和Sicat Endo(SE)设计的导板在疏通钙化根管中的精准性。实验显示，CDX 软件的根尖偏差为0.25～0.54mm，成功率93.8%。SE 软件的根尖偏差为0.12～0.25mm，成功率为100%。表明这两种软件都能够准确、快速地定位和疏通钙化根管，但SE 软件在三维方向和角度的偏差明显更小，表明SE 软件更适合牙体牙髓治疗中根管导板的设计。

2.1.3 导板制作方法对精度的影响 不同类型的3D 打印技术的精度有所不同。一般FDM 的精度为350μm，SLA 是一种高质量的精确传感器(精度为25～150μm)。林捷等学者[14]用FDM 直接法和SLA 间接法制作导板，比较开髓通路(根管口至根中1/ 2)的精度。结果证实了SLA 技术的精度(尖端偏差为1.2mm±0.37mm)比FDM 技术精度(尖端偏差为0.30mm±0.22mm)更高。

也有学者提出了激光熔融数字化导板技术治疗钙化根管的方法，将CBCT 及三维扫描数据整合到计算机软件中设计开髓路径，并使用钴铬合金激光熔融法打印的导板指导完成了2 例前牙钙化根管的治疗，结果显示术后3 个月复查根尖暗影明显缩小。与使用上述技术打印导板的结果相比，术前设计的开髓路径和实际的开髓路径尖端的偏差与SLA 间接法相近，都优于FDM 直接法[15]。

2.1.4 其他因素对精度的影响 在一项体内实验中，Bucharest 等[16]对50 例牙髓钙化的单根牙患者的牙髓钙化程度、3D 打印导板引导下的预备精度进行了观察性研究。结果显示与下颌牙相比，上颌牙髓腔钙化的程度更大，最佳精度最常发生在下颌牙。且无论年龄、性别、牙髓钙化程度、有无既往治疗史以及之前是否尝试过疏通钙化根管，导向钻定位的路径都有足够的精度，其中以钻为中心的精度最佳。目前，对于这项技术仍缺乏标准化的实验研究和测量方法，且需要更大的人群研究和更长的随访时间。

2.2 牙体组织保留 与传统技术相比，3D 打印导板引导下的钙化根管疏通术能够保留更多的牙体组织。2019 年Concert 等[17]用3D 打印导板制作了六套相同的上下颌切牙模型(共48 颗)，并模拟了根管钙化。结果显示，3D 打印导板组的牙本质损失量(9.8mm3)仅为传统技术组(49.9mm3)的1/ 5，且用时短，疏通率(91.7%)比传统治疗组高出了50%。这一实验与Luciano 等[18]研究中上颌磨牙组的结果一致，3D 打印技术在磨牙根管治疗中能保留更多的牙体组织。而Luciano 等[18]下颌切牙组的结果显示3D 打印导板组与传统技术组治疗的结果没有统计学差异，可能与下颌切牙解剖结构和根管系统简单有关。是否因前牙多数为粗大的单根管而使3D 打印技术在牙体组织保留方面优势不明显，尚待大量实验研究分析。2020 年Xia 等[19]以前磨牙为例比较了3D 打印导板组和传统技术组治疗后的牙齿抗折性，结果显示两组无显著差异。造成两种结果差异的原因可能与牙位的选择有关。因此，对于3D 打印导板疏通钙化根管的抗折性也有待进一步研究。

3.3D打印技术用于钙化根管治疗的临床应用研究

与基础实验给出的数据相比，当面对临床中有症状且传统的方法难以定位和疏通的复杂钙化根管时，3D 打印技术是否准确与可行，也有学者做了大量临床应用方面的研究。

在临床中，3D 打印导板在前牙的应用已经取得了良好的疗效。Concert 等[20]报道了一例2 颗下颌中切牙因牙外伤导致根管中下2/ 3 钙化的男性患者，通过使用3D 打印技术(特别设计了直径0.85mm的微型钻)，在导板引导下顺利疏通钙化根管，术后2 周检查无叩痛并行根充治疗。Krastl 等[21]报道了一例右上中切牙钙化伴根尖周炎，仅在根尖1/ 3可见根管影像的患牙，在3D 打印导板的引导下准确定位并疏通了根管。治疗15 个月后，临床无不适症状。还有一些国内外学者，如吕晶等[22]、Claque 等[23]、Todd 等[24]也报道了使用3D 打印技术疏通前牙钙化根管，并获得成功的临床病例。可见使用3D 打印导板技术引导疏通前牙根尖1/ 3 钙化根管是准确可行的，为复杂根管治疗的难题提供了优选方案。

3D 打印导板不仅适用于前牙，也可用于前磨牙和磨牙的治疗。Maia 等[25]报道了三例牙髓钙化的患者，一例为左上第二前磨牙使用传统治疗术未疏通钙化根管转诊而来，两例为左上第一磨牙和右上第二前磨牙的根尖周炎(根管钙化)使用显微镜辅助超声器械疏通失败，三个病例改用3D 打印导板引导疏通钙化通路，顺利完成根管治疗。在术后15 天的随访中，所有患者均无临床症状，随访12个月后根尖周低密度影消失。虽然目前已有部分关于应用3D 打印导板疏通后牙钙化根管的报道，但由于套筒需要一定的高度(3～5mm)才能有效固定钻的方向[26],且需要配套使用特定的长钻，减少了后牙的操作空间，因此在临床中应用较少。有研究将体外设计好导板引导通路，用复合树脂转移至口内引导疏通钙化物，可减小所需的操作空间[27]。也有学者为了增加垂直空间，不使用套筒来引导钻的方向，而是在牙齿的颊舌两侧分别设计两个内径2.05mm 的圆柱形导轨。在手机上放置一个外径2mm，长度13mm 的固定头，操作时手机头上适配器沿着圆柱形导轨向下指导疏通根管的方向，并在导轨上增加了一个安全止损装置，以防止破坏根尖。结果显示在上颌第一前磨牙根尖周炎(根管钙化)患牙，使用直径1mm 的钻在无套筒的3D 打印导板指引下顺利疏通并成功治疗钙化根管，1 年后复查X 线片示根尖低密度影消失[28]。

研究统计，借助3D 打印导板引导疏通钙化根管的术中操作时间明显比显微镜辅助超声技术所需时间缩短[2,13]。且有研究发现，在不同技术水平的操作人员之间，使用3D 打印导板疏通钙化根管的结果无显著差异[8-9]。因此，3D 打印导板引导疏通钙化根管能够获得更安全快速的治疗且技术敏感性低。

目前现有临床病例的研究虽然已经取得了良好的疗效，但是缺少对术前设计路径和术后实际路径之间偏差的测量数据及相关数据分析，还有待进一步研究完善。

4.总结与展望

3D 打印技术是一项有发展前景的新技术。通过一些实验研究、临床报告和综述文献发现，3D打印技术的使用，大大缩短了椅旁操作时间和患者就诊次数，且降低了并发症的风险，能够保留更多的牙体组织，对钙化根管口的定位和根管的疏通方面有一定的指导作用。

目前，3D 打印技术也存在一些局限性。一是3D 打印导板在操作过程中因钻与套筒紧密接触会产热，高温对牙周膜和邻近的牙槽骨会有潜在伤害[29]。因此，医生必须注意使用具有良好切削效率的钻头，并对车针进行多次冲洗冷却。也有研究显示，在疏通根管过程中缓慢地做上下提拉运动可以减小钻对牙本质壁产生的侧压力，在治疗过程中进行大量的冲洗也可以减少切削过程中对牙本质壁的磨损和微裂纹的产生[30]。二是对于直根管，3D 打印制作导板建立根管路径具有较大优势，对位于根尖1/ 3 处的钙化根管,经常涉及到弯曲问题。对于弯曲根管可能导致侧穿，根尖孔偏移或者根折的情况。三是后牙区咬合空间通常太小，无法同时容纳导板、车针和手持器械，在后牙区的操作存在困难[27]。如何解决技术难点仍需进一步实验研究。

综上所述，作为一门新兴的技术，3D 打印导板在钙化根管的治疗中显示出了巨大的潜力，相信随着研究的进一步深入，在根管治疗的临床工作中将会日益显现出优势，帮助患者解决治疗难题，尤其对要求保留钙化根管的老年人的患牙提供了一种新的治疗手段，为广大患者提供更高的生活质量。