数字化堆积导板中截骨导板引导后截骨量的即刻精度研究

卢嘉仪 余嘉怡 解晨阳 高静 于海洋

口腔疾病研究国家重点实验室国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院口腔修复科，成都610041

近年来，种植固定修复已经成为牙列缺损和牙列缺失患者的热点临床方案。随着即刻拔除、即刻种植、即刻修复技术（简称 “三即” 技术）的普及应用，“当天手术，当天戴牙” 的理念获得越来越多患者的青睐。如何同期精准地在术区映射复制术前截骨目标骨平面、正确种植位点和临时修复体预设就位，是 “三即” 种植修复技术的关键。其中，通过精准截骨获得目标骨平面是获得正确种植位点和上部目标修复体的基础，也是堆积导板整体精度控制的重要基础。

临床上常用的截骨方法包括：徒手目测截骨和牙周探针测量引导截骨等。徒手截骨是指使用骨锉、骨凿、金刚砂球钻、超声骨刀等辅助工具，在肉眼观察下完成截骨操作[1]，徒手截骨精准度较低，且极度依赖医师的个人经验，裸眼操作增加了邻近重要解剖结构如神经血管损伤等并发症的风险，术后效果可控性低。Carpentieri等[2]介绍了一种通过牙周探针测量修复空间的方法，Faeghi Nejad等[3]用这种牙周探针测量法指导截骨获得了更精准的截骨效果；但该方法仍通过肉眼观察测算修复空间，衡量骨平面角度、确保截骨平面跨牙弓对称平整比较困难。

在数字化设计和三维打印技术日益广泛地运用于口腔种植修复之际，数字化堆积导板集成指导术中精确截骨、正确位点种植和上部即刻修复三大功能于一体，整合多导板信息，分层转移术前虚拟设计，分步指导术中难点操作，被证实能有效简化手术操作、缩减手术误差。Li等[4]介绍了数字化堆积导板的设计流程与临床应用。其中数字化堆积导板的第一层导板——数字化截骨导板，通过引导精准量化的截骨操作，为后续种植体的正确位点和最终修复体的修复空间提供了保障[5]。近年来，在四肢骨截骨矫正术或关节置换术中，数字化截骨导板的应用获得了理想的精确度。然而，数字化堆积导板中截骨导板的截骨精确度尚缺乏临床讨论。

因此，本研究通过设计并打印数字化堆积导板，将个性化堆积导板应用于种植固定修复临床，初步评价其中数字化截骨导板引导下的即刻截骨精度。

1 材料和方法

1.1 病例选择

选择2018 年11 月—2020 年1 月于四川大学华西口腔医院修复科就诊的4例无牙颌患者，其中上颌2 例，下颌2 例，年龄43～57 岁，平均50 岁，根据诊断，患者被告知活动义齿及种植固定修复等治疗的方案、费用、周期及可能并发症，并最终选择种植固定修复方案。纳入标准：1） 年龄＞18岁；2） 牙槽骨代偿性增生或骨面不平整，需要进行截骨操作者；3） 无全身系统性疾病；4） 患者能耐受种植手术并能积极配合手术治疗。排除标准：1） 未经控制的牙周疾病或口腔内有其他急性炎症；2） 有不可控的糖尿病和其他系统性疾病；3） 患者或患者家属拒绝签署知情同意书。

1.2 术前设计

1） 上下颌锥形束CT （cone beam CT，CBCT）数据的获得：嘱患者佩戴三维打印或旧义齿改良的放射导板拍摄CBCT （Kavo 公司，德国），患者在扫描过程中，头部处于直立的位置，上下颌自然咬合至放射导板事先确定的正中关系位。然后单独拍摄放射导板获得CBCT数据，将CBCT原始数据转化为DICOM 格式文件，导入BlueSky 4.5.9软件（BlueSky 公司，美国） 中生成上下颌骨三维立体模型，拟合放射导板的三维图像[6]。

2） 口扫数据的获得和虚拟蜡型的制作：运用3Shape Trios 3D扫描仪扫描患者口内上下颌后，导出STL 数据文件备用，将口扫数据STL 格式导入Exo CAD 2016 软件（Exocad GmbH 公司，德国），综合考虑患者的主诉、美学线面关系设计和功能咬合等因素，进行数字化虚拟诊断蜡型的设计。以数字化虚拟诊断蜡型的设计，指导临时修复体的正确位置。在Bluesky 软件内，拟合数字化虚拟诊断蜡型和上下颌CBCT 数据，以最终美学效果为导向，计算目标修复牙位的上颌或下颌骨面到预设咬合平面的最小距离，即骨面目标修复空间高度（bone level vertical height of target restorative space， BVTRS），根据B-VTRS 和选定的种植固定修复类型，初步确定预设骨平面的位置，选择骨水平种植体BLT （Straumann 公司，瑞士） 进行种植体位点的设计。虚拟诊断蜡型和虚拟种植体位点设计完成后，将虚拟设计的数据导出为STL数据格式。

3） 数字化堆积导板的设计和制作（图1）：将包含诊断蜡型和正确种植位点设计的虚拟设计数据导入Geomagic Studio 2013 软件（Geomagic 公司，美国），综合设计咬合平面的位置和B-VTRS，获得正确截骨平面（图2），设计数字化堆积导板的第一层——截骨导板，并根据固位需要在截骨导板的边缘预留出不同数量骨钉导管的空间。根据虚拟种植正确位点设计数字化种植导板，通过添加辅助机械嵌合结构使数字化堆积导板的第二层——种植导板连接到截骨导板之上。基于数字化虚拟诊断蜡型，通过预留软组织及临时基台穿出的空间，添加辅助机械嵌合结构，设计数字化堆积导板的第三层——临时修复体。

图1 数字化堆积导板的设计Fig 1 Digital stackable templane design

图2 数字化截骨导板的设计Fig 2 Preoperative alveolar bone reduction guide design

设计完的数字化堆积导板数据传输到3D 打印机，通过3D 树脂打印或者金属打印成型数字化堆积导板。此外，将上下颌骨三维模型进行三维打印，然后在口外将数字化堆积导板试戴到上下颌骨的三维模型上，检查数字化堆积导板的密合性和稳定性。

1.3 手术过程

患者术前含漱复方氯己定溶液，术区常规消毒铺巾，局部浸润麻醉，拔除患牙，清除周围肉芽及炎症组织，翻瓣，试戴数字化堆积导板，检查导板的稳定性、与牙槽骨的密合性以及与术前设计的一致性，确认数字化堆积导板的截骨导板层准确无误后，完成截骨操作。在数字化堆积导板的种植导板引导下，依次完成种植窝洞的预备和种植体的植入。复位软组织瓣，缝合。最后在截骨导板上锚定临时修复体，确认就位无误后，完成即刻临时修复（图3）。

图3 数字化截骨导板的临床应用Fig 3 Clinical usage of alveolar bone reduction guide

1.4 术后即刻的临床效果评价

所有患者术后即刻拍摄CBCT，并导出DICOM格式。根据术前预设截骨平面，导出模拟截骨后三维图像的STL格式。将术前、术后2个文件导入Geomagic Qualify 2013 软件（Geomagic 公司，美国） 和Materialise 3-matic14.0软件（Materialise NV公司，比利时） 拟合比对（图4），生成截骨偏差的三维图像。测量指标包括：1） 截骨预设量和实际量的体积偏差；2） 预设截骨与实际截骨的位移偏差，在拟合后截骨偏差三维图像上随机选取50个测量点，4 名患者共200 个测量点，对偏差量数据进行箱状图统计分析，测得位移偏差数据的散点图，并绘制回归曲线（图5）；3） 预设截骨平面与实际截骨平面的角度差异，预设截骨平面角度偏差量为0°，采用SPSS 25.0 进行描述性分析并绘制柱状图（图6）。

图4 虚拟截骨与实际截骨拟合偏差测量图Fig 4 The discrepancy measurement between virtual bone reduction and real bone reduction

图5 截骨位移偏差量的散点图、回归曲线及箱状图Fig 5 Scatter plot, boxplot and regression line of the discrepancy deviation between virtual bone reduction and real bone reduction

图6 预设截骨与实际截骨的体积偏差、位移偏差和角度偏差的平均值的柱状图Fig 6 Histogram of the mean values of the volume, displacement, and angle deviations of virtual osteotomy from actual osteotomy

2 结果

所有患者均顺利进行术中截骨，并行即刻种植和即刻修复。4 例患者对术后效果均表示满意，术后2周拆线时未见术区肿胀或感染情况。术前预设截骨与术后实际截骨拟合情况见表1。使用Geomagic Qualify 测量预设截骨和实际截骨的体积偏差，结果显示：4 例患者的平均体积偏差值为492.94 mm3，占预设截骨量的21.21%；其中，上颌的截骨偏差量的平均值为837.13 mm3，占预设截骨量的31.25%；下颌截骨导板的截骨偏差量的平均值为148.76 mm3，占预设截骨量的6.22%，上下颌的截骨体积偏差存在差异。4例患者的位移偏差绝对值的平均值为-0.024 8 mm；由图5 可见，位移偏差量的平均值及离散范围存在差异，但散点集中趋势很好，回归曲线的方程y=-0.003 7x+0.350 3，与理想曲线y=0 非常接近。使用Materialise 3-matic 测量预设截骨和实际截骨的角度偏差，结果显示，预设截骨和实际截骨的角度偏差范围为1.39°～10.52°，平均角度偏差值为6.03°。综上说明，数字化堆积导板中截骨导板具有较高的截骨精度。

表1 预设截骨和实际截骨的体积、位移偏差和角度偏差Tab 1 The volume, displacement, and angle deviations of virtual osteotomy and actual osteotomy

3 讨论

本研究发现，数字化堆积导板中截骨导板引导下术前术后截骨的体积偏差、位移偏差和角度偏差均存在差异，但可以接受，证实了采用数字化截骨导板实现安全有效、精准截骨是可行的。

数字化堆积导板是基于数字化导向技术的精度控制能力提升后，集量化截骨、种植引导、即刻修复多功能于一身，可以大幅提高术区操作的精确度，缩短医生操作时间并优化患者治疗体验。数字化堆积导板在分层导板的引导下，确定以截骨导板层为基准的定位平面，实现其余各层导板的被动就位，节省了术中导板再定位的时间，术者依据虚拟设计的方案顺序即可完成即刻种植即刻修复的全流程操作。此外，有学者[3,7-9]通过在数字化堆积导板添加刚性连接设计，可以避免数据重复配准造成的误差，减少因黏膜移位导致的导板再就位的误差，有效提升高难度种植手术的精准度，同时保障手术的安全性。

数字化堆积导板中截骨导板引导精准截骨，从而获得目标骨平面，是后续种植体的正确位点和最终修复体的修复空间的基础。本研究结果证实，在数字化堆积导板中截骨导板的引导下，4例患者术后截骨与术前预设值的体积偏差、位移偏差和角度偏差可接受。Costa等[9]论证了数字化截骨导板用于创造理想冠高度空间的安全性及有效性，与本研究结果相符。因此，对于多步骤复杂种植固定修复的病例，数字化堆积导板中截骨导板引导的截骨操作，量化可控、截骨效果精准高效。本研究中，不同截骨部位及导板材料的术前术后差异值偏差较大，说明术区部位及导板材料可能是影响数字化堆积导板精确度的因素。El Kholy等[10]测试了不同缺失牙位及范围的数字化种植导板的稳定性，结果显示，其稳定性存在差异，这提示不同术区部位的数字化堆积导板设计，可能通过干扰稳定性影响精确度，实际相关性仍需后期实验论证。

数字化堆积导板应用于涉及多牙位种植修复、骨形骨量不理想的复杂病例有显而易见的优势，适用于以下情况：1） 无牙颌呈刃状牙槽嵴或者全口牙计划拔除的病例；2） 术区牙槽骨代偿性增生或骨面不平整；3） 术区邻近重要的组织结构如上颌窦、下颌神经管等；4） 累及3 个或3 个以上多牙位点即拔即种。数字化堆积导板中截骨导板层是第一层导板，亦即堆积导板定位平面层，因此截骨导板层的数字化设计尤为关键。设计前需要收集的资料包括：微笑线的牙龈暴露量、上唇长度、骨形和骨量、骨面目标修复体空间[9,11]。术前设计诊断蜡型，设定最终修复体边缘，参考微笑线和上唇长度进行边界设定，初步确定正确截骨平面的位置。有研究[11]认为，在涉及前牙美学尤其是全口种植固定修复的病例中，最终修复体的边缘线藏于微笑时，最大牙龈暴露量根方可满足普遍的审美。在截骨导板层设计的四大因素中，BVTRS 是决定数字化设计截骨水平线的理论关键[12-13]。B-VTRS 即骨面到预设咬合平面的目标修复体空间，其数值由目标修复体的类型和材料决定。对于种植支持式固定修复体，当B-VTRS大于15 mm 时，种植支持式上部修复体可选择金属桥架支持式丙烯酸修复体；当B-VTRS 在13～15 mm之间时，可选择烤瓷修复体；当B-VTRS 为11～13 mm 时，可选择一体式切削氧化锆[2,11]。截骨导板层预设的预设骨平面是数字化堆积导板的定位平面，确立了导板骨性支持的刚性基础。

数字化堆积导板技术完美地展现了多源数据配准联合数字化导向设计技术的优势，然而数字化堆积导板的设计步骤繁多，数据获取、数据配准、导板设计与加工、手术处理诸多步骤累积的总偏差，会影响数字化堆积导板的精确度，目前有关数字化堆积导板精确度的影响要素尚无定论，后期仍需要大样本的临床试验来验证其影响因素及准确度。总的来说，数字化堆积导板是一项可以简化多步骤复杂种植手术操作的多合一数字化分步导向技术，是一种值得推广、精准可量化的临床创新技术。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。