3D打印根尖切除手术导板的设计及体外模型效果评价

王安琪 吴丽 赵丹 汤旭娜 郭世梁 康文 谢思静

中图分类号:R781.34 文献标志码：A doi:10.3969/j.issn.1001-3733.2021.06.002

根尖周病是一种常见的发生于根尖周围组织的炎症性疾病，根管治疗是目前最常用的手段[1]。但慢性根尖囊肿或根尖周大面积破坏的病例，部分难治性根尖周炎等，仍需要根尖手术治疗。而一个有计划和引导的根尖手术导板可以引导根尖手术的部位定位定点去骨、指导和辅助根尖切除[2]。自2000年以来国内外关于3D打印及根尖手术的应用的文献有9篇，分别报道了不同设计的根尖导板及其应用。现有的根尖手术导板主要包括定位去骨导板、定位定深去骨导板：定位定深度去骨辅助根尖切除导板[3-11]。这些导板使得手术在精确定位去骨方面有了很大提升[12]。但是大多数根尖周大面积骨破坏的病例不需要定位去骨的导板，而根尖切除需要精确定位定方向，才能获得更加精准、安全的治疗效果。目前并没有较多根尖切除方面的导板研究与临床应用。对根尖手术导板的使用效果也缺乏足够证据[9]。

本研究利用CBCT数据建立根尖周病损模型，通过3D数据拟合设计制作金属根尖手术导板。比较高低年资医师组和低年资医师组使用和不使用导板进行体外根尖切除手术时，根尖切除长度精确性、根尖切除角度精确性、根尖切除时间和断面平整性的差异。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与材料

Geomagic Wrap软件(Geomagic公司，美国)；Mimics medic 20.0软件(Materialise公司，比利时)；高速气涡轮手机、上颌基座(卡瓦，德国)；三维立体光刻打印机(南京前知智能科技有限公司);光学扫描仪(深圳云甲科技有限公司)。

1.2 数据的建立与打印

将1 例根尖周患者的头颅锥形束CT扫描数据与通过光学扫描仪输出的卡瓦仿真头模上颌基座扫描数据导入Geomagic Wrap软件，两组数据重叠拟合，去除底座21牙位的牙齿数据，置入扫描的离体21中切牙数据；形成仿真根尖周病损模型，确立患牙牙体长轴的位置，虚拟车针模拟切割轨迹，建立导板外形，数据传输至三维立体光刻打印机(图1)。

1.3 数据精度检测

扫描20 颗3D打印仿真牙数据，导入Geomagic Wrap软件与仿真牙原始数据拟合对比精度。精度区间平均值与标准差均介于(+0.1～-0.1)之间。将仿真中切牙与仿真根尖周病损模型组装得到实验模型。

1.4 分组及手术步骤

实验分组：低年资医师组(S组，三年级住院医师，N=10)和高年资医师组(T组，副主任医师，n=10)。S组和T组又分别分为使用手术导板组(Sg组和Tg组,n=5)，不使用手术导板组(Sn组和Tn组，n=10)。各组医师使用一个新的根尖手术模型，在仿真头模上按照统一的根尖手术步骤操作,根尖切除术使用使用金刚砂车针TF12。

1.5 数据测量指标

1.5.1 根尖切除长度精确度(RL) Mimics medic 20.0软件定位仿真牙的牙体长轴，确定为仿真牙的中心矢状面。连接仿真牙的切端最高点(A)至根尖最高点(C)为仿真牙的初始长度。导入软件模拟根尖切除后的仿真牙数据，同调整至中心矢状面所在位置，在与牙体长轴垂直的根尖切除后的截面取一B点。RL=术前牙根长度(AC)-术后牙根长度(AB)-预设根尖切除长度(3 mm)(图2A )。

1.5.2 根尖切除偏差角度(RA) 术前模拟与牙体长轴垂直的根尖切除截面作为理想横截面。在理想横截面的中心矢状面界面，分别选取根方切线与唇方切线的交点c、根方切线与腭侧切线d连线，cd连线为术前模拟标准根尖断面。同理，将切除根尖后的实验数据分别录入Mimics medic 20.0软件，调整到同一位置，将实验后的根方切线与唇方切线的交点a，根方切线与腭侧切线的b点连线，ab连线为实验根尖断面(图2B)。cd和ab所成的夹角即为实验根尖断面与标准根尖断面的偏差角度(RA=cd-ab角)(图2C)。RA的标准值为0°，数值越大表示偏差越大。

1.5.3 断面平整性(RF) 取中心矢状面界面，根尖侧边的平整性，越趋近直线说明平整性越佳(图2D)。

图2 数据测量指标说明

1.6 统计学分析

2 结 果

2.1 导板辅助根尖切除精准度研究

两组之间比较结果(表1)显示，低年资医师使用导板组比不使用导板组，根尖切除长度更接近3 mm(P=0.016)两组间差异有统计学意义。根尖切除角度方面，低年资医师使用导板组比不使用导板组，根尖切除断面与理想横截面的角度更接近0°(P=0.001)两组间差异有统计学意义(图3)。断面平整性在使用导板后明显提高。

表1 高低年资医师不同方法根尖切除精确程度的比较Tab 1 Comparision of the accuracy of the apicoectomy between different methods used by junior and senior dentists

高年资医师使用导板组比不使用导板组，根尖切除长度更接近3 mm(P=0.005)。两组间差异有统计学意义。根尖切除角度方面，高年资医师使用导板组比不使用导板组，根尖切除断面与理想横截面的角度更接近0°(P=0.017)。两组间差异有统计学意义(图3)。断面平整性在两组间没有明显差异。

2.2 导板辅助根尖切除技术敏感性研究

不使用导板的情况下，高年资组和低年资组根尖切除长度均接近2 mm，两组间差异无统计学意义(P=0.767)。低年资组根尖切除角度平均约30°，大于高年资组，两组间差异有统计学意义(P=0.004)(图3)使用导板的情况下，高年资组和低年资组根尖切除长度均接近3 mm(P=0.984)，根尖切除角度均接近0°(P=0.995)两组间差异无统计学意义(图3)。断面平整性：低年资医师断面平整性在不使用导板的情况下低于高年资医师组。使用导板双方断面平整性差距明显缩小(图4)。

图3 各组对比柱状图

图4 各组根牙切除断面的平整性

3 讨 论

近年来，国内外在显微根尖导板与目前国内外根尖手术方面的探索与应用逐渐增加，进行了多种尝试[12-13]。现有的根尖手术导板使得手术在精确定位去骨方面有了很大提升[14]。但没有较多根尖切除方面的导板研究与临床应用。对根尖手术导板的使用效果也缺乏足够证据[3-11]。本研究中设计和测试的根尖切除手术导板，在功能上更为细化。将去骨功能和根尖切除功能分开。提供更精准的根尖切除长度和断面角度。

本研究发现从导板辅助根尖切除精准度研究分析的结果来看，3D打印根尖手术导板在辅助根尖切除方面，不管是低年资医师还是高年资医师，使用导板后根尖切除长度更接近3 mm，根尖切除断面与理想横截面的角度更接近0°。使用导板的手术在根尖切除的长度和断面角度都有明显改善。说明根尖切除导板可以有效控制切除长度和角度。从导板辅助根尖切除敏感性研究分析的结果来看，在使用导板后，低年资医师组和高年资医师组在根尖切除长度、角度和断面平整性方面上差距明显缩小。本研究推测是由于不使用导板时，高低年资医师对于根尖切除的长度和角度的判断都会受牙弓走向影响，视觉偏差导致预判切除位置偏离牙体长轴垂直线。而高年资医师因为临床经验更为丰富，预判切除位置的误差相对较小。

本研究的根尖外科手术导板在设计实验流程时采取先设计和打印仿真根尖周病变模型，确定了使用模型的统一标准后进行比较分析。用统一标准的模型可以更客观的反应根尖切除导板的效果，便于各组之间进行比较。但本研究中牙体长轴依然是根据定义人为划定的一条虚拟的线。没有完全消除主观误差。本实验也会在后期通过更多牙位尤其磨牙区的分析研究[15]来进一步明确3D打印根尖手术导板在根尖切除方面的使用效果。

综上所述，根尖外科手术导板在辅助根尖外科手术治疗中，可以有助于减少或消除人为错误，改善病人的预后，缩短手术时间，提高安全性。在实现根尖外科手术微创化标准化、精准精确化、简单化，降低技术敏感性方面。具有广阔的临床应用前景有一定临床价值。