數字化導航技術在顯微根尖手術中的應用與進展

【作 者】 楊穎，董紅

湖北醫藥學院附屬東風口腔醫院，十堰市，442000

0 引言

近年來，隨著現代微創理念的不斷深入，錐體束CT（cone beam computed tomography,CBCT）、計算機輔助設計/計算機輔助制造（computeraided design/computer-aided manufacturing,CAD/CAM）技術、動態導航（dynamic navigation）技術等各類新興技術在牙體牙髓領域廣泛應用，為臨床操作簡便化、精確化、安全化等起到了重要作用。數字化導航技術在牙髓治療中，依照引導方式的不同可分為靜態導航牙髓治療（static guided endodontics,SGE）及動態導航牙髓治療（dynamic guided endodontics,DGE）。下面將介紹動靜態導航技術在顯微根尖手術中的應用現狀，并結合臨床病例和體外研究對其準確性和應用價值進行分析。

1 SGE用于顯微根尖手術

2016年，靶向顯微根尖手術（targeted endodontic microsurgery,TEMS）的概念被提出[1]，TEMS指靜態導板輔助下使用手術顯微鏡（operating microscope,OM）去除根尖孔外感染物并使用生物充填材料封閉根尖部，在感染根管和根尖周組織間形成屏障而實現愈合的根尖外科手術，屬于SGE范疇。SGE借助CAD/CAM技術，通過CBCT成像獲取患者骨骼和牙齒位置的空間信息，結合掃描技術顯示患者軟組織解剖結構，使用三維重建軟件將患區數字再現，通過三維打印技術制作手術導板，從而輔助完成靜態導航牙髓治療，如髓腔閉塞牙的微創開髓導板、鈣化根管牙根管通路定位導板[2]、自體牙移植的三維打印模型牙和移植導板[3]、靶向顯微根尖手術的定位導板（見圖1）等，為臨床操作帶來極大便利。

圖1 3D打印導板術區就位圖像Fig.1 Image of the 3D guide plate in place in the operative area

1.1 3D打印導板

早在20世紀80年代，3D打印技術已開始應用于牙科領域，3D打印技術作為一種增量制造（additive manufacturing,AM）技術，基于計算機構建三維模型，通過材料逐層鋪設轉變為實物模型，廣泛應用于組織工程和再生醫學、解剖模型和藥物輸送等[4]。人們已研發了多種3D打印技術[5]，其中熔融沉積成型（fused deposition modelling,FDM）、立體光固化成型（stereo-lithography appearance,SLA）、多噴工藝（polyjet process）、立體噴墨打印法（threedimension printing,3DP）、選擇性激光燒結（selective laser sintering,SLS）等具備成型精度高、成型速度快、力學性能佳等優勢，已成為目前增量制造技術中使用最廣泛的技術之一。

在SGE的相關報道中，導板打印材料多選用醫用樹脂，這樣做出來的樹脂導板強度適中，但存在散熱不理想、變形等問題；也有國內學者采取FDM技術，選擇聚乳酸作為打印材料[6]。此外還有丙烯酸材質[7]，這類導板強度稍差，還有學者設計了新型金屬根尖導板[8]，這種導板具有更高的精準性，然而成本高，加工工藝復雜。

1.2 臨床操作流程

SGE用于顯微根尖手術時（見圖2），先在軟件中重建根尖病損，依照根尖手術標準設計車針長度、直徑、導環方向、大小等，術前虛擬規劃路徑可與術后影像數據擬合匹配，便于驗證去骨截根的精準度。

圖2 SGE臨床流程Fig.2 Clinical flow chart of SGE

1.3 臨床應用

傳統根尖手術的難點主要有：①根尖的定位。若無瘺管提示病變起源區域，手術須去除大量骨質以定位感染根尖，增加了術后疼痛、感染及神經損傷的風險；②精準切除根尖，根尖切除量為3 mm，形成垂直于根管長軸的切割斜面，此時根尖分歧（apical ramification）去除量可達98%，側支根管（lateral cana1）去除量可達93%，能最大限度地減少細菌通過牙本質小管滲漏的可能性[9]；③保護毗鄰重要解剖結構。上頜根尖手術往往受上頜竇、腭大神經血管束的限制，下頜頰側皮質骨較厚，受下牙槽神經或頦孔等限制，且下頜第一磨牙存在獨立遠舌根可能性[10]，因此傳統自由手（free hand,FH）下顯微根尖手術要避開各部位重要解剖結構以實現精細截根，操作難度較大。

為解決術區定位，2007年，PINSKY等[7]首次報道了SGE用于根尖手術，導板組頂點偏移僅為0.79 mm，低于自由手組的2.27 mm，可見SGE對于根尖術區定位較為準確。2016年，楊雪超等[11]發表了國內首例SGE用于顯微根尖手術病例，借助導板精準定位病變根尖區，減少了骨創傷。其后可見多個相關病例報道[12-13]，均取得了良好的預后。

SGE在復雜病例中也同樣適用。2018年，GIACOMINO等[14]用3D導板從腭側入路完成了上頜磨牙腭根的根尖外科手術，避開了腭大動脈，同時借助導板在腭側黏膜壓迫形成出血點制取腭側黏膜全厚瓣，用于術后的組織瓣移植，封閉術區、減少創傷而促進愈合。2019年，POPOWICZ等[15]在3D導板下同期完成皮質骨開窗和患牙根尖切除，避免了上頜竇的損傷。2021年，BENJAMIN等[16]發表了3例分別與腭大動脈、副頦神經血管束、上牙槽后動脈等結構毗鄰的根尖周炎病例，應用3D導板降低了并發癥的風險，提高了復雜病例的可預測性。牙根縱裂（vertical root fracture,VRF）指起始于牙根的縱向折裂，折裂紋可沿牙體長軸擴展至冠部，預后較差，常采取牙半切術、牙再植術或拔除方案，LI等[17]報道了一則上頜前磨牙VRF使用TEMS的病例，術后測量實際偏差小于0.5 mm。

SGE最初應用于根尖外科的目的是提示病變部位與范圍，所以骨開窗器械多為裂鉆、球鉆、種植先鋒鉆、超聲骨刀等，然而使用超聲骨刀切割效率不高，耗時較長，且當骨窗范圍較大時易增加手術風險。受種植手術的提示，2018年GIACOMINO等[14]創新性地將導板的鉆針改為環鉆（見圖3），隨后多個病例均采取了環鉆行SGE，甚至為進一步縮減手術時間，同期進行了骨開窗術與根尖切除術[15-16]，借助導板，開窗骨塊還可用于術后的術區覆蓋，結合引導性骨再生（guided bone regeneration,GBR）技術，減少愈合過程中的硬組織吸收，還有學者[18]借助導板選用直行切口到達術區，避免了軟組織的退縮。手術環鉆一般為種植取骨環鉆，環切深度需目視標記線來控制，可能會引起位移誤差，存在過度預備的風險，為解決這一問題，ANTAL等[19]設計了帶有制動裝置的環鉆以減少過度穿透造成的骨缺損。

圖3 3D打印導板切除根尖圖像Fig.3 Image of 3D guide plate for root-end resection

1.4 準確性研究

2021年，李佳洋等[20]進行了一項臨床隨機對照研究，將20例患者分為SGE組和自由手顯微根尖手術組，試驗結果顯示試驗組的平均偏差明顯小于對照組。多項體外研究也表明，無論年資高低SGE均有較高準確性，相比傳統自由手下顯微根尖手術，在精準定位、降低去骨量、縮短手術時間，精準把控截根長度角度等方面具有明顯的優勢（見表1）。

表1 TEMS精確性的體外研究Tab.1 In vitro studies on the accuracy of TEMS

2 DGE用于顯微根尖手術

DGE技術借助計算機輔助導航系統軟件，將虛擬手術計劃、目標手術區、操作手機匹配，在顯微根尖手術中使用運動跟蹤系統，通過光學追蹤攝像機捕捉器械及患者的反饋器信號，結合術前錐體束CT數據重建的手術區域，借助系統軟件的計算功能轉化為虛擬圖像，提供實時動態和視覺反饋，從而便于術者順利完成手術。DGE的運動跟蹤系統包括機械、光學、超聲和電磁等運動追蹤方式[21]，其中光學追蹤系統應用較為普遍，可以較為準確地反映術區情況和器械方向、深度等信息，以便指導術者準確施行手術并根據術區實際情況及時調整[22]。如今該技術被運用于各個口腔領域，如種植修復治療、正頜外科治療、腫瘤切除術等，在牙髓病學領域，動態導航可用于微創開髓、鈣化根管疏通、折斷根管器械的取出、根尖外科手術、引導性骨內注射麻醉[23]、根管內纖維樁去除[24]等。

2.1 臨床操作流程

臨床中使用DGE進行根尖手術，首先需要拍攝術前CBCT和進行口內掃描，獲取患者數據，導入動態導航軟件中，對患者的解剖結構精細重建，可提前在軟件中設計手術入路，對于虛擬路徑進行數據的匹配，在拍攝CBCT時需要患者口內佩戴帶阻射標記功能的固定器，術中完成手機和患者術區標記點配準（marker-based），通過軟件的三維可視化功能，可以精確定位鉆頭的位置和角度，并在顯示器上實時顯示，有助于術者實時監控并及時調整誤差，在實時反饋中，術者可以順利定位并完成根尖切除術。

2.2 臨床應用

目前，DGE應用在顯微根尖外科中的文獻較少，導航系統多采用種植導航系統，2019年，GAMBARINI等[29]報道了國際上第一例運用動態導航系統引導的根尖外科手術病例，手術運用Navident動態導航系統在45 min內順利完成根尖手術，術區骨皮質開窗范圍小，根尖切除長度與角度控制精確。2020年，夏娟等[30]報道了國內第一例動態導航引導下的根尖手術，術中借助IRIS-100導航系統，對一右上側切牙順利進行了根尖骨皮質去骨和根尖切除術。根尖手術的成功要綜合考慮患區位置、病變大小、根尖形態與鄰近組織的位置關系等，動態導航手術器械相對較短，對于后牙區患牙或張口受限患者也適用。此外，整個手術過程術者可以保持中性體位，可有效緩解術者的疲勞，可視化的手術過程也可以記錄，用于學習觀摩和學術交流。

2.3 準確性研究

2021年，DIANAT等[31]在尸體頜骨上分別完成了DGE及FH根尖手術，研究納入了40個牙根，DGE組鉆孔深度為5.31f 1.82 mm，FH組為4.56f 1.02 mm，DGE組總體偏差、長度偏差、角度偏差均低于FH組，DGE組平均操作時間為212 s，短于FH組的536 s，不完全根端切除、鄰近結構受損等失誤發生次數也較少，而FH組在上頜第一磨牙根端切除術中發生了1例上頜竇穿孔，由此可見DGE用于根尖手術減小了截根偏移值，提高了手術效率。另有學者在3D打印外科頜骨模型上進行骨內麻醉試驗[23]，研究納入了54個根尖注射部位，分別在自由手和Navident動態導航系統引導下對根尖區鉆孔以模擬骨內麻醉，通過術前模擬路徑和術后滯留套筒的影像對比，分析模擬與實際手術路徑的差異，結果顯示DGE組未發生穿孔，而FH組的牙根穿孔率高達22%。

傳統非OM輔助的根尖手術由于技術敏感性，成功率為40%～90%，變化范圍差異較大。OM引入根尖的優勢主要有：①放大術區，便于觀察微小重要的解剖結構，如根尖部側支根管、牙根表面的裂隙、穿孔等；②根尖使用亞甲藍染色后，可確定骨組織和根尖的界限。YOO等[32]對225個行自由手顯微根尖手術病例進行了長達5年的回顧性隊列研究，總體治愈率為80.5%。一項Meta分析研究顯示，顯微根尖手術成功率為傳統非OM輔助根尖手術的1.58倍[33]。然而以上研究在病例篩選時，部分復雜病例未納入手術適應證。

動靜態導航技術引入根尖手術后，一方面有助于促進年輕醫師對復雜術式的快速掌握，另一方面進一步拓寬了手術適應證。BUNIAG等[34]在2021年進行了一項回顧性臨床研究，由年輕住院醫師完成了24例SGE病例，一年后成功率高達91.7%，其中70.8%的病例具備解剖學上的復雜性。根據上述病例報道[11-16]，SGE輔助下顯微根尖手術，根尖區骨質去除直徑平均為 4～5 mm，較傳統根尖手術去骨的范圍8～10 mm大大縮小。

目前尚缺乏大基數的DGE輔助顯微根尖手術的病例，根據已發表的文獻提示[23,29-31]，DGE具備可視化、個性化、精準化等特點，解決了導板遮蔽術野的問題，對開口度小的患者、后牙區的患牙也適用，拓寬了手術適應證，DGE手術時冷卻水可以直達患區和手機鉆針，在視覺實時反饋下，手術路線可以及時調整，手感也較靜態導板更直接。綜上，SGE與DGE用于顯微根尖手術，均較傳統自由手顯微根尖手術有明顯的優勢，在口腔領域具有良好的應用前景。

3 總結與展望

SGE在保證根端切除長度和角度的同時降低了醫源性的損傷風險，臨床實際運用時需綜合考慮導板支持形式、導板材質、患牙位置、車針類型等因素，不同條件下，準確性各異。導板與導向鉆間間隙與摩擦力的存在，會導致鉆針角度偏移，后牙區的鉆針長度、導板體積過大時不適合開口度較小的患者。術前拍攝CBCT時患者若帶有金屬冠修復體，其金屬偽影會影響三維重建影像精度，加之市面上尚無成熟的根尖手術導板數字化輔助設計軟件，臨床中導板制作時長周期、多環節可造成數據誤差。研究顯示，牙支持式導板的精確度優于骨支持式，而在臨床應用時，黏膜的形態厚度、口腔前庭溝的深度會降低導板的貼合程度。以上均會對該技術的全面推廣造成一定阻力。

在DGE前期準備中，CBCT精準性和患者解剖結構的穩定性可影響規劃軟件的三維重建效果，配準標記點不到位、術者操作熟練度與穩定度、軟件路徑判讀與校準等因素都可能影響手術的精準性，存在定位失準的問題。此外，配準動態導航系統設備需要專門購置，儀器價格較高，因此目前尚未全面推廣，存在一定學習難度，技術敏感性相對較高。另外，手術的準備流程較為復雜，術前CBCT的獲取、導航設備的設置、術區的配準等準備環節的增加也容易造成誤差率增加，其中主要包括影像數據匹配誤差、軟件設計誤差和人為操作誤差，降低了手術精度，因此動態導航技術在根尖外科中的普及同樣需要時間。

未來應該加強醫療培訓，提高醫療認知水平，強化各環節的標準，降低多流程誤差，研發更具適用性的專業軟件和具有應用潛力的新型打印材料，不斷整合各部醫療資源，讓動靜態導航成本降低，相信醫療工作者會更傾向于數字化手術方式，動靜態導航技術在顯微根尖手術中也會得到進一步發展。