チェアサイドのデジタルCAD-CAM手術ガイドを用いた歯科根間部への矯正ミニスクリュー挿入

サマリー

このプロトコルの目的は、CBCTとCERECのCAD/CAM技術を統合したチェアサイドのデジタルワークフローを提示し、矯正用ミニスクリュー挿入のためのオフィス内で生体適合性のある手術ガイドを設計・製造し、外部ソフトウェアや検査室依存の手技を排除しつつ精度を向上させることです。

要約

本研究は、矯正用ミニスクリューの設置を支援するための手術ガイドを作成するための新しいチェアサイドデジタル技術を導入することを目的としています。本臨床検証試験では、6人の患者に12本の矯正用ミニスクリューが挿入され、チェアサイドの経済的エステティック修復(CEREC)システムとコーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)を組み合わせました。CBCTスキャンとチェアサイドのデジタルシステムで取得したデジタル歯科モデルを統合して、三次元画像を作成しました。矯正用ミニスクリューの最適な挿入角度と位置はこの画像を用いて計画されました。その後、コンピュータ支援設計(CAD)ソフトウェアで手術ガイドが設計され、コンピュータ支援製造(CAM)システムで製造されました。術前および術後の患者から得られたCBCTスキャンを重ね合わせて、計画されたミニスクリュー位置と実際のミニスクリュー位置の角度偏差、入口偏差、エンドポイント偏差を比較しました。平均入点偏差とエンドポイント偏差はそれぞれ2.4 ± 0.7 mm(範囲:1.2–3.4 mm)および2.4 ± 0.6 mm(範囲:1.3–3.4 mm)でした。平均角度偏差は3.8°±2.3°(範囲:0.4°–7.2°)でした。6か月間の追跡期間中にミニスクリューの破損は認められませんでした。本研究は、椅子側のCAD/CAMを用いたミニスクリュー手術ガイド法の開発に成功し、その正確性と安定性が患者に対して予備的に検証されました。

概要

矯正用ミニスクリューは、そのシンプルさ、迅速な挿入、最小侵襲性、そしてコスト効率から広く人気を博しています(^1,2,3)。これらの利点にもかかわらず、臨床の成功は解剖学的制約、操作者の技術のばらつき、標準化された補助工具の欠如によって制限されることが多いです。最も重要な課題の一つはミニスクリューの正確な位置調整であり、誤った配置は根の損傷や^骨の強度の低下につながる可能性があります。

手術ガイドシステムは、配置精度の向上と合併症の最小化に効果的なツールとして広く認識されています ^4,5.現在利用可能なほとんどのガイド付きシステムは、第三者の計画、実験室での製造手順、または専門技術者との協力に依存しており、これらは処理コストの増加、納期の延長、即時の臨床試験導入の制限に依存しています^。さらに、多くのワークフローは複数のデータ変換ステップやソフトウェアプラットフォームを含み、登録エラーのリスクを高め、手続き効率を低下させます。

これらの制約に対処するため、本研究では、コーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)とコンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造(CAD/CAM)システムを統合し、手術ガイドの設計・製造を行う効率的な椅子側のデジタルワークフローを導入します。外部のラボサポートを必要とする従来のワークフローとは異なり、提案された手法は、単一の統合プラットフォーム内で完全なオフィス仮想計画、設計のガイド、製造を可能にします。このアプローチは専門スタッフへの依存を減らし、同じ訪問ガイドの作成を促進し、臨床の効率とアクセス性を向上させます。

ワークフローの簡素化に加え、現在の手法にはいくつかの追加的な利点があります。まず、CBCTデータを口内デジタルスキャンと直接統合することで、歯根、歯槽骨の形態、根間隙を正確に可視化し、ミニスクリュー挿入の安全性が向上し、根部損傷のリスクを低減します。次に、透明な生体適合樹脂から作られた歯を支えるガイドを使用することで、口腔内の安定性を高めつつ、手術中にガイドの座りを直接目視で確認できます。第三に、デジタル標準化された挿入軌道は、特に解剖学的に狭い根間領域において、オペレーター依存的な変動を減らし再現性を向上させる可能性があります。最後に、完全デジタル化のワークフローは手作業の製造工程を最小限に抑え、ガイド生産の一貫性と予測可能性を向上させる可能性があります。

本研究は、ガイド付き矯正用ミニスクリュー置入のための椅子側デジタルワークフローを示し、その設置精度を評価することで、臨床的実現可能性、再現性、従来のガイド付き技術に対する潜在的な利点の予備的証拠を提供することを目指しました。

プロトコル

本研究は北京天壇病院首都医科大学機関審査委員会(KY2022-041-01)により承認され、ヘルシンキ宣言および機関の人間研究ガイドラインに従って実施されました。臨床手技の開始および参加前に、すべての患者から書面によるインフォームドコンセントが取得されました。2022年4月から2023年6月にかけて北京天壇病院矯正歯科で治療を受けた6名の患者が、矯正用ミニスクリュー挿入を受けました。

1. 対象地域のデジタルデータの取得

1. 口腔内デジタルモデルを取得しましょう。
   1. 口腔内スキャナーを用いて口腔内スキャンを行い、完全な上顎デジタル歯科モデルを取得します。アーチ全体をカバーし、根間領域を正確に捉えること。
2. CBCT画像を取得してください。
   1. CBCTユニットを使って顎顔面部のCBCTスキャンを取得します。
      1. ボクセルサイズは0.16mmです。
      2. 8cm×8cmの視野角を使用し、上顎歯と周囲の歯槽骨も含めます。
      3. 矯正インプラントの計画において、メーカーの推奨に従って画像パラメータを設定してください。
      4. 歯槽骨と隣接する歯根を明確に確認してください(図1A)。

2. ミニスクリュー配置の仮想計画の実施

1. CBCTおよび口腔内スキャンデータを登録してください。
   1. デジタル歯科モデルやCBCTデータをインプラント計画ソフトウェアにインポートします。
      1. ソフトウェア内のCBCTデータセットからパノラマ再構築を生成します。
      2. デジタル歯科モデルとCBCTパノラマビューの両方で、対応する3つの歯を手動で選択して初期登録を行います(図1B)。
      3. 選んだ歯を計画されたミニスクリュー挿入領域の隣に配置し、臼歯や前臼歯の尖先や隆起など、明確な解剖学的歯科構造を含みます。
      4. 参照の歯を選択した後は、ソフトウェアが自動的にデータセットの重ね合わせと表面アライメントを完了させるようにしてください。
      5. 仮想ミニスクリュープランニング前に軸方向、冠状方向、矢状面の位置合わせ精度を確認しましょう(図1C)。
      6. 目に見える不一致やアライメントの不一致が確認された場合は、登録プロセスを繰り返します。
2. ミニスクリューの位置は仮想的に計画しましょう。
   1. 歯槽骨の形態と隣接する歯根との解剖学的関係に基づいてミニスクリュー挿入部位を特定します。
      1. 各ミニスクリューの位置を調整して、皮質骨の関与を最大化し、根の近接を避けるようにしてください。
      2. ミニスクリューの配置は歯茎稜の頂端5〜7mmに計画します。
      3. 臨床ガイドラインに従い、隣接歯の長軸に対して挿入角度を30°〜40°に設定します(図1D)。

3. 手術ガイドの作成

1. 手術ガイドをデザインする。
   1. CADソフトウェアを使って歯を支えた手術ガイドを設計します。
      1. 計画された挿入角度に合わせて保持アームとガイドスリーブを組み込みます。
      2. 受動的な座りと選ばれたアバットメント歯からの十分なサポートを確認してください。
      3. ガイドスリーブは2.0mmの挿入ツール直径に合わせて設計してください。
      4. ガイドの寸法、歯の支え位置、ガイドの厚さ、検査ウィンドウをソフトウェア内で定義し、口腔内の安定性と可視化を確保します(図1E)。
2. 手術ガイドを製造してください。
   1. オフィス内のミリングユニットを使って、透明な生体適合樹脂ブロックから外科用ガイドのチェアサイドをミルします。製造元のミリングパラメータに従い、樹脂の指示に従って後処理を行い、必要に応じて洗浄や軽重合も行ってください(図1E)。

4. 誘導ミニスクリューの配置を行う

1. 手術部位の準備を。
   1. 手術前に0.2%クロルヘキシジン溶液で60秒間洗浄し、経口消毒を達成するよう指示します。
2. 局所麻酔を投与してください。
   1. 2%リドカインと1:100,000エピネフリンを投与し、ミニスクリュー挿入前に十分な麻酔を確認します。
3. 手術ガイドを配置してください。
   1. 手術ガイドを口内に挿入し、完全な座りと安定性を確認してください。
      1. 検査窓から適応を確認してください。
      2. ガイドと支持歯面の間に約0.5mmを超える目に見える隙間がないことを確認してください(図2A)。
      3. ミニスクリュー挿入前に、両側の指で優しく圧力をかけて揺れやずれがないか確認してください。
      4. 不完全な着座や不安定性が検出された場合は、ガイドを取り外し、スキャンの誤差、製造欠陥、または閉鎖干渉がないか検査してから進めてください。
4. 矯正用ミニスクリューを挿入します。
   1. インプラントモーターを使ってセルフドリリングミニスクリューを挿入します。
      1. 直径1.4mm、長さ8.0mmのミニスクリューを使いましょう。
      2. 挿入時はあらかじめ計画された軌道と角度を維持してください。
      3. 連続的な生理食塩水灌漑下で約20〜35回転/分の回転速度で挿入を行います。
      4. 製造元の推奨に従い、皮質骨への過度なストレスを最小限に抑えるために挿入トルクを維持してください(図2B,C)。

5. 術後のミニスクリュー位置の評価

1. 術後のCBCT画像を取得してください。
   1. 術前スキャンと同じ画像パラメータ、ボクセルサイズ、視野角を用いて術後のCBCTスキャンを取得し、標準化と比較性を確保します。
2. 術前および術後のデータセットを重ね合わせます。
   1. 術後のCBCTデータを解析ソフトウェアにインポートします。術前計画データと術後画像データを同一の参照ランドマークを用いて重ね合わせます。
3. 配置の偏差を測定する。
   1. ソフトウェア内蔵の解析ツールを用いて、計画位置と実際のミニスクリュー位置間の角度偏差、入口偏差、終点偏差を測定します(図2D)。
      1. エントリーポイント偏差を、計画されたミニスクリューのコロナ中心間の3次元(3D)線形距離として定義します。
      2. 終点偏差を、計画され配置されたミニスクリューの頂点中心間の3次元の線形距離と定義します。
      3. 角度偏差を、計画され配置されたミニスクリューの縦軸間で形成される3次元角度と定義します。
      4. 線形偏差はミリメートル単位で、角度偏差は度単位で記録します。
         注:口内スキャンから術後の精度評価までのデジタルワークフロー全体をまとめた概略的フロー図は 図3に示されています。

結果

合計12本の矯正用ミニスクリューが、デジタル製製のチェアサイド手術ガイドを用いて、後上顎の頬間または口蓋間部に6名の患者に無事に挿入されました。すべての手術ガイドは手術中に安定した口腔内座席を示し、骨折や術中の合併症は認められませんでした。ガイドの位置取りおよびガイドミニスクリュー挿入の代表的な臨床画像は 図2A–Cに示されています。

術後のCBCTデータを術前の仮想計画モデルと重ね合わせて配置の精度を評価しました。代表的な3D重ね合わせ解析は 図2Dに示されており、計画されたミニスクリュー位置は紫色で、術後の実際の位置は青色で示されています。計画されたミニスクリューと設置されたミニスクリューの空間的密接な対応は、仮想治療計画が臨床現場に正確に移行できることを示しました。

定量的精度測定は 表1にまとめられています。平均入口偏差は2.4±0....

ディスカッション

矯正用ミニスクリューインプラントは、侵襲が少なく、挿入が容易で、一時的な固定装置として有効であるため、臨床的に広く受け入れられています。それでもなお、正確な配置は技術的に困難であり、特に骨の利用可能性が限られ、隣接する根との近接性が根損傷やミニスクリュー不安定性のリスクを高める根間部ではなおさら^です。過去の研究では、コンピュータ誘導による手術アプローチが、矯正用ミニスクリュー挿入の精度を向上させ、合併症を軽減できることが、自由手^{挿入技術と比較して}示されています^8,9。しかし、現在利用可能な多くのワークフローは複数のソフトウェアプラットフォーム、外部の実験室製造、または複雑なデジタルプロトコルに依存しており、定期的なチェアサイド実装を制限しています。

本研究では、CBCT画像診断とCAD/CAMシステムを統合し、ガイド付き矯正用ミニスクリュー挿入を行う完...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
CEREC Guide Bloc maxi	Dentsply Sirona	REF 6447093	外科用ガイドの製作に使用するレジンブロック
CEREC Omnicam	Dentsply Sirona	REF 6390327	イントラオーラルスキャナー
CEREC SW 4.4	Dentsply Sirona	REF 6731637	ミニスクリュー外科用ガイドの設計に使用するソフトウェア
GALILEOS Implant software v 1.9	Dentsply Sirona	REF 6369503	デジタル歯科モデルとCBCTデータの重ね合わせに使用するソフトウェア
GuideMia V5.0	GuideMia Inc.	https://ai.guidemia.com/downloads/	インプラント配置の精度を評価するソフトウェア
インプラントモーター	W&H SI-923	REF 00900100	ミニスクリューを配置する機械
Miniscrew	Ormco	REF 601-0021	矯正用アンカレージデバイス
Orthophos XG 3D	Dentsply Sirona	REF 6303452	CBCTマシン