Medicine

牙髓病学中的动态导航：通过小型化导航系统进行引导通路腔准备

Published: May 5, 2022 doi: 10.3791/63687

Wadim Leontiev¹, Thomas Connert¹, Roland Weiger¹, Gabriel Krastl², Eva Magni¹

¹Department of Periodontology, Endodontology and Cariology, University Center for Dental Medicine Basel UZB, University of Basel, ²Department of Conservative Dentistry and Periodontology, University Hospital of Würzburg

Summary

动态导航系统（DNS）在牙髓通路腔准备期间为操作员提供实时可视化和指导。该程序的规划需要使用锥形束计算机断层扫描和表面扫描进行三维成像。将规划数据导出到 DNS 后，可以以最小的入侵准备访问腔。

Abstract

对于牙髓管钙化（PCC）和根尖病变或牙髓炎的牙齿，根管治疗可能非常具有挑战性。PCC 是牙齿创伤的常见后遗症，但也可能发生在龋齿、磨牙症或放置修复体等刺激时。为了在必要的根管治疗的情况下尽可能微创地进入根管，除了静态导航之外，最近在牙髓病学中引入了动态导航。使用动态导航系统（DNS）需要术前锥形束计算机断层扫描（CBCT）成像和数字表面扫描。如有必要，在CBCT扫描之前，必须在牙齿上放置参考标记;对于某些系统，这些系统也可以在之后以数字方式进行规划和创建。通过连接到规划软件的立体摄像头，现在可以在参考标记和虚拟规划的帮助下协调钻头。因此，在不同平面的准备过程中，可以在监视器上实时显示钻头的位置。此外，空间位移、角度偏差和深度位置也单独显示。少数商用DNS主要由相对较大的相机标记系统组成。在这里，DNS包含小型化组件：一个轻巧的摄像头（97 g）安装在电动手机的微电机上，利用制造商特定的连接机制和一个小标记（10 mm x 15 mm），可以很容易地连接到单独制造的口内托盘上。出于研究目的，术后CBCT扫描可以与术前扫描相匹配，并且可以通过软件计算出去除的牙齿结构的体积。本工作旨在介绍通过小型化导航系统从成像到临床实施的引导通路腔制备技术。

Introduction

在非手术牙髓治疗中，准备足够的通路腔是第一个侵入性步骤¹。经过牙髓管钙化（PCC）的^{牙齿难以治疗}且耗时2，导致更多的医源性错误，例如穿孔，这可能对牙齿的预后^{至关重要3。}PCC 是在牙齿创伤⁴，⁵ 之后可以观察到的过程，是对龋齿、修复程序或重要牙髓治疗⁶ 等刺激的反应^，导致根管孔向顶点重新定位。一般来说，PCC 是重要牙髓的体征，只有当牙髓或根尖病变的临床和/或影像学体征变得明显时才需要进行治疗。剩余根管空间的孔口越尖，空间定位和照明变得更加困难，即使对于牙髓病学专家和其他设备（例如手术显微镜）也是如此。

除了静态导航⁷（一种基于模板的方法，可将钻头引导至目标点）外，动态导航系统（DNS）也被描述为也适用于制备牙髓通路腔⁸，⁹，¹⁰，¹¹，^12，13，¹⁴^，¹⁵.DNS由一个摄像头-标记-计算机系统组成，其中识别旋转仪器（例如，金刚石钻），并在患者口腔中的位置实时可视化，从而为操作员提供指导。为数不多的商用系统配备了相对较大的口外标记系统和大型摄像设备。最近，描述了一个小型化系统，由一个低重量相机（97 g）和一个小的口内标记物（10 mm x 15 mm）组成，用于牙髓通路^腔准备8。本工作旨在通过这种小型化动态导航系统呈现从成像到临床实施的引导通路腔制备技术。出于研究目的，术后CBCT后可以进行治疗评估（确定由于通路腔准备引起的物质损失），本文也将介绍。

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Protocol

进行这项研究不需要批准或同意，因为患者数据的使用不适用。

1. 规划程序

打开规划软件并重新确保已安装最新版本。
单击专家将工作模式从简单切换到专家。
单击右侧边栏上的 “新建 ”以开始新的案例计划。
通过选择包含术前 DICOM CBCT 数据的文件夹来选择 图像源 。
注意：可能需要调整霍恩斯菲尔德单位（HU）阈值，具体取决于左下角窗口中显示的图像质量）。
选择 “创建数据集 ”以继续规划。
选择规划类型（上颌骨或下颌骨）。
选择 编辑分割 以开始牙弓分割。
切换到左侧边栏上的轴视图。
选择密度测量以针对较高的不透射线齿结构和周围不透射线状态（例如空气）执行此测量。平均值（图1）。
注意：平均值是手动计算的;本软件不提供用于此目的的功能。
返回左侧边栏上的 3D 重建 。
将下限阈值调整为计算的平均值（图2A）。
使用 洪水填充 工具进行分段。为分段命名（图 2B）。
注：当“洪水填充”工具处于选中状态并处于活动状态时，只需在“3D 重建”视图中单击所需区域即可进行分割。
通过选择关闭模块完成牙弓的分割。
左键单击 对象>添加>模型扫描。
选择 “加载模型扫描”。
注意：必须提前使用合适的口内扫描仪进行数字表面扫描，并且数据集必须作为 stl 文件在 PC 上提供。
选择“ 与其他对象对齐”。
选择在步骤 1.13 中创建的分段（图 2C）。
分别在配准对象和模型扫描中选择三个不同的匹配点，或通过左键单击所需区域来选择地标配准。
注意：尝试在空间上分布点以增强数据的半自动匹配。选择解剖学上突出的区域（尖尖，边缘脊）作为地标也将促进半自动注册过程）。
通过手动滚动平面来检查所有平面中的注册并完成注册。
注意：如果CBCT和表面扫描之间的偏差很明显，则可能需要手动校正（图3）。
通过添加 植入物来规划通道腔。
注意：必须事先通过附加>种植体设计器>植入物>导入数据库将使用的牙髓钻添加到种植体数据库中。Bur 可以作为 .cdxBackup 文件导入，如软件制造商的说明中所述。
将钻头放置到目标位置，并通过左键单击和移动来检查所有平面（软件提供不同的平面和视图以进行充分定位）（图 4A）。
注意：bur的长轴应在可视化的根管空间中居中。直径为 1.0 mm 的圆柱形金刚石钻头可用于大多数通道腔制备。然而，对于根部狭窄的牙齿，应考虑较小的直径，以提供进入根管口的微创通道。
选择 对象>添加> 3D 模型 以添加标记托盘的 STL 文件。
将托盘靠近计划的访问腔准备，确保在实际过程中不会受到干扰（图4B）。
添加手术指南并根据 DNS 制造商的说明指南设计标记托盘。
将标记托盘导出为 STL 文件并使用 3D 打印机制造（图 4C）。
根据 DNS 制造商的说明指南，通过选择“对象>虚拟计划导出 >通用计划对象容器 格式”来导出整个计划。

2. 检修腔准备

通过 USB 将规划数据导入 DNS。
选择正在处理的案例。
将标记插入 3D 打印的标记托盘。
检查记号笔在记号笔托盘中的配合度。
检查标记托盘在牙弓上的配合（图4D）。
将钻头插入用于计划的手机中。
根据 DNS 制造商的说明在 bur 注册工具中注册 bur（图 5A）。
通过将钻头移动到显眼位置（例如切口边缘）来检查正确的套准;DNS 应在完全相同的位置显示仪器的尖端（图 5B）。
注：如果显示的毛刺位置不正确，请检查托盘在牙列上的正确配合以及标记在托盘中的正确配合。如有必要，请重复 bur 注册。如果仍然显示不正确的位置，则托盘制造过程中可能发生材料变形，并且不应进行检修腔准备。
将毛刺移到将要治疗的牙齿上。
注意：DNS 将自动切换到其他视图，提供有关空间和角度偏差的实时信息;右侧还提供了深度方向（图5C）。
在 DNS 指导下执行接入腔准备。
注意：准备工作应间歇性进行。应从钻头和通道腔中清除碎屑，以避免在制备过程中产生热量。

3. 治疗评估

使用与术前相同的CBCT机器设置生成术后CBCT成像。
在软件中打开术前计划。
选择 编辑细分。
将下限阈值调整为计算的平均值（请参阅步骤1.11）。
使用 泛滥填充 工具分割治疗过的牙齿，并为分割命名。
注意：如果牙齿有近端接触，则可能需要手动绘制分割边界， 如图6所示。
通过选择“ 关闭模块 ”选项完成分段。
右键单击分段齿左侧的概述列，然后选择 转换为 3D 模型。
注意：分段将在概述中显示为 3D 模型。
右键单击分段术前牙齿的 3D 模型，然后单击可视化 >属性。牙齿的体积将以mm³显示。
打开一个新案例。
导入术后CBCT扫描的DICOM图像数据（CBCT成像的设置应与术前相同）。
选择 编辑细分。
将下限阈值调整为与术前数据计算的值相同。
使用 泛滥填充 工具分割治疗过的牙齿，并为分割命名。
注意：如果牙齿有近端接触，则可能需要手动绘制分割边界。
通过选择“ 关闭模块 ”选项完成分段。
右键单击分段的牙齿，将其转换为3D模型。
注意：分段将在概述中显示为 3D 模型。
右键单击分段术前牙齿的 3D 模型，然后单击可视化 >属性。牙齿的体积将以mm³显示。
注意：术前和术后体积之间的差异是通路腔准备期间的物质损失量。
打开术前计划。
导入 模型扫描>导入分割 并选择术后牙齿分割。
使用地标配准与术前牙齿分割保持一致（见步骤1.18）。
注意：术前和术后数据的匹配程序有利于可视化，但对于体积测量不是强制性的。

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Representative Results

图7A显示了借助DNS在模型中央门牙中准备好的牙髓通路腔的咬合视图。图7B显示了矢状位图中相关的CBCT扫描。然后将术后分割与术前CBCT数据相匹配（图7C）。术前和术后3D模型匹配（图7D），计划软件可以自动计算术前（412.12mm 3）和术后（405.09mm 3）体积，并以mm³显示（图8）。因此，物质损失的体积为7.03mm³。物质损失本身的绝对值并不重要。应比较不同方法的物质丢失值（例如，常规通路腔准备与 DNS 或不同 DNS 的比较），物质丢失量的显著差异表明哪种技术提供侵入性最小的方法。

图 1：测量牙齿和周围空气的密度。 平均测量值。（箭头：密度测量工具）。请点击此处查看此图的大图。

图 2：3D 重建和分割。（A）术前 CBCT 数据的 3D 重建。下限阈值将调整为计算值。（B）已使用洪水填充工具执行分段。分割被命名为“牙齿”（白色）。（C）选择您的分段作为注册对象。请点击此处查看此图的大图。

图 3：CBCT 和表面扫描数据的匹配。 检查所有平面是否正确对齐并完成配准。请点击此处查看此图的大图。

图 4：检修腔规划和托盘制造 。（A）钻头实际上放置在根管孔口上，提供直线通道。（B）标记托盘放置在牙弓上。（C）标记托盘设计为适合牙齿表面。它现在可以导出和3D打印了。（D）标记已放入3D打印标记托盘中。现在，将标记托盘放在牙弓上并检查其贴合度。请点击此处查看此图的大图。

图 5：通过 DNS 进行 Bur 注册和实时可视化 。（A）使用相关工具执行 Bur 注册。（B）在治疗开始前检查正确的注册。将钻头放置在突出的解剖学标志（此处为切口边缘）处。DNS 显示的位置应完全相同。（C）在接入腔准备期间显示 DNS 视图。请点击此处查看此图的大图。

图 6：用于体积测定的单齿分割 。（A）CBCT数据的3D重建显示，牙齿由于近端接触而连接。绘制两个手动分割边界以提供单个牙齿分割。这里：正面视图。（B）侧视图。请点击此处查看此图的大图。

图7：术后和术前数据的匹配。（A）借助 DNS 进行的牙髓通路腔的咬合视图。（B）矢状位的术后CBCT数据。请注意根管空间的直线通道。（C）牙齿的术后分割（红色）与术前CBCT数据（蓝色）相匹配。（D）从分割数据生成的3D模型匹配并表现出良好的一致性。请点击此处查看此图的大图。

图 8：体积计算。（A）对于牙齿的术前3D模型，计划软件能够以mm³为单位计算体积。（B）进入腔准备后牙齿3D模型的体积测定。请点击此处查看此图的大图。

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Discussion

一些研究和病例报告已经证明了在牙髓病学中引导通路腔准备的可行性⁷。利用模板和套筒进行钻刺引导（静态导航）的导航被描述为一种精确而安全的方法，可以进入钙化的根管。此外，发现该方法独立于操作者的临床经验程度¹⁶，提供了用晚期PCC治疗牙齿的可能性，而没有牙齿结构大量损失或医源性错误（如穿孔）的风险。

当需要使用晚期PCC对后牙进行根管治疗时，由于咬合间隙减少，使用模板和钻头的静态导航可能会变得具有挑战性，特别是对于^口开口减少的患者7。最近的一项调查显示，与前磨牙或前牙¹⁷相比，臼齿中计划与已执行的通路蛀牙之间的偏差明显更高，这被认为是由于手机头部和对面牙齿的干扰造成的。在最近的一份病例报告中，将基于无袖模板的方法描述为最常用的含套筒系统的替代方案，并显示出令人满意的结果¹⁸。

DNS提供有关用于准备通路腔的钻头的计划和实际位置之间的空间和角度偏差的实时信息，因此不需要模板，并且在咬合间隙空间减少的情况下可能会降低其实用性。因此，DNS提供了操作间的灵活性，因为可以调整通道腔准备的方向，而使用静态导航（基于模板）方法时则不是这种情况。

一般来说，引导牙髓病学的使用应仅限于晚期钙化的牙齿，其中传统的通路腔准备充满了医源性错误的风险，包括根部穿孔，从而威胁牙齿保护，因为3D规划需要使用电离辐射（CBCT）。CBCT在牙髓病学中的应用应遵循当前的科学建议¹⁹。生成CBCT成像数据时，具有有限视场（FOV）的配置将减少辐射剂量。高度钙化的根管可视化可以通过减小体素大小来实现，从而实现精确的虚拟 3D 规划。

此外，与传统技术相比，执行引导通道腔准备的成本更高。到目前为止，市场上只有少数DNS可用，导致高昂的购置费用。然而，静态引导导航也意味着额外的成本（模板制造工艺、套筒、钻头）。

文献中提出的DNS在非手术牙髓治疗中的准确性的结果非常有希望。然而，少数可用的系统由笨重的口外标记物组成，这会降低患者和操作员在手术过程中的舒适度。在这里，使用的DNS使用小型化组件来避免这些缺点。口腔种植学^20，21，²²^，²³的几项研究和一项牙髓通路^腔准备8的研究证明了这种特定DNS的可行性^，并且它可能成为基于模板的静态导航的潜在替代方案。

使用 DNS 时不准确的来源可能源于规划错误。例如，对于口内扫描仪来说，全牙弓表面扫描仍然具有挑战性²⁴，²⁵，因此表面扫描中可能会出现局部偏差^，并损害与 CBCT 数据匹配的精度。

对于动态导航，标记托盘的质量和贴合度也至关重要。根据制造过程的不同，材料变形²⁶ 可能导致钻头的实际位置和显示位置之间的偏差。从几何角度考虑，当相机和标记之间的角度相当钝时，如果发生失真，偏差会增加。因此，在此特定 DNS 的规划过程中，应考虑将标记托盘放置在相机和标记表面之间提供相当直角的位置。尽管如此，在 一项体外 研究中，不同类型的标志物定位（对侧/同侧）之间没有发现显着差异²³。

在对术前和术后状况进行体积测量以确定牙齿结构的损失时，使用相同的CBCT参数并设置相同的HU阈值至关重要²⁷。当需要手动绘制分割边界（在具有近端接触的情况下）以执行单个牙齿分割时，由于边界是主观绘制的，因此可能会出现不准确。文献中已经描述了更复杂的分割操作，以自动化具有近端接触的牙齿的分割过程²⁸^，²⁹。然而，在近端接触的情况下，由于手动分割边界而导致的不准确性与物质损失量相比可以忽略不计。

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Disclosures

所有作者都声明他们没有利益冲突。

Acknowledgments

没有。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Accuitomo 170	Morita Manufacturing	NA	CBCT machine
coDiagnostiX	Dental Wings Inc	Version 10.4	Planning software, which is mainly intended for implant surgery. Endodontic access cavities can be planned by adding the utlized bur to the implant database
DENACAM	mininavident	NA	Dynamic Nagivation System, consisting of (1) camera, which is mounted to an electric handpiece, (2) marker, (3)computer and screen, (4) associated software
TRIOS 3	3Shape A/S	NA	Surface scanner