Medicine

引导牙髓病学：牙髓通路腔的三维规划和模板辅助制备

Published: May 24, 2022 doi: 10.3791/63781

Wadim Leontiev¹, Thomas Connert¹, Roland Weiger¹, Dorothea Dagassan-Berndt², Gabriel Krastl³, Eva Magni¹

¹Department of Periodontology, Endodontology and Cariology, University Center for Dental Medicine Basel UZB, University of Basel, ²Center for Dental Imaging, University Center for Dental Medicine, University of Basel, ³Department of Conservative Dentistry and Periodontology, University Hospital of Würzburg

Summary

引导牙髓病学描述了一种用于入路腔准备的模板辅助方法。该过程需要锥形束计算机断层扫描和表面扫描以生成模板。内置的套筒将钻头引导至目标点。这允许在钙化牙齿中制备微创牙髓通路腔。

Abstract

牙髓管闭塞（PCO）通常是牙齿创伤的结果，例如脱位损伤。即使牙本质叠加是重要牙髓的征兆，牙髓炎或根尖周炎也可能长期发展。根管治疗患有严重PCO和牙髓或根尖周病变的牙齿对于全科医生甚至设备齐全的牙髓专家来说都是具有挑战性的。为了确保检测钙化的根管并避免牙齿结构过度丧失或牙根穿孔，几年前引入了使用模板的静态导航（“引导牙髓学”）。一般工作流程包括使用锥形束计算机断层扫描（CBCT）的三维成像、数字表面扫描以及在规划软件中将两者叠加。接下来是通道腔的虚拟规划，并设计一个模板，将钻头引导到所需的目标点。为此，必须以钻头尖端到达钙化根管孔口的方式放置钻头的真实比例虚拟图像。一旦使用计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD / CAM）或3D打印机制造了模板，就可以在临床上进行导管腔的准备。出于研究目的，术后CBCT图像可用于量化所执行的通路腔的准确性。这项工作旨在介绍静态引导牙髓学技术从成像到临床实施。

Introduction

牙髓管闭塞（PCO）是重要牙髓的体征，通常在牙齿创伤¹ 后观察到，或作为对龋齿、修复手术² 或重要牙髓治疗³ 等刺激的反应。当没有临床或影像学病理体征时，不需要根管治疗。然而，从长远来看，剩余的牙髓组织可能会发展为病理⁴。在存在牙髓或根尖病变的临床或影像学体征的情况下，非手术根管治疗将是牙齿保护的首选治疗方法。

为了获得根管治疗的成功结果，准备足够的通路腔至关重要。需要根管治疗的PCO牙齿很难治疗，即使对于专门从事牙^{髓学领域的}牙医也是如此5。试图定位钙化的根管可能会导致牙齿结构的大量损失，从而削弱甚至穿孔。这降低了牙齿的预后，并且可能需要拔牙⁶。

由于基于模板的（静态）导航已经成功地用于口腔种植学，因此几年前在文献中首次描述了其在牙髓病学中的应用⁷。从那时起，许多病例报告和研究已经证明了模板辅助牙髓通路腔准备在PCO⁸^，⁹病例中的益处。

这项工作的目的是介绍使用引导牙髓病学引导入路腔准备的技术。出于研究目的，在术后CBCT扫描后可以进行治疗评估（确定计划和执行的通路腔之间的角度和空间偏差），本文也将对此进行介绍。

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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。在这项研究中，使用了来自上颌骨模型的DICOM数据，该模型由提取的，去识别的人牙组成。由于与本研究无关的原因，拔牙。

1. 虚拟接入腔规划

启动数字规划程序。
右键单击专家以选择高级模式。
右键单击“ 新建 ”以打开新案例。
选择包含 DICOM 图像数据的文件夹以将图像数据导入软件。
如有必要，调整霍恩斯菲尔德单位（HU）阈值以获得最佳可视化效果（在左下角的小窗口中检查）。
单击 “创建数据集 ”以完成数据导入。
注意：这里使用来自上颌骨模型的DICOM数据，该模型由提取的，去识别的人牙组成。
通过左键单击上颌骨或 下颌骨 来选择计划类型并命名计划。
单击编辑分割以开始图像分割过程。
注意：将自动打开一个新窗口，用于分段过程。
通过左键单击左上角框中的轴向来选择轴视图。
单击密度测量以测量高不透射线的牙齿表面和周围的非不透射线状态（空气）。计算两种密度之间的平均值。（图1）。
注意：平均值需要手动计算;软件中没有集成工具。
点击 3D 重建。
将下限阈值设置为确定的平均值（图2A）。
使用 泛滥填充工具 分割牙列，并根据需要命名分割（图 2B）。
注：当洪水填充工具处于选中并处于活动状态时，可以通过在 3D 视图中单击鼠标左键来分割所需区域。
通过单击 关闭模块完成细分。
通过选择“ >对象>模型扫描”来添加模型扫描。
注意：需要事先生成表面扫描（例如，使用口内扫描仪，该扫描仪将数据作为stl文件提供）。
从数字表面扫描导入 stl 文件。
选择 “与其他对象对齐”。
选择执行的分割（图2C）。
在数据集、分割和表面扫描的 3D 视图中为地标配准选择三个不同的匹配点。
注意：点的空间分布将有助于数据的半自动匹配。
验证所有飞机上的注册是否正确并完成注册。
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。如果需要，左键单击并拖动以在空间上调整对齐方式，右键单击并拖动以调整显示平面中的角度偏差（图 3）
添加植入物（必须事先将使用的牙髓钻导入软件的植入物数据库）以计划对根管的访问。
将钻头定位在所需的角度和所需的深度，并在所有平面上进行验证（图4A）。
将相应的套筒添加到钻头中（必须事先通过附加>编辑自定义套筒系统将使用的套筒系统添加到数据库中）。
注意：套筒不得与牙冠接触。如果套筒接触，则需要选择更长的钻头以在套筒和齿结构之间提供空间（图 4B）。
选择 对象>添加>手术指南 以根据需要设计模板（图5A）。
将模板导出为 stl 文件并使用 3D 打印机制造（图 5B，补充文件 1）。
注意：完成 3D 打印后，根据制造商对所用打印机和打印材料的说明对模板进行返工。准确去除支撑材料对于模板在牙弓上的安装至关重要，因此对于准备接入腔的准确性也至关重要。

2. 检修腔准备

检查模板在牙列上的贴合度（图5C）。
注意：在设计过程中可以添加检查窗口，以增强对贴合和座椅的视觉控制。
检查袖子在模板中的贴合度。
在检修腔部位标记搪瓷。染料（例如，龋齿检测器）可用于钻头的尖端（图6A，B）。
在通路腔部位去除牙釉质，而无需使用模板或牙髓钻。使用金刚石钻头代替，直到牙本质暴露出来（图6C）。
将装有模板的套筒放在牙弓上。
将钻头插入用于计划的手机中。
使用模板引导进行接入腔准备（图6D）。
注意：检修腔应间歇性准备。应清除钻头和型腔上的碎屑，以抵消热量的产生。手锉可用于检查在到达根尖位置之前是否可以进入根管孔口。顶点位置将由钻塞定义。手文件可用于搜索或进入运河孔口。一旦找到管口，就可以使用手锉和/或旋转器械进行常规的根管治疗。

3. 治疗评估

使用术前 CBCT 设置创建术后图像数据。
开始新的案例规划。
将图像数据模拟导入术前计划。
单击编辑细分。
将下限阈值设置为确定的平均值，该平均值是为术前数据计算的。
使用 泛洪填充工具 分割牙列。
通过单击 关闭模块完成细分。
打开术前计划。
选择 “治疗评估计划>”。
选择 术后体积数据集 （图7A）。
加载正确的术后数据集并选择生成的分割。
通过选择三个不同的区域进行地标注册来对齐术前和术后 CBCT 数据。
注意：点的空间分布将有助于数据的半自动匹配（图 7B）。
验证所有飞机上的注册是否正确并完成注册。
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8）。
将虚拟牙髓钻头放在执行的通路腔准备方向上，并检查所有平面（图9）。
注意：如果钙化管的直径大于使用的牙髓钻的直径，则在顶冠方向进行调整是不可行的。因此，治疗评估只能针对角度和横向偏差来确定，而不能确定顶端或三维偏差。
选择完成，软件将自动计算偏差，并在表格中显示结果。此外，计划与执行的通道腔准备之间的偏差可以在3D渲染视图中可视化。

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Representative Results

图10A 显示了在模板辅助通路腔制备中颊管后，第一上颌磨牙中制备的牙髓通路腔的咬合视图。 图10B 显示了在准备腭和颊沟通路腔后插入三个牙髓手锉以确认根管检测成功。将术后CBCT数据与术前计划数据匹配后，虚拟钻头放置生成有关偏差的信息（图11A）。这里，角度偏差为 0.7°，钻头底部的 3D 偏差为 0.74 mm 3D 偏差，钻头尖端的 3D 偏差为 0.87 mm 3D 偏差。为了获得更好的可视化效果，可以在不同的平面或 3D 渲染视图中显示偏差（图 11B）。

图 1：分段准备。 测量牙釉质和周围材料的HU密度。计算平均值。红色圆圈：密度测量工具的按钮。左键单击以激活，这允许通过左键单击并按住所需区域在轴视图中测量密度。请点击此处查看此图的大图。

图 2：分割过程和与表面数据对齐的准备。 （A）术前CBCT数据的3D视图。下限阈值已调整为确定的平均值。（B）洪水填充工具用于对牙齿结构（蓝色）进行分割，并被命名为“上颌牙”。（C）可以选择执行的分割（此处为“上颌牙齿”）进行注册步骤。请点击此处查看此图的大图。

图 3：CBCT 和表面扫描数据集的对齐。 在所有平面中验证匹配是否准确，并完成配准步骤。请注意3D重建中分割和表面扫描数据之间的“伪装图案”，这表明数据的高精度匹配。请点击此处查看此图的大图。

图 4：通道腔规划 。（A）牙髓钻实际上放置在上颌第二前磨牙的根管口上，提供直线通路。（B）可以在牙髓钻头上添加合适的套筒。套筒和冠状齿结构之间必须有足够的空间，以避免以后将模板放在牙弓上时受到干扰。请点击此处查看此图的大图。

图 5：静态导航模板。 （A）整个模板已经设计好（这里是一个上颌骨研究模型，在后牙区域有多个计划的通路腔）。它现在可以导出和3D打印了。（B）模板已3D打印。（C）检查模板在牙弓上的充分配合。请点击此处查看此图的大图。

图 6：通道腔准备。（A）钻头尖端的染料（此处：龋齿检测器）用于标记通道腔部位的牙釉质。（B）珐琅已通过模板和套筒进行标记。（C）已使用对角手机中的金刚石钻头去除了检修腔部位的珐琅。（D）套筒插入后，将模板放置在牙弓上，引导内牙通路腔可以用对角手机中的牙髓钻头进行。请点击此处查看此图的大图。

图7：治疗评估的准备。（A）选择 术后体积数据集 作为治疗评估的数据源。（B）术前和术后CBCT数据之间的里程碑登记。选择解剖学上突出的区域（尖尖、边缘脊）作为地标及其空间分布可以促进半自动配准。请点击此处查看此图的大图。

图8：术后CBCT对齐。匹配的术前和术后数据显示在所有平面和 3D 重建中。请注意 3D 重建中数据集之间的“伪装图案”，这表明数据的高精度匹配。请点击此处查看此图的大图。

图 9：检修腔的标记。 为了进行治疗评估，在通路腔准备方向放置一个虚拟钻头，可以从术后CBCT数据（（A）冠状面，（C）矢状面）中提取。确认两个平面（（B）冠状面，（D）矢状面）中有足够的钻头定位。请点击此处查看此图的大图。

图10：入路腔准备后的临床视图 。（A）模板辅助中颊管上颌第一磨牙牙牙髓通路腔制备。（B）以相同的方式进入颊沟和腭根管后，插入手锉以确认根管检测成功。请点击此处查看此图的大图。

图11：治疗评估 。（A）在正确匹配术前和术后CBCT数据并正确放置钻孔后，软件计算计划和执行的通路腔准备之间的角度和空间偏差。结果以表格形式显示。（B）在矢状面或冠状视图中也提供偏差的可视化，或在3D重建中提供。请点击此处查看此图的大图。

补充文件 1：模板的示例 stl 文件。请点击此处下载此文件。

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Discussion

模板辅助通路腔制剂在牙髓病学中的引入，为PCO牙齿的非手术牙髓治疗带来了巨大的进步。传统的通路腔准备可能非常耗时⁵ ，并且在严重PCO的情况下容易出错。体外研究和临床病例报告证明了引导牙髓病学方法的可行性，在根管检测方面产生了令人满意的结果，并且计划和执行的通路腔之间的总体偏差^较低8。然而，引导牙髓病的实施应仅限于传统的徒手进入腔准备伴有更高的医源性错误风险的情况，因为需要使用电离辐射（CBCT）¹⁰。

为了尽量减少计划与最终执行的接入腔之间的偏差，需要考虑几个因素。进行全拱形表面扫描时，可能会出现局部偏差和不准确性¹¹。这可能导致CBCT数据匹配过程中出现一定程度的错误，从而导致通道腔准备的偏差。因此，高精度的表面扫描仪也将为引导牙髓病学方法提供更准确的结果。调查了不同的计划软件和模板制造类型（加法与减法），发现它们对结果也有影响¹²。

此外，3D打印过程的质量和准确性在最大限度地减少通道腔准备中的偏差方面也起着重要作用。除了3D打印¹³中的各种工艺外，打印物体¹⁴ 的对齐在制造精度中也起着决定性的作用。由于增材制造工艺需要不断进一步发展，因此应定期对制造工艺进行严格检查，以达到尽可能高的精度。此外，钻头和套筒之间的配合精度在整个过程的准确性中起着重要作用。为了避免热量发展并使毛刺平稳滑动，需要一定量的“宽松配合”。特别是当从套筒到顶端目标点的距离很大时，钻头底部的小偏差可能会导致钻头尖端的较大偏差。为了避免基于袖子的系统由于患者口腔中的垂直空间减少而可能出现的缺点，在最近的病例报告中已成功描述了无袖引导系统¹⁵。进一步研究比较含套管与无套筒系统的准确性对于未来引导牙髓学领域的研究是可取的。除了减少垂直空间外，模板辅助制备牙髓通路腔的另一个限制是存在移动牙齿。为了实现准确的规划和精确的治疗，可以事先夹板移动性更强的牙齿。

当使用术后CBCT数据进行准确性评估时，重要的是要确保CBCT机器设置和软件中HU阈值的设置与术前数据完全相同。已经表明，不同的CBCT和阈值设置导致不同的分割体积¹⁶，因此阻碍了成像数据的精确对齐并导致不正确的结果。然而，即使在理想匹配的数据集中，错误也是不可避免的，因为虚拟bur是手动放置的，并且是主观错误的基础。对于口腔种植体的准确性验证，比较了不同的方法，发现自动评估方法优于手动匹配方法¹⁷。因此，应考虑一种自动方法，以提高评估本身的质量，并在引导牙髓病学领域的未来研究结果之间建立可比性。

据我们所知，迄今为止，还没有商业上可用的软件可以自动评估检修腔的准确性。与种植体位置的评估相比，出现的一个困难是通路腔不透射线，因此难以实施自动评估。

除了静态导航外，还描述了用于牙髓目的的动态导航系统（DNS）。DNS可以规避模板引导访问准备¹⁸的缺点，但需要更多的设备，因此仍然与高成本相关联。

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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
Endoseal drill	Atec Dental GmbH	NA	Carbide bur, which is used for the guided access cavity preparation
StecoGuide Endo-Sleeve	steco-system-technik	REF M.27.28.D100L5	Sleeves, which are inserted into the fabricated template
TRIOS 3	3Shape A/S	NA	Surface scanner
P30	Straumann	NA	3D Printer
P pro Surgical Guide Clear	Straumann	NA	Light-curing resin for the additive manufacturing