一种三维打印导板引导的同期种植与牙体预备技术

Abstract

当临床中既要进行缺失牙的种植，又要进行余留牙的牙体预备时，利用数字技术将二者进行同期整合是一个减少就诊次数、提升效率的方案。本文提出了一种同期种植与牙体预备技术的数字化流程，将种植手术导板和三维打印定深孔导板同期整合为一个导板，同时完成引导种植体植入与精准牙体预备。以“修复为导向”的虚拟种植规划设计并制作出的种植手术导板，可以提高种植体植入的效率和可预测性，其线性精度要求为1 mm左右；而定深孔导板实现了牙体预备量的精准引导、修复空间可视化，保证了备牙质量，其线性精度要求为百微米级。不同的设计精度需求使得二者的结合提升导板整体的引导精度需求，二者的一体化同期应用也实现了最大程度减少临床操作时间、就诊次数以及患者经济负担的要求。

计算机引导手术是从锥形束计算机断层扫描（cone beam CT，CBCT）、牙科扫描仪以及计算机辅助设计（computer aided design，CAD）/计算机辅助制造（computer aided manufacturing，CAM）软件技术发展而来的[1]，而基于三维打印导板的数字化引导技术应用日益普及，有效地提高了包括种植手术[2]、二期手术[3]、牙体预备[4]和牙髓治疗[5]等牙科手术的准确性。

在牙缺失种植修复的数字化工作流程中，使用牙支持式的导板进行引导手术是提高种植体手术准确性和效率的可行治疗选择[1]。按照数字化工作流程，可以利用收集的数字化数据设计虚拟种植体，然后在CAD软件中设计手术导板[6]。切削和三维打印的导板可以用来辅助指导种植体的植入和截骨[7]，手术导板的使用在种植体位置的准确度方面提供了临床可接受的结果[2]。有文献[8]统计了1项随机对照试验、8项回顾性研究以及11项前瞻性研究，结果显示，手术导板引导植入的种植体颈部的总平均误差为1.2 mm（1.04~1.44 mm），植体尖端为1.4 mm（1.28~1.58 mm），角度偏差为3.5°（3.00°~3.96°）。

在牙体预备中，保守的牙体预备量对于全瓷修复体的长期及稳定至关重要[9]，已经有文献[10]报道了几种用来控制牙齿预备的深度的技术，牙面上的定深沟或凹坑是通过将一定直径的车针部分没入牙面[11]中形成的，参考的外形是原始牙齿表面，并未考虑最终修复体的解剖结构，即目标修复空间（target restorative space，TRS），牙体预备过量的风险很高[10]。使用诊断蜡型作为基础，Magne等[12]制作了硅橡胶导板来指导牙体预备深度，与以原始牙齿表面作为参考相比，以TRS为基础的牙体制备量会更加保守[10]。随着数字化技术的发展，各种经数字化设计的引导技术，例如打印硅胶导板[13]、诊断饰面[14]、机器人牙体预备[15]和牙体预备导板[16]也较好的控制了牙体预备的深度。硅橡胶牙体预备导板可将预备偏差控制在0.1 mm，而3D打印自动止停牙体预备导板则可将预备总偏差控制在0.05 mm[17]。

综上所述，当面对既需要进行种植手术又要进行牙体预备的临床病例时，为了节约费用和提升效率、按照虚拟设计分配的TRS进行精准牙体预备，能否将二者整合到一个导板、同期完成两项实操引导？为此，本文介绍了一种全程数字化方法，在TRS指导下，于术前完成最终效果的虚拟设计及空间分析，并在其指导下进行种植手术和牙体预备的方案设计以及种植-牙体预备二合一导板的设计，最终利用该导板同时完成引导种植体植入与精准牙体预备。将数字化种植导板与牙体预备导板一体化设计制造，以求尽可能减少临床操作时间、就诊次数以及患者疾病负担。

1. 展示病例的基本情况

患者，女，32岁，主诉为上前牙前突4年，希望解决美观问题。患者自述换牙后上颌前牙前突且有散在间隙，4年前发现双上前牙前突加重，曾行牙周治疗现已控制稳定，1年前因外伤致双上前牙松动，未行特殊处理。

临床检查显示：11、21牙唇倾，间隙过大约5 mm；11牙松动Ⅱ度；21牙扭转松动Ⅲ度；12、22牙牙体较小，存在散在间隙（图1A~C）。术前CBCT检查示：11、21牙牙周膜间隙增宽，骨内牙根长度分别为6 mm及3 mm，11牙冠根比约2∶1，21牙冠根比约4∶1（图1D、E）。

图 1. 患者术前检查.

Fig 1 Patient's preoperative photos

A：口内唇面照；B：口内面照；C：术前面部照；D：11牙CBCT；E：21牙CBCT。

诊断：11、21牙牙外伤，12、22过小牙以及慢性牙周炎。

由于患者覆覆盖过大，前伸运动时无前牙参与引导，本次修复根据其咬合重建成上颌侧切牙参与前伸引导的状态。在讨论了不同的治疗方案后，患者选择将11、21牙拔除后行即刻种植手术，12、22牙行全瓷冠修复。患者经过系统治疗后现牙周情况稳定，若种植体的初期稳定性大于等于35 N·cm，则对11、12牙行即刻修复，并调整修复体咬合使其与对颌牙之间无任何功能接触，在恢复美观的同时保障种植体的骨结合。

2. 技术步骤

2.1. 数据采集及匹配

在获取患者CBCT数据、口内扫描数据、面部扫描数据、颌位及咬合数据后，将数据导入牙科专业设计软件Dental CAD（exocad公司，德国），通过可见牙体组织将面部扫描数据和口内扫描数据拟合，通过具有特征标志的前后牙将CBCT数据和模型数据拟合后上虚拟架，最终将患者的真实信息转换为虚拟数字化信息，并在计算机内完全呈现（图2）。

图 2. 数据导入并拟合.

Fig 2 Importing and fitting the data

A：口内数据与面部数据拟合；B：口内数据与CBCT数据拟合；C：数据转移至架。

2.2. 设计虚拟蜡型

使用软件Dental CAD在原始模型上进行TRS虚拟蜡型的设计，根据患者主诉和现状，在保证软硬组织健康和功能活动正常基础上，拟定修复体所需占据的最佳空间，并进行咬合调整，再结合面部进行进一步调整（图3）。

图 3. 结合面部扫描设计TRS虚拟修复.

Fig 3 The design of TRS virtual restoration based on facial scanning

A：TRS虚拟蜡型；B：虚拟蜡型与口内数据拟合；C：虚拟蜡型与面部扫描数据拟合。

2.3. 虚拟牙体预备

在完成的虚拟蜡型即目标修复体上，进行数字化的牙体预备（图4）；预备前确定好修复的类型和材料，然后根据修复类型和材料进行标准化的预备，得到一个目标预备体。

图 4. 基于目标修复体的虚拟牙体预备.

Fig 4 Virtual preparation on target restoration

A：数字化的牙体预备；B：虚拟牙体预备定深孔设计。

2.4. 种植方案及导板设计

在种植设计软件Blue Sky Plan（BlueSkyBio公司，美国）中导入拟合好的原始模型和虚拟蜡型，进行数字化种植设计，综合骨的情况和虚拟蜡型，确定植体空间位置和植入方法，最后设计生成种植及牙体预备导环。为了保证足够的支持，将牙支持式导板的后端延伸到第一磨牙处；为方便就位且得到足够的稳定性，将导板边缘设计在邻牙的颈1/3处，使基牙处导板边缘盖过龈缘，导板数据使用初始模型并用树脂打印机（3D Systems，美国）进行3D成型（图5）。

图 5. 设计种植方案并生成手术导环.

Fig 5 The design of implant operation scheme and manufacture of operation guide plate

A：虚拟蜡型数据与CBCT数据拟合；B：数字化种植设计；C：生成种植及牙体预备导环；D：导板生成。

3. 临床操作

3.1. 在导板全程引导下进行手术

微创拔牙后（图6A），试戴二合一手术导板，确定完全密合，固定在患者口腔中。依次使用直径为2.2 mm的先锋钻和直径为2.8 mm的扩孔钻及与两者配套的压板完成种植窝洞的逐级预备（图6B）。测量后，植入了2枚Straumann^®骨水平锥型种植体（Roxolid SLActive，3.3 mm×10 mm，3.3 mm×12 mm）。11、21牙植入扭矩为50 N·cm，初期稳定性良好，达到即刻修复要求（植入扭矩>35 N·cm），旋入愈合帽后用橡皮障保护创面（图6C、D）。

图 6. 在导板全程引导下进行手术.

Fig 6 Surgery based on the guidance of the guide plate

A：微创拔牙；B：逐级备洞；C：植入种植体旋入愈合帽；D：橡皮障保护创面。

3.2. 在导板引导下进行牙体预备

戴入导板确认密合后开始打孔，使用止停长度为4 mm的HX-1型车针（无锡高峰医疗器械有限公司）预备定深孔（图7A），边钻孔边冲水冷却，钻至止停环接触到牙体预备导板平面后（图7B）取下导板，此时定深孔底即达到设计深度（图7C），用笔标记孔底，用锥形碳化钨车针（无锡高峰医疗器械有限公司）去除孔间剩余的牙组织，最终形成肩台并精修抛光（图7D）。

图 7. 三维打印二合一导板引导下进行牙体预备.

Fig 7 Clinical procedure of tooth preparation with 3D-printed guide

A：HX-1型定深车针；B：预备定深孔；C：定深孔预备后；D：牙体预备完成。

3.3. 数字化取模及临时修复

拍摄术后CBCT，制取数字化印模，将其导入牙科设计软件中完成临时修复体的设计，并将数据发送到椅旁CAD/CAM机器［Cameo AV-D5，爱迪特（秦皇岛）科技股份有限公司］，研磨聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA）种植临时冠。在确认颜色及边缘密合性后，完成临时修复（图8）。

图 8. 即刻临时修复.

Fig 8 Immediate temporary restoration

A：即刻临时修复；B：术前与即刻临时修复后面部照。

3.4. 复诊及最终修复

6个月后患者复诊时见软组织形态良好无红肿，测量11、21牙位种植体稳定系数（implant stability quotient，ISQ）值分别为75和70（图9A），X线片显示植体颈部边缘无明显骨吸收（图9B）；最终完成正式修复（图9C）。修复后6个月复诊，X线片显示种植体周围未见明显骨吸收（图9D）；修复后1年复诊，龈缘位置对称（图9E），未见明显退缩（图9F）；修复后2年复诊，影像学检查未见异常（图9G），修复体咬合、邻接关系良好（图9H）。

图 9. 最终修复.

Fig 9 Definitive restoration

A：植体动度ISQ值；B：戴牙X线片；C：正式修复口内照；D：6个月复诊X线片；E：1年复诊口内照；F：1年复诊牙龈特写；G：2年复诊曲面断层片；H：2年复诊口内照。

4. 精度分析

4.1. 种植体植入精度分析

拟合种植体术前设计位置与术后实际位置，量化评估二者之间的偏差。对于11牙位处的种植体来说，种植体颈部和根尖的三维偏差分别为1.749 mm和1.847 mm，角度偏差为3.132°，偏差主要出现在冠根向。对于21牙位的种植体来说，种植体颈部和根尖的三维偏差分别为0.316 mm和0.472 mm，角度偏差为1.426°（图10）。

图 10. 种植体植入的精度分析.

Fig 10 Analysis of the accuracy of the implant placement

4.2. 牙体预备精度分析

将牙体预备后口内扫描数据与虚拟预备的数据基于后牙进行匹配，并在每颗牙唇面及腭面的颈1/3，中1/3，切1/3的近中1/3点、中1/3点和远中点1/3以及切端，分别测量2个三维表面的距离，从匹配图中可看出牙面基本为绿色，匹配效果较好，预备基牙的偏差主要出现在线角及肩台处（图11）。

图 11. 实际预备与虚拟预备的匹配偏差分析.

Fig 11 Analysis of deviation between actual preparation and virtual preparation

5. 讨论

患者为牙周炎Ⅲ期B级（广泛型），双上中切牙因外伤致松动，且冠根比严重失调，牙冠处于严重前突位置，若保留松动牙进行正畸调整牙位后，再进行美学修复有3个风险，患者不愿采纳：1）松动牙可能更松而拔除的风险高；2）等待时间更长；3）更复杂的跨学科方案，负担更高。因此综合上前牙的散在性间隙等条件，在患者知情同意后，选择拔除双上中切牙行种植修复，双上侧切牙行全冠修复的治疗方案。

结合本病例的诊疗，本文介绍了一种使用种植与牙体预备二合一导板的数字化工作流程，该导板充分利用了数字技术的便利性，可同时在植入种植体和牙体预备方面提供比较好的准确性，也提升了临床实操的效率，减少了患者的疾病负担，是一种数字化引导的新方案。

该导板为牙齿预备提供了高精度的深度控制。先前的研究[4]也表明，三维打印牙体预备导板有助于以受控和准确的方式，更微创地减少牙齿结构。与传统技术相比，该导板减轻了对硅橡胶导板和试修复的复杂过程的需求[18]。结合带止动环的自动止停车针，导板的深度控制过程更为简便。该导板不仅适用于TRS为体内空间的情况，在增量型修复病例中也可对牙体预备进行方便准确地引导。总之，在牙体预备中，二合一导板可以为患者提供更可预测和更有效的治疗。

如前文所述，种植体植入术与牙体预备术，其二者的精度需求是不同的。进行术前数字化虚拟种植设计时，其线性精度要求为1 mm左右[19]，而进行术前虚拟牙体预备时，精度控制需精确至0.01 mm[17]。不同的手术精度需求，使得二者的结合提升了导板整体的引导精度需求。因此在二合一导板中，种植导板部分与牙体预备导板部分，同时依据牙体预备导板的引导精度进行设计制作，也提升了种植导板的精度。

依据TRS的分析，利用数字化技术，使整个种植设计、修复体设计、手术及修复体粘接都以初始设计为导向。虚拟蜡型是TRS的数字化载体，传统蜡型也可以对TRS关系进行转移，但数字化的方法不仅更简单快捷，而且还能对骨和面部的三维效果进行模拟，能更好地综合考虑最终的修复设计效果。在蜡型的指导下，所有的修复设计及临床操作都有理所依的进行，包括最终修复，也同样可以使用拟合蜡型的方法生成。数字化整合思路是未来的发展方向，而种植与牙体预备二合一导板就正是数字化整合思路的体现，即将数字化的准确性及便利性整合并应用转移于临床，最终实现数字化转型。

Funding Statement

[基金项目] 国家自然科学基金（82071145）

Supported by: The National Natural Science Foundation of China (82071145).