引导式种植体植入是常规采用的技术。该方法描述了手术导板的设计步骤。本研究探讨了种植体植入并发症的各种潜在原因。本文所述的肌肉作用及后部导板支撑不足问题,可为手术团队和设计团队在手术导板的设计与应用方面提供重要参考。
方法文章
引导式种植体植入是常规采用的技术。该方法描述了手术导板的设计步骤。本研究探讨了种植体植入并发症的各种潜在原因。本文所述的肌肉作用及后部导板支撑不足问题,可为手术团队和设计团队在手术导板的设计与应用方面提供重要参考。
在以修复为导向的位置实现三维牙种植体的最佳植入至关重要,有助于简化整体修复重建过程,以达到咬合与美学的协调。本文描述了基于患者解剖特征,对牙种植体植入位置进行虚拟设计的方法。文中介绍了从锥形束计算机断层扫描(CBCT)数据集导入、牙种植体植入规划、手术导板设计与打印、导板灭菌到牙种植手术的完整数字化工作流程。首先,使用牙种植规划与手术导板设计软件对CBCT数据集进行重建。在上颌的虚拟复合组织模型上,规划了四颗牙种植体的植入位置(FDI编号对应牙位15、13、22和25)。复杂的牙种植手术通常需要多个导板。在本研究中,第一个导板用于定位3个导板固定钉的引导孔。第二个种植导板则通过牙齿(即FDI牙位12和23)、软组织隆起以及固定钉来实现上颌内的稳定。第二个导板的设计重点在于根据手术钻头进行准确的高度调节,并设置种植体钻孔导套的高度,以实现引导式种植体植入。本文还描述了完全引导手术的成功情况(种植体13、22、25)、遇到的挑战以及出现的并发症(包括种植体15植入及导板固定钉显微镜评估中的问题)。此外,鉴于该并发症,对未来虚拟导板设计及树脂材料因尺寸变化带来的影响也进行了考量。
种植牙的植入可通过外科医生采用传统方法、徒手引导手术1,以及近年来各种计算机辅助种植手术(CAIS)工具来完成,以提高手术过程中种植体定位的准确性2。锥形束计算机断层扫描(CBCT)、数字化扫描系统、种植规划软件以及计算机辅助制造(CAD/CAM)等技术构成了种植牙数字化治疗流程的一部分3。传统方法完全依赖于外科医生的经验以及基于CBCT的术前规划,手术操作和钻头选择也完全取决于外科医生的技术水平和临床经验。徒手引导手术则结合了计算机辅助治疗规划、CBCT以及个性化手术导板的应用,该方法已被确立为一种精确规划和植入种植体的有效方式4。需要种植治疗的患者常伴有牙周组织减少的情况,潜在的骨增量区域及种植位点的三维评估可在商业软件中完成。然而,已有研究成功应用开源软件实现了牙周及牙槽骨缺损形态的三维可视化,这通过放射影像处理与自由形态CAD建模技术实现。该方法为修复医师和外科医生在治疗规划阶段提供了一种替代性的指导手段5。
影响引导种植手术准确性的因素源于工作流程各个阶段的误差。其中关键的误差可能发生在影像采集与处理过程中(CBCT采集、CBCT与立体光刻或标准三角语言(STL)文件的表面配准、牙科模型配准)。一项比较CBCT采集准确性及STL文件与口内扫描表面配准准确性的研究显示,手动分割比自动分割更准确,但不同操作者在分割准确性方面仍存在显著差异6。手术过程中可能出现的误差包括:由于瓣膜干扰导致导板放置不准确、与材料物理特性相关的误差(例如在不同灭菌程序后发生变形)。导板支撑是另一个可能发生误差的环节,与支撑的稳定性及支撑类型(如骨、黏膜、牙齿)相关。文献表明,牙齿是实现导板放置准确性的首选支撑结构7。与导板制造工艺相关的误差也已被报道8,具体而言,170 µm的打印层厚相比17 µm和25 µm的打印分辨率,会产生更不准确的手术导板9。
多学科团队拥有多种技术,用于评估术后手术导板和种植体植入的准确性。其中一种常用的技术是放射影像匹配法,即将术前设计的种植体位置的立体光刻(STL)文件与术后锥形束CT(CBCT)的DICOM文件进行叠加比对。然而,考虑到“合理可行尽量低”(ALARA)原则,对患者进行第二次CBCT扫描存在争议。根据ALARA原则,仅在种植体松动、感觉异常或预计需要取出种植体的情况下,才建议进行术后CBCT评估10。通过扫描体进行的数字化配准方法,可为修复义齿阶段提供准确的种植体位置信息。该数字化配准方法也可由外科医生在种植体植入过程中使用,以评估种植体位置的准确性。将术前规划的STL文件与CBCT数据叠加至术后数字化扫描体位置的STL文件上,即可实现比对4。此技术在种植体植入过程中亦可为外科医生提供辅助:当术中出现某些异常情况时,可据此考虑调整为替代的种植体位置。另一种种植体植入技术是使用计算机辅助种植系统(CAIS)工具。该技术采用动态导航进行牙种植体植入,相关研究结论表明,该方法可实现高精度的种植体定位。该新型系统的优势在于无需依赖标记过的CBCT记录11。
本手稿旨在展示与种植体植入过程中手术导板设计和使用各个阶段可能出现的陷阱相关的并发症。本研究强调了多学科团队为避免种植体植入并发症所需考虑的各种因素。患者拟植入区域及其周围的因素,例如肌肉作用以及导板后部支撑不足,导致手术团队出现种植体植入位置不准确的情况。该方法学描述了手术导板的设计步骤,以及在手术导板设计、制造、导板定位和种植手术使用过程中,有助于最大限度减少相关并发症的关键步骤。
本研究完全遵循《赫尔辛基宣言》的规定进行。患者已提供并签署了书面知情同意书,同意将与治疗相关的所有资料用于本论文。
1. 用于引导手术设计的软件
2. 数据导入与患者对齐
3. 对齐表面扫描数据与DICOM数据
4. 定义下颌神经管
5. 义齿驱动的种植体规划
6. 引导设计图标编号 7
7. 引导固定针
8. 优化向导设计
9. 导出与制备
10. 生成钻孔方案
11. 外科导板的制作
引导式种植体植入术
一名全身状况良好的67岁男性患者被转诊至口腔医学与牙周病学系(南非西开普大学,UWC)接受种植体植入,以支持计划中的上颌种植体支持式修复体。通过临床检查、锥形束CT(CBCT)分析以及种植体规划和外科导板设计软件,为制作一个固定的四颗种植体支持式修复体进行准备。计划的种植体位置为15、13、22和25(FDI牙位编号)。在完成牙周治疗及定期复查后,余留牙存在明显的临床附着丧失,并伴有II度松动。所有治疗方案(包括全口义齿)均已与患者讨论,并共同决定选择带有上部结构的种植修复方案。复杂的种植手术通常需要多个导板来完成。基于上颌的虚拟复杂组织模型,计划设计两个外科导板,用于确定四颗种植体的位置(FDI牙位编号15、13、22和25)。通过数字化设计并制作了两个外科导板:第一个导板用于在FDI牙位12、21和23处放置三根导板固位钉(图1);第二个导板用于种植体植入,由两颗天然牙(12和22)、结节区以及三根导板固位钉共同支持(图2)。第一个导板用于预备导板固位钉的骨洞。一项关于使用数字化修复驱动外科导板进行种植体植入精度的系统综述建议,在黏膜支持式病例中应使用三根导板固位钉12。在拔除23号牙并翻起全厚黏骨膜瓣后,将第二个导板就位,并通过三根导板固位钉固定。

图1:辅助固位钉放置的导板(导板编号1)。(A)从咬合面观设计的用于放置三根导板固位钉的导板。(B)放置于牙支持位的固位钉定位导板。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:由牙齿和软组织支撑的种植体植入导板(导板编号2)。 请点击此处查看此图的放大版本。
在FDI牙齿位置13、22和25的种植体位点植入了初期稳定性超过35 Ncm的牙种植体(图3)。

图3:使用2号导板在FDI牙位23处进行种植体植入的示意图。 请点击此处查看该图的放大版本。
在FDI牙位15植入种植体时出现并发症,未达到35 Ncm的扭矩值。外科医生决定取出FDI牙位15的种植体,肉眼观察发现种植体表面及螺纹已受损(图4)。

图4:FDI牙位编号15位置因第三个固定钉导致损伤的种植体。 请点击此处查看此图的放大版本。
移除第二个种植手术导板后,临床观察发现,根据牙科种植规划及手术导板设计软件的计划位置,FDI 牙位 15 的骨切开部位比预期植入位置更偏向腭侧(图 5)。

图5:种植体及固定钉的规划位置。(A)修复导板引导下的牙齿位置、种植体与固定钉的位置。(B)计划在FDI牙位15处植入的种植体。请点击此处查看此图的放大版本。
随后,使用模拟导板引导的外科导板(该导板在大学中始终与虚拟导板一并制作)将 FDI 牙位 15 的种植体以 35 Ncm 的扭矩常规植入。在拔除余留牙齿后,立即为四颗种植体戴入临时修复体(图6)。在围绕多单位基台的全厚瓣周围进行软组织复位时,首先进行初步缝合。然后拔除两颗牙齿,对拔牙窝的处理及其软组织关闭被认为更容易实现初期闭合。

图6:完成的种植体植入。(A)使用导板植入三颗种植体,另一颗种植体采用传统徒手方法植入。(B)支撑种植体导板的余留牙已被移除。请点击此处查看该图的放大版本。
术后,多学科团队对工作流程进行了评估,以确定在FDI牙位15植入种植体时发生并发症的可能原因。
手术导板评估
在原定手术当天,手术导板在制作完成后不到七天即已准备就绪。然而,患者在计划手术当天早晨遭遇了机动车事故,导致手术推迟,最终在手术导板制作完成4周后进行。前四个种植体的植入位置与数字化设计计划一致,但最后一个种植体(FDI牙位15)则未按计划就位。对于15号种植体出现并发症的初步假设是:由于手术延迟以及经过121°C高温高压灭菌后,手术导板可能发生了尺寸形变。推测这种形变程度足以导致FDI牙位15的种植体三维位置发生偏移,进而与导板固位钉发生交叉(图7),造成种植体损伤(图4)。在显微镜下静态评估手术导板时,种植体与导板固位钉之间存在充足的安全距离,并未发生接触。随后,团队推测肌肉组织施加的外部压力可能是导致问题的原因。该导板设计中未包含横向加强杆。当在导板后部区域(即结节软组织支撑部位)施加物理性外部压迫力时,在标签编号2、3、4处(图8),种植体与导板固位钉发生交叉,导致种植体表面及导板固位钉均受到损伤。

图7:术后受损部件的评估。(A)表面阳极氧化层受损的固定导向针。(B)当压力施加到手术导板时,种植体牙位15与固定针交界处的损伤情况。请点击此处查看此图的放大版本。
为了确认在FDI牙位15植入种植体手术过程中出现的并发症仅由手术导板外部受压所致,对术后手术导板进行了扫描以获取STL文件。文献报道,将类似外观的手术导板储存在避光室温环境下,4周后评估用于导板稳定性的不同树脂材料在导板精度和套筒位置方面均无显著差异13。将原始设计的手术导板CAD文件(蓝色)与术后扫描获得的手术导板STL文件(棕色)进行叠加,基于套筒等关键解剖标志点进行“最佳拟合”,以观察数字化规划种植体位置的匹配情况。颜色差异显示导板偏差极小,大部分颜色差异出现在手术导板的后部区域。导板后部的圆形区域用于上颌结节软组织的支持。通过线性测量多个标志点,评估从CAD文件制造出的手术导板与术后实际导板STL文件之间的尺寸真实性(图8)。对线性测量结果进行统计学分析,检验水准设为p > 0.05。

图8:颜色差异显示术前原始导板(蓝色)与术后扫描导板(棕色)之间差异极小。请点击此处查看该图的放大版本。
| 测量标签 | 原始设计的手术导板(CAD 文件)(蓝色)(mm) | 术后扫描的手术导板(STL)(棕色)(mm) | 差异(mm) | 统计分析 |
| 1 | 19.108 | 19.124 | -0.016 | |
| 2 | 32.285 | 32.859 | -0.574 | |
| 3 | 43.357 | 44.14 | -0.783 | |
| 4 | 32.47 | 31.858 | 0.612 | |
| 5 | 38.469 | 37.777 | 0.692 | |
| 6 | 19.245 | 19.321 | -0.076 | |
| 7 | 14.948 | 14.482 | 0.466 | |
| 8 | 21.009 | 20.958 | 0.051 | p = 0.359131 |
| 9 | 20.999 | 20.889 | 0.11 | |
| 10 | 21.318 | 21.081 | 0.237 | |
| 11 | 39.718 | 39.857 | -0.139 | |
| 12 | 50.424 | 50.611 | -0.187 | |
| 13 | 47.01 | 46.82 | 0.19 | |
| 14 | 35.185 | 35.127 | 0.058 | |
| 15 | 47.349 | 46.469 | 0.88 |
表1:原始手术导板设计与已使用手术导板表面扫描的对比结果。
不同标志点处尺寸变化的累积平均值 图8 为0.1014 mm。采用Wilcoxon符号秩检验对配对数据进行统计分析,结果显示数字原始CAD手术导板文件中的解剖标志点测量值与术后扫描获得的手术导板测量值之间无显著差异(p值:0.359131)。X线片显示种植体位置,临床照片展示了患者满意度、最终修复体及功能结果图9)

图9:种植体最终植入位置。(A)种植体的影像学表现。(B)修复体的临床表现。请点击此处查看此图的放大版本。
许多研究已评估了影响计算机数字化导板种植体植入准确性的各种因素4。手术导板设计软件的性能依赖于操作者应用以修复为导向的种植方案参数并将外科方案整合的经验水平。其局限性在于需要多学科协作,以确保所有参数均被准确执行。由于固定钉周围设有较宽的安全区域,手术团队推测导板形状可能发生了改变,从而导致FDI 15号牙的实际手术结果与初始数字化种植体位置之间出现偏差。本论文所报告的手术病例中,导板具有牙齿、骨组织及软组织支持,并在骨内设有三个导板固定钉。根据一项系统性综述,使用手术导板进行种植体植入时存在固有的位置偏差。该综述评估了通过两种测量技术——放射影像匹配法和数字化配准法——所测得的导板设计相关偏差。文献回顾中记录的种植体位置平均偏差显示,角度偏差为2.49◦至5.08◦,冠方偏差为0.71 mm至1.60 mm,根尖偏差为0.77 mm至1.65 mm。在本临床案例中,针对FDI 15号牙,这些偏差被认为已足够显著,加之口腔肌群对导板施加的压力,可能进一步影响种植体定位。该系统性综述指出,在无外界干扰的情况下,偏差程度"并不远离准确值"4,因此在导板设计流程中特别强调了种植体与固定钉之间的安全区域。手动自由手种植植入的根尖偏差记录范围为0.99 mm至5.811 mm,显著高于导板引导手术下的偏差值,后者在无肌群对导板产生异常影响时表现更优1。导板设计中的缺陷导致了肌群干扰问题,具体表现为上颌结节区域软组织支撑面积过大,以及象限之间缺乏交叉支撑杆。这些不良设计因素会在张口时因口内肌群施加压力,引起导板后部移位,从而影响种植体的植入位置。
最初,导板因高压灭菌导致的尺寸稳定性问题并非主要关注点,因为所使用的产品适用于高压灭菌,且打印机为光固化树脂打印机。在手术后进行的评估如表1所示,这是自导板制作完成后的4周累积时间内,为排除导板发生尺寸变化可能性而进行的首次评估。文献表明,树脂类型和打印质量是手术导板灭菌过程中需要考虑的重要因素。Kebler 等人(2022)的一项研究 表明,这些特定的制造技术、3D打印设备、树脂材料以及术前灭菌的应用均可能影响术后种植体位置的准确性。该研究发现,通过3D打印或切削加工制造的大多数手术导板之间无显著差异。前述研究表明,在其导板材料样本中,与未灭菌导板相比,种植体位置未受到影响。然而,研究中用于SLA打印设备的另一种树脂材料导致了种植体在牙槽嵴顶处的水平位置和垂直位置发生变化。所有最终种植体尖端位置均未出现根尖方向的位移14。即使是使用过氧化氢、戊二醛、高压灭菌、等离子体和碘仿等其他灭菌方式,也均在所评估的导板树脂材料上显示出一定程度的形变15。
根据表1中提供的统计分析结果,必须考虑用于制作外科导板的特定树脂材料和打印机,因为所选参数可能导致尺寸稳定性存在差异。另一项研究结果显示,导板在20天后的尺寸偏差为0.026 mm,这一变化被认为具有显著性16。因此,由于特定树脂材料和打印机引起的导板随时间产生的偏差不应被泛化,而应将树脂和打印机参数作为配对数据进行综合分析和解释。
基于树脂尺寸稳定性方面获得的结果 表1 并且由于FDI牙位15的种植体植入位置偏离至超出预定骨切开位置而向腭侧移位,多学科团队对手术导板设计进行了评估。 表1 表明在静态位置时,手术导板呈现出预期的、计划好的种植体植入位置(图5). 手术期间咀嚼肌和颊肌对导板后部软组织产生的压力,如图所示 图8 在标记点2、3、4处,导致第15颗种植牙位置发生偏移(图7)。通过与一个的比较,将向导设计作为一个因素进行考虑 体内 研究17,该研究旨在评估在不同截骨部位的手术导板中,支撑横梁和种植体的价值。研究评估了两组手术导板设计,以判断是否能够实现更高的导板稳定性。测试组比较了一组单个手术导板(4颗牙齿支持且无横梁)与另一组(8颗牙齿支持并附加横梁)的结果。研究还得出结论:当手术导板长度与多个需植入种植体的缺牙区域相结合时,会影响特定位置种植体植入的准确性。由于在多个缺牙区域需要植入种植体的情况下,较长的手术导板可能更容易发生弯曲,从而降低FDI牙位12和22处种植体的植入精度。研究建议在全牙弓手术导板病例中:i)导板应由8颗牙齿支持并配备横梁,因其表现优于无横梁且仅由4颗牙齿支持的导板17ii) 进一步结果表明,牙齿相对于种植体植入位置的解剖位置对种植体植入的准确性具有重要影响。Shi 等(2023)还发现,双侧牙齿支持式外科导板具有最高的准确性。7吴等人(2022)研究的FDI牙位15和25在 "种植体基台偏移量" 或 "种植体角度偏差" 4齿支撑导板与带横杆的8齿支撑导板之间17根据这些结果以及FDI牙位15号牙种植体植入时可能出现的并发症,可以得出结论:为手术导板提供支撑的四颗牙齿的实际位置是一个非常重要的考虑因素。基于支点原理,通过手术导板,Wu 等(2022)研究中牙齿支撑的位置在支点处提供了交叉支撑,以抵抗导板的移动17在本文所述病例中,牙齿支撑位于前方,若为该手术病例增加横杆支撑,则可为手术导板提供更高的稳定性,防止肌肉压迫作用对导板造成影响,从而改善手术结果 图4, 图7,以及 图8,因为仅有前牙区三颗牙齿的支持17. 图8 和 表1 在CAD文件与扫描获得的STL文件之间未发现显著差异。在本稿件撰写时,针对本研究中用于导板手术的树脂材料和打印机,尚无其他相关文献可供参考。基于对树脂材料、打印过程、灭菌方式以及打印至手术间隔时间等因素的分析,这些潜在因素均被排除为导致FDI牙位15植入位置偏差的原因;最终认定软组织对软组织结节支撑的作用以及缺乏横向支撑杆以提供刚性,是导致FDI牙位15出现并发症的根本原因。
导板设计需具备足够的刚性,这一点至关重要。展望未来种植体植入以及动态导航种植技术所获得的效果,回顾与FDI牙位15相关的并发症,采用动态导航种植技术以及推荐用于更靠远中区域的较短外科器械11,在该FDI牙位15中已观察到患者个体因素对导板的影响,若采用更精确的控制方案,可能获得更理想的治疗结果。患者对最终修复体的外观效果表示满意,因为种植体被准确植入了以修复为导向的位置(图9)。
手术导板设计应尽可能利用多颗牙齿提供支撑,并设置观察窗以确保导板就位准确。打印所用的树脂材料应具有尽可能高的尺寸稳定性,即使经过高压灭菌后也不变形。在无远端牙齿支持的无牙区鞍状区域,咀嚼肌可能施加过度的压缩力,此时使用单根或多根横梁结构以及加厚导板壁的设计,对于增强手术导板的刚性至关重要。
作者声明无利益冲突。
S Mulder van Staden:手术病例的规划,作为顾问医生实施手术,撰写和编辑整篇文章,以及编辑和汇编视频方法部分。C De Villiers:手术病例的规划,与实验室合作完成导板设计,作为住院医师实施手术。R Mulder:对种植体和导板固定钉进行显微镜评估,进行CAD与STL的叠加分析和测量,执行统计分析与结果解读,撰写和编辑结果部分,修改讨论部分,以及稿件的排版。T Bath:从实验室角度进行手术病例的规划,负责实验室导板的设计与制作的高级技师。H Coetzee:对所用手术导板进行扫描,与STL文件进行叠加,基于解剖标志点对CAD和STL进行实际测量。
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