使用椅旁数字化CAD-CAM外科导板在牙根间区域植入正畸微螺钉

摘要

本方案旨在介绍一种椅旁数字化工作流程，该流程整合锥形束CT（CBCT）与CEREC计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术，用于在诊室内设计并制作生物相容性正畸微螺钉植入手术导板，从而提高植入精度，同时避免对外部软件和依赖实验室的步骤的需要。

摘要

本研究旨在介绍一种用于制作正畸微种植体植入手术导板的新型椅旁数字化技术。在本项临床验证研究中，使用椅旁经济型美学陶瓷修复系统（CEREC）结合锥形束计算机断层扫描（CBCT），在六名患者中植入了12枚正畸微种植体。通过将CBCT扫描数据与椅旁数字化系统获取的数字化牙科模型进行融合，生成三维图像，并基于该图像规划正畸微种植体的最佳植入角度和位置。随后在计算机辅助设计（CAD）软件中设计手术导板，并通过计算机辅助制造（CAM）系统完成制作。将患者术前与术后的CBCT扫描图像叠加，以比较计划位置与实际植入位置之间的角度偏差、入口点偏差和终点偏差。入口点和终点的平均偏差分别为2.4 ± 0.7 mm（范围：1.2–3.4 mm）和2.4 ± 0.6 mm（范围：1.3–3.4 mm）。平均角度偏差为3.8° ± 2.3°（范围：0.4°–7.2°）。在为期6个月的随访期间未观察到微种植体失败病例。本研究成功建立了一种基于椅旁CAD/CAM系统的微种植体手术导板方法，并初步在患者中验证了其准确性和稳定性。

引言

由于操作简便、植入迅速、创伤小且成本效益高，正畸微螺钉已获得广泛应用^1,2,3。尽管具有这些优势，临床成功率仍常受限于解剖结构的制约、操作者技术水平的差异以及缺乏标准化的辅助工具。其中最关键的挑战之一是微螺钉的精确定位，因为放置不当可能导致牙根损伤或破坏骨组织完整性³。

外科导板系统已被广泛认为是提高植入精度并减少并发症的有效工具^4,5。目前大多数可用的导板系统依赖于第三方设计、实验室制作流程或与专业技术人员的合作，这会增加治疗成本，延长周转时间，并限制即刻椅旁实施⁶。此外，许多工作流程涉及多次数据转换步骤和多个软件平台，增加了配准错误的风险，并降低了操作效率。

为解决这些局限性，本研究引入了一种简化的椅旁数字化工作流程，将锥形束计算机断层扫描（CBCT）与计算机辅助设计/计算机辅助制造 (CAD/CAM) 系统相结合，用于手术导板的设计与制作。与需要外部实验室支持的传统工作流程不同，该方法可在单一集成平台上实现完全在诊室内完成的虚拟规划、导板设计及制造。该方案减少了对专业人员的依赖，并支持当次就诊即完成导板制作，从而提高了临床效率和可及性。

除了简化工作流程外，本技术还具有多项额外优势。首先，将锥形束CT（CBCT）数据与口内数字化扫描直接整合，可精确显示牙根、牙槽骨形态及根间区域，从而提高微螺钉植入的安全性，并降低牙根损伤风险。其次，采用由透明生物相容性树脂制成的牙齿支持式导板，可在术中增强口内稳定性，同时允许直接目视验证导板就位情况。第三，数字化标准化的植入路径可减少操作者依赖性带来的变异，提高可重复性，尤其适用于解剖结构较狭窄的根间区域。最后，完全数字化的工作流程减少了手工制作步骤，可能提高导板制作的一致性与可预测性。

本研究旨在介绍一种用于引导正畸微螺钉植入的椅旁数字化工作流程，并评估其植入准确性，为其临床可行性、可重复性及相较于传统引导技术的潜在优势提供初步证据。

方案

本研究已获得首都医科大学北京天坛医院伦理审查委员会的批准 （KY2022-041-01），并遵循《赫尔辛基宣言》及机构人体研究指南进行。所有患者在参与研究及临床操作前均签署了书面知情同意书。2022年4月至2023年6月期间，北京天坛医院正畸科对6名患者实施了正畸用微螺钉植入术。

1. 获取目标区域的数字数据

1. 获取口内数字化模型。
   1. 使用口内扫描仪进行口内扫描，以获得完整的上颌数字化牙科模型。确保覆盖整个牙弓，并准确捕捉根间区域。
2. 获取锥形束CT（CBCT）图像。
   1. 使用CBCT设备获取颌面部区域的CBCT扫描图像。
      1. 采用0.16 mm的体素大小。
      2. 视野范围设为8 cm × 8 cm，足以包含上颌牙列及周围牙槽骨。
      3. 根据制造商建议设置正畸种植体规划相关的成像参数。
      4. 确保牙槽骨及邻近牙根结构清晰可见（图1A）。

2. 进行微种植体植入的虚拟规划

1. 注册 CBCT 与口内扫描数据。
   1. 将数字化牙科模型和锥形束CT（CBCT）数据导入种植体规划软件。
      1. 在软件中基于CBCT数据集生成全景重建图像。
      2. 通过在数字化牙科模型和CBCT全景图像上手动选择三颗对应的牙齿，进行初步配准图1B）。
      3. 将选定的牙齿放置在计划植入微螺钉的区域附近，并包含定义清晰的解剖牙结构，例如磨牙或前磨牙的牙尖顶点和嵴。
      4. 参考牙齿选定后，确保软件自动完成数据集的叠加与表面配准。
      5. 在进行虚拟微种植体设计前，需在轴状面、冠状面和矢状面上验证配准的准确性图1C).
      6. 如果发现明显的错配或对齐偏差，则需重复注册过程。
2. 虚拟规划微型螺钉的位置。
   1. 根据牙槽骨形态与邻近牙根之间的解剖关系确定微螺钉植入位置。
      1. 将每颗微型螺钉置于最大限度接触皮质骨并避免靠近牙根的位置。
      2. 计划将微型螺钉植入牙槽嵴顶根方5–7 mm处。
      3. 根据既定的临床指南，将植入角度设置为相对于邻牙长轴30°–40°图1D).

3. 外科导板的制备

1. 设计外科导板。
   1. 使用CAD软件设计以牙齿为支撑的外科导板。
      1. 整合固位臂和与预定植入角度对齐的导引套管。
      2. 验证导板能被动就位，并确认所选基牙提供足够的支持。
      3. 设计导引套管以匹配直径为2.0 mm的植入工具。
      4. 在软件中定义导板尺寸、支撑牙位、导板厚度以及观察窗，以确保口内稳定性及可视化效果（图1E）。
2. 制作外科导板。
   1. 使用诊室内铣削设备，从透明生物相容性树脂块中椅旁铣削制作外科导板。遵循制造商推荐的铣削参数，并根据树脂材料说明书完成后续处理步骤，包括必要时的清洗和光照聚合（图1E）。

4. 进行导板引导的微种植体植入

1. 准备手术区域。
   1. 指导患者在手术前用0.2%氯己定溶液漱口60秒，以实现口腔抗菌。
2. 实施局部麻醉。
   1. 使用含1:100,000肾上腺素的2%利多卡因进行麻醉，并在植入微螺钉前确认麻醉效果充分。
3. 放置手术导板。
   1. 将手术导板就位至口内，并确认其完全就位且稳定。
      1. 通过观察窗检查导板的贴合情况。
      2. 确保导板与支撑牙齿表面之间无明显大于约0.5 mm的间隙（图2A）。
      3. 施加轻柔的双侧指压，确认在植入微螺钉前无晃动或移位。
      4. 若发现就位不完全或不稳定，应取出导板，并检查是否存在扫描误差、制作缺陷或咬合干扰，然后方可继续操作。
4. 植入正畸微螺钉。
   1. 使用种植机植入自攻型微螺钉。
      1. 使用直径为1.4 mm、长度为8.0 mm的微螺钉。
      2. 植入过程中保持预先设计的植入路径和角度。
      3. 在持续生理盐水冲洗下，以约20–35 rpm的转速进行植入。
      4. 根据制造商的建议控制植入扭矩，以尽量减少对皮质骨的过度应力（图2B，C）。

5. 术后评估微螺钉位置

1. 获取术后锥形束CT（CBCT）图像。
   1. 使用与术前扫描相同的成像参数、体素大小和视野范围获取术后CBCT扫描图像，以确保标准化和可比性。
2. 叠加术前与术后数据集。
   1. 将术后CBCT数据导入分析软件中，利用相同的参考解剖标志点，将术前规划数据与术后影像数据进行叠加。
3. 测量植入偏差。
   1. 使用软件内置的分析工具，测量计划位置与实际微螺钉位置之间的角度偏差、入口点偏差和终点偏差（图2D）。
      1. 将入口点偏差定义为计划微螺钉与实际植入微螺钉冠状面中心之间的三维（3D）线性距离。
      2. 将终点偏差定义为计划微螺钉与实际植入微螺钉根尖中心之间的三维（3D）线性距离。
      3. 将角度偏差定义为计划微螺钉与实际植入微螺钉长轴之间形成的三维角度。
      4. 线性偏差以毫米（mm）记录，角度偏差以度（°）记录。
         注：从口内扫描到术后准确性评估的完整数字化工作流程示意图见图3。

结果

使用数字化制作的椅旁手术导板，在6名患者的上颌后牙颊侧或腭侧根间区域共成功植入12枚正畸微螺钉。所有手术导板在术中均显示出稳定的口内就位，未观察到导板断裂或术中并发症。导板定位及引导微螺钉植入的代表性临床图像见图2A–C。

将术后锥形束CT（CBCT）数据与术前虚拟规划模型进行叠加，以评估植入位置的准确性。典型的三维叠加分析结果如图2D所示，其中计划的微螺钉位置以紫色显示，实际术后位置以蓝色显示。计划位置与实际植入位置之间良好的空间匹配表明，虚拟治疗方案被准确地转移到了临床操作中。

定量准确性测量结果总结于表1中。平均入点偏差为2.4 ± 0.7 mm（范围：1.2–3.4 mm），平均出点偏差为2.4 ± 0.6 mm（范围：1.3–3.4 mm）。平均角度偏差为3.8° ± 2.3°（范围：0.4°–7.2°）。观察到的线性偏差和角度偏差...

讨论

由于微创、植入简便且可作为临时支抗装置有效发挥作用，正畸用微型螺钉种植体已获得广泛的临床认可。然而，其精确植入在技术上仍具挑战性，尤其是在牙根间区域，因骨量有限且邻近牙根，增加了损伤牙根和微型螺钉不稳定的风险⁷。既往研究表明，与徒手植入技术相比，计算机引导的外科手术方法可提高正畸微型螺钉植入的准确性并减少并发症^8,9。然而，目前许多可用的工作流程依赖多种软件平台、外部实验室加工或复杂的数字化操作协议，限制了其在临床椅旁的常规应用。

本研究介绍了一种完全在临床椅旁完成的数字化工作流程，该流程将锥形束CT（CBCT）影像与计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）系统相结合，用于引导正畸微螺钉的植入。与传统的依赖实验室的工作流程相比，该技术可在单一临床环境中完成虚拟规划、导板设计和导板制作，从而缩短治疗时间，并减少对外部加工服务的依赖。除了提高工作流程效率外，该系统还可将来自CBCT的三维解剖信息与口内数字化模型直接...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
CEREC Guide Bloc maxi	Dentsply Sirona	REF 6447093	用于制作外科导板的树脂块
CEREC Omnicam	Dentsply Sirona	REF 6390327	口内扫描仪
CEREC SW 4.4	Dentsply Sirona	REF 6731637	用于设计微螺钉外科导板的软件
GALILEOS Implant 软件 v 1.9	Dentsply Sirona	REF 6369503	用于叠加数字化牙科模型与锥形束CT（CBCT）数据的软件
GuideMia V5.0	GuideMia Inc.	https://ai.guidemia.com/downloads/	用于评估种植体植入准确性的软件
种植电机	W&H SI-923	REF 00900100	用于植入微螺钉的设备
微螺钉	Ormco	REF 601-0021	正畸支抗装置
Orthophos XG 3D	Dentsply Sirona	REF 6303452	锥形束CT（CBCT）设备