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种植体支持式义齿修复数字化流程的最新进展(德)
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作者:
Mats Wernfried Heinrich Böse 博士(德)
Florian Beuer 教授(德)
Robert Nicic,牙科高级技师(德)
Jeremias Hey 教授(德)
德国柏林洪堡大学夏里特医学院修复科、老年齿科及口腔颌面科

通讯作者:
Mats Wernfried Heinrich Böse 博士
mats.boese@charite.de

特邀翻译 / 校对:姜艳香 / 葛晶


数字化已成为口腔医学众多领域的重要组成部分。预计这一趋势在未来几年仍将持续。就种植领域而言,数字化技术能够达到高度准确性,从而提高安全性并确保修复效果的可预测性。这些优势对医生和病人都有益处,并能实现临床概念创新。尽管如此,数字化技术并没有让一切变得更容易、更快捷。它需要种植医生在修复和外科手术领域拥有更多的知识。

关键词:种植体支持式修复,种植牙,以目标为导向的设计(Backward-Planning),数字化工作流程


引言

第五次德国口腔健康调查显示,人们对口腔健康的认知和重视程度都明显提高。所有年龄组的DMFT指数(开头字母缩写:Decayed(龋)、Missing(失)和Filled Teeth(补))都在下降。牙缺失人群的年龄段正在上移。固定义齿修复的比例持续增加。缺失的牙齿越来越多地被种植义齿所替代。在过去15年里,种植义齿的数量增加了10倍。

据报道,种植体的10年存活率在93%以上。这些数字乍看之下令人欣喜,然而,这不应掩盖以下事实,即到这个时间点有一半以上的人已经出现生物并发症。种植体周围炎是最常见的并发症。其成因是多因素的。其中,牙医在种植体植入的位置和牙修复体的设计上起到决定性影响。此外,清洁能力也是焦点问题之一。种植义齿的上部结构由螺丝固定,保持生物学宽度,出龈轮廓不要太浅,磨牙种植体的偏心就位,以及充分的软硬组织量,都会产生有利的影响。

对于牙缺失的病例,已经有一些经过验证的方案,可以通过减少种植体的数量来进行固定义齿修复。为了获得足够大的支撑多边形,并最佳利用残存的骨质,远端种植体通常被有角度地植入。为了能够对远端种植体进行修复,必须确定多单元基台等中间结构的角度。所述这些的需求,可以通过周详的规划和随后的精确实施来实现。

目前种植体位置的确定是以修复体位置为导向的。治疗目标决定治疗路径。因此,第一步是创建理想修复体模型。在此模型的基础上,从机械稳定性、美学和清洁性能方面选择可能的最佳修复位置。然后,这些位置被转移,例如,借助于模板或动态导航。这一操作流程被称为以目标为导向的设计。

现代数字技术在很大程度允许对这种方法进行高质量且可重复的虚拟。可以期待,将来还会在此技术基础上衍生出更多概念。

口腔健康与人类健康密切相关,并且是整体生活品质的重要组成部分,这也提高了人们对牙齿治疗手段的有效期和质量的期待。这些期待应该通过与当前医疗知识水平相匹配的治疗手段来实现。特别是在种植义齿领域,了解数字化技术的发展状况是非常有用的。下面将介绍该领域内数字化技术的发展现状。


数字化工作流程中的成像技术

原则上,对种植前期诊断可以用二维和三维成像程序进行区分。二维X线片,如口内牙片和全景片,对于初步评估牙齿情况仍然有用,而且也可用于种植体植入后的检查。

锥形束CT(CBCT,图1a)是目前种植体支持义齿数字化工作流程不可或缺的基础。在植入前的诊断过程中,可以通过与二维成像的对比更好地评估解剖学上的关键邻接结构,并将其纳入规划中。在此基础上可以判断是否需要软硬组织增量。为了获得关于修复体与可用骨质位置的精确信息,最好在无牙颌中使用一个放射导板。另一方面,在有牙颌、有足够的无伪影余留牙,并且可以在有充分稳定的咬合关系的状态下拍摄CBCT的情况下,通常可以不使用放射导板以实现修复为导向的种植设计。此外,必须考虑到,为了在数字工作流程中做进一步处理,必须将图像数据转换为“医学数字成像和通信”(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM)格式。DICOM是一个用于存储和传输医学图像数据的标准。尽管CBCT的分辨率非常好, 但根据设备和设置的不同, 必须考虑到至少0.08-0.40 mm的预估偏差。

原则上,在选择种植规划的成像技术时,应遵守“ALARA”(As Low As Reasonably Achievable,在合理范围内达到最低限度)原则,这是辐射防护的重要组成部分。2009年,欧洲牙颌面放射学会(European Academy of Dentomaxillofacial Radiology,EADMFR)制定了CBCT使用的20项原则。为了避免电离子辐射,目前的出版文献中也在研究替代方法,如磁共振成像(MRI)用于规划牙齿种植。然而,这些治疗方案在临床适用性上还未实现突破。

对于一个完全数字化的工作流程,除了三维图像外,还需要对口腔内表面进行数字化。这可以通过使用传统的石膏模型,并在桌面扫描仪中进行数字化来实现(图1b)。直接记录口腔内的结构比较容易。为此,现在有来自不同供应商的各种口内扫描仪(口扫,IOS),它们的准确性已经在各种体外研究中进行了测试。不同口扫的结果会出现一些的偏差,这一点应相应予以考虑。在种植体规划过程中,从扫描中获得的STL数据可以导入几乎所有常见的种植体规划软件。随后,通过手动选择CBCT和虚拟模型上突出的对应点(例如牙尖或斜嵴),将DICOM和STL数据进行叠加(注册)。要选用的点的数量往往取决于所使用的软件。为了达到最高的拟合精度,应该考虑所有的维度,并选择不同分布的叠加点(例如,口腔与前庭、所有六个区段中的点)。许多程序能自主进行叠加。强烈建议对其叠加的结果进行严格的评估。偏差可能会相当大。种植实施者应检查其结果,必要时重新调整。

通常可以在数据叠加前后各制作一个模拟治疗目标的诊断蜡型(wax-up;图1c)。大多数软件允许在种植规划的过程中创建虚拟诊断蜡型。另外,附加导入带有诊断蜡型的数字化模型也是可行的。所选择的路径往往取决于个别病例的复杂性。可以完全虚拟设计的简单病例能够在很短的时间内完成设计,明确给出修复体所需的种植位置(图1a至g)。然而,复杂的病例往往需要一些实体的临床模拟步骤,比如确定垂直和水平颌位关系。

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图1a至g:(a)    CBCT的DICOM数据在种植设计软件  (smop,Swissmeda公司,瑞士)中的重建。(b) DICOM和STL数据的叠加,这里的数据是基于数字化石膏模型。(c)数字化和额外叠加的模拟诊断蜡型(STL数据),用于确定13和23牙的理想种植体位置和轴向。(d)和(e) CBCT中的种植体定位视图。(f)数字化设计的手术导板,用于全程引导的种植。(g) 13和23植入种植体后的全景断层图像。

通过整合STL数据,可以在一定程度上校正CBCT中由牙冠或牙桥等修复体引起的伪影。然而,这需要对STL和DICOM数据集进行最精确的叠加,如上所述。由于通常只有STL数据集被用于制作导板,只要口内扫描或数字化模拟模型的质量足够好,很少出现这些数据不准确的情况。有了这样以目标为导向的术前计划,修复体的固位方式(螺丝固位或粘接固位),以及种植体周围的软硬组织量都是可以预测的,并可以相应地进行导航设计或借助于微创概念来避免偏差。

对于更复杂的全牙列修复重建病例,口内扫描可以根据“Baltic denture”(Baltic Denture System,Merz Dental公司,德国)或“Replica denture”方案额外补充虚拟牙列。在这种情况下,使用口扫进行数字化排牙,并将其用于种植体位置设计。

根据口扫的记录结果,应该注意到它们的准确性会随着扫描距离长度的增加而降低,这可能导致临床意义上不可接受的偏差。这个方面还有待进一步研究。在设计大跨度的修复体(如杆式修复体)时,应特别观察与数字工作流程有关的结果。临床代型技术在这里仍然是首选方法,尤其是杆式修复要达到被动就位需要电火花蚀刻纠正,模型必不可少。


以修复为导向的种植体位置转移

为了可靠地转移已规划的种植体位置,可以使用完全引导的手术导板(图1f和g)和动态导航的种植体植入(图2a至c)。Tahmaseb等人在一篇综述中指出,对于导引式种植,种植体入口处的平均偏差为1.20 mm(1.04-1.44 mm),根端的偏差为1.40 mm(1.28-1.58 mm),角度的偏差为3.5°(3.0°-3.96°)。然而,由于文献中描述的手术导板支持式种植体的偏差要大得多,建议种植体位置与邻近敏感的解剖结构的一般安全距离至少为2 mm。原则上,手术导板可以做成牙齿支持式、粘膜支持式或骨支持式。此外,还可以使用固位钉,以确保导板稳定。根据病例的治疗情况,必要时可以将这些方案结合起来使用。2017年的一项文献综述研究显示,支撑组织会对种植的准确性有影响。与粘膜支持式手术导板不同,骨支持式手术导板与牙齿支持式手术导板比较时,表现出更明显的偏差。这与骨支持式导板应该更稳定,从而使种植体位置的转移更准确的看法相矛盾。骨支持式导板的另一个缺点是不能在手术前试戴。该综述还指出,局部无牙颌患者的准确度明显高于无牙颌患者,因此,如果可能的话,应首选有牙齿支持式导板。

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图2a至c:(a)动态引导的种植体植入设计(Navident,ClaroNav公司,加拿大)。(b)术中动态导航。(c)动态引导植入46种植体后的牙片。

通过动态导航,可以在屏幕上实时跟踪种植体的植入过程。现在,各个制造商已经在牙科市场上布下了自己的目标。在种植体植入过程中,为了能够“实时”跟踪植入过程,通常需要在病人身上设置参照体。为此,与导板引导的种植术相比,动态导航规避了诸如不理想的冷却方法、不良的可视化和无法个性化调整的操作流程等问题。Stefanelli等人总结记录了种植体入口处的平均偏差为0.71 mm(± 0.40 mm),根端为1.00 mm(± 0.49 mm),角度方面的偏差为2.26°(± 1.62°)。因此,其准确性似乎与上述模板引导的种植术的相应值相当。尽管如此,关于动态导航的数据量要比关于导板引导的静态导航的数据量要小得多。种植体的规划与实施之间的偏差,似乎也会随着从业者的个人经验的丰富而减少。

周密地规划和转移种植体位置后,导板引导和动态导航下的种植结果都不会超过临床上相关的容许偏差(图1g和2c)。这使得种植体支持式义齿修复的可预测性更强,随后即可以按照实际规划实施治疗方案。


数字化义齿概念

种植治疗不仅包括全面的修复,而且可以采用小而巧妙的干预措施,使牙齿修复体的佩戴舒适度和与其高度相关的修复价值达到一个新高度。例如,在牙齿脱落后,可以通过策略种植来保留现有义齿的功能。随后采用种植体支持的Locator、O型圈或球帽附着体等,以更好地稳定义齿,此外,Schubert等人提出了“双套冠拯救概念”(double crown rescue concept)。

在这里,双套冠固位义齿的损失由随后植入的种植体和合适的基台来补偿。要做到这一点,首先拔除患牙并保留内冠部分,并等待拔牙创骨性愈合。然后需要进行CBCT检查、口内扫描和对内冠重新就位的修复体进行扫描。这些数据构成了上述种植体植入位点设计的基础。要植入的种植体位于内冠位置的中心,在手术导板的引导下植入。在植入种植体后,借助扫描仪进行新的口内扫描,对相应的中间基台进行数字化设计。这可以在修复完成前用蜡型制作并试戴。最后,将保留的内冠粘接到相应的中间基台上,病人可以继续像往常一样使用旧的义齿。该工作程序是一个具有成本效益的解决方案,因为不需要重新制作整个义齿。然而,如果不使用数字技术进行精确的规划,该套解决方案就无法实施。

按照修复概念,如“数字化辅助基台一次就位概念”(one-abutment / one-time),通过应用数字技术,已完成的牙冠可以直接戴入于已上好基台的种植体上,如果没有数字技术,这是不可能实现的。这为医生和病人都节省了时间,减少了干预。此外,对种植体周围的软组织造成的创伤也较少。然而,这种方式不好把控牙龈在种植术后的变化,无法整塑牙龈形态。牙科技术必须在最终修复体制作中预测到这一点。一般来说,生物学宽度的目标要达到3 mm。

对准确性的最大挑战之一是固定的即刻修复概念,如“All-on-six”,“All-on-four”概念所带来的挑战。最重要的是,导板的支持和种植体的位置必须提前做好周详的规划。如上文已经讨论过的,应考虑个别方面,如牙齿和粘膜联合支撑手术导板,或使用固位钉。在这个过程中,往往不是在手术中一次性拔掉所有的牙齿,而是在某些情况下只在种植体植入后才拔掉,以便能够用它们来固定手术导板。而植入的种植体,随后可用于手术导板固定。可能有必要为一个手术制作几个手术导板。由于有了角度基台的辅助,种植体可以倾斜植入,这样可以避免复杂的组织增量手术。这样,有了手术导板的帮助,固定即刻修复是可以实现的。这需要牙医和牙科技师之间的高度互动。

一般可以这样说:对清洁和美学的要求越高,种植体的规划就必须越精确,以便对种植修复进行恰当的设计。


牙科技工室方面的考虑因素

数字化为牙科技工室中带来的优势已不再像起初阶段那样具有争议性。仍以代型工作流程作为最新技术的地区越来越少,并且可能会继续减少。在这种情势下,以修复目标为导向的数字种植设计和修复设计加工已经成为牙科技术的一个重要组成部分。数字化模型(通过口扫或技工室扫描)的应用可以贯穿几乎所有的治疗步骤,降低了向患者阐明治疗计划和目标的成本。而且修改起来也更简便。

纵观新的3D技术和新型材料,也可以发现一系列新的可能性。工业化生产的材料可以不被改变,并在高质量的标准下进一步被加工。这些优势最大限度地减少了修复体在牙科技工室制作过程中产生的差错,而且对带有缺陷的材料在临床使用方面也有好处。因此,二氧化锆、玻璃陶瓷、钛、复合树脂或聚醚醚酮(PEEK)制成的修复体的质量通过数字技术得到了提高,有些应用甚至是得益于数字化技术才得以实现。

如前所述,以目标为导向的设计大大提高了种植体植入位置的可预测性。这意味着可以在手术前制作个性化的牙龈成型帽或即刻修复的临时义齿。这些措施首先在穿龈轮廓塑型方面提供了优势。反过来,良好的出龈外形可以减少可能出现的种植体周围炎的风险。

工作步骤和模型的自动归档可以理解为数字化种植修复方案的进一步的优势。如果临床情况保持不变,很容易找到原始的数字代型,在修复体出现问题时,可以简单地复制新的修复体。当然,这通过模拟方式也是可能做到的。然而,数字存储要简单得多,也更节省空间。


即刻修复病例

患者的24牙为残根,无法保留。考虑到间隙的潜在可见性和患者的时间限制,决定进行即刻种植即刻修复。

首先,使用口扫(3Shape TRIOS 3,3Shape公司,丹麦)和CBCT(Veraviewepocs 3D R100,J. Morita欧洲公司,德国)的数据,在软件里叠加并虚拟设计种植体位置(3Shape Implant Studio,3Shape公司,图3a至c)。我们的目标是采用螺丝固定的即刻临时修复体。这是由共同作者R. N.在现有数据的基础上,提前在牙科技工室中以数字方式设计和制作的(图3d和e)。在设计和制作过程中,特别注意了出龈轮廓的形态设计。临时即刻修复体(除了“All-on-six”或类似修复体)不应有任何邻接接触和咬合接触。

在拔出残根(图3g)后,直接使用打印的手术导板(图3f)进行完全引导,即刻植入种植体(CAMLOG® PROGRESSIVE-LINE,CAMLOG公司,德国)。在对种植体位置拍摄X线片检查后(图3h),可以对即刻临时修复体进行临床试戴。由于种植体没有完全占满拔牙窝,随后用骨替代材料(Bio-Oss®,盖氏公司,德国)填充了空隙(图3i)。本操作只能在即刻临时修复体的临床调整后进行,否则无法稳定龈下间隙内置入的骨替代材料。用特氟隆胶带和复合材料封闭𬌗面螺丝孔(图3j)。这个病例进行了咬合调整,咬合面的形态细节就没有了。最后,又拍摄了一张X线片对比图像(图3k)。

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图3a至f:(a)在种植设计软件(3Shape Implant Studio)中STL和DICOM数据叠加后的种植体位置的设计。(b)和(c) CBCT中的虚拟种植体位置。(d)即刻临时修复体的虚拟设计。(e)制作完成的即刻临时修复体。(f)手术导板的虚拟设计。

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图3g至k:(g)残根拔除后的临床情况。(h)种植后的影像学检查。(i)种植体植入和植骨后的临床情况。(j)临床调整后的即刻修复体,用特氟隆胶带和复合树脂封闭螺丝孔后。(k)即刻临时修复后的影像学检查。

这个病例透彻地阐明了本综述中提到的数字化工作流程的许多步骤。种植医生和牙科技师之间的协调合作是决定性因素。因此,在数字时代,简单和复杂的病例都可以通过适当的技术得到治疗。


结论

临床上患者的要求越高,对种植修复的准确性要求越高,就越应该更多地采用数字技术。牙科手术和修复学领域不断推进的数字化并没有使许多事情变得更容易,而是更准确,从而更可预测。任何种植医生,只要对数字化概念足够熟悉,他们就可以实施相关的治疗方案。尽管如此,必须要指出的是,复杂的全颌重建往往仍需实体代型参与中间步骤,这一点多年来一直为众人所知。由于新的数字技术和治疗方案概念的快速发展,进行持续的临床和科学研究很有必要。


利益冲突

作者声明无任何利益冲突。


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