导板设计和三维打印技术对根管导板精确度的影响

林捷 林珍香 郑志强 卢兆杰

根管的精准定位一直是复杂根管治疗的难点[1-2]。随着锥束计算机断层成像和三维(three-dimensional，3D)打印导板技术的发展[3]，继口腔种植[4]和外科[5]领域之后，导板技术在根管治疗中逐渐开始应用[6-10]。根管通道细小，较种植牙需要更高的精确度，根管方向难以确定，钙化不畅等给治疗带来障碍，根管导板的精确度比较研究还未见报道。本研究通过离体牙模型比较不同导板设计和不同3D打印技术对根管导板的精确度的影响，为临床操作提供误差参考。

1 材料与方法

1.1 建立3D牙体硬组织和根管模型

选取因正畸减数需要而拔除的人离体上下颌前磨牙，要求牙体无龋坏，无修复体或充填物，牙体全长(20.9±0.5) mm[11]，单根或双根均可，根尖片髓腔及根管无明显钙化影像。将离体牙包埋于石膏和自凝塑料中制作环形人工牙列，包埋高度在釉牙本质下2 mm(图 1A)。使用CBCT(NewTom，Verona，意大利)对该牙列进行扫描，扫描电压90 kV，扫描电流4.00 mA，曝光时间9.0 s，初始轴层厚0.125 mm，共得到192 幅二维扫描断层图像。利用CBCT机自带的3D软件(NNT版本5.6，Verona)将数据以DICOM格式保存(图 1B)。其次，将DICOM格式数据导入医学图象处理软件(Mimics 10.0，Materialise，比利时)进行处理。建立包含牙釉质，牙本质和模拟牙槽骨的3D牙体硬组织和根管形态模型。通过CBCT可知离体牙有1～2 个牙根。

2 种根管导板设计为直接打印法和间接制作法； 2 种3D打印技术为熔融沉积快速成型(fused deposition modeling，FDM)和光固化成型(stereo lithography appearance，SLA)，共4种导板制作方法组合进行试验。本研究使用离体牙，实验内容经福建医科大学附属口腔医院伦理学委员会批准进行。

1.2 3D数字化模型的设计

使用3D扫描仪(3Shape D750 optical scanner，3Shape，丹麦)扫描人工牙列并数字化(图 1C)，导出STL文件，并使用逆向工程软件(Geomagic Studio 10，Geomagic，美国)将人工牙列数字化模型进行编辑，添加底座，以方便后期开髓孔的设计和打印。与CBCT重建冠部解剖结构比较，扫描模型更加清晰。将编辑后的人工牙列数字化模型导入Mimics 10.0中，与CBCT数据配准整合(图 1D)。通过Mimics 10.0软件模拟开髓通道。开髓通道设计结合临床要求方便根管治疗的原则，并能直线进入牙齿全长的1/2位置。运用布尔运算得到直径1.7 mm的开髓孔位置和方向，输出带开髓孔的STL数据。

A：离体前磨牙环形牙列试件； B： CBCT模型； C： 扫描模型； D： CBCT数据与扫描数据配准整合

1.3 打印和根管导板制作

SLA 使用3D打印机(PRO2，ASIGA，澳大利亚)对STL数据进行3D数字化模型打印制作(图 2A)，打印材料使用光敏树脂(DentaMODEL，ASIGA，澳大利亚)。FDM使用3D打印机(Replicator+，MakerBot，美国)对STL数据进行3D数字化模型打印制作，打印层高0.15 mm，打印速度30 mm/s，挤温度为215 ℃，打印材料使用聚乳酸(PLA)(True White PLA Large Spool， MakerBot，美国)。

间接法使用热塑片(LuxaForm，DMG，德国)与自制钴铬合金导向套筒，在打印的3D数字化模型上制作导板(图 2B)。导向套筒外径2.0 mm，内径1.7 mm，长度8 mm。开髓长柄裂钻总长度33 mm，直径1.6 mm。直接法在软件上设计导板形态(图3A)，使用3D打印机直接打印导板(图 3B)。

1.4 导板开髓

将根管导板固定在人工牙列上对其就位进行检查(图 2C)，确认就位后使用高速手机和长柄裂钻在导板指引下开髓(图 2D、图 3C)，长柄裂钻直线进入髓腔及根管上段，到达牙齿全长的1/2位置，用10号不锈钢K锉 (Mani, Tochigi,日本)试探根管下段。所有开髓操作由同一人完成。

1.5 精确度测量

如图4 所示， 使用30#/.04牙胶尖(Dental root-canal obturating points，Dentsply，美国)改制无锥度牙胶尖插入开髓通道，再次拍摄CBCT，并将DICOM格式数据导入Mimics 10.0。测量实际开髓通道和虚拟开髓通道的起点(开髓孔)、终点(牙全长的1/2位置)中心点的距离偏差值，以及实际开髓通道和虚拟开髓通道中心轴之间的最大角度偏差值。

A：带开髓孔的3D打印模型； B： 热塑片制作间接法根管导板； C： 导板在环形牙列试件上就位； D： 根管导板引导下开髓

A: 3D printing model with access opening hole; B: Indirect endodontic guide made by thermoplastic sheet; C: Endodontic guide positioned on annular specimen; D: Access opening by endodontic guide

Fig 2 Indirect endodontic guide

A： 带开髓孔的3D模型； B： 3D打印直接法根管导板； C： 根管导板引导下开髓

A： 牙胶尖插入试件开髓孔； B： CBCT可见牙胶尖指示开髓通道； C： CBCT横截面观； D： 实际开髓通道和虚拟开髓通道的精确度测量

图 4 导板精确度测量

A: Gutta-percha tip inserted into the access opening hole; B: CBCT showes gutta-percha tip indicating the access opening channel; C: CBCT cross-sectional view; D: Measurement accuracy of actual access opening channel and virtual access opening channel

Fig 4 Measurement accuracy of endodontic guide

1.6 统计学处理

SPSS 15.0 软件分析实验结果(α=0.05)，一元方差分析(One-way ANOVA)后，使用Tukey's Honestly Significance Difference (HSD)检验进行各组均值间的比较。

2 结 果

导板制作方法对开髓通道起点(F=58.09，P<0.01)、 终点(F=58.09，P<0.01)和角度(F=58.09，P<0.01)的精确度结果影响均有统计学意义。各组起点、终点及角度偏差的均值及多重比较统计学处理结果见表 1。FDM直接法的偏差值最大[起点(0.86±0.32) mm，终点(1.20±0.37) mm，角度(5.5±1.8)°]。SLA间接法的偏差值最小[起点(0.15±0.13) mm，终点(0.30±0.22) mm，角度(1.5±0.7)°]。间接法各偏差值均较直接法小。

分 组起点(mm)终点(mm)角度(°)FDM间接法0.22±0.10①②0.35±0.21①3.5±1.3①FDM直接法0.86±0.32③1.20±0.37②5.5±1.8①SLA间接法0.15±0.13①0.30±0.22①1.5±0.7②SLA直接法0.48±0.26②0.43±0.28①2.9±1.1①

注： 相同序号表示组间差异无显著性(P>0. 05), 不同序号表示组间差异显著(P<0.05)

3 讨 论

根管导板已在临床应用，Krastl等[8]报告了导板技术在前牙钙化根管中的应用，van der Meer等[7]和Zubizarreta等[10]报告了导板技术在前牙复杂根管治疗的应用。关于该技术临床应用的可行性还有争议,主要原因在于其精确度能否满足临床需求。从本实验结果分析，最小终点偏差值在0.30 mm，角度偏差在1.5°，对定位根管口及方向有一定指导作用。另一个顾虑来源于根管弯曲，目前的导板不能进行弯曲引导，但可引导进入弯曲根管的上半段，其实用性还有待临床检验。今后的临床应用还可拓展到去除根管内桩修复体，甚至辅助根管内器械分离的取出等。

目前仅可检索到使用单一方法进行根管导板精确度研究，而根管导板精确度影响因素主要有以下3 个。① 3D扫描仪和打印机器的精确度； ② 导板的设计和支持形式； ③ 印模扫描模型与CBCT模型的重合程度[6]。本研究对扫描仪精确度、导板支持形式和模型的重合程度进行统一，就打印机器的精确度(SLA和FDM)和导板的设计形式(间接法和直接法)进行比较研究。

本实验使用环形人工牙列而非和人体接近的弓形牙列，因为环形牙列上各牙到中心的距离基本一致，在CBCT拍摄过程中各部分拍摄条件尽可能接近，有利于精确度测量。本实验精确度测量时，比较了实际开髓通道和虚拟开髓通道的偏差，而非实际开髓通道在牙体中的偏差。原因: ① 是临床中的开髓方法多种多样，起点，终点和角度不易量化比较； ② 我们在进行虚拟开髓通道设计的时候，结合了临床开髓的原则，方便进行量化研究。使用30#/.04牙胶尖拍摄CBCT会产生一定的放大，即“伪影”，但牙胶尖及放大“伪影”为同心圆，测量时取其中心点避免了误差。

由于种植导板部分采用软组织或骨支持，一定程度上降低了其精确性。对于根管导板而言精确度要求似乎较种植导板要高，但引导到根管口的深度较种植来的短(通常6～7 mm)，且开髓后可用器械对根管口进行无创的反复试探，这较种植导板有优势，一定程度上降低了精确度要求。Nayak等[2]使用FDM直接法制作根管导板，MATLAB图像处理工具对开髓轴线和根管轴线偏差进行了分析，使用设备为创造者(浙江闪铸科技)层高保持在0.14 mm，打印速度为50 mm/s，平台温度105 ℃，挤出机温度200 ℃，结果偏差值不大于(0.21±0.04) mm。Connert等[12]使用SLA直接法制作导板，设备为Objet Eden 260V，(Stratasy，美国)，钻头底部不同方面的平均偏差为0.12～0.13 mm，在钻头顶部为0.12～0.34 mm，平均角度偏差为1.59°; 这较本研究直接法结果精确度高，和间接法接近，说明设备精确度一定程度上影响实验结果。本研究不论打印技术，导板设计间接法较直接法精确度高，这可能和导板设计材料的性能有关。直接法由于3D打印材料没有弹性，在设计过程中需将倒凹去除，而间接法无需填倒凹直接打印出模型，使用有一定弹性的热塑片能卡入倒凹，就位精确度上较直接法高。

4 小 结

基于本试验体外研究数据，导板制作方法上间接法较直接法精确度高，打印技术上光固化成型的角度偏差较熔融沉积快速成型小。