【专论】数字技术开辟牙体牙髓创新之路

锥形束容积体层成像技术又称锥形束CT、口腔颌面锥形束CT,其特点是采用锥形X射线束进行360度扫描,获取清晰的三维容积图像数据,进而完成图像多层面重建。1998年意大利学者Mozzo和日本学者Arai分别报道了NewTom 9000和Ortho-CT。1999年我国引入NewTom 9000。锥形束CT是目前口腔临床应用最多的高分辨率CT。在牙体牙髓病诊疗领域,锥形束CT数字技术以“4V”为特征:大量(volume)、多样(variety)、高速(velocity)和价值(value)。

特征一:“大量”的信息。锥形束CT采用各向同性的体素分辨率使任一截面均具有相同的高扫描精度,最高空间分辨率达76 µm,有利于收集信息、显示细微结构。这是锥形束CT区别于螺旋CT的显著优点,使其通过高分辨率图像揭示相邻解剖结构间的相互位置关系,如上颌窦、下颌管、颏孔、副颏孔、切牙孔、副舌腺、鼻腭管、复杂根管系统等。锥形束CT是根尖外科主要的影像学手段,可协助制定手术计划,减少并发症。锥形束CT可提供更准确的解剖结构信息,有效鉴别诊断假性颌骨囊肿与根尖囊肿、切牙孔和牙内吸收、鼻腭管囊肿与根尖周炎等。

锥形束CT可准确显示病灶的细微结构,有助临床医师直观获取病变的位置、范围、性质、程度等信息,对提高牙体牙髓病的临床诊疗水平具有重要意义。传统根尖X线片的二维成像使组织结构影像相互重叠,根尖周病变只在骨皮质破坏到一定程度后才能在根尖X线片上显示,常常在根尖周炎发展的15~30 d后才可检出根尖周透射影;无透射影时组织学上仍有45%的患牙患有炎症。而锥形束CT可在根尖周炎发病7 d后检出根尖周透射影,检出率约为根尖X线片的2~3倍。根尖X线片检测敏感度和准确度仅为锥形束CT的57%、76%。对于根折、牙吸收、根管穿孔、牙内陷等牙体牙髓常见病,锥形束CT较根尖周X线片能提供更详尽的病灶资料,有助于临床医师制定和优化治疗方案。

特征二:“多样”的信息。锥形束CT的软硬组织灰度图像可揭示组织学特征,而其对组织内不同密度组分的精确区分又可实现三维实体重建。Cymerman等和Bornstein等分别报道了采用锥形束CT导航对牙源性和非牙源性上颌窦炎进行鉴别诊断和相应治疗的病例。锥形束CT影像显示窦底黏膜局部增厚>2 mm、同时伴患牙,可初步判定为牙源性上颌窦炎,若窦底黏膜均匀增厚>2 mm、无可疑患牙,则初步判定为非牙源性上颌窦炎。Simon等认为,锥形束CT影像也可揭示囊肿和肉芽肿的灰度特征,根尖区病损影像正灰度值可考虑根尖肉芽肿,而负灰度值则倾向于考虑根尖囊肿。对根尖病损低密度影设置相适应的锥形束CT灰度阈值,可实现根尖周病损的三维实体重建,获取病损直径、体积等信息。对根管系统设置适应的锥形束CT灰度阈值可实现根管系统的三维实体重建,立体展示髓腔及根管的三维结构,临床医师可以锥形束CT导航作为辅助手段,完成复杂根管系统的显微治疗。

特征三:获取的“高速”。锥形束CT图像扫描迅速,单次扫描仅需10~70 s。扫描时间短可有效降低患者的辐射剂量,减少产生运动伪影的可能性。“合理使用低剂量”原则使得最短扫描时间、最低放射剂量的条件下,获取合适的图像质量和信息资料以准确诊断。锥形束CT图像适用于DICOM格式储存、传输,并可提供第三方软件后期处理,便于数据整理和远程交流。

特征四:综合数据的高“价值”。传统X线片的二维成像特点和螺旋CT的低分辨率、较高辐射剂量的特点限制了它们在牙体牙髓病诊疗中的应用,特别是在患牙根管治疗术前评估、疑难根管治疗和显微根尖手术等方面。近年研究发现,利用锥形束CT对患牙行术前诊断和评估、术中导航及术后追踪复查具有重要的临床应用价值。然而锥形束CT也有局限性,射线硬化和散射现象引起的伪影可能影响图像质量,干扰准确判断;对部分软组织解剖结构显像锥形束CT不如螺旋CT清晰,影响在软组织疾病诊疗中的应用。在实际临床工作中,应遵循“合理使用低剂量”原则,结合病史和临床表现选择最恰当的影像学检查手段。目前临床上多将锥形束CT作为传统X线片的辅助影像检查手段。

虽然锥形束CT在扫描伪影和分辨率方面仍有不足,但随着软硬件技术的不断发展,以上四大特征必能进一步发挥优势,使其成为牙体牙髓病诊治中颇具发展潜力的三维影像技术。

二、计算机辅助设计(computer aided design,CAD)与计算机辅助制作(computer aided manufacture,CAM)数字化微创美学修复

1数字化比色:

2CAD/CAM:

3D打印又称增材制造技术(additive manufacturing,AM),以数字模型文件为基础,使用粉末状可粘合材料,通过逐层打印方式构造三位实体。美国3D公司于1988年生产出第一台3D打印设备SLA250,美国麻省理工大学学者于1993年发明的3D打印机的原理近似于喷墨打印机。传统加工技术主要应用减材工艺,而3D打印通过“分层扫描、逐层堆积、整体成形”的方法,能快速获取个性化信息,对成形材料精确控制,最终获得与患处相适应的成品。3D打印近年来逐渐应用于临床医学及口腔医学领域,促使传统医疗向数字化和精确化模式转化。在牙体牙髓病诊疗领域中,3D打印拥有广阔的应用前景。有学者在畸形牙的治疗中采用3D打印技术,成功体外定位根管口位置,制作根管口定位导板,从而实现临床根管口的精准定位。在牙内陷的治疗中,3D打印牙可帮助临床医师准确分辨牙髓腔及牙内陷腔、制作牙内陷腔开孔导板,从而避免髓腔损伤,有助于活髓保存。利用3D打印获取根尖周病变术区实体模型,有助于体外制定手术计划、模拟手术操作、制作精准的根尖手术导板,可实现根尖周病变的精准和微创手术治疗。3D打印技术虽具有“个性化定制”的优点,也具有一定的局限性:核心器件研发的限制和打印产品成本较高;数据库尚未实现大数据共享;打印装置必须接于匹配的数据处理装置;知识产权和医学伦理的挑战等。随着大数据时代的到来,3D打印技术的技术探索、普及和产业化发展将会为数字化口腔医学领域带来新的挑战和机遇。

微计算机体层扫描(micro-computed tomography,μCT),又称微型CT或显微CT,是近年来应用于牙体牙髓病研究的三维成像技术,具有空间分辨率达微米级别、成像范围小、辐射剂量大等特点。目前在牙体牙髓病领域,显微CT主要用于牙体及根管形态研究、评估根管预备和充填质量。显微CT高分辨率图像可重建牙体及根管的三维实体结构,有助于临床医师准确分析根管长度、体积、面积、管壁厚度、结构模型指数和曲率等。显微CT也可用于建立有限元分析模型,为牙体力学分析提供依据,如分析根管冲洗、充填压力,根管预备器械受力等。显微CT扫描重建预备前后的根管系统,可实现对根管三维预备质量的定量评估,为临床选择合适的根管预备、冲洗器械及预备方法提供可靠的实验依据。评估根管充填质量时,显微CT可有效区分根充糊剂牙胶及根充空隙,根据三者灰度差重建三维立体结构,为充填质量评估提供直观、定量依据,继而形成根管充填材料及方法的临床选择数据库,使得数字化根管充填评估成为可能。显微CT能以高精度方式进行根管成像和形态分析,随着其分辨率的提高及相应图像分析软件的改进,必将为临床复杂根管治疗方案的制定提供更多依据。

数字化教学是以数字化教学资源为前提,在信息技术环境下的教学与学习行为,可实现口腔教学可视化、多样化的教育方式。目前,国内外牙体牙髓病诊疗领域的常用数字化教学手段主要包括多媒体仿头模系统、3D触觉虚拟仿真牙医培训系统和数字口腔手术显微镜等。仿头模系统配合多媒体教学系统,可模拟临床口腔实际操作,规范临床前操作姿势及要领。Lambrecht等认为,个性化仿头模结合锥形束CT及3D打印技术,可有效重现复杂解剖环境,尤其适用于显微根尖手术的临床前教学。3D触觉虚拟仿真牙医培训系统利用计算机生成实时3D虚拟环境模型,通过触觉传感器传递并反馈信息完成视觉、听觉和触觉等感官的模拟,适于对初学者的仿真培训,全方位训练疾病临床诊疗规范,可用于临床前技术评估、考核及导引,包括虚拟去腐备洞、模拟开髓及根管治疗训练。根管显微镜教学系统通过显示屏获得与术者相同的口腔术区图像,捕捉细微的患区特征及术者的操作细节,实时图像或录像可实现远程观摩及后期学习,实现远程医疗以及医疗资源共享。牙科训练机器人的牙齿上安装虚拟的神经传感器,训练口腔医师在操作中实际感受患者的疼痛,而不是仅专注于临床技术。在大数据时代推广和普及数字图像和三维模型等数字化教学手段,对推动牙体牙髓病诊疗教育信息化和教学改革的可持续发展具有重要意义。

大数据时代的信息爆炸给传统医学带来巨大变革,以锥形束CT、CAD/CAM、3D打印、显微CT及3D触觉虚拟仿真牙医培训系统为代表的数字技术带来了牙体牙髓疾病美学、微创、精准化诊疗的新思路。数字化带来的崭新视角将开启牙体牙髓大数据时代,引领牙体牙髓领域未来创新之路。

利益冲突 无

参考文献略

主要研究方向:龋病、牙髓病和根尖周病的病因与防治、牙体牙髓病的分子生物学和组织工程学研究。先后主持国家级、省部厅级科研项目20项,荣获国家级、省级教学成果和科技成果奖十余项,包括获中华口腔医学会科技奖一等奖、广东省科技成果一等奖等。在国内外学术刊物上发表论文四百余篇,SCI收录八十余篇。主编《显微牙髓治疗学》、《牙髓病学》及《根尖周病治疗学》等著作,参编专著及卫生部规划教材二十余部。培养博士后9名、博士研究生49名、硕士研究生68名。