【專論】數字技術開辟牙體牙髓創(chuàng)新之路

錐形束容積體層成像技術又稱錐形束CT、口腔頜面錐形束CT,其特點是采用錐形X射線束進行360度掃描,獲取清晰的三維容積圖像數據,進而完成圖像多層面重建。1998年意大利學者Mozzo和日本學者Arai分別報道了NewTom 9000和Ortho-CT。1999年我國引入NewTom 9000。錐形束CT是目前口腔臨床應用最多的高分辨率CT。在牙體牙髓病診療領域,錐形束CT數字技術以“4V”為特征:大量(volume)、多樣(variety)、高速(velocity)和價值(value)。

特征一:“大量”的信息。錐形束CT采用各向同性的體素分辨率使任一截面均具有相同的高掃描精度,最高空間分辨率達76 μm,有利于收集信息、顯示細微結構。這是錐形束CT區(qū)別于螺旋CT的顯著優(yōu)點,使其通過高分辨率圖像揭示相鄰解剖結構間的相互位置關系,如上頜竇、下頜管、頦孔、副頦孔、切牙孔、副舌腺、鼻腭管、復雜根管系統(tǒng)等。錐形束CT是根尖外科主要的影像學手段,可協助制定手術計劃,減少并發(fā)癥。錐形束CT可提供更準確的解剖結構信息,有效鑒別診斷假性頜骨囊腫與根尖囊腫、切牙孔和牙內吸收、鼻腭管囊腫與根尖周炎等。

錐形束CT可準確顯示病灶的細微結構,有助臨床醫(yī)師直觀獲取病變的位置、范圍、性質、程度等信息,對提高牙體牙髓病的臨床診療水平具有重要意義。傳統(tǒng)根尖X線片的二維成像使組織結構影像相互重疊,根尖周病變只在骨皮質破壞到一定程度后才能在根尖X線片上顯示,常常在根尖周炎發(fā)展的15~30 d后才可檢出根尖周透射影;無透射影時組織學上仍有45%的患牙患有炎癥。而錐形束CT可在根尖周炎發(fā)病7 d后檢出根尖周透射影,檢出率約為根尖X線片的2~3倍。根尖X線片檢測敏感度和準確度僅為錐形束CT的57%、76%。對于根折、牙吸收、根管穿孔、牙內陷等牙體牙髓常見病,錐形束CT較根尖周X線片能提供更詳盡的病灶資料,有助于臨床醫(yī)師制定和優(yōu)化治療方案。

特征二:“多樣”的信息。錐形束CT的軟硬組織灰度圖像可揭示組織學特征,而其對組織內不同密度組分的精確區(qū)分又可實現三維實體重建。Cymerman等和Bornstein等分別報道了采用錐形束CT導航對牙源性和非牙源性上頜竇炎進行鑒別診斷和相應治療的病例。錐形束CT影像顯示竇底黏膜局部增厚>2 mm、同時伴患牙,可初步判定為牙源性上頜竇炎,若竇底黏膜均勻增厚>2 mm、無可疑患牙,則初步判定為非牙源性上頜竇炎。Simon等認為,錐形束CT影像也可揭示囊腫和肉芽腫的灰度特征,根尖區(qū)病損影像正灰度值可考慮根尖肉芽腫,而負灰度值則傾向于考慮根尖囊腫。對根尖病損低密度影設置相適應的錐形束CT灰度閾值,可實現根尖周病損的三維實體重建,獲取病損直徑、體積等信息。對根管系統(tǒng)設置適應的錐形束CT灰度閾值可實現根管系統(tǒng)的三維實體重建,立體展示髓腔及根管的三維結構,臨床醫(yī)師可以錐形束CT導航作為輔助手段,完成復雜根管系統(tǒng)的顯微治療。

特征三:獲取的“高速”。錐形束CT圖像掃描迅速,單次掃描僅需10~70 s。掃描時間短可有效降低患者的輻射劑量,減少產生運動偽影的可能性?！昂侠硎褂玫蛣┝俊痹瓌t使得最短掃描時間、最低放射劑量的條件下,獲取合適的圖像質量和信息資料以準確診斷。錐形束CT圖像適用于DICOM格式儲存、傳輸,并可提供第三方軟件后期處理,便于數據整理和遠程交流。

特征四:綜合數據的高“價值”。傳統(tǒng)X線片的二維成像特點和螺旋CT的低分辨率、較高輻射劑量的特點限制了它們在牙體牙髓病診療中的應用,特別是在患牙根管治療術前評估、疑難根管治療和顯微根尖手術等方面。近年研究發(fā)現,利用錐形束CT對患牙行術前診斷和評估、術中導航及術后追蹤復查具有重要的臨床應用價值。然而錐形束CT也有局限性,射線硬化和散射現象引起的偽影可能影響圖像質量,干擾準確判斷;對部分軟組織解剖結構顯像錐形束CT不如螺旋CT清晰,影響在軟組織疾病診療中的應用。在實際臨床工作中,應遵循“合理使用低劑量”原則,結合病史和臨床表現選擇最恰當的影像學檢查手段。目前臨床上多將錐形束CT作為傳統(tǒng)X線片的輔助影像檢查手段。

雖然錐形束CT在掃描偽影和分辨率方面仍有不足,但隨著軟硬件技術的不斷發(fā)展,以上四大特征必能進一步發(fā)揮優(yōu)勢,使其成為牙體牙髓病診治中頗具發(fā)展?jié)摿Φ娜S影像技術。

二、計算機輔助設計(computer aided design,CAD)與計算機輔助制作(computer aided manufacture,CAM)數字化微創(chuàng)美學修復

1數字化比色:

2CAD/CAM:

3D打印又稱增材制造技術(additive manufacturing,AM),以數字模型文件為基礎,使用粉末狀可粘合材料,通過逐層打印方式構造三位實體。美國3D公司于1988年生產出第一臺3D打印設備SLA250,美國麻省理工大學學者于1993年發(fā)明的3D打印機的原理近似于噴墨打印機。傳統(tǒng)加工技術主要應用減材工藝,而3D打印通過“分層掃描、逐層堆積、整體成形”的方法,能快速獲取個性化信息,對成形材料精確控制,最終獲得與患處相適應的成品。3D打印近年來逐漸應用于臨床醫(yī)學及口腔醫(yī)學領域,促使傳統(tǒng)醫(yī)療向數字化和精確化模式轉化。在牙體牙髓病診療領域中,3D打印擁有廣闊的應用前景。有學者在畸形牙的治療中采用3D打印技術,成功體外定位根管口位置,制作根管口定位導板,從而實現臨床根管口的精準定位。在牙內陷的治療中,3D打印牙可幫助臨床醫(yī)師準確分辨牙髓腔及牙內陷腔、制作牙內陷腔開孔導板,從而避免髓腔損傷,有助于活髓保存。利用3D打印獲取根尖周病變術區(qū)實體模型,有助于體外制定手術計劃、模擬手術操作、制作精準的根尖手術導板,可實現根尖周病變的精準和微創(chuàng)手術治療。3D打印技術雖具有“個性化定制”的優(yōu)點,也具有一定的局限性:核心器件研發(fā)的限制和打印產品成本較高;數據庫尚未實現大數據共享;打印裝置必須接于匹配的數據處理裝置;知識產權和醫(yī)學倫理的挑戰(zhàn)等。隨著大數據時代的到來,3D打印技術的技術探索、普及和產業(yè)化發(fā)展將會為數字化口腔醫(yī)學領域帶來新的挑戰(zhàn)和機遇。

微計算機體層掃描(micro-computed tomography,μCT),又稱微型CT或顯微CT,是近年來應用于牙體牙髓病研究的三維成像技術,具有空間分辨率達微米級別、成像范圍小、輻射劑量大等特點。目前在牙體牙髓病領域,顯微CT主要用于牙體及根管形態(tài)研究、評估根管預備和充填質量。顯微CT高分辨率圖像可重建牙體及根管的三維實體結構,有助于臨床醫(yī)師準確分析根管長度、體積、面積、管壁厚度、結構模型指數和曲率等。顯微CT也可用于建立有限元分析模型,為牙體力學分析提供依據,如分析根管沖洗、充填壓力,根管預備器械受力等。顯微CT掃描重建預備前后的根管系統(tǒng),可實現對根管三維預備質量的定量評估,為臨床選擇合適的根管預備、沖洗器械及預備方法提供可靠的實驗依據。評估根管充填質量時,顯微CT可有效區(qū)分根充糊劑牙膠及根充空隙,根據三者灰度差重建三維立體結構,為充填質量評估提供直觀、定量依據,繼而形成根管充填材料及方法的臨床選擇數據庫,使得數字化根管充填評估成為可能。顯微CT能以高精度方式進行根管成像和形態(tài)分析,隨著其分辨率的提高及相應圖像分析軟件的改進,必將為臨床復雜根管治療方案的制定提供更多依據。

數字化教學是以數字化教學資源為前提,在信息技術環(huán)境下的教學與學習行為,可實現口腔教學可視化、多樣化的教育方式。目前,國內外牙體牙髓病診療領域的常用數字化教學手段主要包括多媒體仿頭模系統(tǒng)、3D觸覺虛擬仿真牙醫(yī)培訓系統(tǒng)和數字口腔手術顯微鏡等。仿頭模系統(tǒng)配合多媒體教學系統(tǒng),可模擬臨床口腔實際操作,規(guī)范臨床前操作姿勢及要領。Lambrecht等認為,個性化仿頭模結合錐形束CT及3D打印技術,可有效重現復雜解剖環(huán)境,尤其適用于顯微根尖手術的臨床前教學。3D觸覺虛擬仿真牙醫(yī)培訓系統(tǒng)利用計算機生成實時3D虛擬環(huán)境模型,通過觸覺傳感器傳遞并反饋信息完成視覺、聽覺和觸覺等感官的模擬,適于對初學者的仿真培訓,全方位訓練疾病臨床診療規(guī)范,可用于臨床前技術評估、考核及導引,包括虛擬去腐備洞、模擬開髓及根管治療訓練。根管顯微鏡教學系統(tǒng)通過顯示屏獲得與術者相同的口腔術區(qū)圖像,捕捉細微的患區(qū)特征及術者的操作細節(jié),實時圖像或錄像可實現遠程觀摩及后期學習,實現遠程醫(yī)療以及醫(yī)療資源共享。牙科訓練機器人的牙齒上安裝虛擬的神經傳感器,訓練口腔醫(yī)師在操作中實際感受患者的疼痛,而不是僅專注于臨床技術。在大數據時代推廣和普及數字圖像和三維模型等數字化教學手段,對推動牙體牙髓病診療教育信息化和教學改革的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

大數據時代的信息爆炸給傳統(tǒng)醫(yī)學帶來巨大變革,以錐形束CT、CAD/CAM、3D打印、顯微CT及3D觸覺虛擬仿真牙醫(yī)培訓系統(tǒng)為代表的數字技術帶來了牙體牙髓疾病美學、微創(chuàng)、精準化診療的新思路。數字化帶來的嶄新視角將開啟牙體牙髓大數據時代,引領牙體牙髓領域未來創(chuàng)新之路。

利益沖突 無

參考文獻略

主要研究方向:齲病、牙髓病和根尖周病的病因與防治、牙體牙髓病的分子生物學和組織工程學研究。先后主持國家級、省部廳級科研項目20項,榮獲國家級、省級教學成果和科技成果獎十余項,包括獲中華口腔醫(yī)學會科技獎一等獎、廣東省科技成果一等獎等。在國內外學術刊物上發(fā)表論文四百余篇,SCI收錄八十余篇。主編《顯微牙髓治療學》、《牙髓病學》及《根尖周病治療學》等著作,參編專著及衛(wèi)生部規(guī)劃教材二十余部。培養(yǎng)博士后9名、博士研究生49名、碩士研究生68名。