数字导航技术进入牙科手术室
钙化变窄的根管或复杂弯曲的牙根,是决定根管治疗成败的典型难题。过去,医生主要依靠自身经验与手感来寻找这类根管,但近来临床上开始引入数字导航技术:结合CBCT(锥形束计算机断层扫描)的三维影像与口内扫描数据,提前计算出进入路径,并引导术者严格沿着这条路径操作。最先落地的是利用3D打印导板的静态导航,随后是能实时追踪位置的动态导航系统,如今甚至已发展到由机器人直接操作器械的机器人辅助手术,正逐步应用于临床。动态导航系统也被称为“牙科GPS”。
用3D打印导板寻找钙化根管
导引式根管治疗是将CBCT的三维数据与口内扫描仪获取的数字印模数据叠加,提前规划出通往钙化根管入口的进入路径,再据此用3D打印机制作导板,戴入患者口内后据此磨除牙体组织的一种术式。钻针(用于磨除牙齿的旋转器械)沿着导板上嵌入的金属套管进入,因此能够精确、微创地到达根管入口,避免不必要的牙体组织损伤或穿孔(在牙齿上形成本不应出现的孔洞的事故)。不过,一旦导板制作完成,术中便无法再更改路径,这是它的局限所在。
实时绘制路径的动态导航系统
为突破这种路径无法修正的局限而出现的,就是动态导航系统(Dynamic Navigation System, DNS)。它在患者与手柄(手机)上安装红外光学追踪标记,由摄像头识别这些标记,将钻针的位置、方向与深度实时叠加显示在CBCT影像上。与静态导板不同,它没有物理导板遮挡视野,术中也可以随时修正路径与角度。除了钙化根管入路外,该系统还应用于断裂器械取出、根尖手术、解剖结构复杂的再根管治疗等需要灵活应对的高难度术式。近来,该技术还与超声倒充填、增强现实(AR)显示相结合,朝着同时提升精确度与时间效率的方向发展。
静态导板与动态导航,有何不同
这两种方式都以同一套CBCT数据为起点,但在工作方式与优缺点上有着明显的区别。
| 项目 | 静态导板 | 动态导航系统 |
|---|---|---|
| 方式 | 通过3D打印导板严格遵循预先规划的路径 | 通过红外标记实时追踪钻针位置进行引导 |
| 术中路径修正 | 不可 | 可行 |
| 视野保障 | 导板物理附着于牙齿,可能遮挡视野 | 不遮挡视野 |
| 主要应用 | 磨牙、上颌腭根、下颌远中根等高难度牙根 | 钙化根管入路、断裂器械取出、根尖手术、复杂再根管治疗 |
| 1年成功率 | 91.7%(Buniag等) | 94.3%(Chen等) |
静态导板即便在磨牙、上颌腭根、下颌远中根等高难度部位也表现出色,并能缩短手术时间。据报道,与完全依靠徒手操作(free hand)的手术相比,动态导航系统能够减小线性与角度偏差、缩短操作时间,并同时提升初学者与熟练医生的手术效果。
机器人已能亲自操作器械
比这两种方式更进一步的,是机器人辅助手术。为了减少对术者熟练度与个体差异的依赖,这项技术将具备力反馈功能的机器人系统应用于显微根尖手术。也有研究显示,它比静态导板或动态导航系统表现出更小的角度与线性偏差,精确度也有所提升。整体而言,导航手术系统均报告了1年成功率90%以上的良好预后,但高昂的成本与实用性仍需持续验证。
导航技术的基础:显微镜与超声器械
这些导航技术能够发挥作用,背后是自1990年代以来逐步确立的显微根尖手术的发展。在手术显微镜、超声工作尖以及MTA等生物相容性倒充填材料引入之前,传统根尖手术的成功率一直停留在30%~50%左右。同时使用显微镜(放大8~25倍)与超声器械的现代术式,将成功率提升到了74%~92%(近期研究中为80%~90%),而综合多项研究的元分析报告显示成功率可达约94%。根尖切除角度(斜面)也从传统的45度降低到了0~10度,骨切除范围也缩小到4~5毫米以内。超声工作尖能够沿牙齿长轴平行方向形成深度3毫米以上的倒充填洞形,从而降低穿孔风险,但也有指出,若功率调节不当,可能在牙根表面引发微裂纹。静态导板、动态导航与机器人辅助手术,正是在这一已经打下的显微根尖手术基础之上,将精确度进一步提升的技术。
读取影像的人工智能
用于判读CBCT与X线片的人工智能也在同步发展。这项技术利用深度学习与卷积神经网络(CNN)算法,在放射影像中检测病灶并辅助诊断:通过学习数万张影像,能够精确探测出肉眼难以分辨的微小根尖病变、邻面龋、细微牙根折裂以及C形根管等解剖变异。借助这类辅助手段,诊断准确度得以整体提升,未来预计还将进一步发展为治疗预后预测、根管长度定量测量等自动化精准医疗。由于导引式根管治疗与导航系统都以CBCT影像为出发点,人工智能的判读准确度也因此成为决定这些技术整体基础的重要因素。
尚待解决的课题
静态导板、动态导航系统与机器人辅助手术都报告了接近或超过90%的1年成功率,但各自也存在明显局限。静态导板无法在术中修正路径,还会受到咬合空间的限制;动态导航与机器人系统则需要就设备引入成本与实用性做进一步验证。目前公布的成功率数据大多来自1年期观察结果,只有积累更长期的随访资料,这些技术在临床中的定位才会更加清晰。