【專論】數(shù)字技術(shù)開辟牙體牙髓創(chuàng)新之路

錐形束容積體層成像技術(shù)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(shù)據(jù),進而完成圖像多層面重建。1998年意大利學(xué)者Mozzo和日本學(xué)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(yīng)用最多的高分辨率CT。在牙體牙髓病診療領(lǐng)域,錐形束CT數(shù)字技術(shù)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)間的相互位置關(guān)系,如上頜竇、下頜管、頦孔、副頦孔、切牙孔、副舌腺、鼻腭管、復(fù)雜根管系統(tǒng)等。錐形束CT是根尖外科主要的影像學(xué)手段,可協(xié)助制定手術(shù)計劃,減少并發(fā)癥。錐形束CT可提供更準確的解剖結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu),有助臨床醫(yī)師直觀獲取病變的位置、范圍、性質(zhì)、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(jié)構(gòu)影像相互重疊,根尖周病變只在骨皮質(zhì)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(xué)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(nèi)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(xué)特征,而其對組織內(nèi)不同密度組分的精確區(qū)分又可實現(xiàn)三維實體重建。Cymerman等和Bornstein等分別報道了采用錐形束CT導(dǎo)航對牙源性和非牙源性上頜竇炎進行鑒別診斷和相應(yīng)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(shè)置相適應(yīng)的錐形束CT灰度閾值,可實現(xiàn)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(shè)置適應(yīng)的錐形束CT灰度閾值可實現(xiàn)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(jié)構(gòu),臨床醫(yī)師可以錐形束CT導(dǎo)航作為輔助手段,完成復(fù)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(chǎn)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(zhì)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(shù)據(jù)整理和遠程交流。

特征四:綜合數(shù)據(jù)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(yīng)用,特別是在患牙根管治療術(shù)前評估、疑難根管治療和顯微根尖手術(shù)等方面。近年研究發(fā)現(xiàn),利用錐形束CT對患牙行術(shù)前診斷和評估、術(shù)中導(dǎo)航及術(shù)后追蹤復(fù)查具有重要的臨床應(yīng)用價值。然而錐形束CT也有局限性,射線硬化和散射現(xiàn)象引起的偽影可能影響圖像質(zhì)量,干擾準確判斷;對部分軟組織解剖結(jié)構(gòu)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(yīng)用。在實際臨床工作中,應(yīng)遵循“合理使用低劑量”原則,結(jié)合病史和臨床表現(xiàn)選擇最恰當(dāng)?shù)挠跋駥W(xué)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(shù)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(shù)。

二、計算機輔助設(shè)計(computer aided design,CAD)與計算機輔助制作(computer aided manufacture,CAM)數(shù)字化微創(chuàng)美學(xué)修復(fù)

1數(shù)字化比色:

2CAD/CAM:

3D打印又稱增材制造技術(shù)(additive manufacturing,AM),以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),使用粉末狀可粘合材料,通過逐層打印方式構(gòu)造三位實體。美國3D公司于1988年生產(chǎn)出第一臺3D打印設(shè)備SLA250,美國麻省理工大學(xué)學(xué)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(shù)主要應(yīng)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(yīng)的成品。3D打印近年來逐漸應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)及口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,促使傳統(tǒng)醫(yī)療向數(shù)字化和精確化模式轉(zhuǎn)化。在牙體牙髓病診療領(lǐng)域中,3D打印擁有廣闊的應(yīng)用前景。有學(xué)者在畸形牙的治療中采用3D打印技術(shù),成功體外定位根管口位置,制作根管口定位導(dǎo)板,從而實現(xiàn)臨床根管口的精準定位。在牙內(nèi)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(nèi)陷腔、制作牙內(nèi)陷腔開孔導(dǎo)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(shù)區(qū)實體模型,有助于體外制定手術(shù)計劃、模擬手術(shù)操作、制作精準的根尖手術(shù)導(dǎo)板,可實現(xiàn)根尖周病變的精準和微創(chuàng)手術(shù)治療。3D打印技術(shù)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(chǎn)品成本較高;數(shù)據(jù)庫尚未實現(xiàn)大數(shù)據(jù)共享;打印裝置必須接于匹配的數(shù)據(jù)處理裝置;知識產(chǎn)權(quán)和醫(yī)學(xué)倫理的挑戰(zhàn)等。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來,3D打印技術(shù)的技術(shù)探索、普及和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將會為數(shù)字化口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yīng)用于牙體牙髓病研究的三維成像技術(shù),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(lǐng)域,顯微CT主要用于牙體及根管形態(tài)研究、評估根管預(yù)備和充填質(zhì)量。顯微CT高分辨率圖像可重建牙體及根管的三維實體結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu)模型指數(shù)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(xué)分析提供依據(jù),如分析根管沖洗、充填壓力,根管預(yù)備器械受力等。顯微CT掃描重建預(yù)備前后的根管系統(tǒng),可實現(xiàn)對根管三維預(yù)備質(zhì)量的定量評估,為臨床選擇合適的根管預(yù)備、沖洗器械及預(yù)備方法提供可靠的實驗依據(jù)。評估根管充填質(zhì)量時,顯微CT可有效區(qū)分根充糊劑牙膠及根充空隙,根據(jù)三者灰度差重建三維立體結(jié)構(gòu),為充填質(zhì)量評估提供直觀、定量依據(jù),繼而形成根管充填材料及方法的臨床選擇數(shù)據(jù)庫,使得數(shù)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(yīng)圖像分析軟件的改進,必將為臨床復(fù)雜根管治療方案的制定提供更多依據(jù)。

數(shù)字化教學(xué)是以數(shù)字化教學(xué)資源為前提,在信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)與學(xué)習(xí)行為,可實現(xiàn)口腔教學(xué)可視化、多樣化的教育方式。目前,國內(nèi)外牙體牙髓病診療領(lǐng)域的常用數(shù)字化教學(xué)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(xùn)系統(tǒng)和數(shù)字口腔手術(shù)顯微鏡等。仿頭模系統(tǒng)配合多媒體教學(xué)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(lǐng)。Lambrecht等認為,個性化仿頭模結(jié)合錐形束CT及3D打印技術(shù),可有效重現(xiàn)復(fù)雜解剖環(huán)境,尤其適用于顯微根尖手術(shù)的臨床前教學(xué)。3D觸覺虛擬仿真牙醫(yī)培訓(xùn)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(xué)者的仿真培訓(xùn),全方位訓(xùn)練疾病臨床診療規(guī)范,可用于臨床前技術(shù)評估、考核及導(dǎo)引,包括虛擬去腐備洞、模擬開髓及根管治療訓(xùn)練。根管顯微鏡教學(xué)系統(tǒng)通過顯示屏獲得與術(shù)者相同的口腔術(shù)區(qū)圖像,捕捉細微的患區(qū)特征及術(shù)者的操作細節(jié),實時圖像或錄像可實現(xiàn)遠程觀摩及后期學(xué)習(xí),實現(xiàn)遠程醫(yī)療以及醫(yī)療資源共享。牙科訓(xùn)練機器人的牙齒上安裝虛擬的神經(jīng)傳感器,訓(xùn)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(shù)。在大數(shù)據(jù)時代推廣和普及數(shù)字圖像和三維模型等數(shù)字化教學(xué)手段,對推動牙體牙髓病診療教育信息化和教學(xué)改革的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

大數(shù)據(jù)時代的信息爆炸給傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)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(xùn)系統(tǒng)為代表的數(shù)字技術(shù)帶來了牙體牙髓疾病美學(xué)、微創(chuàng)、精準化診療的新思路。數(shù)字化帶來的嶄新視角將開啟牙體牙髓大數(shù)據(jù)時代,引領(lǐng)牙體牙髓領(lǐng)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(xué)和組織工程學(xué)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(xué)成果和科技成果獎十余項,包括獲中華口腔醫(yī)學(xué)會科技獎一等獎、廣東省科技成果一等獎等。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)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(xué)》、《牙髓病學(xué)》及《根尖周病治療學(xué)》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。