引导性根管治疗中注册策略的研究

《Journal of Endocrinology》：Research on Registration Strategy for Guided Endodontics

该研究通过3D打印下颌牙体模型，测试不同数量（3-10）、配置（方形/三角/线性）和分布范围（目标牙/邻牙/全牙列）的标记物对动态导航系统注册精度的影响。结果显示四标记物方形配置在前后牙区均显著降低目标注册误差（TRE分别为0.32mm和0.22mm），且增加标记物数量（>4）未提升精度。结论强调牙体解剖结构特征对导航系统注册策略的影响，提出四标记物方形配置为最优方案。

　　

刘畅|马龙飞|张耀鹏|董彦梅|鲍旭东

北京大学口腔医学院与医院牙体牙髓病学系；国家口腔医学中心；国家口腔疾病临床研究中心；国家口腔生物材料与数字医疗设备工程研究中心；北京数字口腔医学重点实验室

摘要

引言

本研究的目的是评估哪种配准策略（基准标记的数量、配置和分布范围）能够获得引导性根管治疗的最佳配准精度。

方法

制作了一个3D打印的下颌模型。在前后牙齿的牙冠上准备了用于配准的基准标记。使用锥形束计算机断层扫描（CBCT）对模型进行扫描，并构建了数字模型。应用了不同数量（三个、四个、六个、八个和十个）、配置（四边形、三角形和线性）以及分布范围（目标牙齿、相邻牙齿和下颌牙列）的基准标记来进行动态导航系统的配准。测量了目标配准误差（TRE）。采用单因素方差分析（ANOVA）来评估各组之间的配准误差。显著性水平设定为0.05。

结果

四个基准标记的TRE显著低于三个基准标记（前牙：0.32毫米 vs 0.62毫米；P < 0.05；后牙：0.22毫米 vs 1.43毫米；P < 0.05）；将标记数量增加到十个并未进一步降低TRE（P > 0.05）。以四边形配置排列的基准标记的TRE显著低于线性或三角形配置的基准标记（P < 0.05）。选择在目标牙齿和相邻牙齿上放置的基准标记的TRE显著低于在整个牙列区域放置的基准标记的TRE（P < 0.05）。

结论

在牙髓治疗中，通过选择围绕目标牙齿分布的四个空间四边形基准标记，可以获得最佳的配准精度。

引言

钙化的根管在根管治疗过程中的定位和导航方面存在显著挑战（1, 2, 3）。动态导航使外科医生能够实时精确遵循预先规划的外科路径，从而提高手术的准确性和效率（4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19）。然而，由于根管解剖系统的复杂性以及对精确操作的严格要求，动态导航在根管定位方面的精度仍然不尽理想（20）。仍可能发生显著误差，甚至根管壁穿孔（7, 11, 13, 15）。因此，需要进一步提高动态导航定位钙化根管的精度（21）。

动态导航的精度主要取决于配准的精度（21, 22）。配准将真实患者的解剖结构与术前医学影像数据之间的空间关系联系起来，使得患者操作区域内的任何点的3D坐标与影像数据中的坐标一一对应（22）。基于标记的配准是最广泛采用和经典的配准方法（21, 22, 23, 24）。该方法的核心是使用标记将包含手术路径的CBCT图像的虚拟坐标与实际临床坐标转换为统一的坐标系统（22, 25）。配准过程中产生的误差会导致虚拟图像上的目标结构相对于物理位置发生偏移，从而影响最终的导航精度（22）。目标配准误差（TRE）可以表示动态导航的实际应用精度，即配准后影像数据中每个对应点与物理空间之间的位置误差（22, 25）。

Fitzpatrick等人提出了一种计算TRE的表达式，以指导临床医生放置导航用标记（26）。West等人在虚拟模型上验证了Fitzpatrick等人提出的公式，并指出注册标记应以非线性排列放置在目标区域周围，且标记的中心应尽可能靠近手术的关键部位（25）。然而，上述标记放置原则仅提供了一般性规则，无法进一步明确标记的最佳放置位置。基准标记的数量、配置和分布范围的选择——我们称之为配准策略——应根据不同的手术需求来确定（22, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33）。颌面手术的导航配准策略因涉及的特定解剖区域而异（25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34）。由于这种手术的目标区域位于颌骨中，因此配准区域的大小和范围由手术程序的精确位置和范围决定（25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34）。然而，牙髓疾病的治疗与颌面手术不同，它通常针对单颗牙齿，并采用更局部的方法。此外，前牙和后牙不同的形态和结构特征可能会影响配准的精度，最终影响钻孔的精确度。如何确定最佳数量的基准标记、配置和分布范围以实现高配准精度仍不清楚。

因此，本研究的目的是评估哪种配准策略（就基准标记的数量、配置和分布范围而言）能够获得引导性根管治疗的最高配准精度。本研究的零假设是：改变配准策略不会影响引导性根管治疗的配准精度。

部分摘录

模型准备

实验场景如图1所示。选取了一名志愿者经过正畸治疗后的下颌牙列石膏模型。使用3D口腔扫描仪（DL100；广州Launca医疗器械技术有限公司）对模型进行扫描以获取3D数据。数据保存为STL格式，并使用白色树脂材料（北京Yisupurui科技有限公司）进行了3D打印。

为了评估配准精度，需要确定配准目标和基准标记

结果

表1展示了不同数量基准标记的配准精度。无论配准目标是前牙还是后牙，当选择三个基准标记时，TRE最高（P < 0.001）；当基准标记数量增加到四个时，TRE显著降低（P < 0.001）。然而，无论选择四个、六个还是十个基准标记，TRE在统计学上均无显著差异（P > 0.05）。

配准

讨论

本研究的结果表明，配准策略显著影响引导性牙髓治疗的最终配准精度，从而拒绝了零假设。

首先，基准标记的数量对配准精度有显著影响。本研究的结果表明，选择四个基准标记时的TRE明显低于选择三个基准标记时的TRE，无论是前牙还是后牙。然而，先前的研究也显示了类似的结果

结论

考虑到这项体外研究的局限性，导航性牙髓治疗的配准策略应选择围绕目标牙齿区域分布的四个空间四边形标记，从而确保高配准精度。

利益冲突声明

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

CRediT作者贡献声明：刘畅：方法学、研究、数据管理、初稿撰写。马龙飞：方法学、研究、验证、软件、数据管理、资金获取。张耀鹏：方法学、软件。鲍旭东：概念设计、项目管理、资金获取、监督、审稿与编辑、资金获取。董彦梅：监督

致谢

本工作得到了北京大学口腔医学院（项目编号PKUSSNKP-2019和YT-2021-7）；国家自然科学基金（82027807）；以及北京市自然科学基金（7212202）的支持。