口腔インプラントガイドの製造における3Dプリント技術の応用に関する研究

インプラント義歯は、理想的な保持力と支持力、審美性、快適性、隣接する歯への損傷がないことから、無歯症または歯を失った患者の口腔修復方法として徐々に好まれるようになってきました。しかし、従来の歯科インプラント手術では、手術中に粘膜骨膜フラップを開いた後、局所の骨組織の状態に基づいてインプラント設置の角度と位置を決定する必要があることがよくあります。手術視野、骨内の重要な神経血管解剖学的構造、顎の生理的または病理的な吸収などの制限により、インプラント設置位置が術前の予想位置からずれる場合があります。インプラントが埋め込まれると、その位置を微調整して修正することが難しく、多くの外科的および修復的合併症を引き起こします。さまざまな業界での3Dプリントの継続的な発展により、口腔医学における義歯印刷、矯正器具製造、リハーサル手術モデル製造、手術ガイド製造などの分野に3Dプリントが応用され、口腔医学の精度と効率が大幅に向上します。近年、修復志向の歯科インプラントの概念が提唱されており、最適な修復要件を満たし、インプラントの長期安定性を得るために、インプラントの方向、位置、深さに一定の精度が求められています。さらに、患者の恐怖を解消し、出血を減らし、術後の腫れを減らし、歯槽骨の吸収を減らすために、近年、低侵襲性のフラップレス歯科インプラント技術が登場し、外科医にインプラントの3次元位置を正確に制御するというより厳しい要件が課されています。インプラント手術ガイドは、インプラント手術前にコンピューターで設計・製作される補助ツールです。手術中にインプラントソケットの準備をガイドするために使用されます。インプラントの位置、方向、角度などの情報を伝達し、術前の設計と実際の手術をつなぐ橋渡しとなります。

従来のインプラント手術ガイドは、主に石膏模型にホットプレスフィルム技術を使用しています。上部修復効果を考慮できますが、インプラントの位置を正確に制御することはできません。医師の臨床経験に大きく依存しており、偏差が大きくなります。口腔コーンビームCT（CBCT）に基づく3Dプリントインプラント手術ガイドは、インプラントの正確な3次元位置、最終的な修復輪郭、顎内の重要な解剖学的構造などの情報を術中空間に転送できるため、手術の合併症が軽減され、理想的なインプラント修復結果が達成されます。次に、Antarctic Bear は、3D プリント技術の原理と、口腔インプラントガイドの製造におけるその応用について紹介することに重点を置きます。
3Dプリンティング技術は、コンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造(CAD/CAM)技術、レーザー技術、コンピュータ数値制御技術、新材料技術に基づいて開発された、コンピュータの3次元デジタルイメージング技術と多段階連続印刷技術に基づいた立体モデルの製造方法です。現在、3Dプリント技術は、術中ナビゲーション、医療モデルの製造、臓器印刷など、バイオメディカル分野で広く使用されています。その優れた特徴は、従来の製造プロセスの外観に制限されず、コンピューターの設計図に基づいてパーソナライズされた製品を迅速に製造できることです。この技術の最も優れた具体例は、CBCT の放射線学的パラメータと術前ソフトウェア設計情報を使用して、インプラントの配置と方向を正確に特定するのに役立つインプラント手術ガイドを迅速に作成することです。 1987 年に Edge らが最初のインプラント手術ガイドを設計・製造して以来、3D プリントされたインプラントガイドは急速に発展してきました。

2 口腔インプラントガイドの製造への応用
2.1 3Dプリントインプラント手術ガイドの製造プロセス

CBCT では、歯や軟組織の表面形態の正確なデータを 1 度に取得できないことが多いため、Steenberghe らは 2008 年に初めて二次 CT スキャン手順を提案しました。

1. 最初のスキャン中、患者は散在した画像点が付いた放射線ガイドを装着し、スキャン中にガイドが完全に所定の位置に収まっていることを確認する必要があります。
2. 2回目は、放射線ガイドのみをCBCT装置に固定してスキャンし、ガイドの位置と方向が一致するようにしてから、画像オーバーラップ技術を使用して2つを重ね合わせ、その画像を3D画像設計ソフトウェアにインポートして、患者の骨組織と軟組織の3D再構成をコンピュータ上で実現します。
4. 次に、重要な神経血管の解剖学的構造を設計ソフトウェアに描画し、インプラントの設計をシミュレートして、手術計画とインプラントの種類、インプラントの位置、方向、深さ、インプラントガイド穴の位置と高さを決定します。
5. 最後に、最終的なインプラント手術ガイドを印刷し、樹脂硬化によって層ごとに積み重ねて、円筒形の穴のある樹脂ガイドを形成します。次に、金属チタンリングを穴にタップして固定し、ガイドの製造を完了します。この手術ガイド作成方法は、学者の間で広く認知されており、良好な臨床結果を達成しており、このようなガイドの応用に関する研究報告が多数あります。

2.2 3D プリントインプラント手術ガイドの種類3D プリントインプラント手術ガイドは、サポート形式に応じて 3 つのタイプに分けられます。
① 歯支持ガイド：無歯顎部の隣接歯に直接固定する手術ガイドです。欠損歯が1本または少数の患者に使用します。低侵襲のフラップレスインプラント手術が可能で、初心者や小スペースインプラントに適しています。
②粘膜支持ガイド：骨量と粘膜状態を十分に把握した上で、ガイドを無歯顎部の歯槽頂粘膜に直接固定します。連続多歯欠損患者に適しています。ガイドのガイド下で粘膜を削り、インプラントの正確な位置を決定します。歯肉を切除した後、段階的に穴を開け、最後にインプラントを埋め込みます。手術時間と術後反応を短縮できます。無歯咬合患者や非フラップインプラント手術患者に適しています。

③ 骨支持ガイド：ガイドの組織表面が無歯顎部の下顎骨表面に直接固定されます。歯の欠損が多い場合や骨欠損または不確実性がある場合に適しており、従来のフラップが必要です。このタイプの外科用ガイドは、エラーを減らし、適時に骨増強手術を行うために使用する必要があります。補助保持のために外側皮質骨スクリューが必要になることがよくあります。さらに、手術ガイドの安定性を高めるためには、精度の要件に加えて、長いスパンも必要であり、骨を掘削するリーマーの深さを決定するために、金属管の長さと粘膜の厚さを事前に知っておく必要があります。

2.3 3Dプリントインプラント手術ガイドの利点

製造前に、3Dプリントされた手術ガイドを専用ソフトウェアを介してCBCTのDICOM生データにインポートし、手術前にインプラント領域の解剖学的構造を分析できるようにします。 CT 情報の 3 次元再構成により、外科医は患者のインプラント領域の骨量と重要な組織の位置を完全に理解し、上顎洞と下歯槽神経管までの歯槽頂距離やその他の重要な解剖学的構造のデータを測定し、具体的な状況に応じて手術計画を設計し、フラップの種類と骨増強手術を同時に行うかどうかを決定し、最良の修復効果を達成するためにいくつかの手術手順の利点と欠点を比較し、シミュレーション手術を実行して、必要なタイプとサイズのインプラントを配置し、そのインプラントの位置と方向、上部修復スペースと対合歯および隣接歯との関係を観察することができます。

このような詳細かつ個別の術前計画により、医師と患者の良好なコミュニケーションが促進され、外科医の考えを患者とその家族に視覚化して、最大限の理解と協力を得ることができます。また、手術手順が簡素化され、手術時間が短縮され、手術中の技術的依存と手術リスクがある程度軽減され、移植の成功率が向上します。さらに、CBCT データ分析により、手術部位の骨密度を直感的に把握できます。骨密度が低すぎると、インプラントの初期安定性がわずかに低下し、骨密度が高すぎると、インプラント穴の準備に一定の影響が出ます。同時に、設計ソフトウェアは上部修復構造を調整し、上部と下部の咬合関係と咬合力の分布を決定し、最良の修復機能と審美効果を得ることもできます。上記のパラメータに従って設計および印刷されたインプラントガイドは、インプラントにとって重要な神経や血管を避ける必要がある人、複数のインプラントに対して一貫したインプラント角度が必要な人、骨量が不十分で骨移植が受けられない人、およびインプラント後に即時の修復が必要な人に主に適しており、インプラント義歯の適応範囲が広がります。

2.4 3Dプリントインプラントガイドの欠点

3Dプリントインプラントガイドの設計、加工、製造には、設計ソフトウェアと特殊な機械の使用が必要であり、プロセスが煩雑です。各リンクの偏差は、インプラントガイドの位置決めと安定性に影響を与える可能性があります。さまざまな誤差が互いに影響し合い、重なり合って、インプラントの根元で徐々に増幅し、最終的には実際のインプラント配置の精度に直接影響します。その中で、モデルの3次元再構成とCTデータおよび二次スキャンのデータ登録は、インプラントガイドの迅速な処理と技術的応用に直接影響します。 Verhamme らは、この方法を無歯顎患者に使用し、この方法で誘導されたインプラント後の実際のインプラントの位置は、術前に計画されたインプラントの位置と基本的に一致しているが、頬舌方向のずれが比較的顕著であることを発見しました。これは、口腔粘膜などの軟組織の柔軟性が原因で、実際のインプラントガイドを装着すると頬舌方向にわずかにずれ、実際のインプラント位置と仮想インプラント位置に差が生じるためと考えられます。

Petterssonらの研究結果によると、インプラントショルダーの平均誤差は0.80mm、歯根の平均誤差は1.09mm、平均角度誤差は2.26°でした。 Schneider らは、インプラントのネックの平均誤差は 1.07 mm、ルートの平均誤差は 1.63 mm であることを発見しました。したがって、位置や安定性が悪い理由が何であれ、最初に影響を受けるのはインプラントの全体的な角度の偏差です。インプラントガイドの前部が適切に配置されていない場合、インプラント後に近遠心方向の誤差が大幅に増加します。ガイドが頬舌方向に適切に配置されていない場合、インプラント後に頬舌方向の誤差がより顕著になります。深さは、リーミングドリルのマーキングポイントを基準として制御されます。インプラントガイドが適切に配置されていない場合、インプラントは十分に埋め込まれません。小宮山らの研究結果では、深さが最も精度が高いことが示されていることは特筆に値します。さらに、インプラント手術ガイドはインプラントドリルの水冷効果を妨げます。 Yongらはインプラント手術ガイドの使用後の初期合併症を研究し、インプラントの長さが10 mmを超える場合にインプラントの失敗が頻繁に発生することを発見しました。これは、ガイドの装着がインプラントソケットの準備中に熱の放散に役立たず、深部の冷却が不十分になり、顎の過熱と壊死につながり、インプラントの失敗を引き起こすためと考えられます。さらに、口の開き具合が制限されるため、奥歯のインプラントガイドはドリルの操作を妨げます。さらに、インプラントの総コストの増加、CTの放射線量に対する患者の懸念など、さまざまな要因により、3Dプリントインプラントガイドはまだ日常的に使用されていません。

3Dプリントインプラントガイドは、インプラント配置の精度を向上させ、手術計画を簡素化します。これにより、手術リスクが軽減され、手術時間が短縮されるだけでなく、修復物の咬合機能と審美効果も保証されます。これは、複雑な状態や高いインプラント要件を持つ患者にとって特に価値があります。ただし、その精度は実際には不十分であるため、重要な解剖学的構造への損傷を避けるために、少なくとも2mmの安全領域を保証する必要があることにも留意する必要があります。近年の口腔内スキャンの応用とデータ精度の向上、インプラント専用ソフトウェアの継続的な更新、高精度ラピッドプロトタイピング装置の開発により、インプラント手術ガイドの設計と製造精度は継続的に向上しています。現在、3Dプリントインプラントガイドの設計と製造技術は主に海外の専門企業が独占し、商業化されていますが、中国ではまだそのほとんどが開発と研究段階にあります。ほとんどのインプラント手術は、依然として外科医の経験や従来のシンプルなインプラントガイドによってガイドされています。したがって、国内の歯科インプラント技術の発展と普及を促進し、より多くの患者に利益をもたらすためには、3Dインプラントガイド印刷技術を積極的に開発し、ガイドの精度をさらに向上させる必要があります。

この記事の出典: Tang Yulong、Hui Ruizong、Cao Zhiqiang、Liu Yunen、Zhang Xiaodong、Hou Mingxiao さらに読む:
【乾物】口腔領域における3Dプリントの応用と歯科産業への影響
3Dプリントの用途は拡大し続けており、口腔修復の分野での利点が強調されています。

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