Využití 3D tisku při autotransplantaci moláru –  kazuistika

Souhrn

Cílem článku je podělit se o naše zkušenosti se zhotovováním 3D modelů autotransplantovaných zubů a jejich vlastním použitím při výkonu. Zhotovení 3D repliky zubu pro chirurgické využití má tři fáze: tvorba virtuálního modelu repliky, výroba pomocí 3D tiskárny a sterilizace. Na naše oddělení byla doporučena 37letá zdravá pacientka k návrhu řešení stavu zubů ve II. kvadrantu. Po posouzení klinického stavu, zhodnocení CBCT (cone beam computed tomography) a po domluvě s pacientkou jsme se rozhodli pro extrakce zubů 26, 27 a následně autotransplantaci zubu 28 do místa 26. Na základě dat z CBCT jsme vytvořili dva 3D modely autotransplantovaného zubu a provedli jejich sterilizaci. Po extrakci zubů 26 a 27 jsme extrakční ránu 26 upravili za pomoci vytvořených 3D modelů a provedli autotransplantaci, přičemž extraalveorální čas zubu 28 byl pouze 21 vteřin. Hojení proběhlo bez komplikací a pacientka je s výsledkem spokojená. Autotransplantace je jednou z možností volby při řešení ageneze nebo ztráty zubu. Využití 3D modelu při operačním zákroku vede k výraznému zkrácení extraalveolárního času autotransplantátu a ke snížení nebezpečí poškození buněk periodontálního ligamenta opakovaným vkládáním autotransplantátu do připravované štoly.

Klíčová slova:

3D tisk – autotransplantace moláru

Úvod a cíl

Mezi aditivní procesy zhotovování výrobků patří 3D tisk. Jedná se o technologii, kdy se materiál při výrobě přidává, nikoli ubírá, jako např. u třískového obrábění. Existuje více technologických procesů [1], ale podstatou všech je vrstvení vstupního materiálu, který může být v různých formách (struna, pryskyřice nebo prášek). To umožňuje zhotovování geometricky složitých modelů v relativně krátkém čase.

V důsledku toho si 3D tisk velmi rychle našel příznivce i ve stomatologii a maxilofaciální chirurgii [2, 3], kdy jednou z možností využití je zhotovení modelu autotransplantovaného zubu. V principu se jedná o vytvoření repliky na základě dat z počítačové tomografie (CBCT – cone beam computed tomography) a její následné využití pro tvorbu nového kostního lůžka. Díky 3D tisku tak máme velice přesný model autotransplantovaného zubu ještě před jeho extrakcí. Minimalizují se tím následná rizika poškození parodontálních buněk při opakovaném zavádění a vyjímání vlastního zubu [4–9] a výrazně se zkracuje jeho extraalveolární čas [4]. V souvislosti s využitím 3D tisku k autotransplantaci je zatím málo studována problematika sterilizace modelu zubu a možné materiálové a tvarové změny při sterilizaci [10].

Cílem článku je podělit se o naše zkušenosti se zhotovováním 3D modelů autotransplantovaných zubů a vlastním použitím při výkonu.

Metodika

Zhotovení 3D repliky zubu pro chirurgické využití se provádí ve třech krocích:

1. tvorba virtuálního modelu repliky;

2. výroba pomocí 3D tiskárny;

3. sterilizace.

Tvorba virtuálních modelů probíhá dnes již standardizovanou metodou z nativních CT dat. Prvním krokem vytvoření anatomického modelu repliky je segmentace radiologických dat. Jedná se o proces tvorby 3D modelu na základě informací o pixelech a hodnotě Hounsfieldových jednotek jednotlivých snímků v předem dané oblasti klinického zájmu. Následně se na základě specializovaného programu vytvoří virtuální prostorový model, který však obsahuje mnoho chyb a nepřesností a musí se softwarově upravit odstraněním artefaktů (např. od kovových výplní z okolí) a přebytečných struktur vzniklých při segmentaci objektů. Pro tvorbu těchto virtuálních modelů se využívá řada specializovaných softwarů, které jsou kvalitativně podobné, mezi nejznámější a nejvíce používané patří např. Materials Mimics (Materials, Belgie) a 3DSlicer (OpenSource).

Pro potřeby chirurga se zhotovují celkem dva typy modelu, přičemž tím prvním je vlastní replika autotransplantovaného zubu. Druhý typ modelu se od toho prvního liší virtuálně přidělaným úchytem, který umožňuje chirurgovi snazší manipulaci při vlastním zákroku. Úchyt je tvořen hranolem o délce strany 5 mm a výšce 15 mm, ve kterém jsou vytvořeny tři otvory v různých výškových pozicích. Úchyt usnadňuje operatérovi manipulaci s modelem při jeho opakovaném vkládání do novotvořeného lůžka v průběhu operačního zákroku a otvory pomáhají k zapamatování si prostorové orientace modelu vůči okolí.

Tisk vytvořených modelů probíhá pomocí FDM (Fused Deposition Modeling) technologie za následujících parametrů: výška vrstvy 0,15 mm a 100% výplň. Celková doba tisku je v průměru 30 minut. K jejich tisku využíváme filament SmartMedical (Smart Materials 3D, Španělsko) určený pro použití ve zdravotnictví a splňující podmínky biokompatibility dle technické normy ČSN EN ISO 10993-1.

Před vlastním chirurgickým zákrokem provádíme vizuální kontrolu rozměrů pomocí milimetrového pravítka a porovnáváme s radiologickými daty, protože v 3D tisku je nejčastější chybou stranová záměna a změna rozměrů ve smyslu zmenšení nebo zvětšení modelu. Sterilizace 3D modelů byla provedena pomocí plazmy (Sterrad 100 NX, USA), u níž odpadá riziko deformace modelů vlivem tepla. Zkoušky na sterilitu použitého materiálu testujeme v akreditované laboratoři Zdravotního ústavu dle lékopisu ISO/TS 11139: 2006 a proces výroby 3D modelů je zaveden do managementu kvality Krajské nemocnice Liberec, a. s.

Vlastní pozorování

Na naše oddělení byla svým praktickým zubním lékařem (PZL) doporučena 37letá zdravá pacientka k posouzení možnosti řešení stavu zubů ve II. kvadrantu, kde fixní protetická práce 24 = 26 a klinický stav zubu 27 již byly nevyhovující s rentgenologickým nálezem kulovitého zastínění v levé čelistní dutině (obr. 1). PZL plánoval reendodontické ošetření zubu 24 a požadoval extrakci zubů 26, 27, 28 s tím, že v budoucnu by se zkrácený zubní oblouk řešil implantací. Na základě posouzení klinického stavu, zhodnocení CBCT a po domluvě PZL s pacientkou jsme se rozhodli pro extrakce zubů 26, 27 a následně autotransplantaci zubu 28 do místa po zubu 26. Mezeru po zubu 25 bude PZL řešit s odstupem až podle výsledku provedeného zákroku buď implantací, nebo můstkem 24 = 26, který pacientka preferuje.

Ve spolupráci s oddělením klinické biomechaniky Krajské nemocnice Liberec jsme z CBCT vytvořili dva 3D modely autotransplantovaného zubu a provedli sterilizaci (obr. 2, 3). Po extrakci zubů 26 a 27 (obr. 4) jsme extrakční ránu 26 upravili podle vytvořených 3D modelů (obr. 5–7) a provedli autotransplantaci. Extraalveolární čas zubu 28 byl 21 vteřin. Následně jsme zub fixovali stehem a suturou ošetřili i extrakční rány 27 a 28 (obr. 8, 9). Výslednou pozici jsme rentgenologicky zkontrolovali (obr. 10). Celý výkon byl proveden v režimu antibiotické profylaxe aplikací penicilinu p. o. (Amoksiklav 625 mg., Lek Pharmaceuticals d.d., Ljubljana, Slovinsko) a poté jej pacientka užívala ještě po dobu slizničního hojení (celkem 6 dní). Stehy extrakčních ran zubů 27 a 28 byly odstraněny po 10 dnech, fixační steh autotransplantátu byl ponechán 22 dní do dokončení endodontického ošetření zubu 28 u PZL (obr. 11). Výsledný stav po 6 měsících je zachycen na obr. 12. Pacientka je s výsledkem spokojená a přeje si mezeru 25 (obr. 13) řešit fixní protetickou prací.

Diskuze

Autotransplantace je jednou z možností volby při řešení ageneze zubu anebo ztráty zubu např. pro jeho rozsáhlou destrukci, která již neumožňuje konzervativní nebo protetické ošetření. Důležitými kritérii její úspěšnosti je vhodné načasování podle stadia vývoje kořene autotransplantovaného zubu, zachování vitálních a nepoškozených buněk parodontu během výkonu, správná chirurgická příprava nového lůžka s rozměry odpovídajícími autotransplantovanému zubu a ideální pozici autotransplantátu, jeho správná doba fixace s dobrou adaptací okolních tkání a event. následným endodontickým ošetřením.

V dobách, kdy nebylo možné podle CBCT zhotovit repliku zubu před výkonem, se ke tvorbě lůžka pro autotransplantát využívaly buď komerční předtvary příslušných zubů, nebo jako mustr pro tvorbu štoly v alveolu sloužil vlastní autotransplantát. To vyžadovalo, podle zkušeností chirurga, opakované vkládání zubu do preparovaného lůžka včetně rotačních pohybů k nalezení optimální pozice. Rozvoj 3D tisku umožnil předem vytvořit model, který nutnost opakované manipulace se zubem eliminuje [11–13], čímž se minimalizuje riziko poškození buněk periodontálního ligamenta autotransplantovaného zubu. Hlavním pozitivem využití 3D modelu je výrazné zkrácení extraalveolárního času autotransplantátu. Jako maximální hranici pro hojení se udává 18 min. [14], nicméně většina chirurgů se bez problémů dostane pod méně než 5 min. Tento čas se netýká případů, kdy je na extrahovaném zubu děláno endodontické ošetření před jeho definitivním usazením a fixací v novém lůžku. Tři klinické studie popisují autotransplantaci molárů s průměrným extraalveolárním časem 25 min. [15–17], další dvě kazuistiky popisující autotransplantace moláru s ukončeným vývojem kořene a s využitím 3D modelu [18, 19] ale extraalveolární časy zmíněny neměly.

Pokud chceme k přípravě štoly využít 3D model autotransplantovaného zubu, měly by být jeho výsledné rozměry oproti skutečnému zubu v toleranci ±0,25 mm, což ve své studii potvrdili např. Shahbazian et al. [20–22]. Pokrok, kterým 3D tisk prošel, dnes již dosahuje takové úrovně, že není problém této tolerance dosáhnout. Během operace funguje replika jako vodítko umožňující rychlou a přímou autotransplantační proceduru [21, 23–25].

Je nesporné, že zhotovení virtuálního modelu do značné míry ovlivňuje kvalita použitých obrazových dat. Mezi nejčastější problémy patří různé artefakty, příliš velká tloušťka řezu nebo kontrast na daném snímku (možnost odlišení jednotlivých struktur). Jedná se o nejobtížnější a časově nejnáročnějších krok, proto je v dnešní době snaha využívat co největší automatizace tohoto procesu.

Závěr

K přípravě lůžka pro autotransplantát je s výhodou využit předem zhotovený 3D model autotransplantovaného zubu. Použité biomateriály jsou vhodné pro sterilizaci plazmou, při které neztrácí své vlastnosti a rovněž nemění rozměry. Využití 3D modelu při operačním zákroku vede k výraznému zkrácení extraalveolárního času autotransplantátu a ke snížení nebezpečí poškození buněk periodontálního ligamenta opakovaným vkládáním autotransplantátu do připravované štoly. Dalším krokem do budoucna bude provedení autotransplantace zubů za pomoci 3D plánování.

Grantová podpora

Článek byl podpořen projektem Univerzity Karlovy v rámci programu Cooperatio, vědní oblasti SURG.

Poděkování

Endodontické ošetření zubu 28 provedl MUDr. Aksonov.

Prohlášení o střetu zájmu

Autor práce prohlašuje, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku není ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou. Toto prohlášení se týká i všech spoluautorů.