Využití 3D tisku při autotransplantaci moláru – kazuistika

Use of 3D printing in molar autotransplantation – a case report

The aim of this study is to show the experience with autotransplanted 3D model development and its use during surgery. The development of a 3D model has undergone three phases: building the virtual model, 3D printing and finally sterilisation. A 37-year-old female patient was recommended to our department for treatment of the 2^nd quadrant. After planning the extraction of 26, 27 and consequently autotransplantation of tooth 28 was decided. According to CBCT data, two 3D models of the autotransplanted tooth were built and plasma sterilisation was done. After extraction of 26 and 27, a tooth cavity was prepared for the 3D model phantom and the autotransplantation was finished; extra alveolar time of tooth 28 was only 21 seconds. Healing period had no adverse problems and the patient was very satisfied with the result. Autotransplantation is one of the possible choices when treating malformation or tooth loss. The use of a 3D phantom during surgery leads to shortening of surgery time, thus lowering the risk of periodontal tissue damage by repeated testing of the right size of the tooth position and size.

Keywords:

3D printing – molar autotransplantation

Authors: Š. Dzanová ^1,2 ; J. Vitvar ³ ; L. Čapek ³ ; J. Blecha ^4,5 ; L. Dzan ^4,6
Authors‘ workplace: Stomatologická klinika 3. LF UK a FN Královské Vinohrady, Praha ¹; 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova, Praha ²; Oddělení klinické bio mechaniky, Krajská nemocnice Liberec, a. s. ³; Klinika otorinolaryngologie a maxilofaciální chirurgie 3. LF UK a ÚVN Praha ⁴; 3. lékařská fakulta, Univerzita Karlova, Praha ⁵; Oddělení ústní, čelistní a obličejové chirurgie, Krajská nemocnice Liberec, a. s. ⁶
Published in: Otorinolaryngol Foniatr, 73, 2024, No. 3, pp. 191-196.
Category: Case Reports
doi: https://doi.org/10.48095/ccorl2024191

Overview

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.

**Image 1. a, b) OPG snímek před sejmutím protetické práce a stav v ústní dutině po jejím sejmutí**

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.

**Image 2. Virtuální model repliky zubu.**

**Image 3. 3D modely zubu 28 zhotovené podle CBCT.**

**Image 4. Stav po extrakci zubů 26 a 27.**

**Image 5. Zkouška 3D modelu zubu 28 s pomocným vodičem.**

**Image 6. Zkouška 3D modelu zubu 28 bez pomocného vodiče.**

**Image 7. Zkouška 3D modelu zubu 28 ve skusu.**

**Image 8. Fixace autotransplantovaného zubu 28.**

**Image 9. a, b) Stav po definitivním ošetření extrakčních ran.**

**Image 10. OPG snímek po autotransplantaci.**

**Image 11. RTG snímek autotransplantovaného zubu 28 po endodontickém ošetření.**

**Image 12. a, b) Klinický stav po půl roce od autotransplantace.**

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.

Sources

1. Ahmad I, Al-Harbi F. 3D printing in dentistry 2019/2020. 1st ed. London: Quintessence Publishing 2019.

2. Meglioli M, Naveau A, Macaluso GM et al. 3D printed bone models in oral and cranio-maxillofacial surgery: a systematic review. 3D Print Med 2020; 6 (1): 30. Doi: 10.1186/s41205-020-00082-5.

3. Savková N, Harvan Ľ, Jusku A et al. Souhrn poznatků o 3D tisku a jeho využití v zubním lékařství. Čes stomatol Prakt zubní lék 2021; 121 (2): 55–64. Doi: 10.51479/cspzl.2021.008.

4. Strbac GD, Schnappauf A, Giannis K et al. Guided Autotransplantation of Teeth: A Novel Method Using Virtually Planned 3-dimensional Templates. J Endod 2016; 42 (12): 1844–1850. Doi: 10.1016/j.joen.2016.08.021.

5. Anderson J, Wealleans J, Ray J. Endodontic applications of 3D printing. Int Endod J 2018; 51 (9): 1005–1018. Doi: 10.1111/iej.12917.

6. Xu HD, Miron RJ, Zhang XX et al. Allogenic tooth transplantation using 3D printing: A case report and review of the literature. World J Clin Cases 2019; 7 (17): 2587–2596. Doi: 10.12998/wjcc.v7.i17.2587.

7. Cahuana-Bartra P, Cahuana-Cárdenas A, Brunet-Llobet L et al. The use of 3D additive manufacturing technology in autogenous dental transplantation. 3D Print Med 2020; 6 (1): 16. Doi: 10.1186/s41205-020-00070-9.

8. Ambrósio MFS, Cançado RP, Oliveira BCG et al. Dental autotransplantation as a alternative treatment for the loss of permanent anterior teeth in children. Dental Press J Orthod 2022; 27 (4): e22spe4. Doi: 10.1590/2177-6709.27.4.e22spe4.

9. Al-Rimawi A, EzEldeen M, Schneider D et al. 3D Printed Temporary Veneer Restoring Autotransplanted Teeth in Children: Design and Concept Validation Ex Vivo. Int J Environ Res Public Health 2019; 16 (3): 496. Doi: 10.3390/ijerph16030496.

10. Sharma N, Cao S, Msallem B et al. Effects of Steam Sterilization on 3D Printed Biocompatible Resin Materials for Surgical Guides-An Accuracy Assessment Study. J Clin Med 2020; 9 (5): 1506. Doi: 10.3390/jcm9051506.

11. Honda M, Uehara H, Uehara T et al. Use of a replica graft tooth for evaluation before autotransplantation of a tooth. A CAD/CAM model produced using dental-cone-beam computed tomography. Int J Oral Maxillofac Surg 2010; 39 (10): 1016–1019. Doi: 10.1016/j.ijom.2010.06.002.

12. Shahbazian M, Jacobs R, Wyatt J et al. Validation of the cone beam computed tomographybased stereolithographic surgical guide aiding autotransplantation of teeth: Clinical casecontrol study. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2013; 115 (5): 667–675. Doi: 10.1016/j.oooo.2013.01.025.

13. Cousley RRJ, Gibbons A, Nayler J. A 3D printed surgical analogue to reduce donor tooth trauma during autotransplantation. J Orthod 2017; 44 (4): 287–293. Doi: 10.1080/146531 25.2017.1371960.

14. Andreasen JO, Paulsen HU, Yu Z et al. A long--term study of 370 autotransplanted premolars: Part II. Tooth survival and pulp healing subsequent to transplantation. Eur J Orthod 1990; 12 (1): 14–24. Doi: 10.1093/ejo/12.1.14.

15. Lee SJ, Kim E. Minimizing the extra-oral time in autogeneous tooth transplantation: use of computer-aided rapid prototyping (CARP) as a duplicate model tooth. Restor Dent Endod 2012; 37 (3): 136–141. Doi: 10.5395/rde.2012. 37.3.136.

16. Jang JH, Lee SJ, Kim E. Autotransplantation of immature third molars using a computer-aided rapid prototyping model: a report of 4 cases. J Endod 2013; 39 (11): 1461–1466. Doi: 10.1016/j.joen.2013.06.026.

17. Park JM, Tatad JC, Landayan ME et al. Optimizing third molar autotransplantation: applications of reverse-engineered surgical templates and rapid prototyping of three-dimensional teeth. J Oral Maxillofac Surg 2014; 72 (9): 1653–1659. Doi: 10.1016/j.joms.2014.04.012.

18. Honda M, Uehara H, Uehara T et al. Use of a replica graft tooth for evaluation before autotransplantation of a tooth. A CAD/CAM model produced using dental-cone-beam computed tomography. Int J Oral Maxillofac Surg 2010; 39 (10): 1016–1019. Doi: 10.1016/j.ijom. 2010.06.002.

19. Ashkenazi M, Shashua D, Kegen S et al. Computerized three-dimensional design for accurate orienting and dimensioning artificial dental socket for tooth autotransplantation. Quintessence Int 2018; 49 (8): 663–671. Doi: 10.3290/j.qi.a40781.

20. Shahbazian M, Jacobs R, Wyatt J et al. Accuracy and surgical feasibility of a CBCT-based stereolithographic surgical guide aiding autotransplantation of teeth: in vitro validation. J Oral Rehabil 2010; 37 (11): 854–859. Doi: 10.1111/ j.1365-2842.2010.02107.x.

21. Lee KY, Cho JW, Chang NY et al. Accuracy of three dimensional printing for manufacturing replica teeth. Korean J Orthod. 2015; 45 (5): 217–225. Doi: 10.4041/kjod.2015.45.5.217.

22. Khalil W, EzEldeen M, Van De Casteele E et al. Validation of cone beam computed tomography-based tooth printing using different three-dimensional printing technologies. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2016; 121 (3): 307–315. Doi: 10.1016/j.oooo.2015. 10.028.

23. Verweij JP, Jongkees FA, Anssari Moin D et al. Autotransplantation of teeth using computer-aided rapid prototyping of a three-dimensional replica of the donor tooth: a systematic literature review. Int J Oral Maxillofac Surg 2017; 46 (11): 1466-1474. Doi: 10.1016/j.ijom.2017. 04.008.

24. Keightley AJ, Cross DL, McKerlie RA et al. Autotransplantation of an immature premolar, with the aid of cone beam CT and computer-aided prototyping: a case report. Dent Traumatol 2010; 26 (2): 195–199. Doi: 10.1111/j.1600- 9657.2009.00851.x.

25. Kim E, Jung JY, Cha IH et al. Evaluation of the prognosis and causes of failure in 182 cases of autogenous tooth transplantation. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2005; 100 (1): 112–119. Doi: 10.1016/j.tripleo.2004. 09.007.

ORCID autorů

Š. Dzanová 0000-0002-5425-9929,

J. Vitvar 0009-0009-3825-9177,

L. Čapek 0000-0003-3950-0646,

J. Blecha 0000-0002-5606-8018,

L. Dzan 0000-0003-3034-1845.

Přijato k recenzi: 25. 7. 2023

Přijato k tisku: 27. 11. 2023

MUDr. Ladislav Dzan, Ph.D.

Klinika otorinolaryngologie a maxilofaciální chirurgie

3. LF UK a ÚVN Praha

U Vojenské nemocnice 1200