الكلمات الرئيسية: نظام روبوتي، قطع العظم، مستقل، جراحة قمية ميكروسكوبية، إزالة ملف مكسور

كسر الأداة هو مضاعفة خطيرة لعلاج الجذور يمكن أن تؤدي إلى فشل العلاج، مما يسبب قلق المريض وقد يؤدي إلى نزاع طبي محتمل [1]. في الحالات التي يكون فيها الملف المكسور موجودًا خارج الفتحة القمية، تتطلب جراحة الميكروسكوب السني استرجاع الشظايا [2، 3]. تتيح جراحة الميكروسكوب السني تحديد الموقع المباشر، والرؤية، وإزالة الملف المكسور تحت توجيه مجهر الأسنان المكبر. إذا كانت اللوحة العظمية سليمة، يتم تقدير طول الجذر باستخدام التصوير المقطعي المحوسب بالكوني (CBCT) قبل الجراحة لتحديد موقع طرف الجذر، ويتم إجراء جراحة قطع العظم بعد ذلك. يمكن أن يؤدي ذلك إلى قطع عظم مفرط، أو تلف الهياكل التشريحية المحيطة، أو المخاطر المرتبطة بعدم خبرة المشغل [4].
مع التقدم في التكنولوجيا الرقمية، يمكن استخدام كل من الألواح الدليلية الثابتة وأنظمة الملاحة الديناميكية في جراحة الميكروسكوب السني لتحديد مواقع أطراف الجذور بدقة [5،6]. الالتزام بتوجيه اللوحة الدليلية المطبوعة مسبقًا أمر ضروري عند استخدام لوحة دليل ثابتة، مما يحد من القدرة على إجراء تعديلات في الوقت الحقيقي على الخطة الجراحية. من الضروري تعقيم لوحة الدليل الراتنجية مسبقًا لتجنب تهيج محتمل للغشاء المخاطي الفموي، وقد تؤدي الأخطاء في تصميم لوحة الدليل إلى مضاعفات إضافية [5، 7]. يوفر نظام الملاحة الديناميكية توجيهًا ثلاثي الأبعاد دقيقًا في الوقت الحقيقي أثناء الإجراء الجراحي، مما يمكّن من تقنيات تحديد المواقع الأقل تدخلاً وقطع العظم لمنع الأخطاء الناتجة عن الجراحة [6]. بالإضافة إلى ذلك، يشارك مشغلو الملاحة الديناميكية في ممارسة متكررة لتعزيز مهارات التنسيق بين اليد والعين [8]. ومع ذلك، قد تؤدي إرهاق المشغل إلى انحراف في الموقع ثلاثي الأبعاد، ورعشة اليد الحرة، ووضعية غير صحيحة، ونقاط عمياء في مجال الرؤية أثناء الجراحة [9، 10]. نظرًا لدقة محسّنة، واستقرار، وسلامة، ومرونة، وراحة لمتخصصي الرعاية الصحية، تم استخدام الروبوتات مؤخرًا كأداة في الجراحة السنية [11]. أنظمة الروبوت المستقل للأسنان (ATR) آمنة ودقيقة [12]، وقد تم تفصيل إجراءات قطع العظم وإعادة قطع الجذر الموجهة بالروبوت [13، 14]. تستخدم أنظمة ATR الرؤية بالأشعة تحت الحمراء والتحديد في الوقت الحقيقي، مما يمكّن من التحكم دون إعادة المعايرة، مما يضمن عملية دقيقة وآمنة. تستخدم أنظمة ATR أذرع روبوتية للجراحة، وهو تحسين كبير مقارنة بالجراحة اليدوية الحرة باستخدام الألواح الدليلية أو أنظمة الملاحة [5-7، 9، 15]. بينما يمكن أن تحسن هذه التقنيات الدقة، إلا أن عوامل مثل إرهاق الطبيب ونقص المهارة يمكن أن تؤثر على دقة الجراحة [16، 17]. يمكن أن تلغي الذراع الروبوتية مثل هذه العيوب في الجراحة اليدوية الحرة باستخدام الألواح الدليلية أو أنظمة الملاحة وتؤدي جراحة دقيقة وأقل تدخلاً.
في هذه الدراسة، هدفنا إلى تحديد فعالية نظام ATR في إزالة الملفات المكسورة التي هي
موجودة خارج الفتحة القمية. في هذه الحالة، تم إجراء قطع العظم تلقائيًا تحت توجيه نظام ATR. حدد النظام بدقة الملف المكسور، مما أدى إلى تقليل تلف الأنسجة، مما أدى إلى نتيجة ناجحة للمريض الذي ظل بدون أعراض خلال فترة المتابعة التي استمرت 9 أشهر.

تم إدخال مريض ذكر يبلغ من العمر 48 عامًا إلى قسم علاج الجذور، مستشفى بكين لطب الأسنان، لعلاج ملف مكسور كان موجودًا خارج الفتحة القمية للسن الجانبي العلوي الأيمن. قبل أكثر من 10 سنوات، خضع المريض لعلاج قناة الجذر للسن الجانبي العلوي الأيمن في عيادة. بسبب تغير اللون، تم علاج السن المعالج جذريًا في عيادة طبيب أسنان عام قبل أسبوع من دخوله مستشفانا (مستشفى بكين لطب الأسنان)، وتم تحديد ملف مكسور. للأسف، أثناء محاولة الإزالة، تم دفع الملف المكسور خارج الفتحة القمية. وبالتالي، تم إحالة المريض إلى قسمنا. كشفت تاريخ المريض عن التهاب دواعم الأسنان من المرحلة 2أ وعلاجات دواعم الأسنان المنتظمة. لم يكن لدى المريض أي أعراض ولكنه كان بحاجة ماسة إلى إزالة الملف المكسور. عند الفحص، وجدنا أن تاج السن الجانبي العلوي الأيمن كان متغير اللون، وكان الجانب الحنكي يبدو كختم مؤقت دون ألم عند الطرق أو فقدان. أظهر الفحص الدوائي عمق استكشاف دواعم الأسنان الخلفي 3 مم، مع أعماق طبيعية في مواقع أخرى. كانت المناطق اللثوية والقميّة طبيعية. أظهرت صورة الأشعة السينية المحيطية وصورة CBCT (الشكل 1) أن قناة الجذر كانت غير ممتلئة بشكل غير منتظم. كان طول الملف المكسور حوالي 7 مم وكان موجودًا خارج الفتحة القمية. لم يُلاحظ أي شفافية شعاعية في المناطق المحيطية. كانت اللوحة القشرية البطنية سليمة. تم امتصاص العظم الخلفي أفقيًا عند من الجذر. تم تشخيص السن الجانبي العلوي الأيمن تحت علاج قناة الجذر، مع وجود ملف مكسور يتجاوز الفتحة القمية.
قمنا بتطوير خطتي علاج: (1) ترك الملف المكسور، وإكمال علاج قناة الجذر، مع مراقبة المريض عن كثب، و (2) جراحة الميكروسكوب السني لإزالة الملف المكسور. أعرب المريض عن رغبة قوية في إزالة الملف. بعد فهم التوقعات والمخاطر والفوائد المرتبطة بخطة العلاج، قدم المريض موافقة خطية مستنيرة للخضوع لجراحة الميكروسكوب السني لإزالة الملف المكسور وإكمال العلاج الجذري. تم استخدام نظام ATR جديد (Yakebot؛ شركة Yakebot Technology Co. Ltd.، بكين، الصين) أثناء جراحة الميكروسكوب السني. قدم المريض أيضًا موافقة خطية مستنيرة لاستخدام ونشر تفاصيله الشخصية والسريرية، جنبًا إلى جنب مع أي صور تعريفية.

تم استخدام ماسح داخل الفم (CEREC Omnicam؛ Dentsply Sirona) للحصول على مسحات من أسنان المريض والأنسجة الرخوة. كانت نطاق المسح هو المنطقة العلوية بأكملها، وتم تصدير البيانات بتنسيق لغة التقطيع القياسية (STL). تم الحصول على بيانات العظم العلوي من مسح CBCT وتم حفظها بتنسيق التصوير الرقمي والاتصالات في الطب (DICOM). كان لدى CBCT مجال رؤية قدره وسمك طبقة قدره لالتقاط منطقة الفك بأكملها والعلامات التشريحية الرئيسية.
تم استخدام برنامج تخطيط ما قبل الجراحة (DentalNavi؛ Yekebot Technology Co., Ltd.، بكين، الصين) لـ
إعادة البناء ثلاثي الأبعاد والمحاذاة، مع دمج بيانات DICOM و STL المستوردة. في هذه الحالة، قام الطبيب بتحديد المحاور الطويلة للسن العلوي الأيمن باستخدام البرنامج. شمل تصميم خطط العملية تحديد طريقة إخراج الملف المكسور، وحجم وشكل نافذة العظم، والمثقب المناسب. على الرغم من جذر السن المتأثر القصير وامتصاص العظم السنخي البعيد، إلا أن السن أظهر محيطًا كبيرًا، وكان بدون أعراض ومستقر. لم يتم ملاحظة أي التهابات في الأنسجة المحيطة بالذروة للأسنان. لذلك، كان الحفاظ على السن المتأثر دون استئصال الجذر هو الخيار المناسب أثناء الجراحة. نظرًا لأن طول الملف المكسور كان حوالي 7 مم، إلى
ضمان شكل نافذة العظم الحد الأدنى من التدخل، تمت إزالته على مرحلتين. بعد القياس والحساب باستخدام البرنامج، وجدنا أن قطر نافذة العظم المستديرة التي أعدها نظام ATR كان 3 مم، مما كشف مباشرة عن الجزء العلوي من الملف المكسور والذروة (0.5 مم) (الشكل 2). ثم تم إعداد نافذة العظم المستديرة، يدويًا، تحت المجهر لتشكيل ممر ضيق بطول 1.5 مم، وأخيرًا نافذة عظم على شكل ثقب المفتاح. كانت أطول نافذة عظم تم قياسها حوالي 4.5 مم. بعد قطع الجزء العلوي من الملف المكسور من نافذة العظم، تمت إزالة الجزء السفلي من بقايا الملف المكسور بطول 4.5 مم من خلال نافذة العظم بطول 4.5 مم باستخدام ملقط مجهرية. بسبب قطر نافذة العظم الصغيرة، كان من الضروري استخدام مثقاب كروي صغير (3 مم) لتحديد موقع الملف المكسور بدقة. تم تصنيع ملحقات جراحية مخصصة (الشكل S1.) باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (Pro S95؛ SprintRay Co.، لوس أنجلوس، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) قبل الجراحة. قام المشغل بالتدرب على استخدام الروبوت مسبقًا للتحقق مما إذا كانت خطة العملية معقولة (بما في ذلك موقع وعمق
العملية، ووضع ذراع الروبوت، والأدوات المستخدمة، وموقع العلامة). تم حفظ إعدادات الكمبيوتر.

قبل الجراحة، خضعت الأسنان المتأثرة لعلاج قناة الجذر. شمل العلاج الخطوات التالية: تم وضع سد مطاطي على السن الجانبي العلوي الأيمن، وتم إزالة السد المؤقت. تم استكشاف فتحة قناة الجذر تحت المجهر السني وتم تحديد طول العمل لقناة الجذر بعد إنشاء مسار مستقيم. تم إعداد قناة الجذر باستخدام وأدوات فوق صوتية مع شطف متناوب مع هيبوكلوريت الصوديوم و EDTA. بعد تجفيف القناة، تم وضع iroot BP PLUS في القناة الذروية لإنشاء حاجز، تلاه تعبئة ساخنة من غوتا بيرشا وضغط عمودي لتعبئة قناة الجذر. تم وضع حشوة من الأسمنت الزجاجي الأيوني على التاج.

بعد أسبوعين من علاج قناة الجذر، لم يكن لدى المريض أي أعراض وخضع لجراحة مجهرية في الأسنان (الشكل 3A). في يوم الجراحة، تم نقع الملحقات الجراحية المخصصة في الكحول لمدة 30 دقيقة. بعد

تعقيم تجويف الفم للمريض، تم تخدير المنطقة الجراحية بـ 3.4 مل من أرتيكاين و 1/100,000 إبينفرين (Primacaine adrenaline؛ ACTEON Group، نورويتش، المملكة المتحدة). تم وضع الملحقات الجراحية في فم المريض وتم

ربطها مؤقتًا. ثم تم إجراء المعايرة والتسجيل قبل الجراحة لنظام ATR. ثم تمت إزالة لوحة التوجيه (المرفق) من المنطقة الجراحية (الشكل 3B-C). تم تحرير شريحة الغشاء المخاطي العظمي وتم الانتهاء من التسجيل داخل الفم. ثم تم عرض موقع المثقاب في الوقت الحقيقي على صورة CBCT للمريض.
تم توجيه أداة متصلة بذراع الروبوت إلى فم المريض، بواسطة جراح، لتسجيل المسار. أثناء الجراحة، دخل نظام ATR تلقائيًا وخرج من تجويف الفم متبعًا مسارًا مسجلاً مسبقًا. تحرك ذراع الروبوت بشكل مستقل إلى المنطقة الجراحية بينما ضغط الطبيب على وحدة التحكم بالقدم. بعد ذلك، نفذ الروبوت تلقائيًا تعليمات الثقب (الشكل 3D). تم نقل ذراع الروبوت إلى الموقع المثالي وفقًا لخطة ما قبل الجراحة، وخضع المريض لعملية قطع العظم. تم استخدام محلول ملحي معقم لري وتبريد المناطق المثقوبة. قدم العرض في الوقت الحقيقي عمق وزاوية الثقب على الشاشة، بينما راقب الجراح العملية وكان بإمكانه التحكم في الروبوت في نفس الوقت باستخدام دواسات القدم.
تم إعداد تجويف عظمي بمدى 3 مم مباشرة على الملف المكسور وفقًا لخطة ما قبل الجراحة. نظرًا لأن طول الملف المكسور كان 7 مم، قام الجراح بمزيد من
إعداد التجويف ليكون على شكل مفتاح بطول 4.5 مم لتسهيل إزالة الملف المكسور في شقين (الشكل 3E). كان الجزء السفلي من الملف المكسور بطول 4.5 مم كافيًا للخروج من نافذة العظم على شكل ثقب المفتاح (الشكل 3F-G). تم فحص طرف الجذر للتأكد من أن البئر محاط بـ iRoot BP Plus. تم إغلاق الشرائح بخيوط أحادية الخيط. بينما كانت الأعمال التحضيرية طويلة (حوالي 30 دقيقة)، فتح نظام ATR نافذة العظم وسمح للمشغل بالتقاط الملف المكسور في 9 دقائق فقط.

في المتابعة بعد 3 أشهر، لم يكن لدى المريض أي شكاوى من عدم الراحة ولم يتم ملاحظة أي شذوذ. تم إجراء ترميمات كاملة لاستعادة وظيفة المضغ. بعد 9 أشهر، لم يكن هناك أي عدم راحة أو شذوذ، وتم استعادة التاج، وكانت وظيفة المضغ طبيعية. أظهرت الأشعة السينية شفاءً كاملاً للعظم السنخي في موقع نافذة العظم (الشكل 4).
تم إعداد التجويف العظمي بدقة وفقًا للخطة المحددة مسبقًا، باستخدام تقنية الحد الأدنى من التدخل وفعالة من حيث الوقت بمساعدة ATR. لم تحدث أي مضاعفات أثناء الإجراء الجراحي،
وكان العلاج يبدو ناجحًا في تقييم ما بعد الجراحة بعد 9 أشهر، مما يدل على توقعات إيجابية.

يجب إزالة الكسور الموجودة خارج الفتحة القمية باستخدام جراحة الأسنان المجهرية. ومع ذلك، في الحالة الحالية، كانت إزالة الكسور المعتمدة على جراحة الأسنان المجهرية معقدة حيث كان من الصعب تحديد الملف المكسور، مما أعاق الجراحة القمية الدقيقة. علاوة على ذلك، لم يكن هناك دليل على وجود عيوب في العظام على اللوحة القشرية الخدية، مما يشير إلى أن جدار العظام كان سليماً وسميكاً. وبالتالي، كان هناك خطر كبير من الخطأ في الموضع؛ أي، بين المواضع المقصودة والحقيقية لعملية قطع العظام. بالإضافة إلى ذلك، بسبب الحجم الصغير للملف المكسور، فإن اكتشاف الملف يمثل تحدياً وقد يتم تفويته إذا كان هناك انحراف طفيف في الموضع أو الاتجاه أو عمق إزالة العظام. للتخفيف من هذه المخاطر، من الممارسات الشائعة إزالة المزيد من العظام أثناء الإجراء. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي إجراءات قطع العظام إلى النزيف وقد تعقد الرؤية الضعيفة تحديد موقع الملف المكسور داخل العظام. هذه العوامل تمثل تحديات تتطلب جراحة أسنان مجهرية دقيقة وفعالة وأقل تدخلاً.
لقد أفادت عدة دراسات باستخدام تقنية الملاحة لإزالة الملفات المكسورة الموجودة خارج الفتحة القمية. ومع ذلك، تعمل كل من الألواح الدليلية الثابتة وتقنيات الملاحة الديناميكية يدوياً، مما يؤدي إلى انحرافات ذاتية أو موضوعية لا مفر منها، خاصة عند التعامل مع الملفات المكسورة الصغيرة. بالمقابل، تضمن جراحة الأسنان المجهرية التي يتم تنفيذها بواسطة نظام ATR تحديد موضع دقيق وتكون أقل تدخلاً. يستخدم نظام ATR ذراعاً روبوتياً لتحديد الموقع بدقة وكفاءة وعمل بناءً على التخطيط قبل العملية، مما يعزز دقة أداة التحديد. تتغلب الذراع الروبوتية على القيود المرتبطة بالحركات اليدوية الحرة، وتقوم بإجراء جراحات دقيقة وأقل تدخلاً. في هذه الحالة، حدد نظام ATR بدقة الملف المكسور أثناء جراحة الأسنان المجهرية.
لزيادة دقة إجراء جراحة الأسنان المجهرية، تم استخدام نظام ATR، مصحوباً بسلسلة من الخطوات الاحترازية التي تم تنفيذها قبل العملية في الحالة الحالية. أولاً، تم التخطيط بعناية لمسار الجراحة الأمثل لنظام ATR باستخدام بيانات ما قبل العملية والتمارين التحضيرية لضمان تحديد موضع دقيق أثناء الجراحة. تعتمد دقة CBCT على جودتها؛ لذلك، فإن اختيار المعلمات المناسبة للتسجيل قبل العملية والمعايرة أمر بالغ الأهمية. في حالتنا، اخترنا CBCT واسع المجال، مما سهل التسجيل والمعايرة بسهولة لنصف أطقم الأسنان الفموية مع توفير رؤية واضحة للمنطقة الجراحية.
علاوة على ذلك، فإن دقة المسح الفموي أمر بالغ الأهمية لأن دقة التسجيل والمعايرة مهمة. أظهرت الدراسات الحديثة أن المسح داخل الفم يوفر دقة أفضل من تسجيل الأنابيب على شكل U، ويقضي على الحاجة لعدة لقطات من CBCT. في هذه الحالة، تم استخدام ماسح داخل الفم لالتقاط بيانات شاملة عن الأسنان العلوية والأنسجة الرخوة. علاوة على ذلك، قمنا بتكييف خطة التشغيل من أجل الدقة من خلال مواءمتها مع تفاصيل الحالة. حدد نظام ATR بدقة الملف المكسور داخل تجويف عظمي يبلغ 3 مم على طول المسار الجراحي، مما وضعه بدقة في مركز نافذة العظام في الحالة الحالية.
أظهرت الدراسات السابقة وتقارير الحالة أن استخدام نظام ATR أثناء جراحة الأسنان المجهرية يؤدي إلى تقليل التدخل وارتفاع الكفاءة. توضح هذه الحالة مبدأ الجراحة الأقل تدخلاً والأكثر كفاءة. تسريع الشفاء من خلال تقليل إزالة العظام أثناء الفتح. كانت الطريقة الجراحية في هذه الحالة، التي تضمنت تحديد موضع دقيق، وتقليل تعرض الأدوات، وتجنب استئصال الجذر، وإزالة الملف المكسور في قسمين، جميعها تتماشى مع مبادئ الجراحة الأقل تدخلاً. بعد 9 أشهر، شفيت نافذة العظام تماماً. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت إزالة الملف المكسور في 9 دقائق فقط كفاءة عالية. على عكس الطرق التقليدية التي تعتمد على خبرة المشغل، يمكن للروبوت حفر موضع محدد مسبقاً تلقائياً، مما يجعل الإجراء أكثر كفاءة.
تكشف هذه الحالة عن إمكانيات نظام ATR في تسهيل إزالة الملفات المكسورة. كان للملف المكسور في هذه الحالة قطر صغير بشكل ملحوظ؛ ومع ذلك، كان نظام ATR قادراً على تحديد موقعه ثلاثي الأبعاد بدقة. هذا يبرز دقة تحديد المواقع الروبوتية للتطبيقات الجراحية. هذا يعزز الثقة في أن الجراحة المدعومة بالروبوت ستكون مناسبة لبعض السيناريوهات السريرية في المستقبل. تشمل هذه الحالات التي تتطلب مواقع دقيقة، مثل تلك المجاورة للهياكل التشريحية الحرجة مثل الجيب الفكي، وأنبوب الأعصاب الفكي، والفتحة الذهنية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الحالات التي يكون فيها تحديد الموضع يدوياً تحدياً، مثل الأفراد الذين لديهم لوحة عظمية سميكة وانحدار كبير في موضع الجذر، والتي ترتبط عادةً بأخطاء موضعية كبيرة، يمكن أن تستفيد أيضاً من هذه التكنولوجيا.
ومع ذلك، لا يمكن إنكار أن هناك نقصاً أو قيوداً في الحالة الحالية. على وجه التحديد، فإن وقت التحضير للعملية طويل، حيث تشير التقارير إلى أن متوسط وقت التحضير قبل العملية للروبوت هو حوالي 30 دقيقة (باستثناء وقت جمع بيانات الصور قبل العملية)، ومتوسط الوقت الإجمالي للعملية هو 25 دقيقة. علاوة على ذلك، تتماشى البيانات مع نتائجنا، ونعتقد أن هناك مجالاً لتحسين أداء ATR، وإدراكه، وقدراته على التعلم.
يمكن أن تعزز AR وAI والتعلم العميق الأداء التشغيلي.
باختصار، يمكن أن يساعد نظام ATR في تحديد وإزالة الملفات المكسورة الموجودة خارج الفتحة القمية أثناء جراحة الأسنان المجهرية. تمثل هذه الحالة الاستخدام الأول المعروف لنظام ATR لهذا الغرض، مما يوفر تحديد موضع دقيق، وتقليل إزالة العظام، وتقليل وقت الجراحة، وتوقعات إيجابية.

يتيح استخدام نظام روبوتي أسنان مستقل تحديد موضع دقيق للملف المكسور خارج الفتحة القمية مع الحفاظ على الألواح القشرية سليمة. هذه التكنولوجيا لديها القدرة على تحسين دقة التحديد، وتقليل الحاجة لإزالة العظام بشكل تدخلي، وتقليل الوقت داخل العملية، وتسهيل إجراءات جراحة الأسنان المجهرية الناجحة.

تحتوي النسخة الإلكترونية على مواد تكميلية متاحة علىhttps://doi.org/10.1186/s12903-024-05329-9.

المادة التكميلية 1
المادة التكميلية 2
المادة التكميلية 3

يشكر المؤلفون جميعاً شركة Yakebot Technology Ltd على الموارد والمساعدة خلال الإجراءات التحضيرية والجراحية.

صمم تشين زانغ وبنشيانغ هو خطة العملية كالمؤلفين المتوافقين. أشرفت مي فو على هذا العمل وأجرت العملية. أعد شين زهاو الورقة وكان مسؤولاً عن الأشكال. شارك شوبينغ تشو في العملية. ساهمت مي فو وشين زهاو بالتساوي في هذا العمل.

تم دعم هذا العمل من قبل “برنامج حاضنة إدارة مستشفيات بكين، الرمز: PX2024054″ و”برنامج العلماء الشباب في مستشفى بكين لطب الأسنان، جامعة الطب الرأسمالي، رقم: YSP202210”.

المجموعات البيانية التي تم إنشاؤها أو تحليلها خلال هذه الدراسة متاحة من المؤلف المتوافق عند الطلب المعقول.

لم تتضمن هذه الدراسة تجارب على البشر أو الحيوانات، وبالتالي لم يكن هناك حاجة لموافقة أخلاقية. التزمت تقرير الحالة بالإرشادات التي وضعتها المجلة.

أعطى المريض موافقته الخطية المستنيرة لنشر تفاصيله الشخصية أو السريرية مع أي صور تعريفية في تقرير الحالة هذا.

يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.

تاريخ الاستلام: 28 سبتمبر 2024 / تاريخ القبول: 11 ديسمبر 2024
تم النشر عبر الإنترنت: 02 يناير 2025

تظل Springer Nature محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.

Keywords Robotic system, Osteotomy, Autonomous, Apical microsurgery, Fractured file removal

Instrument fracture is serious complication of endodontic treatment that can lead to treatment failure, causing patient distress and could potentially lead to a medical dispute [1]. In cases where the fractured file is located beyond the apical foramen, endodontic microsurgery is required for fragment retrieval [2, 3]. Endodontic microsurgery allows for direct location, visualization, and removal of the fractured file under magnified dental microscopic guidance. If the bone plate remains intact, the root length is estimated using preoperative conebeam computed tomography (CBCT) to determine the root tip position, and osteotomy surgery is subsequently performed. This can lead to excessive osteotomy, damage to surrounding anatomical structures, or risks associated with operator inexperience [4].
With the advancements in digital technology, both static guide plates and dynamic navigation systems can be utilized in endodontic microsurgery to precisely locate root tips [5,6]. Adherence to the direction of the preprinted guide plate is essential when employing a static guide plate, which limits the ability to make realtime adjustments to the surgical plan. Pre-sterilization of the resin guide plate is necessary to avoid potential irritation of the oral mucosa, and inaccuracies in the guide plate design may result in additional complications [5, 7]. The dynamic navigation system provides real-time and precise three-dimensional guidance during the surgical procedure, enabling minimally invasive localization and osteotomy techniques to prevent iatrogenic errors [6]. In addition, dynamic navigation operators engage in repetitive practice to enhance hand-eye coordination skills [8]. However, operator fatigue may lead to three-dimensional position deviation, free hand tremors, incorrect posture, and visual field blind spots during surgery [9, 10]. Owing to enhanced accuracy, stability, safety, flexibility, and convenience for healthcare professionals, robots have recently been utilized as a tool in dental surgery [11]. Dental autonomous robotic (ATR) systems are safe and precise [12], and robot-guided osteotomy and root resection procedures have been detailed [13, 14]. ATR systems use infrared vision and real-time positioning, enabling control without recalibration, thereby ensuring precise and safe operation. ATR systems use robotic arms for surgery, which is a significant improvement over free hand surgery with guide plates or navigation systems [5-7, 9, 15]. While these techniques can improve accuracy, factors such as clinician fatigue and lack of skill can still affect surgical precision [16,17]. The robotic arm can eliminate such disadvantages of free hand using guide plate or navigation systems and perform precise and minimally invasive surgery.
In this case study, we aimed to determine the efficacy of the ATR system in removing fractured files that are
located beyond the apical foramen. In this case, the osteotomy was performed automatically under the guidance of ATR system. The system precisely located the fractured file, resulting in minimized tissue damage, leading to a successful outcome for the patient who remained asymptomatic during the 9-month follow-up period.

A 48-year-old male patient was admitted to the Department of Endodontics, Beijing Stomatological Hospital, for the treatment of a fractured file that was located beyond the apical foramen of the right maxillary lateral incisor. More than 10 years ago, the patient underwent right upper lateral incisor endodontic treatment at a clinic. Owing to discoloration, the endodontically treated tooth was treated at a general dentist’s clinic one week before admission to our hospital (Beijing Stomatological Hospital), and a fractured file was identified. Unfortunately, during a removal attempt, the fractured file was pushed out of the apical foramen. Consequently, the patient was referred to our department. The patient’s history revealed stage 2a periodontitis and regular periodontal treatments. The patient had no symptoms but strongly required removal of the fractured file. Upon examination, we found that the crown of the right maxillary lateral incisor was discolored, and the palatal side was seen as a temporary seal with no percussion pain or loss. Periodontal examination revealed a distal periodontal probing depth of 3 mm , with normal depths at other sites. The gingival and apical areas were normal. A periapical radiograph and CBCT image (Fig. 1) showed that the root canal was underfilled with an irregular apical shape. The length of the fractured file was approximately 7 mm and was located beyond the apical foramen. No radiolucency was observed in the periapical regions. The buccal cortical plate was intact. The distal alveolar bone was absorbed horizontally at of the root. The right maxillary lateral incisor was diagnosed under root canal treatment, with a fractured file beyond the apical foramen.
We developed two treatment plans: (1) leaving the fractured file, completing the root canal treatment, followed close patient monitoring, and (2) endodontic microsurgery to remove the fractured file. The patient expressed a strong desire for file removal. After understanding the prognosis, risks, and benefits associated with the treatment plan, the patient provided written informed consent to undergo endodontic microsurgery to remove the fractured file and complete the endodontic treatment. A new ATR system (Yakebot; Yakebot Technology Co. Ltd., Beijing, China) was used during endodontic microsurgery. The patient also provided written informed consent for use and publication of their personal and clinical details, along with any identifying images.

An intraoral scanner (CEREC Omnicam; Dentsply Sirona) was used to obtain scans of the patient’s teeth and soft tissues. The scanning range was the entire maxillary area, and the data were exported in standard tesselation language (STL) format. Maxillary bone data was derived from a CBCT scan and saved in the digital imaging and communications in medicine (DICOM) format. CBCT had a field of view of and a layer thickness to capture the entire jaw area and key anatomical markers.
Preoperative planning software (DentalNavi; Yekebot Technology Co., Ltd., Beijing, China) was utilized for
three-dimensional reconstruction and alignment, incorporating the imported DICOM and STL data. In this case, the clinician marked the long axes of the maxillary right lateral incisor using the software. The design of the operation plans included determining the fractured file took-out method, size and shape of the bone window, and appropriate drill. Despite the short root of the affected tooth and absorption of the distal alveolar bone, the tooth exhibited a large circumference, which was asymptomatic and stable. No infections were observed in the periapical tissues of the teeth. Therefore, preservation of the affected tooth without root resection was an appropriate course of action during surgery. Because the length of the fractured file was approximately 7 mm , to
ensure a minimally invasive bone window shape, it was removed in two stages. After measurement and calculation using the software, we found that the diameter of the round-shaped bone window prepared by the ATR system was 3 mm , directly exposing the upper segment of the fractured file and the apex ( 0.5 mm ) (Fig. 2). Then, the round bone window was prepared, free handedly, under a microscope to form a 1.5 mm slender isthmus, and finally a keyhole-shaped bone window. The longest measured bone window was approximately 4.5 mm . After the upper segment of the fractured file was cut off the bone window, the lower part of the 4.5 mm -length fractured file remnant was removed through the 4.5 mm -length bone window using microscopic forceps. Because of the small diameter of the bone window, a small ball drill ( 3 mm ) was required to precisely locate the fractured file. Personalized surgical accessories (Fig. S1.) were manufactured using 3D printing (Pro S95; SprintRay Co., Los Angeles, CA, USA) before surgery. The operator practiced using the robot in advance to verify if the operation plan was reasonable (including the position and depth of the
operation, posture of the robotic arm, instruments used, and position of the marker). Computer settings were saved.

Before surgery, the affected teeth underwent root canal treatment. The treatment involved the following steps: A rubber dam was placed on the right maxillary lateral incisor, and the temporary seal was removed. The root canal orifice was explored under a dental microscope and the working length of the root canal was determined after a straight path was established. The root canal was prepared using and ultrasonic instruments with alternating flushing with sodium hypochlorite and EDTA. After drying the canal, the iroot BP PLUS was placed in the apical canal to create a barrier, followed by hot gutta-percha backfill and vertical pressure filling of the root canal. A glass ionomer cement filler was placed on the crown.

Two weeks after the root canal treatment, the patient had no symptoms and underwent endodontic microsurgery (Fig. 3A). On the day of surgery, personalized surgical accessories were soaked in alcohol for 30 min . After

disinfecting the patient’s oral cavity, the surgical area was anesthetized with 3.4 mL of articaine and 1/100,000 epinephrine (Primacaine adrenaline; ACTEON Group, Norwich, United Kingdom). Surgical accessories were placed in the patient’s mouth and the teeth were

temporarily bonded. Then, preoperative calibration and registration of the ATR system was conducted. The guide plate (attachment) was then removed from the surgical area (Fig. 3B-C). The mucoperiosteal flap was released and intraoral registration was completed. The drill position was then displayed in real-time on the patient’s CBCT image.
A handpiece connected to the robotic arm was guided into the patient’s mouth, by a surgeon, to record the path. During surgery, the ATR system automatically entered and exited the oral cavity following a prerecorded path. The robotic arm moved autonomously to the surgical area while the clinician stepped on the foot controller. Subsequently, the robot automatically executed the drilling instructions (Fig. 3D). The robotic arm was moved to the ideal location according to the preoperative plan, and the patient underwent osteotomy. Sterile saline was used to irrigate and cool drilled areas. The real-time display provided the drilling depth and angle on the screen, while the surgeon monitored the operation and could simultaneously control the robot using foot pedals.
A 3 mm -ranged bone cavity was prepared directly on the fractured file as per the preoperative plan. Because the fractured file length was 7 mm , the surgeon further
prepared the cavity to a 4.5 mm -length key-like shape to facilitate the removal of the fractured file in two segments (Fig. 3E). The 4.5 mm -length lower segment of the fractured file was sufficient to exit the keyhole-shaped bone window (Fig. 3F-G). The root tip was inspected to confirm that the well was enclosed by the iRoot BP Plus. The flaps were closed with monofilament sutures. While the preparatory work was lengthy (approximately 30 min ), the ATR system opened the bone window and allowed for operator pick up of fractured file in only 9 min .

At the 3 -month follow-up, the patient had no complaints of discomfort and abnormalities were not observed. Fullcrown restorations were performed to recover masticatory function. After 9 months, there was no discomfort or abnormalities, the crown was restored, and masticatory function was normal. Radiography indicated complete healing of the alveolar bone at the bone window site (Fig. 4).
The bone cavity was meticulously prepared according to the pre-established plan, utilizing a minimally invasive and time-efficient technique with the assistance of ATR. No complications arose during the surgical procedure,
and the treatment appeared to be deemed successful at the 9 -month postoperative evaluation, demonstrate a favorable prognosis.

File fractures located beyond the apical foramen should be removed using endodontic microsurgery [18, 19]. However, in the current case, endodontic microsurgerybased removal was complicated as locating the fractured file was challenging, hindering precise apical surgery. Furthermore, there was no evidence of bone defects on the buccal cortical plate, indicating that the bone wall was intact and thick. Thus, there was a high risk of positional error; that is, between the intended and actual osteotomy positions. Additionally, because of the small size of the fractured file, detection of file is challenging and could be missed if there is a slight deviation in position, direction, or depth of the bone removal. To mitigate these risks, it is a common practice to remove more bone during the procedure. However, osteotomy procedures can result in bleeding and poor visibility may complicate the identification of a fractured file within the bone. These factors present challenges that require precise, efficient, and minimally invasive endodontic microsurgery.
Several studies have reported the use of navigation technology to remove fractured files located beyond the apical foramen [20]. Nevertheless, both static guide plates and dynamic navigation technologies operate manually, leading to inevitable subjective or objective deviations, particularly when dealing with diminutive fractured files. In contrast, endodontic microsurgery carried out by the ATR system ensures accurate positioning and is minimally invasive [13, 14, 21]. The ATR system employs a robotic arm for accurate and efficient localization and operation based on preoperative planning, enhancing the precision of the positioning instrument. The robotic arm overcome the limitations associated with freehand movements, and perform accurate and minimally invasive surgeries. In this case study, the ATR system accurately located the fractured file during endodontic microsurgery.
To enhance the precision of the endodontic microsurgery procedure, the ATR system was utilized, accompanied by a series of precautionary steps implemented before the operation in present case. First, the ATR system’s optimal surgical pathway was carefully planned using pre-operative data and preparatory exercises to ensure precise positioning during surgery [22-24]. The accuracy of CBCT depends on its quality; therefore, selecting appropriate parameters for preoperative registration and calibration is crucial [25]. In our case, we opted for wide field-of-view CBCT, which facilitated easy registration and calibration of half of the oral dentures while also providing clear visualization of the surgical
region. Moreover, precision of oral scanning is crucial because both registration and calibration accuracies are important [24, 25]. Recent studies have shown that intraoral scanning provides better accuracy than U-shaped tube registration, and eliminates the need for multiple CBCT shots [26]. In this case, an intraoral scanner was used to capture comprehensive data on the maxillary teeth and soft tissues. Furthermore, we tailored the operational plan for precision by aligning it with case specifics. The ATR system accurately located the fractured file within a 3 mm bone cavity along the surgical path, positioning it precisely at the center of the bone window in the present case.
Previous studies and case reports have demonstrated that the use of the ATR system during endodontic microsurgery results in minimal invasiveness and high efficiency. This case demonstrates the principle of minimally invasive and highly efficient surgery. Reduced bone removal during fenestration accelerates healing [27]. The surgical approach in this case, which included precise positioning, minimal instrument exposure, avoidance of root resection, and removal of the fractured file in two sections, all aligned with the principles of minimally invasive surgery. After 9 months, the bone window fully healed. In addition, the removal of the fractured file in just 9 min showed a high efficiency. Unlike traditional methods that rely on operator experience, the robot can automatically drill a predetermined position, making the procedure more efficient.
This case reveals the potential of the ATR system in facilitating fractured file removal. The fractured file in this case had a notably small diameter; however, the ATR system was able to precisely determine its threedimensional location. This highlighted the precision of robotic positioning for surgical applications. This instills confidence that robot-assisted surgery will be suitable for certain clinical scenarios in the future. These include cases necessitating precise locations, such as those adjacent to critical anatomical structures such as the maxillary sinus, mandibular neural tube, and mental foramen. Additionally, situations in which manual positioning is challenging, such as in individuals with a thick bone plate and significant inclination of the root position, which are typically associated with substantial positioning errors, could also benefit from this technology.
Nevertheless, it is undeniable that there are deficiencies or limitations to the current case. Specifically, the preparation time for the operation is long, with reports indicating that the average preoperative preparation time for the robot is approximately 30 min (excluding the preoperative image data collection time), and the average total operation time is 25 min [28]. Moreover, the data align with our findings, and we believe that there is room for improvement in the ATR performance, perception, and
learning abilities [12, 29, 30]. AR, AI, and deep learning can enhance operational performance [28, 31-33].
In summary, the ATR system can help locate and remove fractured files that are located beyond the apical foramen during endodontic microsurgery. This case represents the first known use of the ATR system for this purpose, offering precise positioning, minimal bone removal, shorter surgery time, and favorable prognosis.

Utilizing an autonomous dental robotic system enables precise localization of the fractured file beyond the apical foramen with intact cortical plates. This technology has the potential to improve positioning accuracy, minimize the need for invasive bone removal, reduce intraoperative time, and facilitate successful endodontic microsurgical procedures.

The online version contains supplementary material available at https://doi.or g/10.1186/s12903-024-05329-9.

Supplementary Material 1
Supplementary Material 2
Supplementary Material 3

The authors all thank Yakebot Technology Ltd for resources and assistance during the preoperative and surgical procedures.

Chen Zhang and Benxiang Hou designed the operation plan as corresponding authors. Mei Fu oversaw this work and performed the operation. Shen Zhao prepared the paper and was responsible for figures. Xubing Zhou participated in the operation. Mei Fu and Shen Zhao contributed equally to this work.

This work was supported by “Beijing Municipal Administration of Hospitals Incubating Program, code: PX2024054” and “Young Scientist Program of Beijing Stomatological Hospital, Capital Medical University, NO. YSP202210”.

The datasets generated or analyzed during this study are available from the corresponding author on reasonable request.

This study did not involve human or animal subjects’ experiment, and thus no ethical approval was required. The case report adhered to the guidelines established by the journal.

Patient gave their written informed consent for their personal or clinical details along with any identifying images to be published in this case report.

The authors declare no competing interests.

Received: 28 September 2024 / Accepted: 11 December 2024
Published online: 02 January 2025

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.