时间：2021-02-21 10:40:12 所属分类：临床医学 浏览量:
摘要：在第四次工业革命巨大浪潮下，口腔种植学领域得到了进一步的发展，从而催生出一些新兴种植技术如数字化种植导板、数字化种植动态导航系统、种植机器人等。虚拟现实及增强现实的引入使得种植手术更加精准、更加微创、更加简便，数字化种植技术在一定程
摘要：在第四次工业革命巨大浪潮下，口腔种植学领域得到了进一步的发展，从而催生出一些新兴种植技术如数字化种植导板、数字化种植动态导航系统、种植机器人等。虚拟现实及增强现实的引入使得种植手术更加精准、更加微创、更加简便，数字化种植技术在一定程度上简化了手术流程，最大限度的利用剩余牙槽骨，增加了修复的可预期性，提高了手术的成功性。本文就数字化种植导板和数字化种植动态导航系统的原理及现状作一综述，以期为口腔临床及基础研究提供相关参考。
关键词：数字化种植导板;计算机辅助设计;快速成形技术;口腔种植学
1 引 言
口腔种植牙享有人类的第三幅牙齿的美称，以替代因牙周病、牙外伤、颌骨缺损引起的后天性牙体缺损，极大的提高了缺牙患者的术后生活质量。种植牙通过牙槽骨内植入金属钛或钛合金等金属材料作为人工牙根，在其上方制作基台及人造冠以期达到行使天然牙的功能[1]。目前大多数口腔医生以“自由手”的方式将种植体植入颌骨内，在 1987 年 Edge 首次运用种植导板辅助种植手术并取得了成功，随着科学技术的不断进步，口腔医学的蓬勃发展，在大数据和数字化的发展背景下，数字化口腔种植学更是日新月异，在从无到有的过程中衍生出数字化导板等一系列数字化产品。伴随着计算机辅助设计与制造、锥形术 CT、空间定位导航技术等技术的加入，种植医生在兼顾功能和美观的同时，真正意义上实现了以最终修复体导向的修复理念[2]。数字化种植技术整合了计算机技术与口腔临床种植技术，使得患者、医生、技师之间的交流更加简便。目前口腔数字化种植已经成为口腔种植领域的一种发展趋势，现已经有大批资本进入该市场进行投资，并有大批厂家进行自主生产设计种植导板及种植手术导航系统投入临床使用，就已有临床统计文献来看其准确性还需进一步提高，本文就相关数字化种植技术的原理及现状作一综述。
2 数字化种植导板研究现状
2.1 数字化种植导板原理数字化种植导板是术前应用计算机设计和制作的辅助工具，主要用于引导术中预备种植窝，是术前设计和实际操作相联系的桥梁，一定程度上保证了种植体植入位点、方向、角度、深度的精确性，大大降低了因术中误差损伤上颌窦，颏孔，下牙槽神经管等重要解剖结构的风险。传统的手术种植导板常常采用热压膜技术，于口外超硬石膏模型上制作塑料导板，虽然在一定程度上能够兼顾美观和功能，但其准确度还远远不够，主要还是依赖于种植医生的临床经验。基于计算机发展随之产生的数字化种植导板将种植体的三维位置、最终修复形态等信息转移到术中，真正意义上的实现数字化种植。无牙颌患者设计全口种植导板需进行两次 CBCT 数据的收集，第一次 CT 扫描通过患者口内佩戴装有显影点的放射导板，确保放射导板在口内稳定就位后开始扫描;第二 CT 扫描将放射导板单独固定在扫描板，将两次收集到的影像学数据导入设计软件进行配准，对于少数牙缺失患者通常采用口内扫描仪，将口腔内部硬软组织结构转换成数字信息后导入设计软件，这样就可以实现在计算机中进行骨组织和软组织的三维重建;然后在计算机设计软件中标记出重要的解剖结构如下牙槽血管神经、颏孔、上颌窦等，根据现有的影像学信息选择相应规格的种植体，确定种植体植入位点、方向、深度三维信息，并设计出导板开孔的位置和套管的高度;最后通过逐层光固化堆叠技术，形成带有不同孔径的树脂导板[3]。目前计算机导板设计软件已有多种系统被开发上市，如丹麦 3Shape 公司的 3Shape implant studio、比利时 Materialise 公司的 Simplant、杭州六维齿科有限公司的 6Ddental 等等。
2.2 种植导板分类根据支持形式可将导板分为牙支持式、粘膜支持式、骨支持式和混合支持式。其中牙支持式导板精确度最高，多运用于少数牙缺失的患者，主要利用缺牙间隙两边的预留牙固定导板[4];粘膜支持式导板常用于无牙颌患者，考虑到粘膜组织的软弹性，此种导板术中稳定性较差，术前导板设计需要增加固位钉的数量以确保种植手术的精确度[5];骨支持式导板常需要对术区切开翻瓣，手术创伤大，但稳定性和精确度相对于粘膜支持式导板较佳;混合支持支持式导板利用余留牙和粘膜软组织固位，植入精确度较高。根据引导方式可将导板分为全程导航导板、半程导航导板。全程导航导板运用于整个种植手术过程，包括种植窝制备和种植体植入，此导板精确度最高，其缺点是设计导板时需要考虑到导板开窗降温的问题，以免制备窝洞时产热较高损害骨组织，最终影响骨结合效率;半程导航导板指前几钻在导板的引导下制备种植窝洞，紧接着进行自由手操作完成后续手术，其优点在于可以利用不同规格的导板工具盒及不同品牌的种植系统，术者可以灵活组合使用。根据种植窝限制程度将导板分为完全限制式、部分限制式和非限制式导板，完全限制式导板对钻针的植入位点、深度、直径、角度都有明确的限定，而非限制式导板则没有这方面的限制，所以在相同条件下使用完全限制式导板的种植手术准确度较高，部分限制式导板仅限制钻针的植入方向和位点，自由手操作确定植体的深度和直径，精确度介于前两者之间[6]。
2.3 数字化种植导板的优点数字化种植导板最显而易见的优点是节约手术时间，简化手术步骤，提高种植手术的效率和成功率，相对于传统翻瓣种植手术而言，其对手术者资质门槛大大降低，使得年资较低的种植科医生在导板的引导下将植体精确植入到理想位置;其次种植导板引导下的不翻瓣技术减轻了患者的术后反应，加快粘膜愈合速度和减少骨量的丧失;由于术前进行计算机辅助设计能够将术后的最终植体和牙冠再现，易于医生和患者共同讨论手术方案，引导患者配合医生完成种植手术。
2.4 数字化种植导板精确度影响因素尽管数字化导板相较于传统导板精确度大大提高，但是实际植入位点与理想位点依然存在一定的偏差，这些偏差主要来源于以下几个方面：(1)导板的数据源误差：口内表面数据的误差;口腔 CBCT 数据误差;放射导板 CBCT 误差。(2)导板设计与系统参数误差：数据源匹配误差;植体数据外形误差;骨密度不同引起的钻孔侧滑;修复体设计的合理性;导板孔参数的选择。(3)导板制作技术误差：打印机的选择;导板支撑方式的选择;导板后处理工艺。(4) 导板器械盒设计与匹配：器械是否有平整牙槽骨的功能;是否有固位钉作为固位选择;非手柄式器械精度较高;钻头与套环之间的间隙;是否有携带器参与导向植入。(5)临床操作误差：导板消毒方式;导板口内就位方式;是否有咬合记录协助;翻瓣时机的选择;钻头钻孔的方向控制;开口度的提前测量 [7]。
3 数字化种植动态导航系统研究现状
3.1 动态导航系统基本原理动态导航系统原理：患者临床数据三维成像、计算机配准技术及空间定位技术。种植术前将带有放射性阻射点的三维数据导入计算机内，在相应的软件内进行术前设计。患者口内的任意一处解剖位置都能以三维坐标表示，同时在计算机也能以 X-Y-Z 的形式来表示，通过口内的标记点和计算机中三维影像标记点准确配位，术中实时显示钻针尖端的所在位置，实时跟踪定位周围重要解剖结构，能够及时调整钻针方向和位置，避免损伤上颌窦、下牙槽血管神经、颏孔等，引导钻针预备至理想的位置，形成口腔种植动态导航系统。动态导航系统主要包括硬件，软件及导航工具[8]。
3.2 动态导航系统的运用流程导航系统的基本使用流程大致分为四步：佩戴 U 型管-拍摄 CBCT-术前计算机辅助设计-术中实时导航/临时调整。临床上首先嘱患者试戴定位模板进行 CBCT 数据扫描，再将数据导入电脑设计软件进行三维重建分析。专业技术人员可在软件中标记重要解剖结构，分析骨质和骨量，选择合适种植系统。计算机辅助设计完成后需要将患者大的解剖结构、手术器械、CT 数据进行点对点配准。医生通过显示屏可以实时监测手术器械与重要解剖结构的位置，术中也可以根据实际情况调整方案，在导航的动态引导下完成手术。
3.3 动态导航系统种类目前国内外以有多个厂家研发出相关种植系统和设备，国外较常用的导航系统有维也纳大学 VISIT 系统、Denx 公司 IGI 系统及 Medtronic 公司 Treon 系统，国内陈晓军等人[9]采用 VisualC++和 VTK 发明了 IGOIS 导航系统，陈松龄等人[10]结合 CT 和三维可视化技术设计出虚拟牙种植导航系统，目前苏州迪凯尔公司生产的阿波罗种植牙手术导航系统在国内开始推广使用，不同的动态导航系统种植误差相对于自由手大大降低，在某种意义上将种植手术人工智能化。
3.4 动态导航的精确性影响因素相对于数字化导板，动态导航系统当前种植动态导航系统的应用仍处于起步阶段，临床运用过程中存在许多影响最终种植精确度的因素，其精确度有待进一步提高，主要包括以下几种[11、12]：CBCT 扫描： CBCT 的扫描厚度、体素、分辨率对计算机三维重建产生一定的影响;其次扫描过程中存在金属干扰或手部移动均可是图像重构失真。定位设备：定位装置的制作步骤、放置位置、方式都将影响术中定位的精确度，从而对种植体植入位置产生影响，其次动态参考架的拜访、稳定性、倾斜度，光学跟踪系统的尺寸与距离问题都将是影响因素。配对：术前设计方案与术中目标组织高精度的点对点配准是保证种植体植入准确的前提条件。导航系统品牌：不同厂家生产的导航系统精确度有所差异，但其误差范围均在科接受范围之内。其他因素：认为因素是所有因素当中最为重要的，其误差可以出现在整个动态实时导航手术过程中，此外术者手部颤抖和感觉不可避免的影响植体精确植入，术者的临床经验和熟练度也是对手术成功与否有着巨大的影响。
4 总结与展望
数字化种植所具有的优势使得种植手术从传统的经验形式向直观可视、精确可控、系统科学方向发展，将术前术后的设计方案以数字化的形式呈现在患者面前，便于医生与患者直接面对面的交流，既提高了种植手术的精确度和成功率，又节约了手术时间，减少对患者的手术创伤，降低术后并发症，提升种植成功率，数字化种植符合未来发展的趋势。随着数字化种植在临床运用日益广泛，但是其也存在一定的局限性，种植精确度尚未到达临床理想程度，不可控因素始终存在于整个手术过程中，如何更好地规避误差进一步提高导板临床应用的精确性尚需进一步研究。
参考文献：
[1] 宿玉成, 袁 苏. 口腔种植学[M].北京：人民卫生出版社, 2014.
[2] Hultin, Margareta, Svensson, Krister G, Trulsson, Mats. Clinical advantages of computer-guided implant placement: a systematic review[J]. Clinical Oral Implants Research, 23(s6):124-135.
[3] 谢华德, 孙海鹏, 姜 健. 数字化种植外科导板精确性的影响因素[J]. 广东牙病防治, 2018, 026(010):669-672.
[4] Dds M C , Dds M G , Dds A D M , et al. Accuracy of Two Stereolithographic Surgical Templates: A Retrospective Study[J]. Clinical Implant Dentistry & Related Research, 2013, 15(3):448-459.
[5] Cassetta M, Giansanti M, Di M A, et al. Accuracy of positioning of implants inserted using a mucosa-supported stereolithographic surgical guide in the edentulous maxilla and mandible[J]. International Journal of Oral & Maxillofacial Implants, 2014, 29(5):1071.
《数字化技术在口腔种植学中的研究现状》来源：《微量元素与健康研究》，作者：陈佳怡 1，贺文鹏 1，2 ,赖仁发 1，2 ,林 强 1，2 ,黄漪蔓 1，2
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