数字化技术在口腔种植学中的应用

周X、马机能、刘X、何X、白XX、郑XX、寿莉赟、王X自20世纪60年代，

种牙如种花，首先挖一个坑(种植窝)，其次将花籽埋入土壤(人工牙根埋入种植窝)，然后生根发芽(骨结合)，渐渐地有了花蕾(基台)，最后开花结果(装人工牙冠)。所谓种牙，就是将人工牙根植入牙槽骨以代替自然牙的牙根的过程。什么叫数字化种牙？

数字化种牙即利用CT获得图像，在计算机辅助下进行三维牙种植手术模拟，制作能确保种植体位置、方向、深度的手术导航模板。在几何上，表现为圆柱体精确地放置到一个理想空间位置。要实现这一理想空间位置，我们一般需要6个自由度。首先要确定孔打在什么位置就要确定(_,y)两个空间位置自由度，其次(_,y)确定了牙轴线倾斜方向的两个自由度，然后h确定孔深度，d确定了种植体的直径。数字化种植确保了医生能够精确实现这6个自由度。数字化种植的基本流程如下图所示

1.数据获取随着计算机断层扫描(ComputerizedTomography,CT)、核磁共振成像(MagneticResonance,MRI)等医学影像技术的发展，将二维图象序列转变为具有立体效果的三维图像，真实展现人体器官的三维解剖结构与形态(图13)，从而为医生提供传统手段无法获得的解剖结构信息，并进一步为模拟操作提供视觉交互手段，已经逐渐成为是国内外医学工程界的研究热点。该技术对于医疗诊断、手术规划、模拟仿真、解剖教学等方面都有着重要的应用价值。医学图像三维可视化就是根据一系列二维断层切片图像序列，经分割和提取后，构建出待建组织的三维几何表达，并进行定性定量分析的技术。它可以使人们更清楚地认识蕴涵在体数据中的复杂结构，为医生提供更逼真的显示手段和定量分析工具，以克服传统方法中的不确定因素。此外，通过对三维图像的切片重组可以获得任意平面的虚拟切片，便于医生多角度多层次地观察和分析，从而极大地提高医疗诊断的准确性和科学性。目前常用的医学图像三维可视化方法可分为面绘制技术和体绘制技术两大类：1)面绘制技术通过构造几何图元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构。根据面绘制重建过程中处理元素的级别不同，又可以将面绘制技术分为基于轮廓和基于体素的表面重建方法。基于轮廓的方法首先从二维断层图像中提取感兴趣物体的边界轮廓，并确定相邻断层上轮廓的对应关系，最后通过轮廓拼接和曲面拟合来构造物体的三维表面模型，其中具有代表性的是KeppeliI列提出的三角片拟合物体表面的方法；基于体素的表面重建方法是在体数据内以体素为单位跟踪物体表面，按照给定的阈值提取一系列由多边形表面片拟合的等值面。该算法使用较多的是：移动立方体(MarchingCu

2.种植方案完全设计种植手术规划是在手术前为患者做出治疗方案，从而确定种植体在牙槽骨内的生物定位、种植体规格等方案的制定，是种植成功的一个重要环节。尽管具有丰富临床经验的种植外科医师能够根据全景_线片显示的缺牙区域解剖结构，在手术中把握种植体的位置、方向和深度，但是对于一些复杂病例，尤其是当多牙缺失、颌骨结构异常或有骨缺损等情况存在时，往往容易判断失误，从而导致牙槽骨侧壁穿孔、根神经损伤或种植体植入位置欠佳等现象。如何最大限度地利用牙槽骨骨量，使种植体的植入位置既符合生物力学原理，又能保证修复学的效果，并有利于种植体的长期稳定，越来越受到国内外学者的广泛关注。

3.手术导航模板的设计与制造

3.1数字化导板的概念及分类数字化导板是基于计算机断层扫描数据，由专业的种植软件设计，利用工业成型技术加工而成。可分为牙支持式导板，骨支持式导板和粘膜支持式导板。牙支持式导板适用于缺失牙较少的牙列缺损，导板覆盖在邻近缺损区的基牙上获得固位；骨支持式导板适用于无牙颌以及缺牙较多的牙列缺损，导板直接覆盖在颌骨表面，手术时需要翻开粘骨膜瓣，直接暴露出骨面，导板与骨面紧密贴合；粘膜支持式导板主要适用于无牙颌患者，导板直接覆盖在牙槽嵴的粘膜上，不需要翻开黏骨膜瓣，通过环切的方式去除局部粘膜，植入种植体。如下图

3.2CAD/CAM外科导板制作原理CAD/CAM外科导板利用CT扫描技术获取拟受植颌骨结构的断层图像和重组图像，并在工作站计算机屏幕前应用牙种植外科辅助设计软件对受植骨区域性交互式颌骨图像分析、骨密度测量、植入体选择和手术模拟并重建三维模型，模拟放置种植体到最理想的位置，实现种植体的计算机模拟植入，从而完成导向模板的计算机辅助设计(CAD)。继而将图像分析结果、个体化治疗合计方案以及拟植入种植体的位置、数量、各自的方向、角度和深度等控制参数经STL文件格式转化，输入多轴数控机床或者快速原型设备，通过切削加工或堆积成型为个体化设计的形态，完成最终的外科导板制作(CAM)。

3.3数字化导板的制作要求为了保证导板的精确性，导板的制作有一定的要求。导板固位要稳定，保证手术操作过程中不能移位；导板要坚固，不能轻易变形；导板的大小要适中，便于手术操作；导板最好是透明的，以便在术中及时调整钻头方向；导板要便于调改；导板必须可以消毒，现阶段使用的导板多为树脂材料，采用化学药物浸泡。

3.4种植导板精确性评估种植软件可以在CT图像上进行种植设计形成种植方案，通过数字化技术制作相应的种植导板，导板上面的导向管确定了种植位点及方向，可将预先设计的种植方案精确地转移到实际手术操作中。有学者通过把虚拟种植体和实际种植体的CT数据配对分析，比较种植体长轴之间头部、尾部、深度及角度误差。已有多篇在模型上、尸体上、人体上的研究报道导板导向的种植牙手术要比仅凭经验种植误差小，精确度高，当不用导板定位进行种植时，种植钻倾向于向阻力小的方向偏移，特别是在骨密度不高的骨质上种植容易导致严重偏差。尽管已有多例报道显示计算机辅助种植手术比传统手术效果好，但是对于不同种植辅助系统精确性的研究显示计算机辅助种植手术仍存在一定误差。首先，不同的计算机辅助种植系统精确性是否相同尚存争议，Fortin等认为静态系统精确性高，而Ruppin等认为动、静态系统精确度一样，有研究证明不同的计算机辅助外科系统误差值0.

20.3mm。其次，对于不同的软件系统，造成的偏差也有所区别。Sarment等报道，Simplant系统的偏离角度误差为

4.5.20，种植体头部和尾部分别有(O.90.5)mm和

1.00.6)mm的偏离值。

4.21，种植体头部和尾部的偏离值分别为0.65mm和0.68mm。Assche等研究证实，No

2.00.8，种植体头部和尾部的偏离值分别为

1.

10.7)mm和

2.00.7)mm。SchneiderD等在一篇系统评价中报道符合纳入标准评价精确性的8篇文献中，平均头部误差是

1.07mm(95CI：0.

7.6122mm)，平均尾部误差是

1.63mm(95CI：

1.262mm)。DhaeseJ等在一篇近期的系统评价报道：尾部偏差比头部偏差要大，一个体外研究报告平均尾部偏差为

1.0mm，三个体外研究报告尾部偏差介于0.

6.12mm，在六个体内研究一个尾部偏差在0.

9.545mm。由于计算机辅助种植外科是由一套系统程序来完成的，所以过程中的每一个环节都可能产生误差，这些环节主要有：1)口内采取印模不够精确，边缘伸展未到位，或是石膏模型翻转过程中，由于收缩、膨胀等原因，造成的石膏阳模可能不能精确地反映患者口内情况。2)CT或C

10.2mm的误差。7)手术过程中导板定位误差。若导板未完全就位，或稳定性不足，在手术过程中有轻微移动都会产生误差。8)手术人为误差。在仅用先锋钻导航的手术过程中，当取下导板后，若后续直径的钻未完全按首次钻入的通道进行制备也会产生误差。9)在虚拟设计方案向实际种植手术转移误差。转移过程中，精确度受余留牙的数量及分布情况影响，余留牙少的导板误差增大。同时，导板上导管孔数量也影响精确度，数量增加，精确度增加，而翻瓣与不翻瓣、上颌与下颌也有少许区别，但影响不大

3.5数字化导板的意义CAD/CAM外科导板是在术前根据种植体修复设计要求而制作的手术辅助导板，是将术前设计与手术操作连接在一起的桥梁，应用外科导板能将种植体设计准确地转化到手术操作中，从而在手术中实现种植体的准确植入。外科导板在结构上包括两个组成部分：导管和定位板。其中导管的位置和角度记录了术前拟定的种植体植入的位置与角度、深度的信息，通过导管将这些信息转移到手术中，就可以确保种植体植入到准确的位置。而其前提是手术室外科导板在口内就位的位置应该与设计制作过程中所处的位置相一致，定位板就起着这个定位作用。它与骨、牙齿或牙槽嵴表面相贴合，由于骨和牙齿的外形很复杂，因此种植导板只能就位于唯一的位置。种植外科导板作为最终的信息载体，其作用与意义在于不仅可以事先确定种植体植入的位置、数量和植入时的三维方向，还可调节上部结构，修复所需确定的上下颌骨位置关系与咬合及(牙合)力分布状况。其将种植手术的设计理念通过术中导板准确与精确定位和引导赋予实现，对种植修复这一复杂工程的安全以及功能与美学效果的获取均有重要的临床意义。如今的医学领域正朝着微创化和计算机辅助的外科方向发展，在口腔领域，计算机辅助种植牙技术把原本复杂的种植手术简单化，既减小了手术风险，缩短了手术时间，又减少了病人的焦虑与痛苦，是一项值得推广的优秀技术。然而，我们不能盲目地完全相信种植导板的精确度，精确度是相对的，它实际包含了导板生产过程和临床应用过程中所有误差的一个总和。种植体头部误差会阻碍术前预制好的修复体就位，而尾部误差是可以在设计过程中预留安全区预防并发症的产生，因此，至少保证2mm的安全区避免伤及重要解剖结构。使用种植导板产生的并发症目前主要有外科并发症和修复并发症，多发生于计算机辅助不翻瓣手术后即刻负载的病例，由于植入的种植体与预制的修复体之间不适合引起的，可能更多的并发症需要更长时问的临床随访。从辩证的角度来看，任何事物都有其两面性，我们应该取长补短，计算机辅助种植外科目前还处于一个发展阶段，在实践应用中，临床医生应该充分了解其可能产生的偏差与并发症，采取预防措施，正确选择适应症，同时，需要有更多的研究去细化种植手术和这个系统，进一步地评估和监测种植体存活率、骨吸收情况和临床并发症，希望在不久的将来，以导板为导向的种植外科给更多的患者和医生带来福音。