數(shù)字化技術(shù)在口腔種植修復(fù)中的應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)在口腔種植修復(fù)中的應(yīng)用

滿  毅

專家介紹：滿毅，副教授，四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院種植科主任，種植教研室主任，碩士研究生導(dǎo)師?？谇粩?shù)字化產(chǎn)業(yè)分會(huì)副主任委員，四川省衛(wèi)計(jì)委學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選，四川省口腔醫(yī)學(xué)會(huì)種植專委會(huì)候任主任委員，Clinical Implant Dentistry Related Research中文版副主編，中華口腔種植專委會(huì)委員，國際種植學(xué)會(huì)專家組成員（ITI fellow），四川省口腔醫(yī)學(xué)會(huì)理事，四川省口腔醫(yī)學(xué)會(huì)口腔裝備委員會(huì)常委。2007年四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院獲博士學(xué)位，導(dǎo)師宮蘋教授。2010獲國際種植學(xué)會(huì)青年學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)，2010—2012在美國Tufts大學(xué)牙學(xué)院被聘為臨床講師，2011—2012美國哈佛大學(xué)訪問學(xué)者。通過對(duì)臨床工作的總結(jié)，改良多種種植外科和修復(fù)技術(shù)發(fā)表在國際種植學(xué)、外科學(xué)和修復(fù)學(xué)雜志，發(fā)表臨床論文和科研論文30余篇，主持多項(xiàng)國際、國家、省部級(jí)課題。

摘要

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，當(dāng)代口腔種植診療模式發(fā)生了前所未有的改變。數(shù)字化技術(shù)已真正滲透到種植修復(fù)治療中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、高效、舒適的個(gè)性化口腔種植診療新模式。該文旨在詳細(xì)介紹口腔種植學(xué)中數(shù)字化技術(shù)的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀，闡述分析其優(yōu)勢與局限，并對(duì)其未來的發(fā)展方向進(jìn)行探討與展望。

［關(guān)鍵詞］  錐形束CT；數(shù)字化外科手術(shù)；口內(nèi)數(shù)字化印模；牙種植

    數(shù)字化口腔醫(yī)學(xué)已成為當(dāng)代口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展趨勢之一，數(shù)字化軟件和硬件技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)診療中的應(yīng)用極大地突破了傳統(tǒng)診療模式所存在的局限，促使口腔疾病的診斷和治療朝向更加精準(zhǔn)、高效、自動(dòng)的方向發(fā)展?？谇环N植技術(shù)作為口腔醫(yī)學(xué)技術(shù)的重要分支，如今已成為修復(fù)牙列缺損及牙列缺失的最有效臨床方法之一。近年來，口腔種植技術(shù)發(fā)展迅猛、不斷成熟，這與數(shù)字化技術(shù)在口腔種植修復(fù)中日趨廣泛的應(yīng)用緊密相關(guān)。本文結(jié)合臨床實(shí)際，逐一深入探討數(shù)字化技術(shù)在種植修復(fù)診療過程中的應(yīng)用環(huán)節(jié)，包括術(shù)前影像診斷評(píng)估、數(shù)字化種植外科手術(shù)和后期種植修復(fù)階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造，對(duì)數(shù)字化口腔種植診療的現(xiàn)狀做出總結(jié)。

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數(shù)字化影像診斷與術(shù)前評(píng)估

    口腔醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是口腔疾病診療的前提和基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的口腔放射線檢查技術(shù)主要包括X線平片和曲面斷層攝影。然而，通過傳統(tǒng)影像學(xué)技術(shù)得到的圖像僅僅是二維平面圖像，在成像過程中會(huì)發(fā)生多種解剖結(jié)構(gòu)的重疊，不恰當(dāng)?shù)耐墩战嵌群筒僮鞣绞竭€會(huì)造成圖像的扭曲變形，這些情況都無疑增加了診斷難度。對(duì)于口腔種植手術(shù)而言，二維影像更是無法提供充足的術(shù)前診斷信息，無法使醫(yī)生在術(shù)前準(zhǔn)確掌握缺牙區(qū)頜骨密度、可用骨量、牙合齦距離以及種植體與鄰近重要解剖結(jié)構(gòu)（如上頜竇底、下頜神經(jīng)管等）之間的距離關(guān)系。

    20世紀(jì)70年代，螺旋CT開始逐漸運(yùn)用到口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，利用扇形X線束探測物體一維斷層圖像并通過計(jì)算機(jī)軟件處理重建三維影像，突破了傳統(tǒng)影像學(xué)技術(shù)只能用二維影像來反映三維目標(biāo)的局限，開啟了數(shù)字化三維影像的時(shí)代。但是螺旋CT技術(shù)存在掃描時(shí)間長、放射劑量大、空間分辨率低等缺點(diǎn)，而且儀器設(shè)備昂貴，因此沒能在口腔頜面部三維影像重建中得到更加深入廣泛的應(yīng)用。1997年，世界上首臺(tái)口腔頜面部專用的錐形束CT機(jī)（cone-beam computed tomography, CBCT）問世［1］，采用錐形X線束和面積探測器，在掃描過程中可直接獲得二維數(shù)據(jù)并通過計(jì)算機(jī)重建得到三維圖像，具有掃描速度快、精確度高［2］和輻射劑量小等優(yōu)點(diǎn)。在種植修復(fù)領(lǐng)域中，CBCT更是為臨床醫(yī)生的術(shù)前診斷和手術(shù)規(guī)劃過程帶來了極大的便利。將CBCT重建的牙頜三維影像數(shù)據(jù)以DICOM格式輸入到第三方軟件后，醫(yī)生可以在術(shù)前精確地測量出擬種植區(qū)牙槽骨的寬度和高度，并能清楚觀察鄰近重要解剖結(jié)構(gòu)的位置和情況（圖1），進(jìn)而選擇出理想的種植體長度和直徑、制定完善的手術(shù)計(jì)劃，最終提高種植手術(shù)成功率。目前研究認(rèn)為，CBCT是一種較為理想的口腔種植術(shù)前影像檢查技術(shù)［3］。    

    但是目前口腔CBCT仍存在著金屬偽影降低圖像質(zhì)量［4］、軟組織分辨率低等問題，未來口腔CBCT技術(shù)的發(fā)展趨勢應(yīng)當(dāng)是在盡量減少現(xiàn)有弊端的同時(shí)，增強(qiáng)同其他牙頜面軟硬組織三維重建數(shù)據(jù)（如面部軟組織形貌數(shù)據(jù)、口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)、顳頜關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)等）的融合功能，實(shí)現(xiàn)更加直觀全面的口腔頜面部數(shù)據(jù)信息重現(xiàn)。

2

計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航下的種植外科手術(shù)

    計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航下的種植外科手術(shù)技術(shù)是如今數(shù)字化口腔種植中的重要組成部分，主要包括數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)（靜態(tài)導(dǎo)航）和術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)（動(dòng)態(tài)導(dǎo)航）。

2.1  數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)

    數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板是指在種植手術(shù)前對(duì)患者的數(shù)字化影像信息進(jìn)行三維重建和可視化處理后，利用口腔種植設(shè)計(jì)軟件模擬手術(shù)進(jìn)行種植體植入方案規(guī)劃，最終通過數(shù)字化工業(yè)成型技術(shù)加工制作而成的一種術(shù)中定位裝置。與傳統(tǒng)的種植手術(shù)導(dǎo)板相比，數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板的設(shè)計(jì)更加充分地考慮到了頜骨內(nèi)部較為精確的解剖情況，能夠避免術(shù)中誤傷下頜神經(jīng)管、上頜竇底等重要解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)輔助醫(yī)生決定種植體的理想植入位置、深度和角度，從而降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、提高種植修復(fù)的成功率［5-7］。

    傳統(tǒng)的種植手術(shù)導(dǎo)板需要借助石膏模型，通過熱壓膜技術(shù)制作完成。而數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板的制作過程則更為精準(zhǔn)化、個(gè)性化和自動(dòng)化，首先需要設(shè)計(jì)并制作帶有預(yù)期修復(fù)體信息的診斷導(dǎo)板，然后使患者佩戴阻射性放射導(dǎo)板進(jìn)行頜骨CT掃描，將得到的DICOM影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入種植導(dǎo)板設(shè)計(jì)軟件中，進(jìn)行閾值分割和圖像配準(zhǔn)，在三維重建后的頜骨影像上根據(jù)以修復(fù)為導(dǎo)向的種植手術(shù)原則、綜合考慮頜骨內(nèi)解剖條件，設(shè)計(jì)出合理的種植體植入數(shù)量和位置。確定種植方案以后，在軟件中生成相應(yīng)的種植手術(shù)模板，最后進(jìn)行手術(shù)導(dǎo)板的數(shù)字化加工制造，其中最常用的加工方式主要是快速成型技術(shù)和數(shù)控切割技術(shù)。隨著光學(xué)掃描技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在也可以通過牙頜石膏模型掃描或口內(nèi)掃描快速、精確地獲取患者口內(nèi)的軟硬組織輪廓形態(tài)，然后使用與之配套的軟件將掃描數(shù)據(jù)與CT影像數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，進(jìn)一步對(duì)種植手術(shù)導(dǎo)板做出規(guī)劃設(shè)計(jì)（圖2）。    

    近年來，數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用［8-10］。一系列相應(yīng)的口腔種植手術(shù)輔助規(guī)劃軟件也隨之產(chǎn)生，較為常用的有比利時(shí)Materialise公司的Simplant軟件系統(tǒng)、瑞典Nobel Biocare公司的Nobel Guide軟件系統(tǒng)、德國Media Lab Software公司的Implant 3D軟件系統(tǒng)等等。

    理想的數(shù)字化導(dǎo)板設(shè)計(jì)軟件不僅能夠輔助模擬出高精度的種植手術(shù)、進(jìn)行手術(shù)方案的規(guī)劃和導(dǎo)板的設(shè)計(jì)，同時(shí)還方便醫(yī)生在術(shù)前將手術(shù)思路清楚地呈現(xiàn)給患者，有利于進(jìn)行及時(shí)的醫(yī)患交流和溝通。

    目前臨床上常用的數(shù)字化手術(shù)導(dǎo)板依據(jù)導(dǎo)板支持類型可以分為牙支持式、骨支持式、黏膜支持式和混合支持式四類，醫(yī)生需要根據(jù)患者口內(nèi)不同的牙頜狀況進(jìn)行選擇。不同支持類型的種植手術(shù)導(dǎo)板精度存在差異，黏膜支持式手術(shù)導(dǎo)板依賴黏膜提供支持固位，而黏膜又具有一定的彈性，因此在種植術(shù)中導(dǎo)板的穩(wěn)定性常常會(huì)受到影響。研究表明，使用黏膜支持式導(dǎo)板進(jìn)行手術(shù)，種植體植入后的頸部、尖部位置偏差以及角度偏離均較大，而牙支持式手術(shù)導(dǎo)板的精度最高、固位穩(wěn)定性最好［11- 12］。除了不同的手術(shù)導(dǎo)板固位支持方式會(huì)影響導(dǎo)板精度以外，不同的CT影像數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型精度、導(dǎo)板設(shè)計(jì)軟件、生產(chǎn)廠家和制作工藝以及臨床醫(yī)生的操作經(jīng)驗(yàn)等因素都會(huì)對(duì)最終種植手術(shù)導(dǎo)板的使用效果造成影響。一項(xiàng)針對(duì)數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板精度的系統(tǒng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段種植手術(shù)導(dǎo)板使用以后種植體頸部的平均偏離值為1.12 mm，而尖端平均偏離值為1.39 mm［13］。

    雖然數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板是實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)、精準(zhǔn)、安全這一種植治療目標(biāo)的重要工具，但是其目前的使用仍存在一定的局限，例如患者額外的費(fèi)用支出、就診次數(shù)的增加、導(dǎo)板使用過程中出現(xiàn)的問題以及不同廠家導(dǎo)板質(zhì)量不均等等。Tahmaseb等通過系統(tǒng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，使用數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板輔助手術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率高達(dá)36.4%［13］。種植手術(shù)導(dǎo)板的存在無法取代臨床醫(yī)生，成功的導(dǎo)板使用效果依賴于醫(yī)生術(shù)前合理的設(shè)計(jì)和手術(shù)中豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。此外，醫(yī)生一定要準(zhǔn)確掌握種植手術(shù)導(dǎo)板的適應(yīng)證，主要包括不翻瓣種植、多顆連續(xù)牙缺失種植、無牙頜種植、特殊解剖結(jié)構(gòu)區(qū)種植、美學(xué)區(qū)種植等較為復(fù)雜的病例。準(zhǔn)確掌握導(dǎo)板適應(yīng)證、仔細(xì)分析病例情況，不斷學(xué)習(xí)改進(jìn)種植導(dǎo)板的使用方法，利用數(shù)字化導(dǎo)板為患者提供更為個(gè)性化、精準(zhǔn)化的種植治療方案，才能夠最大化發(fā)揮數(shù)字化手術(shù)導(dǎo)板的作用。目前國內(nèi)的數(shù)字化種植手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)也已經(jīng)有了較大的進(jìn)步，未來將會(huì)進(jìn)一步成熟并得到越來越多的應(yīng)用。

2.2  術(shù)中實(shí)時(shí)導(dǎo)航技術(shù)

    由于現(xiàn)階段種植手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)仍存在定位偏差、術(shù)后并發(fā)癥等諸多局限，有越來越多的醫(yī)生、學(xué)者開始嘗試將手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)用到口腔種植手術(shù)當(dāng)中，以期實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)、靈活、方便的種植手術(shù)［14-17］。

    計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航手術(shù)（computer-navigated surgery）是指術(shù)中能夠在計(jì)算機(jī)同一坐標(biāo)系中同時(shí)顯示患者術(shù)前經(jīng)過三維重建和可視化處理后的手術(shù)部位與配有定位裝置的手術(shù)器械，實(shí)時(shí)反映術(shù)中手術(shù)器械與手術(shù)部位的相對(duì)位置關(guān)系，從而指導(dǎo)手術(shù)操作的進(jìn)行，最終使手術(shù)實(shí)際效果與術(shù)前規(guī)劃盡量達(dá)到一致?？谇环N植手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)可以使操作者在術(shù)中實(shí)時(shí)觀察種植體植入的深度、    角度和準(zhǔn)確位置，便于醫(yī)生根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整鉆針的方向，此外還可以在無需借助手術(shù)導(dǎo)板的情況下進(jìn)行不翻瓣的種植手術(shù)操作，減小了手術(shù)創(chuàng)傷?？紤]到導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備昂貴，目前認(rèn)為口腔種植手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)主要適用于局部解剖條件復(fù)雜的多牙缺失、牙列缺損病例。Wittwer 等使用種植導(dǎo)航技術(shù)將80枚種植體植入20例下頜牙列缺失的患者中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)種植體成功率高達(dá)97.5%［16］。不過目前種植導(dǎo)航技術(shù)引導(dǎo)下的種植體植入位置仍存在較小偏差，因此進(jìn)一步提高術(shù)中導(dǎo)航的精度和速度將會(huì)是未來手術(shù)導(dǎo)航的發(fā)展方向。目前國內(nèi)種植手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)仍處于起步階段，還需要醫(yī)生們進(jìn)行更多的研究和探討。

3

3  基臺(tái)與上部結(jié)構(gòu)的個(gè)性化設(shè)計(jì)與制作

3.1  數(shù)字化印模的獲取

    口腔數(shù)字印模獲取技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字化口腔種植修復(fù)得以不斷發(fā)展的重要基礎(chǔ)，主要包括間接獲取法和直接獲取法。其中間接獲取法是已經(jīng)應(yīng)用較為成熟的牙頜石膏模型三維掃描技術(shù)；直接獲取法則是指口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)（intra-oral scanner），即在患者口內(nèi)直接置入小型光學(xué)掃描頭，然后對(duì)患者口內(nèi)軟硬組織表面形態(tài)、牙頜狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)捕獲和數(shù)字化模型重建。近年來口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)不斷發(fā)展，這種新興的印模獲取方式不僅減少了傳統(tǒng)硅橡膠取模給患者帶去的軟硬組織刺激和咽反射等不適體驗(yàn)，對(duì)醫(yī)生來說更是大大提高了工作效率，簡便快捷又易于存儲(chǔ)。在種植修復(fù)中，可以最大化利用口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)的優(yōu)勢，減少術(shù)中/術(shù)后取模時(shí)對(duì)牙齦軟組織的刺激以及對(duì)種植體造成的不良應(yīng)力，準(zhǔn)確反映穿齦區(qū)形態(tài)，結(jié)合CAD/CAM軟件設(shè)計(jì)制作出理想的個(gè)性化基臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)。

    目前市場上可用于種植修復(fù)的商業(yè)化口內(nèi)掃描系統(tǒng)主要有丹麥3Shape公司的TRIOS系統(tǒng)、德國Sirona公司的CEREC系統(tǒng)、美國3M公司的Lava C.O.S系統(tǒng)等等，這些口內(nèi)掃描系統(tǒng)采用了不同的掃描技術(shù)原理，其中主流技術(shù)主要包括共聚焦顯微成像技術(shù)、主動(dòng)波陣面采樣技術(shù)和三角測量技術(shù)等［18-21］。由于掃描技術(shù)原理不同，各個(gè)口內(nèi)掃描系統(tǒng)的精度也有所差異，研究表明目前大部分口內(nèi)掃描系統(tǒng)所能達(dá)到的掃描精度為20 μm左右［22-23］，尚不能完全滿足種植修復(fù)中所有診療情況的精度要求。比如在多顆牙齒連續(xù)缺失或無牙頜患者的種植修復(fù)病例中，由于相鄰種植體間距較大、黏膜標(biāo)志點(diǎn)缺乏、軟組織動(dòng)度較大等因素存在，口內(nèi)掃描時(shí)種植體之間的距離測算可能發(fā)生錯(cuò)誤、種植體角度定位可能出現(xiàn)偏差［24］。口內(nèi)數(shù)字印模技術(shù)由于存在一定的技術(shù)瓶頸和局限，目前尚無法完全取代傳統(tǒng)的印模獲取技術(shù)，如何進(jìn)一步提高種植體穿齦區(qū)形態(tài)的轉(zhuǎn)移精度、增強(qiáng)掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)拼接重建能力將會(huì)是亟待解決的問題。

3.2  個(gè)性化基臺(tái)和臨時(shí)冠的設(shè)計(jì)與制作

    基于口內(nèi)掃描圖像的數(shù)字化三維呈現(xiàn)，醫(yī)生和技師可以利用配套軟件在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確、便捷地對(duì)種植體基臺(tái)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，主要包括CAD/CAM個(gè)性化基臺(tái)和臨時(shí)冠的設(shè)計(jì)與制作。CAD/CAM個(gè)性化基臺(tái)是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造而成的個(gè)性化基臺(tái)，具有與種植體周圍牙齦組織更加匹配的穿齦形態(tài)，提高了種植修復(fù)的功能和美學(xué)效果。目前CAD/CAM個(gè)性化基臺(tái)系統(tǒng)主要有瑞典Nobel Biocare公司開發(fā)的Procera系統(tǒng)和美國3iImplant Innovations公司開發(fā)的Encode Restorative密碼修復(fù)系統(tǒng)，而國內(nèi)對(duì)于CAD/CAM個(gè)性化基臺(tái)的制作加工核心技術(shù)研究仍處于起步階段，尚需更多地運(yùn)用和進(jìn)一步發(fā)展。雖然通過CAD/CAM技術(shù)制作而成的個(gè)性化基臺(tái)具有更高的精度和良好的性能，且制作更加簡單高效，但是由于材料和加工費(fèi)用昂貴，短期內(nèi)CAD/CAM個(gè)性化基臺(tái)在國內(nèi)的普及會(huì)面臨一定的困難。此外在種植手術(shù)術(shù)中對(duì)患者進(jìn)行口內(nèi)光學(xué)掃描，也可以及時(shí)獲取患者術(shù)中的數(shù)字化印模圖像，從而更加快速、便捷地設(shè)計(jì)制作出合適的臨時(shí)冠（圖3）。

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 總  結(jié)

    口腔種植修復(fù)領(lǐng)域中的數(shù)字化技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，緊緊貫穿于種植修復(fù)診療的全過程中（圖4），極大地改變了臨床醫(yī)生的思維習(xí)慣和診療模式?，F(xiàn)階段數(shù)字化技術(shù)在口腔種植領(lǐng)域中的運(yùn)用尚存在一定的局限，臨床醫(yī)生必須遵循種植修復(fù)的基本原則、熟練掌握數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用技巧，這樣才能充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的作用，最終達(dá)到精準(zhǔn)、高效、舒適的個(gè)性化種植診療效果。

來源：《口腔醫(yī)學(xué)》2017年，37卷7期：577-582.