數(shù)字化技術在口腔種植修復中的應用
數(shù)字化技術在口腔種植修復中的應用
滿 毅
專家介紹：滿毅，副教授，四川大學華西口腔醫(yī)學院種植科主任，種植教研室主任，碩士研究生導師?？谇粩?shù)字化產(chǎn)業(yè)分會副主任委員，四川省衛(wèi)計委學術技術帶頭人后備人選，四川省口腔醫(yī)學會種植專委會候任主任委員，Clinical Implant Dentistry Related Research中文版副主編，中華口腔種植專委會委員，國際種植學會專家組成員（ITI fellow），四川省口腔醫(yī)學會理事，四川省口腔醫(yī)學會口腔裝備委員會常委。2007年四川大學華西口腔醫(yī)學院獲博士學位，導師宮蘋教授。2010獲國際種植學會青年學者獎勵，2010—2012在美國Tufts大學牙學院被聘為臨床講師，2011—2012美國哈佛大學訪問學者。通過對臨床工作的總結(jié)，改良多種種植外科和修復技術發(fā)表在國際種植學、外科學和修復學雜志，發(fā)表臨床論文和科研論文30余篇，主持多項國際、國家、省部級課題。
摘要
隨著計算機技術的飛速發(fā)展及其在口腔醫(yī)學領域的廣泛應用，當代口腔種植診療模式發(fā)生了前所未有的改變。數(shù)字化技術已真正滲透到種植修復治療中的每一個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了精準、高效、舒適的個性化口腔種植診療新模式。該文旨在詳細介紹口腔種植學中數(shù)字化技術的臨床應用現(xiàn)狀，闡述分析其優(yōu)勢與局限，并對其未來的發(fā)展方向進行探討與展望。
［關鍵詞］ 錐形束CT；數(shù)字化外科手術；口內(nèi)數(shù)字化印模；牙種植
數(shù)字化口腔醫(yī)學已成為當代口腔醫(yī)學的發(fā)展趨勢之一，數(shù)字化軟件和硬件技術在口腔醫(yī)學診療中的應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、高效、自動的方向發(fā)展?？谇环N植技術作為口腔醫(yī)學技術的重要分支，如今已成為修復牙列缺損及牙列缺失的最有效臨床方法之一。近年來，口腔種植技術發(fā)展迅猛、不斷成熟，這與數(shù)字化技術在口腔種植修復中日趨廣泛的應用緊密相關。本文結(jié)合臨床實際，逐一深入探討數(shù)字化技術在種植修復診療過程中的應用環(huán)節(jié)，包括術前影像診斷評估、數(shù)字化種植外科手術和后期種植修復階段的計算機輔助設計制造，對數(shù)字化口腔種植診療的現(xiàn)狀做出總結(jié)。
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數(shù)字化影像診斷與術前評估
口腔醫(yī)學影像技術是口腔疾病診療的前提和基礎，傳統(tǒng)的口腔放射線檢查技術主要包括X線平片和曲面斷層攝影。然而，通過傳統(tǒng)影像學技術得到的圖像僅僅是二維平面圖像，在成像過程中會發(fā)生多種解剖結(jié)構(gòu)的重疊，不恰當?shù)耐墩战嵌群筒僮鞣绞竭€會造成圖像的扭曲變形，這些情況都無疑增加了診斷難度。對于口腔種植手術而言，二維影像更是無法提供充足的術前診斷信息，無法使醫(yī)生在術前準確掌握缺牙區(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）之間的距離關系。
20世紀70年代，螺旋CT開始逐漸運用到口腔醫(yī)學領域，利用扇形X線束探測物體一維斷層圖像并通過計算機軟件處理重建三維影像，突破了傳統(tǒng)影像學技術只能用二維影像來反映三維目標的局限，開啟了數(shù)字化三維影像的時代。但是螺旋CT技術存在掃描時間長、放射劑量大、空間分辨率低等缺點，而且儀器設備昂貴，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用。1997年，世界上首臺口腔頜面部專用的錐形束CT機（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)并通過計算機重建得到三維圖像，具有掃描速度快、精確度高［2］和輻射劑量小等優(yōu)點。在種植修復領域中，CBCT更是為臨床醫(yī)生的術前診斷和手術規(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），進而選擇出理想的種植體長度和直徑、制定完善的手術計劃，最終提高種植手術成功率。目前研究認為，CBCT是一種較為理想的口腔種植術前影像檢查技術［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技術的發(fā)展趨勢應當是在盡量減少現(xiàn)有弊端的同時，增強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)、顳頜關節(jié)運動數(shù)據(jù)等）的融合功能，實現(xiàn)更加直觀全面的口腔頜面部數(shù)據(jù)信息重現(xiàn)。
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計算機輔助導航下的種植外科手術
計算機輔助導航下的種植外科手術技術是如今數(shù)字化口腔種植中的重要組成部分，主要包括數(shù)字化種植手術導板技術（靜態(tài)導航）和術中實時導航技術（動態(tài)導航）。
2.1 數(shù)字化種植手術導板技術
數(shù)字化種植手術導板是指在種植手術前對患者的數(shù)字化影像信息進行三維重建和可視化處理后，利用口腔種植設計軟件模擬手術進行種植體植入方案規(guī)劃，最終通過數(shù)字化工業(yè)成型技術加工制作而成的一種術中定位裝置。與傳統(tǒng)的種植手術導板相比，數(shù)字化種植手術導板的設計更加充分地考慮到了頜骨內(nèi)部較為精確的解剖情況，能夠避免術中誤傷下頜神經(jīng)管、上頜竇底等重要解剖結(jié)構(gòu)，同時輔助醫(yī)生決定種植體的理想植入位置、深度和角度，從而降低手術風險、提高種植修復的成功率［5-7］。
傳統(tǒng)的種植手術導板需要借助石膏模型，通過熱壓膜技術制作完成。而數(shù)字化種植手術導板的制作過程則更為精準化、個性化和自動化，首先需要設計并制作帶有預期修復體信息的診斷導板，然后使患者佩戴阻射性放射導板進行頜骨CT掃描，將得到的DICOM影像數(shù)據(jù)導入種植導板設計軟件中，進行閾值分割和圖像配準，在三維重建后的頜骨影像上根據(jù)以修復為導向的種植手術原則、綜合考慮頜骨內(nèi)解剖條件，設計出合理的種植體植入數(shù)量和位置。確定種植方案以后，在軟件中生成相應的種植手術模板，最后進行手術導板的數(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和數(shù)控切割技術。隨著光學掃描技術的發(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)進行匹配，進一步對種植手術導板做出規(guī)劃設計（圖2）。
近年來，數(shù)字化種植手術導板技術發(fā)展迅速，已經(jīng)得到了較為廣泛的應用［8-10］。一系列相應的口腔種植手術輔助規(guī)劃軟件也隨之產(chǎn)生，較為常用的有比利時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)字化導板設計軟件不僅能夠輔助模擬出高精度的種植手術、進行手術方案的規(guī)劃和導板的設計，同時還方便醫(yī)生在術前將手術思路清楚地呈現(xiàn)給患者，有利于進行及時的醫(yī)患交流和溝通。
目前臨床上常用的數(shù)字化手術導板依據(jù)導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)不同的牙頜狀況進行選擇。不同支持類型的種植手術導板精度存在差異，黏膜支持式手術導板依賴黏膜提供支持固位，而黏膜又具有一定的彈性，因此在種植術中導板的穩(wěn)定性常常會受到影響。研究表明，使用黏膜支持式導板進行手術，種植體植入后的頸部、尖部位置偏差以及角度偏離均較大，而牙支持式手術導板的精度最高、固位穩(wěn)定性最好［11- 12］。除了不同的手術導板固位支持方式會影響導板精度以外，不同的CT影像數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型精度、導板設計軟件、生產(chǎn)廠家和制作工藝以及臨床醫(yī)生的操作經(jīng)驗等因素都會對最終種植手術導板的使用效果造成影響。一項針對數(shù)字化種植手術導板精度的系統(tǒng)回顧性研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段種植手術導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)字化種植手術導板是實現(xiàn)微創(chuàng)、精準、安全這一種植治療目標的重要工具，但是其目前的使用仍存在一定的局限，例如患者額外的費用支出、就診次數(shù)的增加、導板使用過程中出現(xiàn)的問題以及不同廠家導板質(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)字化種植手術導板輔助手術后并發(fā)癥發(fā)生率高達36.4%［13］。種植手術導板的存在無法取代臨床醫(yī)生，成功的導板使用效果依賴于醫(yī)生術前合理的設計和手術中豐富的操作經(jīng)驗。此外，醫(yī)生一定要準確掌握種植手術導板的適應證，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、美學區(qū)種植等較為復雜的病例。準確掌握導板適應證、仔細分析病例情況，不斷學習改進種植導板的使用方法，利用數(shù)字化導板為患者提供更為個性化、精準化的種植治療方案，才能夠最大化發(fā)揮數(shù)字化手術導板的作用。目前國內(nèi)的數(shù)字化種植手術導板技術也已經(jīng)有了較大的進步，未來將會進一步成熟并得到越來越多的應用。
2.2 術中實時導航技術
由于現(xiàn)階段種植手術導板技術仍存在定位偏差、術后并發(fā)癥等諸多局限，有越來越多的醫(yī)生、學者開始嘗試將手術導航系統(tǒng)運用到口腔種植手術當中，以期實現(xiàn)更為精準、靈活、方便的種植手術［14-17］。
計算機輔助導航手術（computer-navigated surgery）是指術中能夠在計算機同一坐標系中同時顯示患者術前經(jīng)過三維重建和可視化處理后的手術部位與配有定位裝置的手術器械，實時反映術中手術器械與手術部位的相對位置關系，從而指導手術操作的進行，最終使手術實際效果與術前規(guī)劃盡量達到一致?？谇环N植手術導航系統(tǒng)可以使操作者在術中實時觀察種植體植入的深度、 角度和準確位置，便于醫(yī)生根據(jù)實際情況及時調(diào)整鉆針的方向，此外還可以在無需借助手術導板的情況下進行不翻瓣的種植手術操作，減小了手術創(chuàng)傷?？紤]到導航系統(tǒng)設備昂貴，目前認為口腔種植手術導航技術主要適用于局部解剖條件復雜的多牙缺失、牙列缺損病例。Wittwer 等使用種植導航技術將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97.5%［16］。不過目前種植導航技術引導下的種植體植入位置仍存在較小偏差，因此進一步提高術中導航的精度和速度將會是未來手術導航的發(fā)展方向。目前國內(nèi)種植手術導航技術仍處于起步階段，還需要醫(yī)生們進行更多的研究和探討。
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3 基臺與上部結(jié)構(gòu)的個性化設計與制作
3.1 數(shù)字化印模的獲取
口腔數(shù)字印模獲取技術是現(xiàn)代數(shù)字化口腔種植修復得以不斷發(fā)展的重要基礎，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)應用較為成熟的牙頜石膏模型三維掃描技術；直接獲取法則是指口內(nèi)數(shù)字印模技術（intra-oral scanner），即在患者口內(nèi)直接置入小型光學掃描頭，然后對患者口內(nèi)軟硬組織表面形態(tài)、牙頜狀況等進行實時捕獲和數(shù)字化模型重建。近年來口內(nèi)數(shù)字印模技術不斷發(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，對醫(yī)生來說更是大大提高了工作效率，簡便快捷又易于存儲。在種植修復中，可以最大化利用口內(nèi)數(shù)字印模技術的優(yōu)勢，減少術中/術后取模時對牙齦軟組織的刺激以及對種植體造成的不良應力，準確反映穿齦區(qū)形態(tài)，結(jié)合CAD/CAM軟件設計制作出理想的個性化基臺和上部結(jié)構(gòu)。
目前市場上可用于種植修復的商業(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原理，其中主流技術主要包括共聚焦顯微成像技術、主動波陣面采樣技術和三角測量技術等［18-21］。由于掃描技術原理不同，各個口內(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)所能達到的掃描精度為20 μm左右［22-23］，尚不能完全滿足種植修復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病例中，由于相鄰種植體間距較大、黏膜標志點缺乏、軟組織動度較大等因素存在，口內(nèi)掃描時種植體之間的距離測算可能發(fā)生錯誤、種植體角度定位可能出現(xiàn)偏差［24］。口內(nèi)數(shù)字印模技術由于存在一定的技術瓶頸和局限，目前尚無法完全取代傳統(tǒng)的印模獲取技術，如何進一步提高種植體穿齦區(qū)形態(tài)的轉(zhuǎn)移精度、增強掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)拼接重建能力將會是亟待解決的問題。
3.2 個性化基臺和臨時冠的設計與制作
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算機上準確、便捷地對種植體基臺和上部結(jié)構(gòu)進行設計和制作，主要包括CAD/CAM個性化基臺和臨時冠的設計與制作。CAD/CAM個性化基臺是利用計算機輔助設計制造而成的個性化基臺，具有與種植體周圍牙齦組織更加匹配的穿齦形態(tài)，提高了種植修復的功能和美學效果。目前CAD/CAM個性化基臺系統(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密碼修復系統(tǒng)，而國內(nèi)對于CAD/CAM個性化基臺的制作加工核心技術研究仍處于起步階段，尚需更多地運用和進一步發(fā)展。雖然通過CAD/CAM技術制作而成的個性化基臺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用昂貴，短期內(nèi)CAD/CAM個性化基臺在國內(nèi)的普及會面臨一定的困難。此外在種植手術術中對患者進行口內(nèi)光學掃描，也可以及時獲取患者術中的數(shù)字化印模圖像，從而更加快速、便捷地設計制作出合適的臨時冠（圖3）。
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總 結(jié)
口腔種植修復領域中的數(shù)字化技術正處于快速發(fā)展階段，緊緊貫穿于種植修復診療的全過程中（圖4），極大地改變了臨床醫(yī)生的思維習慣和診療模式?，F(xiàn)階段數(shù)字化技術在口腔種植領域中的運用尚存在一定的局限，臨床醫(yī)生必須遵循種植修復的基本原則、熟練掌握數(shù)字化技術的運用技巧，這樣才能充分發(fā)揮數(shù)字化技術的作用，最終達到精準、高效、舒適的個性化種植診療效果。
來源：《口腔醫(yī)學》2017年，37卷7期：577-582.
