數字化技術在口腔種植外科中的應用

顧雨薇 吳軼群

(上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院口腔醫學院口腔第二門診，國家口腔疾病臨床醫學研究中心，上海市口腔醫學重點實驗室，上海市口腔醫學研究所，上海 200011)

種植體的三維位點的準確性是影響修復體功能和美觀的重要因素，先前種植體三維位點的準確性主要依賴于外科醫生的臨床經驗，尤其是在自由手手術中，但在臨床中經常會遇到各種復雜的病例，如連續多牙缺失、全口無牙頜、嚴重萎縮頜骨和特殊解剖結構等，這就需要更高的手術精度，而數字化靜態導板可以提供可視化的術前規劃方案，醫生可以按“以修復為導向”的原則將種植體設計在理想的位點，提前預測治療難度并規避手術風險，使治療過程和術后結果更具有可預期性。數字化靜態導板手術的基本流程是：數據采集、種植方案設計、導板的設計與制作、引導種植體植入。其手術精確性由所有步驟的累積誤差和交互誤差共同決定，這就要求我們對影響手術精度的因素有一個深入的了解，從而盡可能地減少誤差的產生。本文就數字化靜態手術導板技術及動態導航技術的臨床應用現狀、各自的優點及局限性進行闡述，并對其未來發展進行展望。

1 數據采集與輔助設計軟件

1988年錐形束CT(CBCT)技術由意大利學者MOZZO等[1]研發。近年來，CBCT已被廣泛應用于口腔種植領域，與傳統的多層螺旋CT(MSCT)相比，CBCT具有更高的空間分辨率，尤其適用于口腔頜面部牙體、細微的牙槽骨結構以及下頜神經管等結構的觀察。CBCT較MSCT具有掃描時間短、輻射量小以及費用更低的優點，因此逐漸成為口腔種植常用的術前診斷與設計工具，可以提供患者骨質、骨量和重要解剖位置關系等術前規劃的必要信息。1987年ROTHMAN等[2]首次使用計算機重建CT曲面斷層影像并應用于臨床。隨后，各種應用于口腔的輔助設計軟件相繼面世，包括Simplant、NobelClinician、Procera、CADimplant以及3Shape等，熟練地運用各種輔助設計軟件進行數據處理，測量缺牙區剩余骨量，描記神經管，并進行術前規劃，選用合適的種植體進行虛擬植入，可以導出方案與患者進行直觀的術前談話，也可以進一步設計數字化導板，利用計算機輔助設計和計算機輔助制造(CAD/CAM)技術，進一步制作數字化靜態導板。

2 數字化靜態導板的分類

數字化靜態導板根據支持類型可分為黏膜支持式、骨支持式、牙支持式和混合支持式。其中黏膜支持式導板僅適用于牙列缺失的患者，由于導板直接貼附于牙槽嵴黏膜，活動度大，術中可能會滑動，有時需要在患者頰舌側增加固位釘以提升導板的固位力[3]。術中如需更換套管，應注意防止患者誤吞[4]。術中也應隨時檢查固位釘是否松動移位，及時擰緊。骨支持式導板由于需要翻開全厚瓣，創傷較大，術后腫脹、疼痛發生率高，其優點在于術區暴露清晰，能更好地控制種植體植入的深度。牙支持式導板適用于缺牙較少且鄰牙穩固的位點，由于是通過鄰牙固位，導板穩定性好，精確性高，且操作容易。混合支持式導板是結合以上多種支持方式共同支持的導板，多用于缺牙較多的患者，尤其適用于末端游離缺失的患者。

根據種植窩限制程度，數字化靜態導板又可分為非限制式、部分限制式、完全限制式數字化導板。非限制式導板僅限制種植體的位置，不限制種植體的植入方向和深度，優點是制作簡單，成本較低。部分限制式導板對種植體植入的位置和方向均有限制，但對種植深度沒有限制，具有較高的成本效益，臨床使用較多。完全限制式導板對種植體植入位置、方向和深度均有限制，常與微創種植技術相結合并應用于骨量和軟組織情況均較好的患者。

數字化靜態導板還可分為全程導航種植導板、半程導航種植導板和先鋒鉆種植導板。全程導航種植導板在種植窩預備和種植體植入過程中全程引導，在使用過程中需要全程都配備專用的手術器械，逐級使用擴孔鉆和套管直到預備至最終的直徑和深度。需要注意的是，使用全程導航種植導板時，尤其需要注意對種植窩進行降溫，必要時需增加輔助的降溫措施。半程導航種植導板是指在種植窩備洞的前半程使用導板，隨后轉為自由手手術，半程導板可以在不同系統的不同工具盒中靈活運用，故又稱為通用導板。先鋒鉆種植導板顧名思義只在種植窩洞預備中使用先鋒鉆，僅起到一定的定位作用，隨后均使用自由手進行操作。

3 數字化靜態導板手術的精確性分析

數字化靜態導板每一步都會產生相應的誤差，種植手術的成功與種植體早期失敗的發生直接相關，數字化靜態導板精確性的分析即是對術前規劃的位點與術后的實際位點進行比對，通過對影像學信息的分析，獲取種植體在各個角度所有偏差的總和，通常用4個指標來表示，即入點偏差、根尖偏差、角度偏差和深度偏差。PETTERSSON等[5]比較了25例牙列缺失患者術前種植體虛擬植入影像與實際植入術后1年的CT影像，采用種植體根尖偏差、冠部六角偏差、角度偏差和深度偏差4個指標評價導板手術的精確性，發現當單獨考慮其中任一指標時，種植體1年后的實際位點與術前虛擬植入的位點在上下頜骨中均有顯著性差異，但同時考慮4個指標時，未觀察到顯著性差異。該結果提示，種植體的植入中盡管使用了靜態導板，術中誤差仍不可避免，在使用靜態導板時應充分考慮可能產生的偏差，盡可能地避免種植體接近重要解剖部位，如下頜神經管、頦孔、上頜竇底等。

不同支持方式的數字化靜態導板間的精確性也值得探討，有研究分析了黏膜支持式、骨支持式和牙支持式導板之間的精確性差異，黏膜支持式導板與骨支持式導板相比，其根尖偏差、入點偏差和角度偏差均有所降低，與牙支持式導板之間無顯著差異[6]。

CHEN等[7]比較了靜態導板手術與自由手手術之間在精確性方面的差異，Meta分析了899枚植體，其中使用導板553枚，自由手346枚，結果顯示兩者的種植體留存率沒有顯著性差異；在精確性方面，導板手術在角度偏差和根尖偏差方面均明顯優于自由手手術，其中角度偏差平均減少5.45°，根尖偏差平均減少0.83 mm，而入點偏差方面由于納入的病例存在顯著異質性差異，未能得出可靠結論。

ARISAN等[4]學者比較了自由手手術、骨支持式導板與黏膜支持式導板聯合微創種植術后(微創組)3種術式患者的疼痛與腫脹程度，結果顯示微創組的VAS評分顯著降低，術后服用止痛藥的劑量也顯著降低。在術后第7天復查3種術式患者的腫脹程度，未見明顯差異，微創組發生張口受限的概率顯著降低，手術時間減少，患者術后疼痛腫脹減輕，一定程度上避免了軟組織退縮的風險。但作者同時也提出，微創種植技術敏感性較高，應嚴格把握其適應證。

4 數字化靜態導板精確性的影響因素

數字化靜態導板應用中每一步操作都會最終影響導板的精確性，包括影像學數據的采集與處理、手術導板的加工與制作、導板定位與擴孔過程中產生的移位以及手術器械本身的機械誤差等，所有的誤差可以累積并相互影響[8]。

體外模型研究結果顯示，種植手術規劃中應用MSCT與CBCT對精確性無明顯影響[9]。對于無牙頜患者，術前佩戴可以顯影的修復體(一般是含鋇的活動義齒)進行CBCT攝片(診斷片)，用以指導術前種植位點的規劃，因此術前修復體放置的位置是否精確對術中導板的定位和穩定的維持尤為重要。也有研究強調拍攝診斷片時應使用固定裝置，從而保證定位導板不移位，術者可以通過CT影像中定位導板與軟組織間是否有空氣來判斷修復體是否移位，若觀察到診斷片中定位導板發生移位，應注意到導板所提示的牙位相對于頜骨的位置可能不正確，所顯示的垂直距離可能不可靠，否則可能會導致種植體未設計在理想的位點，進一步導致手術導板的定位和穩定性不佳[8]。

手術過程中導板的移位在不同類型的手術導板中均會發生[4]，對于骨支持式導板，由于缺乏固位，導板經常在擴孔的過程中自發地遠離牙槽骨，這種情況在骨密度較高的菲薄牙槽骨上更明顯。而對于黏膜支持式導板，應警惕固位釘是否松脫，若松脫應及時擰緊，以避免導板不穩定。導板的不穩定，還有可能導致擴孔過程中導板的折斷，應注意避免。

BEHNEKE等[10]學者分析了影響牙支持式導板精確性的因素，包括頜骨類型(上/下頜)、手術方式(翻瓣/微創)以及導板類型。觀察到上下頜應用導板后的入點和角度偏差沒有統計學意義，根尖誤差雖然在上頜與下頜間有統計學差異，但其中位數差值僅0.1 mm，沒有臨床意義；翻瓣手術與微創手術比較，臨床差異也不明顯；而自由手手術與全程導板或半程導板手術相比，其種植體的入點、根方和角度偏差均顯著增大。

另有研究對NobelGuide導板在上下頜與牙弓前后區的精確性方面進行比較，發現下頜的偏差顯著低于上頜，前牙區的精確性顯著高于后牙區，但偏差的均值均位于手術計劃的安全區范圍內，可以按計劃植入種植體；此外，該研究還發現，在手術過程中，偏差值與黏膜厚度之間呈現顯著相關性，黏膜厚度每增加1 mm，偏差值平均增加0.41 mm[11]。但同樣所有偏差均很小，在臨床中沒有意義。

嚴重萎縮無牙上頜一直是口腔種植中的難點，如何在不犧牲手術精度的同時，降低患者手術的侵入性，縮短手術時長、減少術后腫脹疼痛程度以及縮短治療時間和降低治療成本一直是研究的熱點。通過術前口內掃描結果與CBCT數據疊加的方法[12]，需要術者術前制作具備至少4個阻射點并暴露上頜腭皺襞的放射導板，患者佩戴及不佩戴導板進行兩次口內掃描，術者利用腭皺襞作為參考點實現放射導板與口內軟組織的配準，再利用阻射點實現口內掃描結果與CBCT數據的疊加，實現骨質、骨量、軟組織和修復體四者集成于一體的數字化種植修復計劃，從而實現手術的可預期性。通過該方法可避免CBCT影像所致誤差，并能更直觀地獲得患者的牙列信息，以便于排牙和制作導板，但這種“全數字化”技術也意味著更多的時間和成本[13]。

數字化導板在應用過程中，必須保證患者足夠的開口度，對于后牙區開口度不足的患者，可能由于器械無法安放轉而使用自由手進行種植窩的預備。近年來，動態導航技術不斷發展，在上頜后牙區骨量嚴重不足的患者以及顴種植手術等復雜術式中逐步推廣應用[14]，其優勢在于手術過程中可以實現實時反饋，適應性好，也可以根據術中情況進行靈活調整，使手術真正實現全程可視化。HUNG等[15]對實時動態導航技術在雙側雙顴種植手術中的精度進行了研究，發現動態導航技術的應用可以降低手術并發癥的發生率，使種植體植入理想的位置。

5 靜態導板在數字化種植外科中的局限性

2013年的國際口腔種植學會(ITI)共識會議中，TAHMASEB等[16]對14項有關生存率和24項有關精確性的研究進行了系統評價，納入的1 941 枚種植體生存率為 97.3%，但有36.4%的病例出現了術中或術后并發癥，如術中導板折斷、由于種植體缺乏初期穩定性而在術中更改治療計劃、需要進行術前規劃外的植骨、固位釘松動致無法使用導板及種植體折斷等等，最后Meta分析的結果顯示，尚無證據表明計算機輔助手術在安全性、結局、并發癥或效率方面優于傳統自由手手術。

UNSAL等[17]對近10年來有關CAD/CAM種植導板手術的文獻進行了系統評價，共納入了9篇文獻，結果表明種植體入點以及根尖的線性誤差分別為(2.05±0.74)和(2.28±0.27)mm，角度偏差為(5.01±0.2)°，其中臨床研究報道的偏差較體外研究更顯著。這提示臨床醫師在應用該技術進行術前規劃時，應在重要的解剖位點如下牙槽神經管附近設置足夠的安全緣，避免損傷重要結構引發嚴重并發癥。同時靜態導板技術與其他新方法一樣，存在學習曲線，在臨床上應用該技術的醫師應該接受全面的培訓，以避免產生嚴重的手術和修復并發癥。

NAEINI等[18]對數字化不翻瓣微創種植術進行系統評價，認為靜態導板引導微創種植手術在種植體生存率、邊緣骨喪失和種植體周改變方面可與自由手手術相媲美。關于靜態導板引導微創種植手術，導板的支持方式和方案設計與手術的精確性之間存在顯著相關性，其中牙支持導板比骨或黏膜支持的導板精確性更高。與半程導板手術相比，全程導板手術的精確性更高。由于靜態導板引導微創種植技術對累積誤差非常敏感，因此臨床醫生在手術方案設計與實施的所有步驟中都要格外小心，尤其是在設計虛擬植入的種植體時，應在種植體周圍設置安全緣，與UNSAL等[17]的觀點一致。

6 動態導航系統的組成

計算機輔助口腔種植手術實時導航系統(IGOIS)，即動態導航系統，可在術前利用影像學資料規劃手術路徑的基礎上，通過導航系統軟硬件的結合實現術中對手術器械尖端的實時定位，通過對配準釘的配準實現患者真實坐標與虛擬坐標的擬合，從而實現手術過程的可視化，并實時定位、控制、調整種植窩備洞的路徑及角度。一個完整的手術導航系統包括硬件、配準標定設備以及追蹤系統，其中硬件包括計算機、監控顯示屏、鍵盤和鼠標，配準標定設備包括配準釘、定位探針和標定塊，追蹤系統包括光學定位儀、光學反光球和參考架。

7 動態導航技術精確性的影響因素

動態導航技術相較靜態導板技術而言，技術敏感性更高，操作步驟更多。有研究發現靜態導板技術與動態導航技術在種植體入點及根方的線性偏差方面未見顯著性差異，而角度偏差差異顯著[19]。

針對嚴重萎縮上頜無牙頜的10例患者，在動態導航引導下進行雙側雙顴種植手術，顯示40枚顴種植體的入點偏差和出點偏差分別為(1.35±0.75)與(2.15±0.95)mm，角度偏差為(2.05±1.02)°，偏差值的大小與種植體長度或位點沒有相關性，而且IGOIS進行顴種植手術可以降低手術并發癥的風險，保證種植體的初期穩定性[15]。

與靜態導板技術相似，動態導航技術也存在累積誤差，其精度受所有臨床操作步驟的共同影響，其中配準精度一直是臨床研究的熱點。近年來，隨著人工智能、深度學習等高新技術的發展，各種自動配準技術相繼出現。最近我國就有學者提出了一種自動配準的新系統，命名為“北斗手術導航系統”[20]，利用術前對影像數據的降噪、去偽影化以及均值漂移算法等技術對每個配準點進行自動配準，體外實驗中可行性很好，為臨床研究提供了一種新思路。

8 展望

臨床上應用數字化靜態導板的安全性和有效性已得到實踐驗證，在臨床應用中，應時刻注意減少偏差，首先是攝片時用于顯影的修復體位置要精確，這是保證虛擬植入方案精確的前提。應用軟件進行虛擬植入方案設計時，應注意對重要解剖結構的保護，預留足夠的安全區。術中應時刻保證導板定位的精確和穩定，盡可能地使用固位釘以保證導板的穩固性，并盡量防止固位釘松脫。

近年來針對數字化靜態導板的不足不斷進行改良，如在比較了圓柱形引導環和C形引導環的靜態導板后，發現兩者的種植體線性偏差及角度偏差無顯著差異；改良后的C形引導環允許種植手機側向放置，擴大了靜態導板的適應證，使其可用于張口度不足及后牙區器械難以放置的區域[21]。

另外有學者針對上頜竇側壁開窗術設計了上頜竇外提升導板，可以依據術前CT數據設計種植體的植入位點并計算出上頜竇提升術所需要提升的體積，并以此規劃開窗的范圍[22]。該導板為術者開窗提供了參考，指導了開窗的界限，對于上頜竇內有明顯血管穿入等復雜的病例，有一定的應用前景。

針對有些患者因顧慮輻射而拒絕行CBCT檢查，有學者又提出可利用術前磁共振(MRI)進行引導，制作全程導板引導種植手術[23]，通過比較16例患者(9例牙列缺損，7例牙列缺失患者)的MRI與CBCT的結果，提示MRI可以作為CBCT的一種替代方案用于口腔種植靜態導板手術，但應注意由于MRI存在較明顯的偽影，僅能作為無法應用CBCT患者的替代方案，對于種植位點周圍已有修復體的位點的情況更要慎重應用，或者最好不要應用[24]。

隨著數字化技術與口腔種植外科手術的不斷磨合發展，數字化導板技術與動態導航技術的應用在逐漸增多，技術在不斷改進，如可以實現沉浸式體驗人機互動的虛擬現實技術(VR)、可以將虛擬信息疊加至現實空間的增強現實技術(AR)、將VR和AR有機結合的混合現實技術(MR)以及全球熱點的種植機器人[25]和人工智能(AI)技術等等，這些技術的發展毋庸置疑可以幫助臨床醫師更好地進行臨床決策，使臨床手術更加精準。例如2000年，美國達芬奇手術機器人首次獲得了美國食品藥品監督管理局(FDA)的認證，隨后，機器人手術在醫療領域不斷發展。計算機輔助口腔種植手術(RADS)是動態導航手術的一種新形式，可以在醫師偏離原定手術路徑時提供實時觸覺反饋，2020年，報道了第1例應用RADS的口腔種植手術，為1例患者進行了即刻種植手術并取得了初步成功[26]。

數字技術的發展改變了傳統的手術方式，臨床醫師在應用新技術的同時應保持嚴謹的科學態度，使新技術作為一種新武器更好服務于臨床。