数字化技术在口腔种植修复中的应用

数字化技术在口腔种植修复中的应用

满  毅

专家介绍：满毅，副教授，四川大学华西口腔医学院种植科主任，种植教研室主任，硕士研究生导师。口腔数字化产业分会副主任委员，四川省卫计委学术技术带头人后备人选，四川省口腔医学会种植专委会候任主任委员，Clinical Implant Dentistry Related Research中文版副主编，中华口腔种植专委会委员，国际种植学会专家组成员（ITI fellow），四川省口腔医学会理事，四川省口腔医学会口腔装备委员会常委。2007年四川大学华西口腔医学院获博士学位，导师宫苹教授。2010获国际种植学会青年学者奖励，2010—2012在美国Tufts大学牙学院被聘为临床讲师，2011—2012美国哈佛大学访问学者。通过对临床工作的总结，改良多种种植外科和修复技术发表在国际种植学、外科学和修复学杂志，发表临床论文和科研论文30余篇，主持多项国际、国家、省部级课题。

摘要

随着计算机技术的飞速发展及其在口腔医学领域的广泛应用，当代口腔种植诊疗模式发生了前所未有的改变。数字化技术已真正渗透到种植修复治疗中的每一个环节，实现了精准、高效、舒适的个性化口腔种植诊疗新模式。该文旨在详细介绍口腔种植学中数字化技术的临床应用现状，阐述分析其优势与局限，并对其未来的发展方向进行探讨与展望。

［关键词］  锥形束CT；数字化外科手术；口内数字化印模；牙种植

    数字化口腔医学已成为当代口腔医学的发展趋势之一，数字化软件和硬件技术在口腔医学诊疗中的应用极大地突破了传统诊疗模式所存在的局限，促使口腔疾病的诊断和治疗朝向更加精准、高效、自动的方向发展。口腔种植技术作为口腔医学技术的重要分支，如今已成为修复牙列缺损及牙列缺失的最有效临床方法之一。近年来，口腔种植技术发展迅猛、不断成熟，这与数字化技术在口腔种植修复中日趋广泛的应用紧密相关。本文结合临床实际，逐一深入探讨数字化技术在种植修复诊疗过程中的应用环节，包括术前影像诊断评估、数字化种植外科手术和后期种植修复阶段的计算机辅助设计制造，对数字化口腔种植诊疗的现状做出总结。

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数字化影像诊断与术前评估

    口腔医学影像技术是口腔疾病诊疗的前提和基础，传统的口腔放射线检查技术主要包括X线平片和曲面断层摄影。然而，通过传统影像学技术得到的图像仅仅是二维平面图像，在成像过程中会发生多种解剖结构的重叠，不恰当的投照角度和操作方式还会造成图像的扭曲变形，这些情况都无疑增加了诊断难度。对于口腔种植手术而言，二维影像更是无法提供充足的术前诊断信息，无法使医生在术前准确掌握缺牙区颌骨密度、可用骨量、牙合龈距离以及种植体与邻近重要解剖结构（如上颌窦底、下颌神经管等）之间的距离关系。

    20世纪70年代，螺旋CT开始逐渐运用到口腔医学领域，利用扇形X线束探测物体一维断层图像并通过计算机软件处理重建三维影像，突破了传统影像学技术只能用二维影像来反映三维目标的局限，开启了数字化三维影像的时代。但是螺旋CT技术存在扫描时间长、放射剂量大、空间分辨率低等缺点，而且仪器设备昂贵，因此没能在口腔颌面部三维影像重建中得到更加深入广泛的应用。1997年，世界上首台口腔颌面部专用的锥形束CT机（cone-beam computed tomography, CBCT）问世［1］，采用锥形X线束和面积探测器，在扫描过程中可直接获得二维数据并通过计算机重建得到三维图像，具有扫描速度快、精确度高［2］和辐射剂量小等优点。在种植修复领域中，CBCT更是为临床医生的术前诊断和手术规划过程带来了极大的便利。将CBCT重建的牙颌三维影像数据以DICOM格式输入到第三方软件后，医生可以在术前精确地测量出拟种植区牙槽骨的宽度和高度，并能清楚观察邻近重要解剖结构的位置和情况（图1），进而选择出理想的种植体长度和直径、制定完善的手术计划，最终提高种植手术成功率。目前研究认为，CBCT是一种较为理想的口腔种植术前影像检查技术［3］。    

    但是目前口腔CBCT仍存在着金属伪影降低图像质量［4］、软组织分辨率低等问题，未来口腔CBCT技术的发展趋势应当是在尽量减少现有弊端的同时，增强同其他牙颌面软硬组织三维重建数据（如面部软组织形貌数据、口内扫描数据、颞颌关节运动数据等）的融合功能，实现更加直观全面的口腔颌面部数据信息重现。

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计算机辅助导航下的种植外科手术

    计算机辅助导航下的种植外科手术技术是如今数字化口腔种植中的重要组成部分，主要包括数字化种植手术导板技术（静态导航）和术中实时导航技术（动态导航）。

2.1  数字化种植手术导板技术

    数字化种植手术导板是指在种植手术前对患者的数字化影像信息进行三维重建和可视化处理后，利用口腔种植设计软件模拟手术进行种植体植入方案规划，最终通过数字化工业成型技术加工制作而成的一种术中定位装置。与传统的种植手术导板相比，数字化种植手术导板的设计更加充分地考虑到了颌骨内部较为精确的解剖情况，能够避免术中误伤下颌神经管、上颌窦底等重要解剖结构，同时辅助医生决定种植体的理想植入位置、深度和角度，从而降低手术风险、提高种植修复的成功率［5-7］。

    传统的种植手术导板需要借助石膏模型，通过热压膜技术制作完成。而数字化种植手术导板的制作过程则更为精准化、个性化和自动化，首先需要设计并制作带有预期修复体信息的诊断导板，然后使患者佩戴阻射性放射导板进行颌骨CT扫描，将得到的DICOM影像数据导入种植导板设计软件中，进行阈值分割和图像配准，在三维重建后的颌骨影像上根据以修复为导向的种植手术原则、综合考虑颌骨内解剖条件，设计出合理的种植体植入数量和位置。确定种植方案以后，在软件中生成相应的种植手术模板，最后进行手术导板的数字化加工制造，其中最常用的加工方式主要是快速成型技术和数控切割技术。随着光学扫描技术的发展，现在也可以通过牙颌石膏模型扫描或口内扫描快速、精确地获取患者口内的软硬组织轮廓形态，然后使用与之配套的软件将扫描数据与CT影像数据进行匹配，进一步对种植手术导板做出规划设计（图2）。    

    近年来，数字化种植手术导板技术发展迅速，已经得到了较为广泛的应用［8-10］。一系列相应的口腔种植手术辅助规划软件也随之产生，较为常用的有比利时Materialise公司的Simplant软件系统、瑞典Nobel Biocare公司的Nobel Guide软件系统、德国Media Lab Software公司的Implant 3D软件系统等等。

    理想的数字化导板设计软件不仅能够辅助模拟出高精度的种植手术、进行手术方案的规划和导板的设计，同时还方便医生在术前将手术思路清楚地呈现给患者，有利于进行及时的医患交流和沟通。

    目前临床上常用的数字化手术导板依据导板支持类型可以分为牙支持式、骨支持式、黏膜支持式和混合支持式四类，医生需要根据患者口内不同的牙颌状况进行选择。不同支持类型的种植手术导板精度存在差异，黏膜支持式手术导板依赖黏膜提供支持固位，而黏膜又具有一定的弹性，因此在种植术中导板的稳定性常常会受到影响。研究表明，使用黏膜支持式导板进行手术，种植体植入后的颈部、尖部位置偏差以及角度偏离均较大，而牙支持式手术导板的精度最高、固位稳定性最好［11- 12］。除了不同的手术导板固位支持方式会影响导板精度以外，不同的CT影像数据质量、模型精度、导板设计软件、生产厂家和制作工艺以及临床医生的操作经验等因素都会对最终种植手术导板的使用效果造成影响。一项针对数字化种植手术导板精度的系统回顾性研究发现，现阶段种植手术导板使用以后种植体颈部的平均偏离值为1.12 mm，而尖端平均偏离值为1.39 mm［13］。

    虽然数字化种植手术导板是实现微创、精准、安全这一种植治疗目标的重要工具，但是其目前的使用仍存在一定的局限，例如患者额外的费用支出、就诊次数的增加、导板使用过程中出现的问题以及不同厂家导板质量不均等等。Tahmaseb等通过系统回顾性研究发现，使用数字化种植手术导板辅助手术后并发症发生率高达36.4%［13］。种植手术导板的存在无法取代临床医生，成功的导板使用效果依赖于医生术前合理的设计和手术中丰富的操作经验。此外，医生一定要准确掌握种植手术导板的适应证，主要包括不翻瓣种植、多颗连续牙缺失种植、无牙颌种植、特殊解剖结构区种植、美学区种植等较为复杂的病例。准确掌握导板适应证、仔细分析病例情况，不断学习改进种植导板的使用方法，利用数字化导板为患者提供更为个性化、精准化的种植治疗方案，才能够最大化发挥数字化手术导板的作用。目前国内的数字化种植手术导板技术也已经有了较大的进步，未来将会进一步成熟并得到越来越多的应用。

2.2  术中实时导航技术

    由于现阶段种植手术导板技术仍存在定位偏差、术后并发症等诸多局限，有越来越多的医生、学者开始尝试将手术导航系统运用到口腔种植手术当中，以期实现更为精准、灵活、方便的种植手术［14-17］。

    计算机辅助导航手术（computer-navigated surgery）是指术中能够在计算机同一坐标系中同时显示患者术前经过三维重建和可视化处理后的手术部位与配有定位装置的手术器械，实时反映术中手术器械与手术部位的相对位置关系，从而指导手术操作的进行，最终使手术实际效果与术前规划尽量达到一致。口腔种植手术导航系统可以使操作者在术中实时观察种植体植入的深度、    角度和准确位置，便于医生根据实际情况及时调整钻针的方向，此外还可以在无需借助手术导板的情况下进行不翻瓣的种植手术操作，减小了手术创伤。考虑到导航系统设备昂贵，目前认为口腔种植手术导航技术主要适用于局部解剖条件复杂的多牙缺失、牙列缺损病例。Wittwer 等使用种植导航技术将80枚种植体植入20例下颌牙列缺失的患者中，结果发现种植体成功率高达97.5%［16］。不过目前种植导航技术引导下的种植体植入位置仍存在较小偏差，因此进一步提高术中导航的精度和速度将会是未来手术导航的发展方向。目前国内种植手术导航技术仍处于起步阶段，还需要医生们进行更多的研究和探讨。

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3  基台与上部结构的个性化设计与制作

3.1  数字化印模的获取

    口腔数字印模获取技术是现代数字化口腔种植修复得以不断发展的重要基础，主要包括间接获取法和直接获取法。其中间接获取法是已经应用较为成熟的牙颌石膏模型三维扫描技术；直接获取法则是指口内数字印模技术（intra-oral scanner），即在患者口内直接置入小型光学扫描头，然后对患者口内软硬组织表面形态、牙颌状况等进行实时捕获和数字化模型重建。近年来口内数字印模技术不断发展，这种新兴的印模获取方式不仅减少了传统硅橡胶取模给患者带去的软硬组织刺激和咽反射等不适体验，对医生来说更是大大提高了工作效率，简便快捷又易于存储。在种植修复中，可以最大化利用口内数字印模技术的优势，减少术中/术后取模时对牙龈软组织的刺激以及对种植体造成的不良应力，准确反映穿龈区形态，结合CAD/CAM软件设计制作出理想的个性化基台和上部结构。

    目前市场上可用于种植修复的商业化口内扫描系统主要有丹麦3Shape公司的TRIOS系统、德国Sirona公司的CEREC系统、美国3M公司的Lava C.O.S系统等等，这些口内扫描系统采用了不同的扫描技术原理，其中主流技术主要包括共聚焦显微成像技术、主动波阵面采样技术和三角测量技术等［18-21］。由于扫描技术原理不同，各个口内扫描系统的精度也有所差异，研究表明目前大部分口内扫描系统所能达到的扫描精度为20 μm左右［22-23］，尚不能完全满足种植修复中所有诊疗情况的精度要求。比如在多颗牙齿连续缺失或无牙颌患者的种植修复病例中，由于相邻种植体间距较大、黏膜标志点缺乏、软组织动度较大等因素存在，口内扫描时种植体之间的距离测算可能发生错误、种植体角度定位可能出现偏差［24］。口内数字印模技术由于存在一定的技术瓶颈和局限，目前尚无法完全取代传统的印模获取技术，如何进一步提高种植体穿龈区形态的转移精度、增强扫描系统的数据拼接重建能力将会是亟待解决的问题。

3.2  个性化基台和临时冠的设计与制作

    基于口内扫描图像的数字化三维呈现，医生和技师可以利用配套软件在计算机上准确、便捷地对种植体基台和上部结构进行设计和制作，主要包括CAD/CAM个性化基台和临时冠的设计与制作。CAD/CAM个性化基台是利用计算机辅助设计制造而成的个性化基台，具有与种植体周围牙龈组织更加匹配的穿龈形态，提高了种植修复的功能和美学效果。目前CAD/CAM个性化基台系统主要有瑞典Nobel Biocare公司开发的Procera系统和美国3iImplant Innovations公司开发的Encode Restorative密码修复系统，而国内对于CAD/CAM个性化基台的制作加工核心技术研究仍处于起步阶段，尚需更多地运用和进一步发展。虽然通过CAD/CAM技术制作而成的个性化基台具有更高的精度和良好的性能，且制作更加简单高效，但是由于材料和加工费用昂贵，短期内CAD/CAM个性化基台在国内的普及会面临一定的困难。此外在种植手术术中对患者进行口内光学扫描，也可以及时获取患者术中的数字化印模图像，从而更加快速、便捷地设计制作出合适的临时冠（图3）。

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 总  结

    口腔种植修复领域中的数字化技术正处于快速发展阶段，紧紧贯穿于种植修复诊疗的全过程中（图4），极大地改变了临床医生的思维习惯和诊疗模式。现阶段数字化技术在口腔种植领域中的运用尚存在一定的局限，临床医生必须遵循种植修复的基本原则、熟练掌握数字化技术的运用技巧，这样才能充分发挥数字化技术的作用，最终达到精准、高效、舒适的个性化种植诊疗效果。

来源：《口腔医学》2017年，37卷7期：577-582.