作者：汪饒開卷，呂平，口腔疾病研究國家重點實驗室；姚洋．四川大學華西口腔醫院種植科
種植義齒如今已廣泛應用於臨床，而數位化技術的不斷發展使其在種植修復治療的每一環節中都有所結合與應用，這不僅是對傳統診療模式的突破，也是對結合安全、舒適、療效的種植診療新模式的更深入探索。「以修復為導向」的種植理念提出後，對種植義齒的評價從早期側重的存活率已逐漸轉移至功能恢復及美觀效果上。為確保種植體理想植入，在進行種植手術的前期及手術過程中，對患者骨密度、牙槽骨高度和寬度、下牙槽神經血管束及牙槽脊頂與上頜竇底距離的考慮是必要的。因此種植路徑的精準度是口腔種植技術的關鍵。
傳統牙種植手術中，醫生常需憑藉臨床經驗分析並確定種植體植入的路徑，這種「開放-觀察」式的種植手術方式在很大程度上容易造成種植體植入效果欠佳、牙槽骨側壁或上頜竇穿孔等術後併發症。而目前雖已廣泛應用於臨床，一定的局限性仍不可避免地存在於數位化種植導板的應用中，如冷卻障礙、視野受限、精確度有待提升、不支持實時調整設計等。
數位化導航技術與種植手術的結合，能夠在不影響冷卻的同時，實現術中實時展示鑽針與重要解剖結構的位置關係以監控其方向、深度和角度，靈活把握植入設計，使手術時間縮減、脫離高風險、創傷範圍縮小，術者操作簡便且患者術中、術後舒適度提高，對於局部解剖條件複雜、種植部位深在的種植修復病例尤其適合。
1.數位化種植導航簡介
二十世紀80年代，計算機輔助導航系統（術前規劃軟體+定位探針）最初被用於神經外科手術，經過發展如今在神經外科、耳鼻喉外科、骨科等中廣泛使用。而此技術在口腔種植中的應用及發展始於1995年Ploder等嘗試使用電磁定位跟蹤系統在口腔種植手術中進行導航，1999年Wittwer等對前者進行了改進。後由於不斷的技術發展，數位化種植導航被開發並成功應用於口腔醫學中。
數位化種植導航是由計算機輔助導航技術（computer-aided navigation，CAN）衍生應用於口腔種植手術的一種輔助精準植入種植體的數位化技術，以CT三維成像對精細的頜骨解剖結構進行掃描和重建作為基礎，通過定位系統實時追蹤和呈現患者口腔和手術器械的空間位置，並利用計算機配準技術將術中口腔空間和術前設計虛擬模型相匹配。
首先，基於錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）對缺牙區結構的高精度數據再現與重建，導航可通過對各種信息的採集、綜合分析識別並標記相關重要解剖結構，同時應用交互式2D和3D種植設計模擬種植體的擺放，保證精確的術前規劃、避免不利的機械負荷。
其次，定位系統的實時追蹤、檢測及導向指示功能可實現術中精確追蹤導航，及時調整植入設計，且直視下操作可不改變種植醫生的習慣。另外，導航對於手術過程及術後效果的直觀模擬，在起到「虛擬手術培訓」作用的同時便於術者之間、術者與患者之間的交流溝通，減少了術後併發症。
由於以上優勢，數位化種植導航同樣適合於局部解剖條件複雜、種植部位深在、要求手術微創的病例中。近十幾年來，國外對數位化種植導航的應用顯著大於國內，而目前國內使用以種植導板為主。
2.數位化種植導航的分類及構成
數位化種植導航根據定位方式不同可分為超聲波定位、電磁波定位、機械定位、光學定位等，其中光學定位又分為紅外光式與可見光式兩種。目前臨床應用最廣泛的是光學定位，具有定位精確性高（誤差為0.1～0.4mm）及無需與手術區域接觸、不影響冷卻、直視操作等優勢。數位化種植導航由導航系統、定位裝置（Tracker）、電腦主機構成。
導航系統根據CT掃描數據並利用迭代最近點算法（interactive closest point，ICP）進行配準，可實現術前模擬及規劃、術中實時導航及監測。其中，配準系統分為基於標記點的配準（marker-based）和無標記點的配準（marker-free）。對於定位裝置，應用較普遍的光學追蹤定位中包括主動追蹤與被動追蹤兩種方式。
定位裝置類似汽車全球定位系統（global positioning system，GPS）中的定位衛星，影像數據如同GPS中的地圖；與GPS在地圖中定位汽車的原理一樣，導航軟體會對手術區域進行檢測並與所設計的虛擬影像進行點對點的匹配，實現手術過程中精確導向、縮短時間、提高安全性且允許術中對種植體規劃的調整。
3.數位化種植導航的使用流程及常用導航系統
3.1基本使用流程
數位化種植導航的基本使用流程分為4步：佩戴U型管→拍攝CBCT→術前設計及模擬→術中實時導航或臨時調整。U型管為廠家製作生產，佩戴在患者缺牙區，其大小及形狀可根據佩戴位置及牙槽骨實際情況進行選擇，具有對CT掃描及虛擬設計的引導作用。
CBCT掃描獲得的二維數據可重建牙頜三維影像數據後以DICOM格式輸入導航系統中，系統中的設計軟體則會通過對影像數據進行一系列處理，在重建的三維影像上選擇最佳植入途徑並模擬植入過程，具有輔助術前診斷及優化設計的功能。在手術過程中，導航系統利用導航探針及器械標定對手術器械精確跟蹤定位並與術前設計匹配，直接顯示重要解剖結構並可在必要時發出警報以實現實時監測和導航，其可視化及直視下操作也給術者提供了便捷。
3.2國內外常用導航系統
由於口腔種植手術對數位化種植導航越發廣泛的使用需求，國內外已有多個廠家研發出相關系統及設備。國外較常用導航系統有維也納大學VISIT系統、Medtronic公司Treon系統、Denx公司IGI系統及Robodent、Voxim等。有研究顯示，Treon系統誤差為0.90mm和0.60mm，IGI系統為0.39mm和0.50mm，Robodent系統為0.35mm和0.47mm，VISIT系統為0.72mm和0.99mm。不同導航系統相較於無導航的「自由手」操作均能有效減小種植體植入誤差。國內種植導航的研發與使用仍處於起步階段。
陳曉軍等採用VisualC++及VTK研發了IGOIS導航系統，陳松齡等將CT與三維可視化技術相結合完成虛擬牙種植導航系統的研發。近年來，迪凱爾公司研發和生產的「阿波羅種植牙手術導航機」開始在全國範圍推廣使用，且經實驗測定其植入精確度可達到0.8mm，在很大程度上給予患者足夠的信任感與安全感。
4.數位化種植導航的精確性
數位化種植導航（動態導航）的研發與使用標誌著不同於種植導板（靜態導航）的另一種數位化種植技術的出現，且隨著其在臨床的廣泛應用，國內外學者對導航的精確性進行了一系列實驗研究，主要可歸納為模型實驗和臨床實驗兩種方式。模型實驗主要製作頜骨模型或採用人類屍體標本使用導航模擬種植手術並對誤差進行測量。臨床實驗對精確性的測量則是通過使用導航植入的種植體CT影像與術前設計模型的偏差來完成。
有文獻報告顯示，數位化種植導航的臨床實驗誤差：種植體頰側頂端介於0.6～1.44mm，基底端介於0.55～1.0mm；舌側頂端介於0.7～1.36mm，基底端介於0.49～1.2mm；角度歪斜＜6.4°。Wanschitz等對導航的臨床實驗發現，分別是1.00mm、1.30mm和6.4°的種植體起、止點誤差和角度誤差；相較前者，模型實驗則誤差稍低，分別是0.58mm、0.79mm和3.55°的起、止點誤差和角度誤差。
Randelzhofer等在模型實驗的基礎上對頭、尾部分別為0.03mm和0.02mm的種植體誤差進行了報導。維也納大學也對其自主研發的VISIT系統在離體頭顱上進行實驗後確認精度為（0.96±0.72）mm。Widmann等通過在屍體頜骨的種植體植入實驗顯示，種植體肩部平均側向誤差為（0.7±0.5）mm（最大為2.0mm），頂部平均側向誤差為（0.9±0.7）mm（最大為3.1mm），角向誤差為（2.8±2.2）°（最大為9.2°）。Chiu等、Kramer等、Brief等和Casap等對數位化種植導航的實驗研究分析得出，種植體植入位置的誤差達到0.4mm，角度誤差達到4°。
國內研究中，王卓等在仿真模型上通過195組數據的測量對導航系統的實驗顯示，種植體植入深度和角度的精度分別為（0.77±0.24）mm和（0.55±0.23）°。與傳統手術方式對比，數位化種植導航的應用的確使種植體植入準確性得到了有效提高。
5.數位化種植導航精確性的影響因素
目前數位化種植導航的應用仍處於起步階段，臨床應用中存在諸多影響種植體植入精度的因素，其精確性有待進一步提升，包括以下幾種主要影響因素：
①CT掃描：CBCT的掃描厚度、體素大小、圖像導入及解析度高低都將對測量描繪及重建結構的準確性產生影響。另外，若掃描時掃描部位的移動或存在金屬的幹擾（如金屬修復體）均可使獲取及重建的圖像變形或無效。
②定位裝置：定位裝置製作的每一步驟及其放置位置、方式等將影響其在術中的定位效果，從而對種植體植入的精確性產生影響。其次，定位裝置中動態參考架的擺放、傾斜度及穩定性，光學跟蹤系統的尺寸與距離問題，導航探針對目標點的精確定位及其鬆動程度的測定同樣也是影響因素。
③配準：數位化種植導航需要通過術前設計方案與術中目標組織高精度的點對點配準來保證植入種植體的精確性，因此配準方式也組成了誤差來源，可造成定位標誌（FLE）、配準標誌（FRE）和目標（TRE）等配準誤差的出現。
④導航系統：如前所述，不同導航系統的精確性可導致種植體植入精確性的不同，但其誤差範圍均在臨床可接受範圍以內，相較於傳統手術方式仍使精確性有所提高。
⑤其他因素：人為因素是整個手術過程中產生誤差的最大來源。其中操作誤差可能出現在CT掃描、定位裝置製作及放置、配準、實時導航等過程中。另外，術者手部的顫動和感覺不可避免地會影響術中鑽針的準確植入。並且因數位化種植導航在種植手術中的應用仍是術者起主導作用，術者臨床操作的熟練程度也對手術成功與否有著巨大影響。
6.數位化種植導航與數位化種植導板的比較
數位化技術在種植手術中的應用包括數位化種植導航和數位化種植導板兩種形式。Jung等比較數位化種植導航與導板的研究顯示差異不具有臨床意義，但就精度、操作、冷卻、受限條件及適應證等二者仍存在不同程度的差異。數位化種植導板（digital implant surgery template）是利用CAD/CAM技術在術前依據患者缺牙區解剖條件及種植體設計並利用快速成型技術（RP）製作的輔助導板。數位化種植導板可分為牙支持式、黏膜支持式、骨支持式及混合支持式，且目前其輔助種植體植入已達到頸部、尖端平均誤差為1.12mm、1.39mm的水平。
有研究證明，使用導板後的併發症發生率高達36.4%，事實證明種植導板對醫生的操作技術要求並不低於傳統種植手術，其成功使用仍依賴於術前合理的設計及術中豐富的操作經驗而不能彌補專業技術的不足。與種植導航對比，種植導板主要存在精確度有待提升、術者視野受限、影響冷卻、術中無法實時調整、無法解決特殊病例等局限。數位化口腔種植導航則能夠輔助術前診斷與設計，精確追蹤並控制術中植入操作，可直視下操作而不受手術視野限制，不影響冷卻，術中實時追蹤監測並顯示與重要解剖結構的關係，且允許術中及時調整植入設計方案，不改變種植醫生的習慣等，與前者相比具有提高種植體植入的精確性、高效性和安全性等優勢。因此，數位化種植導航主要適用於局部解剖形態複雜、手術區域深在或特殊、操作困難的病例。
同樣，數位化種植導航也存在其缺陷：術前配準及調試耗時耗力；導航系統很少但仍會有引起種植體植入明顯偏移的情況，值得臨床醫生重視；導航儀器及工具價格昂貴、體積笨重，使其推廣受限。值得關注的是，近年來基於3D列印技術製作的新型金屬鏤空式種植導板的研究又給我們提供了新思路。莫暉等通過此種種植導板的臨床實驗對其精確性和臨床效果進行評價，結果顯示52枚植入種植體中僅4枚頸部出現偏移，偏移平均距離為（1.08±0.24）mm（最大為2mm）。新型金屬鏤空式種植導板具有能夠有效改善冷卻問題，獲得更好手術視野，擁有更廣泛適應證及製作周期短、與多系統兼容等優勢。
7.小結與展望
數位化種植導航所具有的優勢使種植手術從傳統的「經驗」形式向直觀可視、準確可控、系統科學的方向發展。因其具有直視下操作的特點，允許直接利用導航屏幕呈現畫面及匹配來引導深在部位種植的同時，使種植醫生的手術姿勢得到改善從而減小對醫生的創傷。另外，數位化種植導航在顴骨種植術中能夠給予精確性較高的引導，可有效減少術中併發症。
數位化種植導航目前尚存在一定局限。數位化種植導航具有較大靈活性，術前的巧妙設計及豐富的操作經驗是最大限度發揮其優勢的關鍵。種植系統偶爾出現的明顯偏移不易引起重視，這就要求臨床醫生不盲目相信導航的精密度而必須謹記原則、靈活把握。另外，對數位化種植導航操作的學習及熟練使用存在一個可變的學習曲線，這要求臨床醫生前期投入大量時間、改變傳統手術方式的習慣、擁有默契的團隊合作且可能需要15～125個病例的經驗。
綜上所述，數位化種植導航在口腔種植手術中的應用領域日益廣泛，這也給研發人員及臨床醫生帶來了相應挑戰。其未來的發展也將是多樣的，不僅會通過開發更為精準的配準方式及算法以進一步提高導航的準確性及導航系統的反應性，同時還有望通過網際網路傳輸數據實現交互式遠程諮詢或遠程會診，甚至可採用遠程醫療的方式指導和執行整個種植手術規划過程。未來隨著數位化種植技術的不斷革新，我們最終將能實現安全、精準、高效、舒適、個性化的臨床療效。
來源：汪饒開卷,呂平,姚洋.數位化口腔種植導航的精確性評價[J].臨床口腔醫學雜誌,2019,35(06):380-383.
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