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计算机辅助引导种植手术的应用进展

发布时间:2020-09-29 09:04

  在过去的几十年中,随着种植技术的成熟,越来越多的患者选择种植治疗以恢复缺失牙的美观及功能。与传统修复方式相比,种植义齿在功能、美学和生活质量等方面均得到了显著的改善。不仅咀嚼效率可达到正常人的60%~90%,而且不会损伤邻牙,远期效果也较稳定。但种植手术作为一种侵入性治疗方法,若操作者经验不足或患者病情复杂,仅仅通过术前口内及CBCT检查所得到的判断和治疗计划是远不够的,可能会造成临近解剖结构受损、牙槽骨侧壁穿孔等并发症。所以术前颌骨解剖结构的准确判断、术中精准的位点控制以及外科和修复医生的交流合作,是种植手术成功的必要条件。

  数字化种植是以高分辨率CBCT为基础,利用计算机辅助种植设计软件,在进行种植手术前帮助医生在可视化的条件下对种植体的三维位置进行规划设计,从而避免损伤重要的解剖结构,同时将医生的设计方案通过手术导板或导航系统准确地转移到手术当中,缩短手术时间、减轻患者痛苦、保证手术更加安全高效。

  随着种植设计理念由“以外科为导向”向“以修复为导向”转变,推动了一系列计算机辅助设计软件的发展,同时许多医院也积极开发引进,以期获得良好的临床效果及远期疗效。但是计算机辅助种植设计在使用的各个环节所产生误差,包括CT数据的处理重建、导板生成、手术过程以及操作者的熟练程度等方面,仍然使医生对其效果持怀疑的态度。本文就计算机辅助种植的发展历程、临床应用、优缺点以及精确性等方面做一综述,为临床实际应用提供参考。

  Edge教授于1987年首次在导板的引导下进行了种植手术,打破了原有的理念和流程,改变了传统的方法和思维,自此,种植导板进入了快速发展时期。最初期,种植手术导板是在患者的石膏模型上制作的,其过程不与CT数据相结合,所以只能用作位置指示器,在种植手术过程中可以参考植入位点,但对植入深度没有参考意义。

  之后,随着新型软件的开发,逐渐可以利用CBCT数据进行术前设计,制作手术导板。1988年,哥伦比亚科技公司推出了一款三维牙科软件,可将计算机断层扫描轴向切片转换为牙槽嵴横截面图像,用于诊断和评估。1991年,增加了在CT横截面图像上放置种植体图像的附加功能。到1993年,哥伦比亚公司推出的Simplant是第一个商用的虚拟口腔种植设计软件,可以允许临床医生利用CBCT图像在轴向和全景视图上放置精确尺寸的虚拟种植体。

  之后发展起来的设计软件,例如NobelClinician(NobelBiocare),coDiagnostiX(DentalWingsGmbH),以及Trios(3shape)等,除了在软件中进行虚拟种植体设计,还与计算机辅助制造结合起来,将手术计划发送到加工中心,制作成手术导板。Dalton等人在导板的引导下,完成了14例全口无牙合微创种植,没有发生术中或者术后并发症,所有患者均顺利进行最终修复。

  计算机辅助设计和导板的使用还可以实现前牙美学区即刻修复。但与此同时,由于导板技术固有的局限性,在1992年,动态导航开始兴起,首次应用于神经外科手术,并开始在鼻窦和脊柱手术中越来越受欢迎。1995年,Fortin教授将导航技术引入口腔种植外科,经过了十几年的发展,2008年国内推出首个口腔种植导航系统。吴轶群等人利用动态导航精准植入穿颧种植体,使骨质条件较差的无牙合患者也可以实现种植修复。

  (1)通过术前将CBCT影像导入设计软件中,可以重建CT数据,使医生更直观地了解颌骨解剖形态、测量缺牙区骨的高度和宽度。在软件上进行种植体三维位点的设计,可以避免损伤下颌神经管、上颌窦等重要的解剖结构,避开邻牙,提高手术的安全性。Adria等人比较了传统自由手与动态导航引导下种植的精确性,除了种植体颈部及深度外,其余研究变量均显示动态导航引导下种植的精确性较高。由于空间以及可用骨量有限,通常在前牙区植入种植体挑战性较大。

  Fang及同事通过数字化导板引导前牙区种植体植入,评估其精确性,结果显示种植体颈部的平均偏差为0.46mm,根尖部的平均偏差为0.67mm,平均角度偏差为1.40°,平均深度偏差为0.15mm,可以实现更精确的种植体植入。

  (2)做到“以修复为导向”,在确定咬合关系的基础上摆放种植体,尽可能使咬合力的方向沿着种植体长轴传递,并且可以根据设计的牙齿形态制作临时修复体,做到种植术后即刻修复,同时获得美学、语音和功能的恢复。Baruffaldi等的研究共植入78枚种植体,并进行即刻修复,平均负重随访1年后,成功率和存活率均为100%,在愈合期间没有观察到主要并发症,从临床和放射学评估来看,种植体稳定,没有软组织炎症或感染的迹象,也没有病理性种植体周围骨吸收的迹象。

  (3)利用现有的骨质条件摆放种植体,尽量减少或不做额外的骨增量手术,减少了手术切口、手术时间和就诊次数。Fortin报道了上颌后牙区严重骨吸收的病例,通过CAD/CAM手术导板引导种植体斜行植入,避免了上颌窦底提升术,在4年的观察期内,种植体的存活率为98%。

  (4)实现微创不翻瓣手术,可以减轻患者术后的不适、肿胀和疼痛,提高医生的工作效率,降低龈缘退缩的风险。Pozzi等人的研究表明,与不翻瓣/小范围翻瓣种植手术相比,传统的翻瓣手术在术后3天会表现出明显的疼痛。

  (1)利用计算机辅助种植设计也存在一些缺点,最大的不足就是误差的存在。从CBCT影像的拍摄、设计软件对CT数据的重建到导板的打印应用等各个方面均可产生误差,各阶段的细小误差累加起来便可对种植体的精度产生较大影响,增大了并发症的风险。

  (2)计算机辅助引导的种植手术,需要特殊的软件及设备进行术前设计,手术时需要特定的备孔钻,使用的设备价格均较昂贵,患者需要承担额外的费用。

  (3)术前需要对患者进行口内扫描,增加了操作步骤。术前计划所需的时间更长,使用静态导板引导种植手术时,患者的张口度会对手术有一定的局限。

  (4)与所有新的技术方法一样,临床医生、技术人员以及整个团队需要特定的系统培训与操作经验,才能保证计算机辅助种植手术的精确性。

  目前临床医师最关心的问题便是软件的精确性,即设计软件对CBCT影像的还原精度以及通过设计软件在患者的虚拟颌骨上摆放的种植体是否可以精准的转移到患者口内。目前已有部分学者对这一问题进行了相关研究。Moon等人对5名患者在计算机辅助引导下植入了19枚种植体,并比较了种植体植入后的精确性。结果显示平均角度误差为3.84°±1.49°,种植体肩部水平距离误差为0.45±0.48mm,垂直距离误差为0.63±0.51mm,种植体根尖部水平距离误差为0.70±0.63mm,垂直距离误差为0.64±0.57mm。Zhou等人的一项Meta分析得出计算机辅助种植总体的角度偏差值为4.1°,种植体颈部偏差值为R1.25mm,种植体根尖部偏差值为1.57mm。有报道显示平均距离误差小于1mm,平均角度误差小于4°。

  Cassetta及其同事比较了术前虚拟设计与术后实际种植体的三维位置,他们观察到种植体的颈部、根尖部以及角度均存在较高的偏差值,所以作者认为必须保留至少2mm的安全区域,以避免关键解剖结构的损伤。Adria等人对动态导航引导下的种植手术与传统自由手种植手术的精确性进行了比较,不论是在角度还是位移等方面,动态导航引导种植手术的精确性均较高。

  Jung等人对32篇文献进行了Meta分析,其中包括29个不同的引导系统,表明动态导航引导下种植体的颈部及根尖部较静态导板有明显更高的准确性。但必须注意的是,由于大部分为体外试验,所以实验结果比实际临床情况要好。影响计算机辅助种植精度的因素有:CBCT影像采集、不同种植设计软件、导板加工过程、手术过程等。

  CBCT扫描时患者的移动、CT机品牌的不同、参数设置、体素的大小以及视野范围均会影响拍摄的准确性,CBCT测量值往往可以将整个牙弓的长度低估约1mm的距离,图像采集时的不准确性会导致虚拟设计以及手术导板的定位错误,尤其是在剩余天然牙数量较少的情况下。有报道显示CBCT图像处理和分割产生的平均误差0.5mm,在分析结果时需要考虑在内。CBCT扫描层厚约0.2~0.4mm,决定了CBCT的精度,进而会影响后续方案的设计。

  目前市场上存在很多设计软件,不同软件之间的精度存在差异。当患者口内存在金属修复体时,进行CBCT扫描会出现金属散射问题,导致伪影的产生,不同设计软件中对其三维重建阈值的设置,会直接影响口扫数据与CBCT数据融合的准确。有研究表明不同的设计软件对种植的精度会产生影响,但这些研究只局限于单个软件之间,缺乏足够的样本量互相比较。Cassetta等的实验结论表明SafeSurgiGuide要的精确性高于SurgiGuide。Dreiseidler等研究则未发现SICAT与NobelGuide系统间存在任何差异。张建兴等人将Simplant与6DImplant进行比较,结果发现二者对种植体位置偏差的影响差异具有统计学意义。

  导板制作过程中会产生0.1-0.2mm的误差,可能是由于导板的质量控制、材料的刚性和物理特性以及导向孔和金属管的精度等原因造成的。对于动态导航系统来说,不需要制作传统意义上的导板,而是需要拍摄包含阻射标记点的影像,从而将其精准的匹配到口内。而对于静态导板,理想情况下,应该是由刚性材料制作而成,以避免在手术中发生形变。

  3.4.1导板的就位:手术作为计算机辅助种植的最后一个部分,有各种各样的原因会导致误差的产生。其中最重要的就是导板的正确就位,大部分文献都证实了种植体根尖部的偏移程度总是大于冠部的偏移程度,所以导板就位的轻微偏差便会导致种植体根尖部较大的误差。

  3.4.2导板固位方式:种植导板根据支持类型可分为牙支持式、粘膜支持式、骨支持式和混合支持式4类。牙支持式导板即缺牙区两侧有天然牙存在,导板通过牙齿进行固位;粘膜支持式导板即导板直接安放于缺牙区的牙龈上,常见于牙列缺失患者行全口种植手术,由于黏膜具有可让性,所以导板的稳定性较差,有时需要固位钉进行辅助固位;骨支持式导板即将粘膜完全翻开,导板放置于骨面,利用骨进行固位;混着支持式导板即上述三种方式两两结合共同进行固位。其中骨支持式导板的精确性最差。在Ozan等人的研究中,比较了牙支持式、骨支持式、粘膜支持式导板的虚拟植入与实际植入的角度偏差,分别是(2.91±1.3)°,(4.63±2.6)°和(4.51±2.1)°,因为牙支持式导板更加稳定,所以精确性更高。

  3.4.3上下颌:上颌导板由牙列以及上腭黏膜组织广泛支撑,相对于下颌导板来说有更高的稳定性,所以其精确性要高于下颌。Lee等人在15位牙列缺损的患者中植入了30枚种植体,并比较了上颌骨和下颌骨在植入前后的情况。上颌骨和下颌骨角度误差分别为1.89°±1.14°和3.93°±3.41°,根尖部距离误差为0.79±0.37mm和1.46±0.68mm。

  3.4.4引导阶段:部分引导种植只在第一钻或者前几钻时使用导板,之后的过程通过自由手进行;完全引导种植即在手术的整个过程中全部在导板的引导下进行。二者各有利弊,由于手术过程中会产热,部分引导种植可使窝洞得到充分冷却,减少骨灼伤的发生,但是其精确性要低于完全引导种植。

  3.4.5手术区域:若术区位于后牙区,患者本身的颌间距有限,而导板又会占据大部分空间,导致钻针无法顺利就位,由于导板刚性不足,可发生轻微变形,则钻针放置时便会出现角度,使误差变大。这一误差在前牙区、自由手以及动态导航引导种植时较少出现。

  3.4.6术者经验:在种植手术过程中,医生的操作的熟练程度也会导致误差的产生,例如导板没有完全就位或者备洞时钻针没有全长进入,也有报道显示手部抖动以及感知不准确可导致0.25mm和0.5°的偏差,且对种植体深度的准确性影响最大。所有的操作系统都需要学习曲线,尤其是动态导航系统,术者必须习惯在操作时眼睛要观察显示器,而不是直视患者口内,通过将显示器的内容信息转换成位置角度偏差,从而达到手眼协调。

  误差的存在不可避免,但是可以采取相应的措施将误差减小。比如拍摄CBCT时限制患者的移动,增大导板的固位区域,使用粘膜支持式导板时可增加固位钉的数量,使用全程导板,提升医生的熟练程度等。并且在术前进行种植体虚拟三维位置设计时应将误差考虑在内,预留出足够的安全距离,避免重要解剖结构的损伤。

  计算机辅助种植正在飞速发展,“精准和微创”是患者及医生选择计算机辅助种植最主要的原因。尽管临床医生对计算机辅助种植手术精确性的担忧仍然存在,但不可否认,它确实有利于微创条件下种植手术的成功,尤其对于情况较为复杂的病例,并能减轻患者痛苦。术前设计保证植入位点的精确性,同时实现术后即刻修复,恢复患者的美观及咀嚼功能。计算机辅助种植是大势所趋,临床医生需要改变传统的诊疗思维和模式,将其贯穿于种植修复过程的各个环节,包括后期的冠修复阶段,充分发挥数字化的优势,实现精准治疗以及微创治疗。

  来源:刘梦佳,周文娟,柳忠豪.计算机辅助引导种植手术的应用进展[J].中国口腔种植学杂志,2020,25(01):35-40.

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