口腔

数字化导板与动态导航在口腔种植应用中的研究进展

作者:张婷婷,胡建,武汉大学口腔医院修复科 来源:国际口腔医学杂志 日期:2019-06-24
导读

         CAIS目前主要包括:借助于数字化导板将术前设计信息向术中转换的静态导航系统;利用术前CT数据设计规划,术中追踪系统实时定位引导种植的动态导航系统。本文将对这2种方法在口腔种植中的应用进行系统分析与比较。

        随着口腔种植技术的不断发展,其临床成功率与修复效果得到了很大的提升,从而也被越来越多的医生和患者所接受。然而,对于一些重要解剖结构如神经管、上颌窦等毗邻的位点,以及种植区域骨条件较差等情况,种植体的准确植入对医生提出了很高的要求。传统种植主要依靠医生的经验积累,术者术中无法精准地把控种植体的方向,这将增加手术过程中损伤邻近重要结构的风险,甚至会使后期修复的难度增加。

        目前,如何在良好骨结合的基础上,兼顾以修复为导向,微创、美观、精准的种植理念,成为广大医生追求的目标。数字化技术在口腔领域的发展应用,联合影像学、种植辅助设计软件和工业快速成型技术的成熟,使计算机辅助种植外科(computer-aided implant surgery,CAIS)开始应用于临床。CAIS目前主要包括:借助于数字化导板将术前设计信息向术中转换的静态导航系统;利用术前CT数据设计规划,术中追踪系统实时定位引导种植的动态导航系统。本文将对这2种方法在口腔种植中的应用进行系统分析与比较。

        1.2种技术辅助种植的临床流程

        1.1 数字化导板辅助种植的临床流程

        术前,患者需要拍摄锥形束计算机断层扫描(cone beam computed tomography,CBCT),再将数据导入设计软件,在软件中描记种植位点邻近的重要结构,分析种植部位的骨量、骨密度以及距离重要解剖结构的位置,选定合适的修复体与种植体。完成种植方案及导板参数设计后,进行导板的制作。术中将导板固定在合适的区域指导种植,从而将术前设计规划好的方案通过导板转移到患者口内。

        1.2 动态导航辅助种植的临床流程

        动态导航系统是将医学影像、计算机、立体定位等融合在一起,引导医生进行精确的手术规划与操作的一种技术。临床上,首先让患者佩戴定位模板(或用于配准定位的支架)进行CT扫描,再将数据导入设计软件,进行三维影像重建与分析。医生可在设计软件中完成修复体设计,标记重要解剖结构,分析骨密度、骨量,选择合适的种植系统等操作。设计完成后,术前需要将患者的解剖结构、医生的手术器械与CT影像进行校准。手术器械上带有位置传感器,可以与追踪系统一起辅助定位手术器械位置,并将信号传回计算机。医生通过显示屏实时观测患者的解剖结构及手术器械与其的位置关系,根据术中状况实时地调整方案,在导航的动态引导下完成种植手术。

        2.2种技术的对比分析

        2.1 临床应用对比分析

        2.1.1 应用的局限性

        理论上,2种技术均可以应用于临床上的一切常规病例,对于复杂的病例,其更具有独特的优势。但是两者在应用过程中,均具有一定的局限性。从患者角度来看,导板需要患者具有一定的张口度,从而使钻针能顺利进出导向管。对于张口受限,如颞下颌关节疾患或后牙区,尤其是第二磨牙区种植的位点,会影响导板的使用;另外,导板戴入后,患者的异物感及不适会影响手术的实施。对于种植位点间隙过窄的患者,该位点设计导向管空间不足,使导板无法使用。从医生方面来看,导板会干扰医生直视术区,影响判断。技术层面上,骨量有限时导板无法保证高精度植入。

        导板一旦制作完成,如果术中更改方案,导板将失去引导价值。针对这些情况,导航具有一定的优势。它可以实时、动态显示术中邻近区域重要的解剖结构,医生在术中可以根据情况灵活改变方案。但动态导航设备较为昂贵,实施过程较为复杂,具有较高的技术敏感性,在一定程度上限制了其在临床的开展。对于下颌无牙颌患者,下颌具有一定的动度,将对术中持续实时定位产生影响。因此,对于下颌无牙颌患者,更推荐数字化导板。

        2.1.2 CT拍摄

        数字化导板需要根据病例本身的复杂程度,选择不同的拍摄方式:对于单颗或少数牙缺失的牙支持式导板,患者可直接拍摄CT。但需注意的是在拍摄过程中患者需要微张口,以利于后期设计软件中患者牙列与CT牙列影像的拟合。多牙或全口牙列缺失的患者,如黏膜支持式及骨支持式导板则需要进行2次扫描,即患者先佩戴具有放射标记点的放射模板(诊断蜡型或临时义齿)拍摄CT,再对放射模板进行扫描,然后将两者进行影像整合。导航患者在CT扫描过程中需要同时对定位模板或支架进行扫描。

        2.1.3 术前准备

        由于导板的制作需要时间,患者需要等待导板制作完成方可手术。为了保险起见,需在术前约诊患者进行试戴,观察导板就位情况、固位情况、密合程度、有无缺陷及需要调整的地方。如果合适,需要提前消毒备用。而目前动态导航已经可以实现CT拍摄、计算机设计、导航引导下实时种植同天进行,大大缩短了治疗周期。但在种植术前需要进行配准及相关设备的协调,如调整手术工具与追踪系统之间的位置关系,这将占用一定的术前准备时间。

        2.1.4 术中操作

        数字化导板根据起支持作用的解剖结构不同可分为牙支持式、骨支持式和黏膜支持式。牙支持式导板与患者牙齿表面完全贴合,术中需要助手按压导板辅助固位;黏膜支持式导板由于黏膜动度及张力会影响导板稳定性,术中需要采用固位钉辅助固位;骨支持式导板需要翻瓣使骨面与导板贴合,其就位与稳定受骨面形态的影响,术中也需要固位钉固定。导板使用过程中要注意导板有无完全就位,麻醉药物注射后软组织肿胀及翻开的黏膜瓣均可能会影响导板完全就位。

        导板需要与相应的工具盒搭配使用,如非全程导板需要准备通用型工具盒,全程导板需要准备与不同种植系统对应的工具盒。术中医生要根据所用钻的直径和种类反复更换导环或压板,来把控钻针钻入的深度及方向。对于多颗牙种植时先植入的种植体可能会使导板产生翘动,影响后续种植体的植入。另外,导板放置后会限制生理盐水有效进入术区,影响局部区域降温及骨碎屑排出,增加局部产热;甚至在预备过程中可能会带入一些软组织,不及时去除会影响后期骨结合。而导航无需配备工具盒,也不需要反复更换引导工具,种植体植入互不影响。

        导航将医生从“盲视”中解脱出来,不仅可直视术区,也可以在监测屏幕上实时动态观看手术钻针在种植位点的位置,当钻针超出了预先设计的区域,仪器会发出警报声提醒。医生可以随时调整手术方案,并不影响手术引导。但在动态导航过程中,医生握持的手机上带有协助定位的装置,增加了手机的体积及重量,术者的握持手感将会发生改变。术者也要注意坐姿及握持器械时不要影响定位装置与追踪系统之间的信号传播。

        2.2 术后精确度评价及误差分析

        尽管目前数字化导板及动态导航较传统的方法有更高的精确度,但两者在使用过程中仍然会产生一定误差。文献中常通过对比分析种植前后的种植体位置来分析精确度,即将术后种植体的CT数据与术前利用软件设计的种植体CT数据进行匹配分析,比较种植体长轴颈部、根方的角度及距离偏差来分析导板及导航的精确度。Wagner等关于动态导航的临床研究指出:使用动态导航辅助下的种植起点、止点和角度误差分别是1.00、1.30 mm和 6.40°。van Assche等对10种数字化导板系统的研究显示:种植体颈部、根方、角度平均误差分别为0.99、1.24 mm和3.81º。

        Block等通过临床研究指出:动态导航与静态导航的精确性相近。因为数字化导板与动态导航辅助下的种植手术由一系列流程组成,所以在这个过程中每一步产生的误差都将影响手术整体的精确度。

        2.2.1 导板的主要误差分析

        1)数据获取:CT的精度会影响三维建模时数据的精确度;CT扫描层厚、体素会影响图像分辨率,分辨率越高,观察测量、勾勒结构的准确性越高;图像的灰度值会影响医生对组织结构的判断;患者拍摄CT时有无保持正确的张口位、有无移动都将影响其最终的精确性。

        2)模型的制取:不同的印模材料以及取模方式造成的误差不同,如果模型无法反映口内的解剖情况,将会影响导板的制作。虽然口内数字化印模与传统取模相比,可避免灌制和修整石膏模型中产生的误差,但其精度亦受患者口内唾液、血液、操作者熟练程度、仪器设备、扫描范围等影响。

        3)导板设计制作及使用过程:根据种植条件不同,需要选择不同的导板,Turbush等对牙支持式、黏膜支持式和骨支持式3种数字化导板的精度进行比较,结果显示:在种植体角度偏差方面三者的差异无统计学意义;在颈部与根尖部偏差方面,黏膜支持式导板的精确度低于牙支持式和骨支持式导板。

        有学者研究了这3种形式的导板,结果显示牙支持导板精确度最高。黏膜支持式导板的误差主要受到导板的就位、稳定性以及黏膜的厚度的影响,文献提出:颈部偏差在厚黏膜者为1.04 mm,而在薄黏膜者为0.08 mm。导板引导管设计时为便于钻针通过,引导管的直径会略大于钻针的直径,在备洞过程中,钻针可产生一定的轴向偏差;无牙颌多颗牙种植过程中,先植入的种植体可能会使导板翘动,影响后续种植体的准确植入。手术过程中,导板未完全就位或稳定性不足均会影响种植体最终的植入位置。

        4)人为因素:导板会干扰医生的视野,影响判断。如反复取戴导板观察术区,复位过程可能会产生误差;采用先锋钻导板时,后续钻针如未完全按照先锋钻备洞方向,或由于骨质较硬,钻针容易偏向阻力小的方向,这将影响最终种植体植入的位置。另外,患者的开口度过小或种植位点靠近后牙区域,由于颌间距离过小,钻孔受到限制,术中可能会使植入方向有一定的偏差。

        2.2.2 导航使用过程的主要误差

        1)CT数据的获取与三维数据的重建:CT数据拍摄产生的误差与导板大体一致,应尽量减少CT拍摄及重建过程的误差。

        2)配准方式:配准方式是影响动态导航精确度的最重要的因素,包括侵入性与非侵入性2种方式。侵入性配准包括患者骨内放入标记物或使用立体定位框架。非侵入性配准包括解剖标志点配准、表面配准、体外定位模板或定位支架配准法等。其中,骨内放入标记物是配准的金标准,解剖标志法精确度欠佳,皮肤表面配准会受到皮肤表面移动的影响。定位模板在术中的稳定性将会影响其精确度,其与定位支架在术中的再次定位将会产生误差。

        3)跟踪定位系统:手术过程中需要对医生的器械位置及患者的解剖信息进行实时追踪定位,根据跟踪原理,主要有机械定位、光学定位、超声定位、电磁定位,它们各自的精度不同。目前,临床上常用的光学定位系统的精度可达0.1~0.5 mm,优于其他定位方法。精度受尺寸及其与追踪器械距离的影响,发射与接收装置之间不能有任何遮挡物,以免造成影响。

        4)人为因素:动态导航术中使用的手机可能影响医生的手感,而医生手的稳定性及其对导航的熟练程度都可能影响误差。医生可以通过训练来减少由于经验不足或者不适应对精确度造成的影响。

        3.小结

        2种辅助技术的应用,为精准种植的开展提供了便利。但导板与导航的出现并不能取代医生在种植手术中的重要作用。医生的经验是种植成功的基础,这些技术可以在医生经验的基础上更好、更便捷地辅助医生去完成一些复杂的临床操作,以争取实现最佳的修复效果。因为两者在应用过程中会产生一定的误差,医生在借助这些辅助工具的同时,要考虑到可能引起误差的因素,尽可能减小误差的同时设置合适的安全距离,尽量避免误差带来的影响。目前,静态导板与动态导航的使用流程虽然较过去有较大的优化,但更加快捷、精准并便

        来源:张婷婷,胡建.数字化导板与动态导航在口腔种植应用中的研究进展[J].国际口腔医学杂志,2019,46(01):99-104.

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