动态导航在牙种植体植入中的应用

摘要

动态计算机辅助种植手术（DCAIS）是一种在无手术导板的情况下，通过光学控制实现的可控式种植体外科植入方法。术中对器械运动和位置的实时控制简化了操作流程，使外科医生获得更大的操作自由度，同时可达到与静态导航方法相似的精度。

摘要

在现代种植学中，手术导航系统的应用正变得越来越重要。除了静态手术导航方法外，一种无需导板的动态导航种植体植入技术也日益普及。该技术基于利用光学控制的计算机引导式牙科种植体植入。本研究旨在展示一种新型d动态计算机辅助种植手术（DCAIS） 系统（设计、校准、手术）的技术步骤，并验证其结果的准确性。根据锥形束计算机断层扫描（CBCT）图像，使用专用软件确定种植体的精确位置。手术的第一步是导航系统的校准，该过程可通过两种方式进行：1）基于带有标记物的CBCT图像；或2）基于无标记物的CBCT图像。随后，依据术前计划，在实时导航辅助下植入种植体。手术干预的准确性可通过术后CBCT图像进行评估。通过比较术前计划中种植体的位置与术后CBCT图像中实际位置之间的角度偏差（度）、基台偏差和根尖偏差（mm），对干预准确性进行分析。为评估数据，我们计算了计划位置与实际植入位置之间偏差的标准差（SD）、均值及均值的标准误差（SEM）。并基于这些数据比较了两种校准方法之间的差异。根据目前已实施的手术结果，DCAIS系统的应用可实现高精度的种植体定位。无需标记CBCT扫描的校准系统，其手术精度与使用标记物的系统相当。通过训练可进一步提高手术操作的准确性。

引言

为了提高牙种植体植入的准确性并减少并发症，已开发出一系列基于影像学研究的导航技术。术前影像学检查结合特殊的三维种植体规划软件可用于精确规划牙种植体的位置^1,2。

种植手术导航的目的是实现牙种植体更符合解剖结构的精确植入，以达到最理想的位置，降低发生医源性并发症（如神经、血管、骨组织及上颌窦损伤）的风险。导航手术可降低手术侵入性（实现微创无瓣手术），从而减少术后不适并加快恢复。精确的种植体定位基于术前修复设计（可依据术前牙齿安装方案进行手术），并且通过优化种植体位置，有助于避免骨移植手术。

目前，计算机辅助种植（CAI）手术定位导航系统有两种类型：静态导航系统和动态导航系统。静态导航是一种利用预先设计并预制的手术导板来实现精确种植体定位的方法。动态导航则是一种无需手术导板、通过光学控制实现的术前规划计算机引导种植手术定位方法。该控制过程采用基于点云的图像配准技术，通过三维图像叠加将虚拟图像与真实环境进行融合³。

数字化临床应用信息系统（DCAI）可在类似GPS的框架内实现对器械的实时、客观化控制。通常，这类系统采用光学追踪技术来检测和跟踪放置于患者及手术器械上的（光学）参考标记物的位置，并在种植体手术植入过程中提供持续的视觉反馈^1,2。

手术过程中，可在显示器上的三维图像中实时监测手术器械的移动和位置。在操作期间，摄像系统可连续监测并比较患者下颌骨与手术器械的位置关系。

动态导航系统有两种类型：一种是被动系统，其注册装置（参考基座）将光源发出的光反射回立体摄像头；另一种是主动系统，其注册装置自身发光，由立体摄像头进行追踪^4,5。

下一代动态导航系统采用伺服电机，通过触觉刺激引导外科医生的手部操作，从而使机械臂设备能够识别外科医生的动作，甚至在未来可能完全替代人工操作^4,5,6,7。

方案

每位患者在手术前均签署了知情同意书。本研究使用了干预后去标识化的回顾性数据。

1. 使用标记夹校准法的传统动态导航系统工作流程步骤（仅适用于带牙颌骨）：

1. 使用热塑性材料将放射显影固定夹附着于颌骨（上颌/下颌）需要治疗的牙齿位置。
2. 对患者进行口腔内带有标记夹的锥形束CT（CBCT）检查（CBCT，视野8 cm × 11 cm，12 mA，95 kV）。
3. 根据修复体结构，使用相应软件规划种植体的位置。
4. 校准设备（每个步骤均可通过显示屏上的播放符号激活）。
   1. 注册手机头。
      1. 校准手机夹头。
      2. 校准插入手机头内的旋转标记盘。
      3. 连接患者追踪器与标记夹之间的臂，并进行校准。
5. 通过将测量钻头的尖端接触标记夹表面来检查校准准确性（图1）。
   1. 将带有光学标记（追踪器）的标记夹固定于上颌或下颌牙齿上（即种植体植入所在的颌骨），确保其位置与术前CBCT中注册的位置一致。
   2. 使用探针的支点接触标记夹上的金属球体，完成对标记夹的校准。
6. 在局部麻醉下进行导航引导的种植体植入，注射2 mL阿替卡因（每支80 mg/2 mL阿替卡因）。
   1. 测量钻头长度（将钻头接触“就位板”）（图2）。
   2. 钻孔前检查实时视觉精度（将钻头接触任意牙面，确认其在显示器与口腔中的位置一致）。
   3. 确定钻孔的进入点，无需翻瓣即可探查手术区域。
   4. 在动态导航控制下进行骨组织钻孔（图3、图4和图5）。
   5. 测量种植体长度（将种植体接触“就位板”）。
   6. 使用配备追踪器的手机头，在动态导航系统控制下植入种植体。
   7. 使用5.0单丝不可吸收聚丙烯缝线关闭创口，或安装预制的修复体。
7. 获取术后影像学检查（CBCT，视野8 cm × 11 cm，12 mA，95 kV）。

使用示踪剂校准法（未标记方法）的动态导航系统步骤：

1. 对患者进行锥形束CT（CBCT）扫描（口内无夹具）。
2. 根据修复体结构，使用相应软件规划种植体位置。
3. 按照步骤1.4中的说明校准设备。
4. 在无标记夹具的情况下校准系统 （无标记法）。
   1. 将种植体手术植入方案导入所用导航系统的软件中。在导航软件的三维CT图像上选择工作区域。
   2. 将追踪器固定在牙齿上（使用无标记夹具），或在无牙颌情况下使用专用的追踪器固定臂。
   3. 在导航系统的三维CT图像上选择典型的解剖标志点（牙齿或骨表面），至少选择三个点。
   4. 使用探针工具触碰口内相应解剖点，进行识别定位。（图6）。
   5. 通过探针在解剖结构表面划动，在三至四个区域执行精细校准程序。
5. 在局部麻醉下（注射2 mL阿替卡因，每支80 mg/2 mL）使用导航系统植入种植体。
   1. 测量钻头长度（将钻头接触“到位”校准板）。
   2. 钻孔前检查实时视觉精度（将钻头接触任意牙面，确认其在显示器和口内位置一致）。
   3. 确定钻孔位置。在不翻瓣的情况下探查手术区域。
   4. 在动态导航控制下进行骨组织钻孔。
   5. 测量种植体长度（将种植体接触“到位”校准板）。
   6. 使用带有追踪器的手柄，在动态导航控制系统监控下植入种植体。
   7. 使用5.0单股不可吸收聚丙烯缝线缝合伤口，或固定预制的修复体。
6. 进行术后影像学检查（CBCT，视野8 cm × 11 cm，12 mA，95 kV）。

结果

为了正确使用DCAIS，必须对系统进行校准。有多种校准方法可能影响种植体植入的准确性。本研究旨在评估不同校准方法对DCAIS准确性可能产生的影响。

根据目前已实施的干预措施，使用DCAIS可实现高精度的种植体植入。在早期研究中，我们将41例夹具校准的动态导航种植植入与17例示踪剂校准的动态导航种植植入进行了比较。

根据我们早期的数据（表1, 表2, 表3, 图7, 图8, 图9，以及 图10），在使用两种校准方法时，结果显示平台与颊舌向（BL）和近远中向（MD）的角度偏差之间无显著相关性。比较种植体的计划位置与最终位置，使用夹具进行校准的准确性高于使用示踪剂的校准方法，但差异无统计学意义（<...

讨论

在标记式动态导航种植系统中，传统工作流程通过夹具校准完成。夹具表面有三个射线阻射金属球，在锥形束CT（CBCT）扫描中清晰可见。而在示踪物校准方法中，这些含金属球的夹具既不需要用于CBCT扫描，也不需要用于系统校准。对于有牙病例，可使用标记夹具或无标记夹具（两种不同的校准方法）。夹具通过热塑性材料固定于牙齿上。对于无牙颌病例，仅能采用不使用夹具的示踪物方法进行校准。在导航种植手术过程中，固定于牙齿上的夹具或固定于颌骨上的特殊持握臂用于固定光学参考基座³（表4）。

为确保准确的配准，种植体植入过程中，夹具应相对于下颌骨固定在完全相同的位置。夹具固定不牢或位置不准确可能导致导航误差，并造成种植体植入位置偏离预定方案且不可逆。使用夹具校准方法的缺点包括：需要制备夹具本身、操作人员需经过充分培训、由于夹具存在而导致闭合咬合时成像受限（限制了咬合设计），以及在种植体植入过程中，夹具距离手术区域过近，导致夹具与手机上的光学参考基座发生重叠，从而造成动态导航困难⁹。<...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
DTX 植体设计软件	Nobel Biocare	106182	3D 外科手术规划软件
MeshLab	ISTI - CNR 研究中心	2020.12	3D 网格处理软件
Nobel Replace CC 植体	Nobel Biocare	37285	植体
X-Guide	X-Nav - Nobel Biocare	SN00001310	动态导航手术系统
X-Guide - XClip	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008381	3D 导航配准装置
X-Guide 规划软件	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008296	3D 外科手术规划与操作软件
X-Mark 探针	X-Nav - Nobel Biocare	XNVP008886	3D 导航配准工具
PaX-i3D Smart	Vatech		CBCT
Prolene 5.0			5.0 单股、不可吸收聚丙烯缝线