计算机引导口腔种植的精度及其影响因素

Abstract

With the development of computer and digital technology, the application of computer-aided technology has become a new trend in the field of oral implant. Computer-guided oral implant surgery has the advantages of being safer and more accurate than traditional implant surgery, and it can truly realize the concept of restoration-oriented implant. However, computer-guided oral implant surgery has various steps which cause deviations accumulation, so that some clinicians remain sceptical about the accuracy of the technology. Currently, due to the lack of a quantitative system for evaluating the accuracy of computer-guided oral implantation, the implant deviation in each step is still inconclusively in the stage of research and debate. The purpose of this paper is to summarize the advantages and disadvantages, research progress, accuracy and influencing factors of computer-guided oral implantation, aiming to provide a reference for improving implant accuracy and guiding clinical design and surgery.

引言

口腔种植是临床治疗牙列缺损或缺失的主要方法之一，种植体正确的三维位置是避免损伤重要解剖结构，获得最终理想修复效果，维持软硬组织的稳定及修复结构稳定并兼顾美学效果的必要条件，如何放置种植体是临床医师首要考虑的问题。随着锥形束计算机断层扫描（cone-beam computed tomography，CBCT）和计算机辅助设计/制造（computer-aided design/ manufacturing，CAD/ CAM）技术与手术引导相结合的应用，能促进实现以修复为指导的现代种植修复理念，并为患者和医生的交流提供便利。如今计算机引导口腔种植已成为口腔种植领域的新趋势，但部分医师对其效果及准确性依旧存疑^[1]。本文对计算机引导口腔种植技术进行简介，就其优势与缺陷、影响种植精度的相关因素作一综述。

1. 计算机辅助口腔种植技术简介

传统的口腔种植技术主要依赖二维放射影像和石膏模型进行术前评估、测量和设计，并由医师徒手植入种植体。计算机辅助口腔种植技术则是利用CBCT、口内扫描（intraoral scanning，IOS）、三维（three dimension，3D）打印、计算机软件和CAD/CAM等技术进行术前方案设计，以静态引导或动态导航的形式实现种植体的植入^[2]。

1.1. 计算机辅助手术

在口腔种植领域，计算机辅助手术分为计算机引导（静态）手术及计算机导航（动态）手术。其中，计算机引导手术为使用静态导板通过CT数据重现种植体的虚拟位置，术中不能更改种植体位置；而计算机导航手术为使用手术导航系统通过CT数据重现种植体的虚拟位置，术中可以更改种植体位置。多篇文献显示静态和动态手术精度相当^[3-5]，但静态手术由于设备成本更加低廉，比动态系统使用得更多也更受欢迎。

1.2. 计算机引导系统的组成

计算机引导系统的组成，包括数字化口腔种植系统和导板设计软件，还包括数字化导板和引导工具。

1.2.1. 数字化口腔种植系统及导板设计软件

国外口腔种植技术经过数十年的技术积累，已涌现出大批数字化口腔种植系统和导板设计软件。常见的种植系统有NobelGuide（Nobel Biocare Services AG，瑞典）、Straumann（Institut Straumann AG，瑞士）、Friadent（FRIADENT GmbH，德国）、3I（Biomet3i，美国）、Dentium（Dentium Co., Ltd.，韩国）等，国内有CDIC（华西口腔种植中心，中国）、ZDI（浙江广慈医疗器械有限公司，中国）等；导板设计软件包括SimPlant（Materialise Dental，比利时）、NobelClinician（Nobel Biocare Services AG，瑞典）、coDiagnostiX（Institut Straumann AG，瑞士）、3Shape（3Shape A/S，丹麦）等，国内也有六维牙（杭州六维齿科医疗技术有限公司，中国）、彩立方（天津市亨达升科技股份有限公司，中国）等。

1.2.2. 数字化导板

数字化导板是通过CBCT、3D重建及CAD/CAM实现精准定位的手术装置，是一种为实现种植方案所设计制造的个性化手术辅助工具^[1]。数字化导板依据支持类型可分为牙支持式、黏膜支持式、骨支持式。使用牙支持式及黏膜支持式手术导板能够实现不翻瓣种植手术技术。依据植入限制类型可分为非限制导板、部分限制导板、全程限制导板。依据快速成型技术可以分为增材制造（3D打印）导板和减材制造（切削加工）导板。

1.2.3. 引导工具

引导工具，包括先锋钻、精准钻、扩孔钻、牙钻、硬骨钻、攻丝钻、固定钉等。

1.3. 数字化导板的设计与制造

术前通过行CBCT与IOS，分别获得患者颌骨影像与口内咬合关系信息，将CBCT数据和IOS数据分别以医学数字成像和通信（digital imaging and communications in medicine, DICOM）格式与标准细分曲面语言（standard tessellation language, STL）格式导入导板设计软件确定种植及修复方案，生成数字化导板模型，再通过快速成型技术，完成导板的制造。

2. 计算机引导口腔种植技术的优势与缺陷

2.1. 计算机引导口腔种植技术的优势

计算机引导口腔种植技术最突出的优点是简化手术步骤，减少手术时间。由于术前即可充分了解患者解剖结构、骨量等信息，便于合理设计种植体位置，避免复杂骨增量手段，易于种植后即刻修复，也便于直接与患者沟通诊疗方案。在数字化导板和引导工具的帮助下依据术前设计完成备洞，节省了传统方式中翻瓣与定位的时间，且不翻瓣的伤口愈合更快，骨量流失和术后反应也大大减少，在很大程度上减轻了患者的痛苦和焦虑^[1]。

同时，计算机引导种植的精度高体现在数字化生产过程以及临床使用中的准确性更高。Nagata等^[6]的研究表明，传统导板的制作需要硅胶印模、石膏模型，用3D扫描仪读取模型，再将其转换为STL数据，然而，印模材料的变形、石膏的膨胀和3D扫描仪的准确性都会产生一定程度的误差。使用IOS可以省去传统过程中涉及的步骤，从而减少这些误差。Nagata等^[6]的研究结果也显示了数字化IOS相对于传统工艺有更精准的引导性，利用数字化导板植入精度较自由手更高。Murat等^[7]指出，在自由手种植时，种植体沿阻力最小的轨迹移动，容易导致较大的偏差，尤其是对于骨密度相对较低的患者。

计算机引导种植的优势还体现在它的长期效益上。一篇评估计算机引导种植长期经济效益的文献中指出：与非引导种植相比，计算机引导种植体植入显示了更高的种植体存活率和更低的长期成本^[8]。

2.2. 计算机引导口腔种植技术的缺陷

数字化导板限制了医生的视野与手感，难以判断骨质的情况，术中不能调整钻针方向，可操控性较低。在后牙区，数字化导板、压板、导环、钻针等的高度叠加对患者开口度是种考验。由于导板与患者天然牙及粘膜贴合紧密，术中易过度产热，冷却水并不能起到很好的冷却效果^[1]。

还有学者指出，数字技术的发展使得手术导板的制造需要用到多种类型的数据，如IOS获得的STL数据，CBCT产生的DICOM数据。此外，还需要使用将各种数据重叠的技术，与传统技术相比，这些新的数字技术是否具有更高的精度尚未得到充分验证^[6]。也有学者研究了IOS和传统印模的准确性，显示两者的差异并无统计学意义^[9]。

另外，数字化导板的制作需要额外的时间和费用成本。但Martelli等^[10]指出，对于时间成本的看法是相对主观的，这取决于评估节省时间的角度，例如在手术中节省的10 min可能与在导板设计和制作上节省的1 h具有相同的价值，且在这个计算中还需要考虑手术时间减少的其他后果，包括麻醉时间的缩短，这通常会减少对止痛药的需求，减少感染的风险，甚至可能减少抗生素的使用。然而，由于还必须考虑许多其他因素，如紧急程度、手术类型、每年的病例数量等，因此很难在各医院进行这种计算。 而对于费用成本，笔者认为其会随着导板广泛大量的普及使用而逐步降低。

3. 计算机引导口腔种植的精度

3.1. 计算机引导口腔种植精度的研究方法

计算机引导口腔种植技术要广泛应用于临床，需要大量临床试验来验证其可行性、安全性与精确性。临床医师最关心的是能否将术前设计准确转移到患者口内，即计算机引导口腔种植的精度能否得到保证^[1]。评价精度需要比较术前设计的种植体位置与术后实际种植体位置之间的偏差，最常用的方法是将术前术后的 CBCT 影像重合，再测量术前设计与术后实际种植体的肩部、根部、角度和深度等特征参数的偏差值。

但这种 CT 匹配方法存在的问题很多。例如患者在行 CBCT 拍摄时的位置难以保持标准且一致，这会影响术前方案的设计与术后偏差值的测量。Lin等^[11]提出，由于钛植入材料产生的伪影导致术后植入物的轮廓模糊不清，种植体的整体轮廓放大，正确识别种植体形状较为困难，而再次使用CBCT 来单独进行这种评估，将使患者暴露在额外的辐射风险中。有学者为规避以上问题，如Franchina等^[12]建议采用IOS印模匹配的方法，即基于每个单独的导板制作术前石膏模型，并通过口内常规印模制作术后模型，扫描两个模型，以评估植入位置的差异，但该方法将引入新的不可控偏差参数，还需更多的临床随机对照试验来验证该方法的可行性。还有学者提出用IOS取代术后CBCT，将术前CBCT与术后IOS重叠对比，且试验结果显示此方法与术前术后CBCT重叠的精度相当^[13]。

3.2. 计算机引导口腔种植精度的研究结果

通过收集近年来各国学者对计算机引导种植精度荟萃（Meta）分析的研究中总结得出，种植体平均肩部偏差约为1.1～1.4 mm，根部偏差约为1.2～1.6 mm，角度偏差约为3.0°～4.3°，深度偏差约为0.46 mm。具体数据来源文献[5, 14-17]，如表1所示。但这些Meta分析未对精度的影响因素进行分类，直接取平均值对临床的指导意义不强。在一项前瞻性种植精度研究中， Lin等^[17]测得43枚全程引导种植的种植体偏差（见表1），显示了计算机全程引导种植较传统种植精度更高。目前基本把2 mm定为应用计算机辅助技术种植的安全距离，否则会有损伤重要解剖结构的风险^[14]。

表 1. Accuracy statistics of computer-guided oral implant in recent years.

近年来计算机引导口腔种植精度结果统计

数据来源	年份	种植体数量/颗	肩部偏差/mm	根部偏差/mm	角度偏差/（°）	深度偏差/mm
文献[14]	2012	1 688	1.09	1.28	3.81	0.46
文献[15]	2018	2 238	1.20	1.40	3.50	—
文献[16]	2019	2 767	1.14	1.46	3.08	—
文献[17]	2020	43	0.57 ± 0.33	1.14 ± 0.72	4.30 ± 2.87	0.46 ± 0.36
文献[5]	2021	—	1.40 ± 0.70	1.60 ± 0.70	3.0 ± 2.0	—

4. 影响计算机引导口腔种植精度的相关因素

计算机引导种植手术有许多步骤会导致种植体临床植入位置与设计的偏差，种植体植入的总体精度反映了整个过程中误差的总和。由于缺乏足量的病例数据和临床随机对照试验，计算机引导种植精度与影响因素的关系尚未形成系统的评价标准，但已有许多研究对影响因素进行了讨论。

4.1. 引导系统

目前认为不同引导系统的精度存在差异，例如种植系统以及设计软件中数据匹配精度、3D重建阈值的设置不同等，均会对精度有影响，但针对此方面的研究较少，且现有的研究往往局限于单个试验或体外模型实验，没有足够样本量互相比较。Vasak等^[18]研究表明，与其他软件相比，NobelGuide系统显示出类似或更少的空间和角度偏差。Murat等^[7]研究了StentCad Beyond（Ay Tasarim Ltd，土耳其）引导系统的准确性，发现其与导板设计软件Simplant/SurgiGuide（Materialise Dental，比利时）产生的平均深度偏差（0.6 ± 0.4） mm、平均肩部偏差（1.5 ± 0.8） mm、平均角度偏差7.9° ± 5.0°类似。

4.2. 导板生产过程中的偏差

CBCT的拍摄、数据的配准、制造方法等都会直接影响数字化导板的精确度，从而导致种植体植入的偏差。CBCT扫描层厚0.2～0.4 mm，扫描层厚决定了CBCT的精度，进而会影响后续方案的设计^[1]。在一项对图像配准精度的体外研究实验中，研究人员分别检测了间接扫描和直接扫描同CBCT配准的精度，并与传统放射导板精度进行对比，平均偏差分别为0.03、 0.04、0.33 mm^[19]。还有学者研究了光学扫描图像与放射图像配准条件对精度的影响，得到基于全表面配准比基于局部匹配条件下的精度更高^[20]。另一方面，在研究导板制造方法对精度的影响中，已有文献说法不一。Matta等^[21]发现使用相同计划生产的热成型和3D打印导板精度差异具有统计学意义，但都能够将预定的植入位置转移到临床。在另一项体外研究中观察到，不同3D打印机制造的导板精度差异具有统计学意义^[22]。还有学者比较了两种3D打印机打印导板的精确性，发现数字光处理（digital light processing，DLP）打印机比立体光固化（stereolithography，SLA）打印机制造的导板更加精准，在植入种植体的肩部和深度上显示出更小的偏差^[23]。还有学者发现，聚合喷射（PolyJet）3D打印的导板比SLA打印的更加精准^[24]。然而，另一项使用不同打印机制造的导板并没有显示出任何具有统计学意义的差异^[25]。在研究两种不同打印材料对导板精度的影响中也无统计学意义的差异^[26]。Henprasert等^[27]和Chai等^[28]的一项体外研究表明，用增材或减材技术制造的导板对植入精度没有影响。相反，Abduo等 ^[29]却在另一项研究中证明了通过减材制造导板可以得到更精确的结果。另有研究提到，SLA 3D打印的误差小于0.25 mm^[30]。

4.3. 导板支持形式

Tahmaseb等^[15]报道了牙齿和粘膜支持的导板比骨支持的导板更准确。Mai等^[31]分析指出由粘膜支持的导板会由于粘膜的弹性而固定不稳，减少导板移动的最有效方法是在无牙齿支撑端提供刚性支撑。与一侧由粘膜支撑的导板相比，牙齿支撑和微螺钉支撑的导板具有更高的功能稳定性，且研究表明牙齿支撑和微螺钉支撑下的导板稳定性基本相似。这些发现表明，牙支持式的导板最为精确，微螺钉可以作为牙齿的适当替代物，以增加粘膜支持式导板的稳定性。

4.4. 导板限制类型

根据多篇研究获悉，全程导板比半程导板的精确度更高。Lou等^[32]在研究半程导板和全程导板于前牙种植手术中的准确性中发现，全程导板的4个特征参数偏差明显小于半程导板和自由手，自由手偏差最大。Chen等^[33]在63例患者的前牙区采用全程和半程导板共植入76枚种植体，术后测量偏差也得出了相同的结论，即全程导板的准确性更高。多篇文献均得出了全程导板在无经验医生的种植手术中达到的精度与经验丰富医生无差别^[34-35]。Younes等^[36]更是主张全程引导手术“应该是黄金标准方法。”

4.5. 种植牙所在位置

Lin等^[37]指出在磨牙缺损病例中，使用的导板通常仅一端支持在剩余的牙齿上，虽然已经普遍认为牙支持式导板精度较高，但这种导板的远端游离状态可能导致稳定性不足。Sigcho López等^[16]指出在钻孔过程中可能会出现手术导板的微运动，且由于导板的倾斜和弯曲，使用这种单侧支撑的导板可能会导致较大的植入偏差。El Kholy等^[38]在一项体外模型实验中报道，与放置在双侧牙固位的种植体相比，放置在远端的种植体有明显更大的肩部和根部偏差。Tang等^[39]研究了种植牙所在的象限会影响种植体根尖部颊舌侧的偏差。种植体位于上颌骨的第一、二象限的根尖点和角度倾向于向颊侧倾斜。相比之下，在紧实的下颌骨中，颊舌方向偏差不明显，这可能与上颌骨颊侧的骨密度低于颚侧的骨密度有关，且与下颌骨相比，上颌骨与水平面不垂直。同时还发现种植体在第一象限的入口点也倾向于向颊侧偏移，但在第二象限中未观察到此类偏差，这种现象可能与医生的位置和支配手有关。Zhou等^[40]指出种植体植入位置在下颌骨的比在上颌骨的有更小的角度偏差，这可以从骨骼解剖和骨密度进行解释，由于下颌骨的结构是直弓形，而上颌骨的形状是圆形的曲线，所以限制了对角度的控制，且下颌骨密度更大。Vinci等^[41]针对无牙颌患者使用粘膜支持式导板行种植手术时，对其精确度研究得出：下颌骨比上颌骨的误差更大，且与上下颌骨的前牙部相比，后牙区的误差更大。还有学者的研究指出术区牙位对精度的影响不明显^[42]。

4.6. 患者因素

患者年龄、性别、吸烟情况、缺牙情况、用牙习惯、骨密度等方面均可能对种植精度产生影响，但目前关于此类研究较少，关于同一因素研究的说法也不尽相同。Tahmaseb等^[15]在一篇系统性综述中提到与完全无牙患者相比，部分无牙患者的治疗更准确。Kivovics等^[43]研究的结果显示，患者骨密度与角度偏差之间存在微弱的具有统计学意义的负相关关系。种植体放置位置的骨密度越高，其精度越高，这可能是因为骨密度越大，种植体越难以偏离导钻的轨迹。相反，Zhou等^[40]的Meta分析显示患者年龄对精度没有显著影响。这一结果也否定了由于有较高的骨密度，年轻患者具有更高精度的假设，且结果显示无论种植体放置方式如何，骨密度都并不影响角度偏差。对此，作者给出的解释是研究选择的受试患者年龄均在40岁及以上，这一阶段的人群都已存在骨流失现象。笔者认为此项研究将年龄限定过高，认为患者大多已存在骨流失情况，但在未对骨密度进行实测的条件下直接将年龄与骨密度相关联并不科学，但40岁以下患者行种植手术的病例样本较少，这也是难以从年龄角度进行系统评估的原因之一。

4.7. 术者经验

Lin等^[11]实验结果显示，当在良好控制环境中使用牙支持式导板时，操作经验并非影响种植精度的关键因素，所以无论是经验丰富还是经验不足的术者，都必须小心谨慎。也有学者研究了术者经验对于半程限制导板和粘膜支持式导板精度的影响，得出了相同的结论^[43]。但也有学者的研究表明，种植体植入的深度偏差最受术者经验水平的影响^[44]。

4.8. 其他影响因素

El Kholy等^[45]首次研究了导套高度、钻孔距离和导向键高度对导板精度的直接影响，研究结果表明，减小自由钻距、降低导套高度以及增加导套上方导向键高度可以提高精度，但此项研究使用的是石膏模型，而非临床实际病例。最近的一篇研究提到，导板的一个局限性是它的内表面不能完全贴合在放置它的牙齿解剖结构上。由于咬合面由细小而复杂的解剖结构组成，这些解剖结构可能会影响导板的正确位置，而3D打印误差或导板内表面的粗糙都会使导板与咬合面过早接触。为了在临床实践中解决这一问题，应在设计过程中采用蜡封好的精细解剖槽，或在设计时就对预制导板进行偏移^[46]。Zhou等^[40]研究显示，带固定钉的导板比不带固定钉的导板具有更小的角度偏差，固定导板比手动加压或徒手放置能更准确地给种植体定位。有研究表明，种植体的直径和长度也对精度有一定的影响，直径较小的种植体角度偏差较小，而种植体越长偏差越大^[42]。

5. 结论

计算机引导口腔种植的精度是口腔种植领域的研究热点，除此之外，计算机导航（动态）手术和种植机器人也正蓬勃发展，为数字化口腔种植提供了更多的可能与选择，也为口腔种植领域确立了未来的发展趋势和研究方向。但无论是哪种数字化种植方法，都离不开对其精度的探究，只有精度得到了充分的保证，才能在口腔种植领域脱颖而出。但目前对精度及其影响因素的研究仍处于百家争鸣的阶段，尚未有一个成体系的参考标准，这也受临床病例数据搜集难度大、数据采集不标准等原因的影响，同时由于不同国家、不同公司对数据的保护，产出的数字化系统和数据等大多不能兼容，也一定程度阻碍了对精度的研究进程。

根据本文梳理的计算机引导口腔种植精度的影响因素，建议医院特别关注图像采集、导板制作等硬件设备以及导板设计规划软件等的更新换代，以获得更精确的数字化技术支持。临床种植医师应根据患者的个性化条件，在术前对导板的设计规划中加强参与度。在术中，医生需要注意正确规范地放置使用导板，注重不同情况下的导板就位和稳定，严格把控种植手术中每一个操作步骤可能造成的偏差。术后更需要注重收集病例数据便于后续研究使用。自由手种植、术中应急处理方法、种植工具的应用以及数字化技术设备的使用等重要培训也需要规范和强化。

目前，针对计算机引导口腔种植的精度及其影响因素问题，仍需大量的临床病例和临床随机对照试验进行更系统的研究，从而更好地改进方法、指导临床，推进口腔数字化技术的发展。

重要声明

利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。

作者贡献声明：陈韵郦为综述主要撰写人，完成文献资料的整理收集与分析，以及论文初稿的撰写；苏葆辉参与论文的修改、指导与审校。