浅谈数字化口腔种植治疗

2017-1-18 15:01  来源:中华口腔医学杂志
作者:宿玉成 阅读量:715

    医学已进入了大数据和精准医疗的新时代。口腔种植在临床治疗过程中不同程度的引入数字化程度高的放射线扫描、口腔内和模型扫描及计算机辅助设计(computer-aided design, CAD)与计算机辅助制作(computer-aided manufacture,CAM)等高科技与设备,有助于提高种植治疗效果与效率、减少种植治疗并发症。

    纵观数字化口腔种植治疗的发展,与社会其他领域的数字化发展轨迹相类似,从不同临床治疗片段的数字化技术介入,逐渐演变为贯穿整个治疗过程的数字化。笔者将从数字化口腔种植的概念出发,讨论目前口腔种植治疗的数字化程度、优势、局限性及误区,为数字化口腔种植的发展抛砖引玉。

    一、数字化口腔种植治疗的概念

    口腔种植治疗是指牙缺失种植修复的治疗与维护过程,包括四个基本治疗程序:诊断与设计程序、外科程序、修复程序、技工工艺程序以及维护程序,每个治疗程序中又包含了诸多不同的或简单或复杂的治疗技术。迄今,在口腔种植学领域已经积累了大量的临床经验、实验数据与循证医学研究成果,同数字化和信息化时代与时俱进,开启了口腔种植治疗技术、治疗程序甚至整个治疗过程的数字化时代。

    1.数字化口腔种植治疗技术:

    (1)概念:

    数字化口腔种植治疗技术是指将数字化设备用于口腔种植治疗,替代传统的治疗手段,提高种植治疗的效果,例如数字化放射线扫描、数字化印模、数字化面部三维扫描、数字化虚拟架与数字化精密机械制作等技术。不同品牌设备中所嵌入的计算机软件进行数字化处理的侧重点可能有差别,因此有时用到侧重种植设计的第三方计算机软件。数字化技术是数字化口腔种植治疗的基础,联合使用可实现口腔种植治疗程序的数字化,当数字化治疗程序相互连接之后,便实现全程的数字化。

    (2)现状:

    以上数字化技术适用于口腔医学,并非口腔种植领域的专有产品。为有效地将数字化应用于口腔种植治疗领域,在相关设备中嵌入与口腔种植直接相关的处理软件;或者开发出第三方专业软件,在计算机上独立连接、叠加与处理,实现口腔种植的CAD/CAM。显然,数字化口腔种植技术成效与可操作性依赖于产品硬件、附带的处理软件与第三方专业软件,其不断地完善与进步推动着口腔种植临床医学的发展。

    2.数字化口腔种植治疗程序:

    (1)概念:

    数字化口腔种植治疗程序并非指在口腔种植治疗程序中简单应用了某些数字化技术,而是在所应用的数字化技术能够在数据连接与叠加的基础上,整个治疗程序有别甚至完全摒弃传统的治疗方法。在口腔种植治疗过程中,数字化的治疗程序包括数字化诊断与设计程序、数字化外科程序、数字化修复程序和数字化技工工艺程序等。

    (2)现状:

    数字化口腔治疗程序是口腔种植治疗过程的核心,是数字化技术发展的必然结晶,促进了口腔治疗程序的精准、规范与交流。尽管CAD/CAM概念、技术与设备已经有几十年的历史,但只是在近几年种植医学领域才形成以CAD/CAM为轴线的技术路线,并且受到临床医师的充分肯定。数字化治疗程序提高了种植治疗的精准程度,明显有利于减少种植治疗并发症。数字化种植治疗程序的进步归功于数字化的进步,这也要归功于传统医疗程序与数字化工业革命这两个不同专业之间思维方式的整合。目前,有3个因素阻碍着数字化治疗程序普及:①硬件与软件不断更新带给临床的困惑;②商家不愿开放数据;③不同品牌设备与软件和不同种植体系统的兼容程度。

    3.数字化口腔种植治疗过程:

    (1)概念:

    数字化口腔种植治疗过程是指已实现的数字化治疗程序连接为一体,实施种植治疗过程的数字化,也称全程数字化口腔种植治疗。由于有些数字化设备产品(包括相关计算机软件)比较全面,制造商致力于将其产品形成一个完整的序列、贯穿种植治疗全过程,因此将数字化口腔种植治疗过程称之为数字一体化口腔种植治疗。可以将口腔治疗技术的数字化视为口腔治疗程序数字化的基础,进而实现口腔种植治疗程序甚至整个治疗过程的数字化。就口腔种植治疗全程,可将口腔种植治疗技术理解为"碎片化"的数字化种植治疗,将各治疗程序连接为一体的数字化口腔种植治疗就是全程数字化口腔种植治疗。

    (2)现状:

    全程数字化口腔种植治疗已初见端倪,将每个治疗程序实现数字化链接。尽管目前还难言完善,但其进展迅速给种植临床带来了全新的理念,是口腔种植临床发展的新动力、新方向,是真正实现以修复为导向种植治疗理念的重要路径。

    4.数字化口腔种植治疗技术:

    (1)数字化放射线扫描:

    三维计算机软件程序可以从锥形束CT扫描获取颅-颌-面部部分或全部的医学数字成像和通讯(digital imaging and communication in medicine,DICOM)的数据信息,包括软硬组织形态和骨密度,进而在横断面、冠状面、矢状面甚至任意轴向及曲面上重建二维颅-颌-面结构,并且实现三维立体结构重建。与螺旋CT相比,锥形束CT扫描具备放射线暴露剂量低、硬组织信息量大、重建速度快、易于进行口腔种植的诊断与设计等优势。

    (2)数字化印模:

    用口内扫描仪制取数字化印模的优点:患者舒适、操作时间短、印模材料和石膏材料无形变,便于数字化印模信息的交流与储存。目前扫描方式包括喷和不喷氧化铝粉末两种方式。数字化印模的局限性:需要隔湿控制、龈下信息捕捉、获取邻面接触点和倒凹区的准确信息。另外,数字化印模还可通过口外扫描阴模或石膏模型获得。

    (3)数字化面部三维扫描:

    是将面容轮廓扫描数据通过软件与锥形束CT扫描获得的颌面部骨骼结构信息、口内扫描获得的黏膜信息结合在一起,目前匹配准确度<1.5 mm。这一流程可从口内到口外、从硬组织结构到软组织外形实现对患者全面完整的术前诊断,同时预测治疗效果,提高效率、增加美学和功能预期,特别是复杂病例可极大程度改善医患沟通和团队合作。数据采集包括结构光扫描(如摩尔纹轮廓测量法)、激光扫描和数字化立体测量等方法。无论是激光或结构光主动式的面容轮廓扫描,最新的高分辨率二维数字信息合成三维模型所用扫描时间短,不依赖复杂的扫描装置,精密度充分满足临床需求。尽管数字化面部三维扫描技术已尝试用于口腔种植领域,目前仍然受到与锥形束CT扫描信息、口内扫描信息匹配软件的限制。

    (4)数字化虚拟牙合架:

    将下颌运动轨迹描记所获得静态牙合或动态(下颌运动)数据通过软件形成数字化虚拟架用于传统修复或种植修复的诊断与设计。可将数字化虚拟架与锥形束CT三维重建的颌骨模型叠加,在解剖结构适宜的条件下调整咬合。数字化虚拟架主要分为两大类:①数字模拟架,类似于传统平均值架;②数字化虚拟可调架,使用下颌运动轨迹描记仪通过超声设备感应面弓和下颌接收器的相对运动获得下颌运动的各项参数,演示患者个性化的运动轨迹,在下颌运动时观察关节的活动,并在三维模型的各方向截面上,显示各接触点的力以及咬合的频率,从而深入分析咀嚼运动,更合理、精密地设计理想修复体的位置和表面特征,并缩短制作时间。显然,该项技术应用于临床还需要在专业计算机软件下运行。

    (5)数字化精密机械制作:

    数字化精密机械制作是通过CAM软件控制数控机床实现,准确地将修复思路转化为修复现实。数字化修复体或数字化导板的制作方法可以大致分为加法技术制作[如立体光刻成形(SLA)、选域激光烧结(SLS)、3D打印技术等]和减法技术制作(如数字化切削技术等)。在修复程序中使用数字化手段可通过网络实现医师与加工厂、技工室远程联系,椅旁CAD/CAM的使用降低了对传统技工室的依赖;实现了个性化治疗与个性化修复加工产业之间的有效结合。

    (6)第三方软件:

    是指并非在设备之中嵌入的计算机软件,而是设备外独立运行的计算机软件。通常适用于种植治疗的第三方软件的功能更加强大、兼容性强,能够接受和处理DICOM或标准镶嵌语言(standard tessellation language,STL)数据,并且输出到相关加工设备,实现种植治疗的CAD/CAM。

    二、数字化口腔种植治疗程序

    1.数字化口腔种植诊断与设计程序:

    (1)概念:

    数字化口腔种植诊断程序是通过锥形束CT或螺旋CT获得的DICOM数据进行三维重建,使颌骨的形态、内部结构与牙列可视化,并且与数字化扫描等所获得的STL数据相叠加,进行虚拟修复体、虚拟与虚拟种植体植入程序,实现以修复为导向的种植治疗方案设计。

    (2)数字化颌骨解剖:

    基于锥形束CT或螺旋CT数据的颌骨模型三维重建,可以三维度显示颌骨的软硬组织状态,即颌骨形态与骨吸收状态,可用骨的近远中向、颊(唇)舌(腭)向和冠根向骨量,特殊结构的形态与位置(例如下颌管、上颌窦底、鼻底和鼻腭管、血管与神经等),软硬组织病变(上颌窦黏膜病变、鼻腔黏膜病变与颌骨病变等),牙与牙周状态等。

    (3)种植修复方案:

    种植方案设计阶段的数字化印模将进一步推动实现以修复为导向的种植治疗理念。利用专业种植治疗设计软件程序将从锥形束CT或螺旋CT扫描中获得的包含硬组织信息的DICOM数据,与从数字化印模中获得的包含牙及软组织表面信息的STL相叠加,从而实现软硬组织的可视化。在此基础上,生成修复体的虚拟蜡型、实现以修复为导向的种植治疗方案设计,并形成数字化外科模板和修复体制作的基础(图1,图2)。

图1种植位置虚拟设计

图2全信息三维数字化模型,可见软组织、骨组织、种植体及基准体的三维配准信息

    (4)种植外科方案:

    在修复为导向的种植治疗方案和虚拟修复体蜡型上确定种植治疗的外科、修复及技工工艺程序,包括种植体植入时机,种植体植入位置、数量、型号与轴向,是否需要骨和软组织增量及其临床程序,种植体植入位置及轴向与对牙之间的对应关系等。

    2.数字化口腔种植外科程序:

    (1)概念:

    将数字化虚拟种植方案付诸于种植体植入的外科临床过程。目前数字化口腔种植外科程序主要分为两类:计算机引导(静态引导)外科程序与计算机导航(动态引导)外科程序。

    (2)静态引导外科程序:

    术中在外科模板的引导下植入种植体,并且不允许改变种植体设计和三维位置及轴向。

    数字化外科模板用于静态引导外科程序。基于数字化虚拟种植体植入将缺牙区拟植入种植体的植入部位、数量、三维位置与轴向等信息参数转化为STL文件格式,通过数控精密机床或用快速成形方法加工,制作用于术中所使用的高精度定位外科模板,引导外科医师的操作,从而确保术前所计划治疗方案顺利实施。数字化外科模板作为最终信息的载体,将种植医师的设计思路通过手术模板的精确定位和引导予以实现。

    数字化外科模板需要配合专门的外科手术器械,在种植术中引导种植窝预备和种植体植入。种植窝预备时需应用引导套管,引导套管的外径与数字化外科模板的定位孔内径匹配,引导套管的内径按大小分为几种,与预备种植窝不同级别的括孔钻直径匹配,在种植手术过程中根据不同直径的扩孔钻选择匹配的引导套管(图3,图4)。

    图3CAD/CAM制作的外科模板,为两颗中切牙位点即刻种植制作的牙支持式外科模板,采用数控精密机床切割而成;图4静态引导外科程序,种植手术中在牙支持式外科模板的引导下进行种植窝预备,可见在与种植体系统相匹配的引导套管的引导下预备种植窝

    笔者将数字化外科模板分为种植体导向外科模板和修复体导向外科模板。前者是基于锥形束CT或螺旋CT的数据重建、虚拟种植体植入,确定种植体的三维位置与轴向之后制作外科模板;后者将锥形束CT或螺旋CT的扫描重建影像与数字化口内扫描所确定的修复体信息匹配,虚拟设计未来种植修复体的位置,之后依据虚拟修复体的三维信息设计种植体的数量、型号、三维位置与轴向等。以修复体为导向的数字化外科模板是全程数字化口腔种植治疗的重要步骤之一。

    (3)动态引导外科程序:

    又称为计算机导航外科程序,同样是基于数字化虚拟种植体植入,但不制作外科模板,需要特殊导航设备在术中进行配准,然后利用种植体植入的三维导向系统进行实时动态导航,从三维方向在手术室的屏幕上显示正在使用的工具所处的准确位置,允许术者在术中调整部分设计甚至是种植体的三维位置。

    (4)数字化口腔种植外科程序的优势:

    数字化种植外科实现了外科种植的精准医疗,优势显然:①使术前设计的种植体三维理想位置成为现实;②避免误侵特殊解剖结构如上颌窦、下颌管和鼻底等;③实现不翻瓣外科与微创外科的准确性。但静态与动态引导外科程序均具有局限性:前者可能有水冷不足的风险,并且在牙列缺损的种植体植入过程中,外科模板占有一定的空间,在张口度不足的后牙区种植位点操作困难;动态引导外科程序设备昂贵、操作繁杂。

    3.数字化口腔种植修复与技工工艺程序:

    (1)概念:

    将基台选择或制作、印模、修复体的设计及制作数字化的临床程序。数字化口腔种植修复与技工工艺程序可以是独立的修复程序,也可以是数字化口腔种植外科程序的延续。

    (2)个性化基台:

    基于种植体的位置、轴向与软组织形态可以使用专业软件设计,并在数控机床上制作个性化基台(图5)。个性化基台具备如下含义:①用含有与种植体连接结构的基台雏形,按照龈缘的走行设计并制作合理的粘接线位置;②强调使用基台基底,这是种植体制造商提供含有与种植体连接结构的基台雏形,是目前个性化基台的基础。为确保个性化基台不损害种植体与基台的连接面,目前并不主张使用非基台基底制作的个性化基台。换言之,要确保种植体植入在正确的三维位置与轴向上,当出现偏差时用个性化基台修正存在的问题。

    图5利用基台基底制作的个性化基台,将修复体与基台的粘接线的位置提高到龈缘下方<1 mm,便于去除溢出的粘接剂;图6下颌全牙列种植修复体,利用数控精密机床制作CAD/CAM支架,并完成支架表面的修复体制作

    (3)种植修复体设计:

    种植修复体的CAD是通过专业的种植设计软件从数字化印模中获得的数据,生成虚拟蜡型,由此设计种植体支持式修复体。数字化印模包括:①在种植治疗诊断与设计阶段扫描牙及软组织的表面信息;②种植治疗修复阶段扫描软组织、牙及种植体平台(或基台)的表面信息;③临时修复体使用完成后扫描软组织、牙及临时修复体的表面信息。

    (4)种植修复体制作:

    种植修复体的CAM是依据虚拟蜡型的数据,由数控精密机床制作修复体基底(或支架)与冠(图6)。种植修复体包括临时修复体与最终修复体。

    (5)数字化口腔种植修复程序的优势:

    种植治疗全程中修复程序是数字化实现程度最高的治疗程序,其优势:①修复精度与质量提高,如修复体与基台或种植体平台界面、支架或修复体的被动就位;②修复程序可重复,在使用计算机中的原有数据可再次加工制作;③通过网络实现与加工厂、技工室远程数据传输与交流,便捷准确,并降低了对传统工艺的依赖;④修复体结构尺寸的最小化,例如全瓷冠的厚度等;⑤个性化治疗与个性化加工产业化;⑥降低机械和工艺并发症。

    三、数字化口腔种植治疗过程

    1.种植治疗方案的演变:

    (1)以修复为导向的种植治疗理念:

    口腔种植治疗发展迄今,人们已经认识到种植体周围骨和软组织的健康与长期稳定是决定种植修复方案的重要因素。换言之,种植治疗的修复方案是获得种植治疗功能与美学治疗效果的关键因素。广义的以修复为导向的种植治疗设计理念包含种植体数量与三维位置、修复体与种植体的对应关系、修复体外形轮廓、静态与动态的咬合重建因素等。狭义的解释为以修复体位置为导向的种植体植入。

    (2)口腔种植治疗过程的数字化虚拟:

    传统种植治疗方案的设计路线,通常是以骨量—种植体位置—是否骨增量—是否软组织增量—修复体为方案设计主要轴线。而修复为导向的种植治疗理念改变了种植治疗方案的设计路线,即以数字化虚拟种植修复体—数字化虚拟—种植体位置—是否骨增量—是否软组织增量为方案设计主要轴线。

    2.全程数字化口腔种植治疗:

    (1)概念:

    将数字化口腔种植治疗诊断与设计程序、口腔种植外科程序及口腔种植治疗修复与技工工艺程序贯通为一个关联而序列的种植治疗过程,实现口腔治疗全过程的数字化。

    (2)技术路线:

    全程数字化口腔种植治疗是在临床检查与评估的基础上,获取锥形束CT(或螺旋CT)的DICOM数据和口内扫描的STL数据,用专业计算机软件叠加,设计虚拟种植修复体蜡型。在正确的三维位置与轴向上设计以修复为导向的种植体数目、位置与轴向,确定是否需要同期或分阶段的骨及软组织增量方案,制作数字化外科模板或设计动态引导外科程序。根据需要可以同期制作临时或最终种植修复体。依据模板外科的静态或动态外科引导程序种植体植入。当然,依据具体临床状态,可以是单纯的种植体植入,也可与骨和软组织增量同期进行,或是在骨或软组织增量愈合后分阶段的种植体植入。如果是潜入式种植体愈合,可使用数字化外科模板引导暴露种植体的二期手术,提供准确的定位,进一步减少创伤。接下来,进行数字化印模(或使用术中数字化印模),结合数字化虚拟技术制作临时种植修复体或最终种植修复体,或在种植治疗诊断与设计程序中完成数字化种植修复程序。

    3.全程数字化口腔种植治疗的优势:

    口腔种植治疗是自诊断至修复、维护的漫长过程,这一过程包括了种植治疗的4个基本程序——诊断与设计程序、外科程序、修复与技工工艺程序及维护程序,每一程序中又包含了诸多不同的或简单或复杂的治疗技术,每个程序中的每项技术的数字化都是口腔种植治疗数字化的一部分,集合在一起就是口腔种植治疗过程的数字化(图7)。优势包括:①实现了不同专业间的交流;②提高了种植治疗的精确性,减少人为误差;③提高了种植治疗的可预期性,降低并发症风险;④实现了种植治疗过程中各治疗程序的连贯性与可重复性;⑤实现了以修复为导向(功能与美学效果)的种植治疗理念。

图7数字化口腔种植治疗流程图

    四、数字化口腔种植治疗的发展

    1.数字化种植治疗理念的误区:

    认为数字化口腔种植治疗可以弥补种植治疗的临床操作能力,这是错误的理解。事实上,数字化种植治疗的诊断与设计程序以及外科与修复程序都需要医师具备丰富的临床经验、娴熟的临床技巧。换言之,数字化口腔种植治疗的目的并不是弥补临床医师经验与技能的不足,而是更进一步提高种植治疗的精准性、降低种植治疗的生物学、机械力学及工艺方面的并发症。

    2.数字化口腔种植的局限性:

    ①随着科技的发展,诸多种植数字化相关技术不断涌现、更新迅速,有些技术在较短时间内被新的技术所替代;②相关软件的兼容性较差,更新速度较快,如一个软件设计出的修复体能否在另一个品牌的CAD/CAM程序中应用、软件更新后的应用以及软件与设备之间的开放等方面都存在一些问题;③现有数字化技术在材料的匹配、对新材料的适应等方面也存在一定的局限性;④设备的初始成本较大,包括设备购置和维护;⑤学习曲线的成本较重,医师在将自己的理念通过数字化技术实现时必须具备一定的临床经验与技术知识,数字化技术实际上提高了对医师的水平要求,这就提高了学习曲线的成本。

    3.口腔种植治疗数字化的发展趋势:

    数字化口腔种植治疗是口腔医学与相关交叉学科的良好交融。尽管口腔种植治疗数字化的优势与局限性并存,但未来的发展趋势依然:①碎片式治疗技术的数字化将发展为治疗程序的数字化,从而达到治疗过程数字化(口腔种植治疗全程数字化);②期待口腔种植治疗数字化能够实现本土化,可节约费用与时间成本;③希望实现量产化,节约设备与学习曲线成本。

编辑: 陆美凤

网友评论