牙种植中动静态系统的精度分析

    计算机辅助种植外科有着源远的发展历史。早在1979年，Hounsfield就因发明了计算机体层摄影术而斩获诺贝尔医学奖。同样在20世纪70年代末，Brown将计算机体层摄影与立体定位头架联合运用于人类头部的扫描。紧接着，用于诊断评估牙槽嵴形态的三维软件在90年代前后问世，并进一步发展实现了在扫描横断面上放置种植体图像的技术突破，奠定了种植导航的基础。
    1992年，动态导航系统首次运用于神经外科手术，随后在2000年初也运用于口腔种植手术。静态和动态系统都属于计算机辅助种植外科，前者从CBCT获取数据并转化为种植导板，以静态的方式引导种植手术；后者经数字化信息采集后虚拟设计植入方案，以动态的方式实现种植手术的实时定位导航。
    相较于传统种植技术，动态/静态导航系统为经验不足的医生提供了更短的操作时间和更高更稳定的精确性，一定程度上减少术后并发症的发生。其中，静态系统的精确与导板的正确选择密不可分。在特殊的临床条件下，如在后牙位、颌间距离不足或张口度小的情况下应适当调整导板和导管高度，否则将不利于手术精度、患者舒适度和时间效率的提高。
    1.静态系统
    1.1 不同支持组织的导板
    静态计算机辅助种植外科的临床疗效离不开导板的正确引导，而针对适应证选择合适的导板支持组织、定位方式和制作技术也对手术精确性的提高有不可或缺的作用。
    多篇综述指出牙支持式导板的精度更高，而骨支持式导板的精度最低。但Schneider等却指出，不同支持组织的导板对手术精度的影响没有统计学差异。矛盾的结论说明静态系统中依据导板的支持方式来提高种植精度是不具备普适性的，临床上仍不能忽视不同支持组织的导板在种植体颈部、根尖和角度方面的误差。
    不同的口内环境及种植方案有其特定的支持方式，当结合运用合适的定位及制作技术时才能获得最佳的种植精度。因此，经验较少的医生在使用静态系统时应预留2~3mm 的安全距离，而熟练使用导板的医生则可根据种植难度适当减少安全距离。
    在黏膜支持式导板中引入微螺钉固位能较好地提高导板的稳定性，尤其适用于牙列缺失的无翻瓣种植手术。而Tahmaseb等建议，软组织厚度>3.5mm时导板的稳定性将受到较大的影响，不适于无翻瓣种植。有文献指出，黏膜支持式导板结合无翻瓣种植降低了患者的术中、术后不适，有效缩短了手术时间，术后肿胀及疼痛反应也更轻微。但在术后并发症方面，Di Torresanto等也报道了进行无翻瓣种植的患者中有20%发生了术后种植体周围缺乏角化黏膜的现象。
    综上所述，黏膜支持方式适合于黏膜活动度较小的情况，通过辅以微螺钉固位来进一步稳定导板并结合无翻瓣技术来提高患者的舒适度。排除黏膜疾病患者，合理设计固位螺钉的数量及分布，在余留牙缺失或松动等情况下黏膜支持式导板也能达到最优的种植精度。
    牙支持导板能在较多条件下获得较高的精度，但同样受到支持牙的条件、数量、分布和导板覆盖的影响。在基牙数量上，El Kholy等发现基于4颗牙的支持方式能与全牙弓式导板在种植体三维误差上获得一样的手术精度（α=0.05）。若基牙呈线性分布或仅在牙弓的一侧，导板将可能发生弯曲、倾斜甚至折断等失稳现象。
    在完全无牙颌条件下，以微螺钉代替余留牙，Lee分别于前牙区和两侧后牙区各植入1颗微螺钉形成三角分布，并结合扫描帽或锚定帽的方案，在数据采集、导板固位和手术精度上都达到很好的效果。这也说明，余留牙不仅给予了导板固位条件，还是口内重要的数字化配准标志。Mai等为单侧无牙颌患者预先植入叠加锚定微螺钉（superimposition-anchor microscrew，SAM），使缺乏解剖标志的无牙颌区域顺利进行图像配准，并辅助余留牙支持导板、引导种植体的定位，有效减少了可能出现的误差。
    同样在余留牙不足时，增加导板覆盖于余留牙的面积也有助于提高导板的稳定性。研究发现，导板覆盖于外形高点线以上将不具备齐平线或线以下的稳定性，而后两者表现类似。但稳定性和就位条件常相互干扰，必要时仍需辅以固位针、微螺钉加以固位。
    1.2 不同定位方式及不同制作技术的导板
    对于经验丰富的口腔医生而言，自由手种植能达到足够的精度，但在没有导板引导的无翻瓣种植中，风险仍不容小。而对于无经验术者，全程导板系统显著提升了种植精度，也明显有利于前牙区即刻与延期种植。然而，由于解剖特异性或计算机设计软件限制等因素存在，临床上可能出现必须由有经验的口腔医生手动纠正种植体位置或角度的情况，此时就不能单纯依靠导板引导，而应结合自由手种植灵活调整种植体。在先锋钻引导的半程导板中，长导管较短导管具有更高的精确性。
    当导板的导管高度低于5mm 时，种植体角度误差将显著增加，而在Liang等引入了平行于种植体长轴的方向指示性圆柱体为术者的种植操作提供参考时，短导管导板的种植精度反而又能得到显著提高，解决了颌间距离不足时而又必须采用静态系统种植的问题。
    同时，数控切削和3D打印技术等导板制作技术也将影响种植的精度。随着桌面级3D打印设备价格降低，该技术越来越受到临床的青睐。多篇文献指出，制作导板产生的误差可能是静态系统误差的主要来源，发生于CBCT扫描、定位、数控切削制作、3D打印和导环就位过程的任何阶段，并直观表现为导板的内部适应性上。
    在切削和打印的导板内部适应性上，商用五轴数控机床切削的导板仍然显著精确于3D打印技术如商用数字光处理或台式熔丝制造制成的导板。究其原因，首先是五轴数控机床本身具有的高精度，其次制作导板的切削材料是不易收缩的亚克力材料，最后影响精度的内表面多为无应力集中的光滑圆形，同时切削难度也比氧化锆或钛更低，精度自然就提高了。
    反观使用树脂的3D打印，理论上发生于每次分层的材料收缩或垂直分层末端的阶梯误差，都可能发生应力集聚而使导板变形，整体精度下降。不可否认的是，如今3D打印技术快速发展，也已获得与切削导板一致的精度，在高性价比的桌面级3D打印机出现后，其耗材少、时间短、成本低的优势收获了广泛的青睐。较台式熔丝制造（100μm）打印而言，商用数字光处理打印因其更可控的喷嘴和更易固化、每层更薄（35μm）的材料，在精度方面更具优势。
    还有一种出现更早的打印技术——立体光刻，通过Dalal等分析得出了打印时50μm的分层厚度和45°的角度将提供最好的整体稳定性。对于不同打印材料而言，树脂较金属材料更易于制作且性价比更高，但会发生老化变形，通常1个月后精度明显下降。若向内部适应性妥协，则有另一种开口式导板，其不需要导环的引导，因有一定空隙而平衡了高摩擦带来的骨热损伤和可适当改变种植角度、方向的种植灵活性等问题，但其更适用于手术时间长、解剖结构复杂的病历。
    1.3 缺牙的部位和数量对种植精度的影响
    单就形态和功能而言，前牙区美学要求高，对软组织形态和即刻修复等要求更高；后牙区种植体需承担较大的咬合力，对种植体的植入方向、深度以及随后修复体的形态、邻接咬合关系也有更高的要求。数字化设计制作的导板引导下的种植较自由手更能提高精度，更好地缩小了术前设计与实际的误差。
    但临床情况复杂，单纯以修复为导向设计方案常有困难。相比单颗牙缺失，前牙缺失较多时，导板跨过牙弓拐角呈不稳定的曲线，此时应考虑增大基牙数量、覆盖面积或同时运用固位针等以点带面来稳定导板。磨牙区多颗牙种植时导板引导受到张口度的限制，当导板导管高度低于5mm且术者在远基牙侧种植时辅以方位杆的运用能显著提高种植角度的精确性。
    有文献指出，单或多颗牙缺失的后牙或全牙弓导板精确度高于前牙导板。而且前牙单颗或部分缺失常需要的即刻种植往往表现出大于愈合位点种植约两倍的平均角度误差。究其原因，可能是缺牙部位对种植精度的影响涉及了植入位点骨密度这个中间因素。若缺牙位点的骨质条件差，种植体将避开高阻力区而向低阻力区偏移。
    Kivovics等发现，完全无牙颌的种植精度并没有表现出与术者经验的显著关系，而是与种植体位点的骨密度呈正相关。除了骨密度，骨量的减少、黏膜厚度及动度的相对增加也给无牙颌种植带来难度。使用翻瓣后的骨支持导板并不能提供足够的种植精度，而黏膜支持式导板在固位针的辅助下能得到更高更稳定的精度。在静态种植系统中，无牙颌种植的精度和远期疗效尚无定论，但在第5届ITI共识中指出，单颗或多颗牙种植较完全无牙颌而言显示出了更高的精度。
    2.动态导航
    多篇系统性综述指出，动态导航获得的种植体成功率优于静态导板系统和自由手种植，不同的动态种植系统也表现出不一致的手术精度。但动态导航系统在精度上的优势大多源于体外研究，仍需大量的体内研究予以佐证。
    2.1 缺牙的部位和数量对种植精度的影响
    同样有利于形态和功能的恢复，具备了可视化术前设计的动态系统因医患双方的共同参与而较自由手种植收获了更高的患者满意度和种植精确性。牙缺失数量越少，可用于导航配准的解剖标志就越多，虚拟设计数据就能更准确地转换至术中。而无牙颌患者也因此常需额外佩戴或植入配准标志物以保证合格的种植精度。
    为减少有创性并提高种植精度，也有学者针对无牙颌治疗提出了导板与导航结合的新方法。在单牙种植方面，动静态系统间不具备显著差异，但在上颌骨严重萎缩的无牙颌穿颧种植中，动态系统显示出更高的精度。
    Aydemir和Arisan发现，与受限于张口度的自由手种植不同，动态导航种植的精度没有表现出与张口度的关系，同时也指出了在上颌骨的前后不同种植位点间不存在植入点根尖、入口及角度的显著误差。同样，无牙颌的上颌骨和下颌骨间也没有发现种植精度的显著误差。但与静态系统不同的是，骨密度造成的阻力越大，动态系统的误差就越大。动态系统有效减弱了自由手或静态种植时阻力让性的影响，这离不开数字化导航技术所给予的实时校正种植钻头的能力。
    2.2 配准精度的提高
    动态导航系统的准确性离不开配准基准点数量、位置、材料的正确设置和配准方法的采用。若向无牙颌患者植入微螺钉以作为配准基准点，当配准基准点在6个以下时，以腭隆突和双侧上颌结节组成的正三角形排列将获得更高的精确度；当配准基准点为5个时，以腭隆突、双侧上颌结节、前鼻棘两侧组成的多边形分布仅有0.59mm的误差，获得了与8个以上配准基准点形成的精度所相似的数据。
    不同材料之间，如Du等的研究中涉及的氧化铝、氮化硅、氧化锆和440c不锈钢等，对配准的影响也各异。氧化铝虽具有最低的伪影值，但反而因太低的阻射性导致在天然牙和人工冠条件下配准误差较大。而氮化硅在伪影和磨损方面都较其他材料表现出更好的阻射性和耐磨性而更适用于口腔种植导航。区别于传统方法，新的追踪配准方案——全数字化流程是将CBCT数据与形成缺失牙数字蜡型的口扫数据进行校正重叠后计划种植方案，为患者安装颌骨追踪器并在余留牙上滑出15cm的追踪路径，自动完成配准过程。
    Stefanelli等发现全数字化流程的精度不逊于传统方法，当追踪路径涉及5~6颗牙时其精度远高于3~4颗牙。另外，动态导航也运用于解决上颌骨缺损修复的穿颧种植，但口内的手术区域附近缺乏骨支持，配准基准点难以获得。Zhou等采取了新的口外配准方案，对于双侧上颌骨缺损，乳突、眶上缘和发际线附近的颧弓后部是植入配准基准点的合适位置；而对于单侧上颌骨缺损，健侧颌骨也可作为标志进行配准。体外实验数据显示平均基准配准误差为（0.53±0.20）mm，而配准安全性仍需体内实验数据进行验证。
    3.计算机辅助种植外科的展望
    计算机辅助种植外科中发生导板折断或缺乏种植体初期稳定性等并发症的发生率仍有2.9%。CT/CBCT的数据收集和一系列信息的数字或人工传递、整合将不可避免产生误差，如何更加简化这些过程是动静态导航系统仍需解决的问题。在数据采集中也有一些新的方法，如软组织对比度优于CBCT的MSCT、有效整合软硬组织成像的超高频超声（ultra-high frequency ultrasound，UHFUS）联合CBCT、以视角倾斜梯度进行多板采集的MRI等。但都因费用、辐射量、成像清晰度、整合困难和技术不成熟等原因较少运用于口腔种植。
    同时，计算机设计软件会因配准基准点数量不足或放射阻射性人工制品等导致数据集无法重叠而产生一系列误差。因此适量增加放射标记的口内标志，提高分割精度或用手动分割代替程序所执行的默认分割，或经过多次重复分割配准过程提高图像的真实度，也都是减少误差的措施。动静态计算机辅助种植外科中仍有很多亟需待解决的误差问题，也正因此带来了巨大的临床潜力，不断为数字化种植开拓发展空间。