计算机辅助口腔种植手术（computer-assisted implant surgery，CAIS）是利用锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）、口内扫描（intra-oral scanning，IOS）、计算机软件设计等技术进行术前方案设计，以计算机辅助种植体植入的种植手术。计算机辅助口腔种植手术分为静态计算机辅助（静态导板）手术及动态计算机辅助（动态导航）手术。
其中，静态计算机辅助手术预先设计并制作手术导板，术中由手术导板引导术者进行逐级备洞，将种植体植入到预先设计的位置；而动态计算机辅助手术由导航仪通过计算机屏幕上显示种植钻针进行实时定位，引导术者将种植体植入到预先设计的位置。
动态导航系统的工作原理是通过空间定位技术和空间配准技术实时追踪种植钻针和患者颌骨的相对位置。目前，大多数导航系统都采用光学追踪原理以实现空间定位，即种植机头和参考装置安装红外线发射装置，将参考装置固定在患者颌骨上。导航系统工作时，种植机头和参考装置发出红外信号，红外线照相机接收红外信号并传回计算机，由计算机处理数据，计算种植机头和患者颌骨的实时位置显示在屏幕上。
空间配准技术则需要术前将带有放射阻射标记的三维影像导入计算机内，术中通过匹配术区的标记点和导航系统三维影像上的标记点，将患者颌骨的实际位置和导航系统中的三维影像相结合。通过空间定位和空间配准，可实现颌骨位置、钻针位置与三维影像的实时配准与追踪，从而引导医生完成精确定位与操作。
1.计算机辅助口腔种植手术的临床流程
1）静态计算机辅助口腔种植手术的临床流程：
（1）术前数据采集：
主要包括对患者口腔软硬组织的信息采集，准确的数据采集是设计手术导板的前提。通过拍摄CBCT获取患者颌骨影像数据已成为计算机辅助种植手术术前数据采集的常规步骤；使用口内扫描仪对患者进行口内扫描以获得患者牙列与咬合关系及软组织情况也是术前数据采集的重要部分；此外还可以在术前制取研究模型并排牙，扫描排牙模型以获得修复体信息。
（2）手术方案设计及导板制作：
在患者数据导入导板设计软件后，临床医师根据患者口内情况，结合种植学的生物学原则及修复原则，进行种植体数目、位点、轴向及型号的选择。完成设计后的方案传输至导板加工厂完成制作。
（3）手术导板引导下的种植手术：
在种植手术开始前，要将制作好的手术导板在患者口内试戴，确保导板可以稳固地固定。导板固定后，再使用导板引导型手术工具在导板引导下进行逐级备洞和种植体植入。
2）动态计算机辅助口腔种植手术的临床流程：
（1）术前数据采集
动态计算机辅助口腔种植手术也要采集患者的颌骨影像数据、牙列及咬合数据和软组织数据。其中，颌骨影像数据通过CBCT采集，牙列及咬合数据和软组织数据可以通过口内扫描（intra oral scan，IOS）获取。牙列缺损患者在进行数据采集时，需要在口内佩戴带有放射标记物的配准装置；而对于牙列缺失患者，需要先在颌骨内植入侵入性的标记物（如配准钛钉），再拍摄CBCT。
（2）手术方案设计
将采集到的患者数据导入导航软件后，临床医师根据患者口内情况，结合种植生物学原则及修复原则，进行种植方案的设计。
（3）动态导航系统引导下的种植手术
在导航手术开始前需要进行标定和配准。首先要标定种植手机，使导航系统能确定种植手机的空间位置；标定完毕后，再使用配准装置将病人口内能显像的标记点位置与CBCT影像标记点位置进行匹配，从而完成真实的病人颌骨三维位置与数字化颌骨三维位置之间的匹配。牙列缺失患者需要通过固定在颌骨内的侵入性标记点和CBCT影像中的标记点进行配准。标定和配准完成后，术者根据屏幕所显示的钻针位置进行备洞及种植体植入。
2.计算机辅助口腔种植手术的精度
1）静态计算机辅助口腔种植手术的精度研究：
许多研究显示，与自由手种植手术相比，静态导板引导下的种植手术显著提高了种植体植入的精度。Siqueira等的系统性研究纳入了6项随机临床试验和7项前瞻性研究，共325例患者应用牙支持式导板植入了669颗种植体。分析显示种植体平台平均距离偏差为1.03 mm，种植体尖端平均距离偏差为1.33 mm，平均轴向角度偏差为2.68°。
另外，应用于无牙颌患者的黏膜支持式导板也能提高种植体植入的精度。Marlière等的一项系统性综述纳入了7项研究，均采用黏膜支持式导板来引导无牙颌患者的种植手术，结果显示种植体平台的距离偏差为0.17～2.17 mm，种植体尖端的距离偏差为0.77～2.86 mm，种植体植入的轴向角度偏差为1.85°～8.40°。
2）动态计算机辅助口腔种植手术的精度研究：
动态计算机辅助口腔种植手术已被多项研究证实是精准和可预期的。Orba-García等设计了随机对照试验以比较动态导航引导下和自由手种植的植入精度，两独立样本t检验的结果显示，动态导航相比于自由手种植显著提高了种植体植入的精度。Wei等在2021年进行的一项Meta分析显示，动态导航手术引导植入的种植体平台平均距离偏差为1.02 mm，种植体尖端平均距离偏差为1.33 mm，平均轴向角度偏差为3.59°。
对于无牙颌情况下利用动态导航引导种植体植入的精度也有相关研究。Feng等在动态导航引导下在10个下颌无牙颌模型上植入了40颗种植体，术后测量显示种植体平台平均距离偏差为（1.14±0.50）mm，种植体尖端平均距离偏差为（1.29±0.48）mm，平均轴向角度偏差为3.02°±1.32°。
Pomares-Puig等在动态导航引导下为10名无牙颌患者口内植入48颗种植体，结果显示种植体平台平均距离偏差为（1.42±0.64）mm，种植体尖端平均距离偏差为（1.25±0.55）mm，平均轴向角度偏差为3.74°±2.00°。然而对于在无牙颌患者口内应用动态导航手术的植入精准度，还缺乏随机对照试验和Meta分析等高质量的研究证据。
上颌骨后牙区骨量严重不足的患者，很难通过骨增量手术获得充足的骨量以实现常规种植治疗。利用颧骨植入种植体可以缩短治疗周期、减少治疗次数。然而，穿颧种植手术具有很大的风险性，最常见的手术并发症是眼球及邻近神经受伤造成患者视觉受损。而在动态导航引导下进行穿颧种植能够极大地降低手术风险。
Wu等的一项临床试验纳入了74例患者，在动态导航系统引导下共植入231颗颧种植体，种植体平台平均距离偏差、种植体尖端平均距离偏差和平均轴向角度偏差分别是（1.50±0.71）mm、（2.10±0.94）mm和2.68°±1.25°。
3） 静态和动态计算机辅助口腔种植手术的精度比较：
有研究者对静态和动态计算机辅助口腔种植手术的精度进行了比较。Kaewsiri等设计了随机对照试验，将60例单颗牙缺失患者分为导板组（30人）和导航组（30人），比较2组之间种植体植入的精度。结果显示导板组和导航组种植体平台平均距离偏差分别为（0.97±0.44）mm和（1.05±0.44）mm，种植体尖端平均距离偏差分别为（1.28±0.46）mm和（1.29±0.50）mm，平均轴向角度偏差分别为2.84°±1.71°和3.06°±1.37°。以上偏差在导板组和导航组之间均无显著差异。
根据现有研究，相比于传统的自由手种植手术，导板与导航手术都能够显著提高种植体植入的精度，但现有临床证据显示，两种技术辅助下种植体植入精度并无显著差异。对于2种技术在无牙颌患者中的应用效果比较，相关的研究还十分欠缺，未来需要更多临床研究，对2种技术应用于不同条件的患者（单颗或少数牙缺失、多颗牙缺失、牙列缺失等）种植体植入精度进行比较。
3.计算机辅助口腔种植手术精度的影响因素
1） 静态计算机辅助口腔种植手术精度的影响因素：
（1）CBCT的参数设定：
CBCT的扫描层厚决定了CBCT的精度，进而会影响导板设计软件中颌骨三维重建的精度，因而会对导板设计的精度产生影响，最终影响种植体植入的偏差。此外，CBCT扫描的体素尺寸和扫描视野大小也会影响扫描的精度。
（2）手术导板的支持方式：
已有大量临床研究证实，使用不同支持形式的手术导板进行种植手术的精度具有显著差异，其中使用牙支持式导板进行手术的精度最高，而使用骨支持式导板进行手术的精度最低。造成这种差异的原因可能是骨面的固位力不够，而余留牙的固位力强，可有效防止牙支持式导板在术中的位移。
（3）手术导板的限制程度：
研究证实，使用全程限制式导板进行种植手术的精度高于使用半程限制式导板及未限制式导板进行手术。Lou等更是认为全程限制导板的引导应该是导板手术的“金标准”。
（4）导板固位钉的使用：
口腔黏膜的弹性会导致黏膜支持式导板固位不稳，固位钉可在无牙颌患者口内提供刚性支撑，以增加黏膜支持式导板的稳定性。Mai等的研究证实，使用固位钉增加固位的黏膜支持式导板稳定性显著大于不使用固位钉的黏膜支持式导板。
2） 动态计算机辅助口腔种植手术精度的影响因素：
（1）CBCT的参数设定：
CBCT的拍摄参数设定（CBCT的扫描层厚、扫描视野大小等）会影响后续图像处理的精度，进而对种植体植入的精度产生影响。
（2）动态导航的配准方式：
主要有非侵入性和侵入性2种方法。Luebbers等在颌骨模型上比较了侵入性骨标记物配准和非侵入性的颌骨夹板2种方式的配准精度，发现侵入性标记物配准的精度更高。但由于侵入性配准会造成患者更大创伤，因此在临床应用中一般仅用于无牙颌患者。在大多数情况下，非侵入性的配准方式可以实现种植体的精准植入。
（3）骨密度：
同一植入位点可能因为骨皮质和骨松质比例不同造成骨密度不同，从而导致种植钻针向骨密度低、阻力小的一端偏移。
（4）术者经验：
医师使用动态导航系统时存在学习曲线，刚开始使用导航系统的医生植入种植体的精度较差、偏差较大；而在积累一定经验后，种植体植入的精度逐渐趋向稳定。
3） 提高计算机辅助种植手术精度的措施：
作为临床医师，需要了解种植手术的误差来源，在诊疗流程的各个阶段采取相应措施以提高种植体植入的精度。例如，在术前CBCT检查时，提醒患者保持原位不移动，避免产生运动伪影。在手术过程中，医师应该熟练掌握导板手术所使用的配套钻针工具，确保按照术前设计的方案使用正确的工具、按照正确的顺序进行备洞和种植体植入。
在导航手术前，配准时也尽可能减少配准标记物移动，以减少配准过程的误差。此外，临床医师应该进行一定的动态导航系统使用培训，训练手眼协调一致，才能在动态导航系统引导下实现种植体的精准植入。
4.计算机辅助口腔种植手术的临床效果
研究显示计算机辅助口腔种植手术可以保证很高的种植体和修复体留存率，并获得良好的美学修复效果。Mouhyi等在导板引导下植入110颗种植体，其中2颗因初始稳定性低被拔除，一年后种植体留存108颗，修复体留存率为100%。
Amorfini等进行了一项回顾性研究，纳入了24名美学区单颗牙缺失的患者，在导板引导下植入了24颗种植体，患者戴入种植单冠5年后进行红色美学评分（pink esthetic score，PES）及白色美学评分（white esthetic score，WES），满分各10分，患者平均白色美学评分为9分，红色美学评分为8分。
Kuo等的研究纳入了10名前牙美学区牙缺失的患者，在动态导航引导下植入10颗种植体，一年后种植体的留存率为100%；戴入修复体一年后对美学效果进行评估，结果显示红色美学评分中位数为8（满分14），白色美学评分中位数为8（满分10），所有患者均对美学效果表示满意。
5.计算机辅助口腔种植手术的患者报告指标
2012年，第八届欧洲牙周病学研讨会上对口腔患者报告指标（Patient Reported Outcomes，PROs）做出了定义，将其定义为“患者主观报告的自身口腔健康状况及其对日常生活质量产生的影响，以及患者主观上对自身口腔康状况和口腔健康护理的满意度”。对患者报告指标的研究和分析有助于对诊疗流程进行有针对性的改进。
Youk等对经历了静态导板引导的种植手术或自由手种植手术的135例患者进行了术中疼痛程度和术后满意度调查，结果显示2组患者之间的疼痛评分和满意度评分皆具有显著差异，选择导板手术的患者疼痛更轻，满意度更高。
Joda等的系统性综述认为，静态计算机辅助口腔种植手术减少了翻瓣的需求，减小了对患者软组织的创伤，因此能够减轻患者疼痛，并降低发生术区软组织肿胀的概率。
对动态计算机辅助种植手术患者报告指标的研究相对较少。Engkawong等设计了随机对照临床试验，将90例患者随机分为3组，分别为自由手种植组（30名）、导板组（30名）、导航组（30名）。在术后6小时、1天、2天、3天、5天、7天时分别对每位患者的疼痛程度评分。结果显示，自由手种植组的患者疼痛程度评分一直最高，导板组疼痛程度最轻。另外，60名患者对手术满意度进行评分（1～5分），其中导板组患者给出的平均满意度评分为4.0分，导航组患者给出的评分为4.5分。
目前，将计算机辅助口腔种植手术的患者报告指标作为结局指标的临床研究还比较少。未来，临床研究应该尽可能地将患者报告指标纳入考量，以促进计算机辅助口腔种植手术临床流程的改进和优化。
6.静态与动态计算机辅助口腔种植手术的优缺点
相比于自由手种植，静态与动态计算机辅助口腔种植手术均能提高种植体植入的精度，但2种技术各有其优势和劣势。静态导板的应用需要患者具备足够的颌间距离，且手术导板限制了术者的视野。与之相比，动态导航技术适用于颌间距离不足的情况。动态导航手术过程中术者可以直视术区。但经验不足的医生在导航辅助下的种植偏差较大。临床医师在选择计算机辅助口腔种植手术的方案时，需综合考虑患者的口腔状况和自己的临床经验，为患者选择最适宜的诊疗方案。
7.种植手术机器人的发展
静态导板和动态导航技术辅助完成种植手术的最终效果受术者临床经验及操作熟练度的影响，具有不稳定性。为进一步提高种植手术的精度，手术机器人被引入口腔种植领域。种植手术机器人采用机械臂来代替术者的手实现种植体植入，其发展已成为口腔种植领域的热点。
已有一些研究报告了种植机器人进行种植手术的精度。Chen等设计了一项临床试验，由种植机器人在28例牙列缺损患者口内植入31颗种植体，术后测量种植体植入的偏差，结果显示种植体平台平均距离偏差为（0.53±0.23）mm，种植体尖端平均距离偏差为（0.53±0.24）mm，种植体平均角度偏差为2.81°±1.13°，Chen等认为机器人种植的精度优于静态导板或动态导航。
种植机器人在颧种植手术中的应用也开始逐渐发展。Li等在体外模型上设计了对照试验，由种植机器人在颧骨模型上（实验组）植入了10颗颧种植体（长度52.5 mm），另外在牙槽骨模型上（对照组）植入了20颗常规种植体（长度18.0 mm），比较2组的种植体植入精度，结果显示2组种植体在入点、出点及角度上的偏差值均无显著差异。
随后Li等使用种植机器人对一位上颌后牙区牙槽骨严重萎缩的患者进行了穿颧种植手术，植入2颗颧种植体（长度52.5 mm），2颗种植体的平均入点偏差为0.83 mm，平均出点偏差为1.10 mm，平均角度偏差为1.46°。目前，颧种植手术机器人研究还处于起步阶段。但种植机器人具有高操作稳定性、高精度的优点，未来在穿颧种植领域具有良好的发展前景。
8.总结与展望
相比于传统的自由手种植，计算机辅助口腔种植手术可以实现手术方案的直观可视及种植体植入的精准可控，从而实现了降低术后并发症、提高种植治疗成功率的目的。计算机辅助口腔种植手术存在的不足，将为今后数字化技术的发展提供思考方向。
种植机器人作为计算机技术的新应用，为口腔种植领域带来重大的创新和变革。未来，计算机辅助口腔种植手术还应向着更高的植入精度、更简化的操作流程、更低手术费用的方向发展，使计算机辅助口腔种植手术变得更加安全、便捷和高效。
