計(jì)算機(jī)輔助牙種植外科導(dǎo)航系統(tǒng)—精確度的測(cè)試研究

                             作者：王卓 黃遠(yuǎn)亮 顧力栩 郭華艷 高春娜            

【摘要】目的 本研究目的旨在評(píng)價(jià)自主研發(fā)的基于三維CT圖像的牙種植外科導(dǎo)航系統(tǒng)的精確度。方法  在仿真模型上選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)后，進(jìn)行螺旋CT掃描。將圖像資料導(dǎo)入導(dǎo)航系統(tǒng)重建，通過導(dǎo)航系統(tǒng)探針測(cè)出模型上相應(yīng)靶點(diǎn)的坐標(biāo)與實(shí)際坐標(biāo)的差異，計(jì)算出深度和角度的誤差。結(jié)果  深度測(cè)量共計(jì)108組數(shù)據(jù)，測(cè)量精度為0.77±0.24mm；角度測(cè)量共計(jì)87組數(shù)據(jù)，測(cè)量精度為0.55±0.23°。結(jié)論  基于CT圖像的牙種植外科導(dǎo)航系統(tǒng)的精確性已可滿足臨床需求，特別是術(shù)前規(guī)劃。但還需在臨床對(duì)這一系統(tǒng)做進(jìn)一步的驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)  CT  手術(shù)導(dǎo)航  牙種植手術(shù)
        三維CT能在屏幕上反映出牙種植手術(shù)的路徑，這對(duì)種植手術(shù)來說特別重要，特別是無牙頜的種植手術(shù)，因此正確的種植路徑是決定種植成功的關(guān)鍵因素。任何種植的方向、角度和深度的改變都有可能造成種植生物力學(xué)穩(wěn)定性的顯著下降，從而影響種植體的成活率，所以事先設(shè)計(jì)好種植路徑，考慮好骨質(zhì)和骨量，對(duì)于種植修復(fù)的穩(wěn)定和美觀以及保護(hù)重要的解剖結(jié)構(gòu)，神經(jīng)血管是必須的。目前，周密安全的外科計(jì)劃已經(jīng)被用于其他�？剖中g(shù)中，例如：顳下頜關(guān)節(jié)手術(shù)。因此，周密的術(shù)前設(shè)計(jì)對(duì)于提高口腔種植手術(shù)的精確性十分重要。
本研究主要通過螺旋CT掃描，在制定好標(biāo)記點(diǎn)的前提下，通過探針探測(cè)出研究模型上相應(yīng)的靶點(diǎn)坐標(biāo)的差異，計(jì)算出導(dǎo)航深度和角度的偏差。
        1  材料與方法
        1.1CT掃描和三維重建  采用有機(jī)玻璃材質(zhì)制作，為邊長(zhǎng)20厘米的正方體，其中2個(gè)對(duì)頂角上的3條邊標(biāo)有刻度，精確到毫米，立方體五面封閉，一面開窗，內(nèi)置3塊有機(jī)玻璃板，規(guī)格分別為150mm×150mm，100mm×100mm和180mm×20mm，均刻有刻度。
        在使用外表面隨機(jī)粘貼的牙膠坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航注冊(cè)后，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行CT掃描。掃描中心在模型的中心，做水平、無間隙、連續(xù)掃描，掃描層厚為2.5mm。將圖像資料導(dǎo)入導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行三維重建。
        1.2測(cè)試方法  采用6個(gè)定位坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)的注冊(cè)，注冊(cè)完成后記錄機(jī)顯誤差，然后將導(dǎo)航針的針尖分別放置在定位靶點(diǎn)上，讀屏幕上的針尖坐標(biāo)并記錄。測(cè)試人員3人，每人測(cè)試8次，共得深度數(shù)據(jù)108組，角度數(shù)據(jù)87組。所有數(shù)據(jù)用SPSS11.5進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析。
        2  結(jié)果
        2.1深度測(cè)量  在有機(jī)玻璃模型上共測(cè)量了108個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，平均誤差為0.7719mm，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.24358mm。經(jīng)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)可知最大誤差為1.800mm，最小誤差可以小于0.2mm，為0.032mm。誤差范圍集中在0.4mm～1.2mm之間。
        2.2角度測(cè)量  測(cè)量30°：共24組數(shù)據(jù)；45°：共28組數(shù)據(jù)；60°：共20組數(shù)據(jù)，共測(cè)量祖標(biāo)點(diǎn)87點(diǎn)，平均角度誤差為0.5541°，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.22996°。經(jīng)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)可知結(jié)果為：1.4001°。測(cè)量的角度誤差大部分集中在小于0.2°和0.4°～0.8°之間。       3  討論
        種植導(dǎo)航的精度受很多因素的影響。在測(cè)量的過程中，CT圖像層厚、圖像傳輸過程中的變形以及不同的配準(zhǔn)方法都會(huì)對(duì)導(dǎo)航的精確性產(chǎn)生不同程度的影響，相反測(cè)試過程中的技術(shù)和軟件本身的因素對(duì)導(dǎo)航產(chǎn)生的影響要小得多。就配準(zhǔn)誤差而言，用探針測(cè)定基點(diǎn)和相應(yīng)位點(diǎn)時(shí)的位移所產(chǎn)生的誤差要比單純圖像處理的方式對(duì)配準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差要大，對(duì)于配準(zhǔn)點(diǎn)的選擇：采用外部基點(diǎn)選擇定位技術(shù)能更好的進(jìn)行導(dǎo)航，其效果要比單純的選擇解剖學(xué)位點(diǎn)要好。實(shí)驗(yàn)表明導(dǎo)航的精確度可以隨著模型外部配準(zhǔn)基點(diǎn)的數(shù)目增加而變得更加精確，三維立體的配準(zhǔn)基點(diǎn)又比在單骨面的配準(zhǔn)點(diǎn)效果要更好。
        牙種植導(dǎo)航的研究適用于解剖形態(tài)復(fù)雜、難于手術(shù)操作的部位，它的研究能夠提高牙種植醫(yī)生操作的安全性，并縮短操作的時(shí)間。最新出現(xiàn)的標(biāo)點(diǎn)技術(shù)是完全在皮膚表面定標(biāo)記點(diǎn)的，這種技術(shù)能夠減小實(shí)物和圖像配準(zhǔn)過程中帶來的誤差，而且能大大減輕病人在定標(biāo)點(diǎn)時(shí)的痛苦，并且能減少放射量，因?yàn)檫@種技術(shù)不需要額外對(duì)標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行CT掃描。本試驗(yàn)研究的模型標(biāo)點(diǎn)技術(shù)就是采用上述技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果比其它研究結(jié)果更為精確，即深度誤差為0.95mm左右；角度誤差在1°左右。
        本研究表明牙種植的植入是一個(gè)復(fù)雜的過程。導(dǎo)航的精度和空間配準(zhǔn)技術(shù)，CT圖像的處理技術(shù)均與臨床操作的精度密切相關(guān)。通過各個(gè)方面的不斷改進(jìn)，其精度還有很大的提高余地，對(duì)于牙種植而言，這種新技術(shù)在運(yùn)用到臨床前還需要做更多的研究。 
參 考 文 獻(xiàn)
[1] Amin DV, Kanade T, DiGoia AM III,Jaramaz B. Ultrasound registration of the bonesurface for surgical navigation.  Comput Aided Surg，2003，8:1-16.
[2] Givol N,Taicher S,Halamish-Shani T,Chaushu G. Risk management aspects of implant dentistry. Int J Oral Maxillofac implants，2002，17:258-262. 

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