计算机辅助牙种植外科导航系统—精确度的测试研究

                             作者：王卓 黄远亮 顾力栩 郭华艳 高春娜            

【摘要】目的 本研究目的旨在评价自主研发的基于三维CT图像的牙种植外科导航系统的精确度。方法  在仿真模型上选取相应的标准点后，进行螺旋CT扫描。将图像资料导入导航系统重建，通过导航系统探针测出模型上相应靶点的坐标与实际坐标的差异，计算出深度和角度的误差。结果  深度测量共计108组数据，测量精度为0.77±0.24mm；角度测量共计87组数据，测量精度为0.55±0.23°。结论  基于CT图像的牙种植外科导航系统的精确性已可满足临床需求，特别是术前规划。但还需在临床对这一系统做进一步的验证。
【关键词】计算机辅助手术  CT  手术导航  牙种植手术
        三维CT能在屏幕上反映出牙种植手术的路径，这对种植手术来说特别重要，特别是无牙颌的种植手术，因此正确的种植路径是决定种植成功的关键因素。任何种植的方向、角度和深度的改变都有可能造成种植生物力学稳定性的显著下降，从而影响种植体的成活率，所以事先设计好种植路径，考虑好骨质和骨量，对于种植修复的稳定和美观以及保护重要的解剖结构，神经血管是必须的。目前，周密安全的外科计划已经被用于其他专科手术中，例如：颞下颌关节手术。因此，周密的术前设计对于提高口腔种植手术的精确性十分重要。
本研究主要通过螺旋CT扫描，在制定好标记点的前提下，通过探针探测出研究模型上相应的靶点坐标的差异，计算出导航深度和角度的偏差。
        1  材料与方法
        1.1CT扫描和三维重建  采用有机玻璃材质制作，为边长20厘米的正方体，其中2个对顶角上的3条边标有刻度，精确到毫米，立方体五面封闭，一面开窗，内置3块有机玻璃板，规格分别为150mm×150mm，100mm×100mm和180mm×20mm，均刻有刻度。
        在使用外表面随机粘贴的牙胶坐标进行导航注册后，将实验模型进行CT扫描。扫描中心在模型的中心，做水平、无间隙、连续扫描，扫描层厚为2.5mm。将图像资料导入导航系统，进行三维重建。
        1.2测试方法  采用6个定位坐标进行导航系统的注册，注册完成后记录机显误差，然后将导航针的针尖分别放置在定位靶点上，读屏幕上的针尖坐标并记录。测试人员3人，每人测试8次，共得深度数据108组，角度数据87组。所有数据用SPSS11.5进行计算和统计分析。
        2  结果
        2.1深度测量  在有机玻璃模型上共测量了108个坐标点，平均误差为0.7719mm，标准差为±0.24358mm。经统计和实验可知最大误差为1.800mm，最小误差可以小于0.2mm，为0.032mm。误差范围集中在0.4mm～1.2mm之间。
        2.2角度测量  测量30°：共24组数据；45°：共28组数据；60°：共20组数据，共测量祖标点87点，平均角度误差为0.5541°，标准差为±0.22996°。经统计和实验可知结果为：1.4001°。测量的角度误差大部分集中在小于0.2°和0.4°～0.8°之间。
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        种植导航的精度受很多因素的影响。在测量的过程中，CT图像层厚、图像传输过程中的变形以及不同的配准方法都会对导航的精确性产生不同程度的影响，相反测试过程中的技术和软件本身的因素对导航产生的影响要小得多。就配准误差而言，用探针测定基点和相应位点时的位移所产生的误差要比单纯图像处理的方式对配准产生的误差要大，对于配准点的选择：采用外部基点选择定位技术能更好的进行导航，其效果要比单纯的选择解剖学位点要好。实验表明导航的精确度可以随着模型外部配准基点的数目增加而变得更加精确，三维立体的配准基点又比在单骨面的配准点效果要更好。
        牙种植导航的研究适用于解剖形态复杂、难于手术操作的部位，它的研究能够提高牙种植医生操作的安全性，并缩短操作的时间。最新出现的标点技术是完全在皮肤表面定标记点的，这种技术能够减小实物和图像配准过程中带来的误差，而且能大大减轻病人在定标点时的痛苦，并且能减少放射量，因为这种技术不需要额外对标点进行CT扫描。本试验研究的模型标点技术就是采用上述技术，试验结果比其它研究结果更为精确，即深度误差为0.95mm左右；角度误差在1°左右。
        本研究表明牙种植的植入是一个复杂的过程。导航的精度和空间配准技术，CT图像的处理技术均与临床操作的精度密切相关。通过各个方面的不断改进，其精度还有很大的提高余地，对于牙种植而言，这种新技术在运用到临床前还需要做更多的研究。 
参 考 文 献
[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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