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数字化技术在口腔临床种植中的运用

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《口腔生物医学》2017年第3期

随着我国科技的不断进步,国民生活水平和文化素质已经达到新的高度,越来越多的牙齿缺失患者选择口腔种植修复治疗,口腔种植的目地不再是局限于形成良好骨结合,形使正常的咬合功能[1,2],种植医生开始提倡“以修复为导向的”以及“以生物学为导向”治疗理念。数字化口腔种植技术即应用CBCT三维成像,计算机软件辅助评估设计与规划,数字化手术导板准确的将术前设计转移,以及CAD/CAM个性化基台的制作等全程数字一体化,大大的提高了临床口腔种植的精确度,减少并发症的发生,使手术时间,和手术创伤达到最小化,且患者获得了较好好的美学预期。

一、数字化影像技术获得准确的颌骨信息

1.数字化影像技术的发展:1972年,SirGodfreyHoundsfield和AllenM.Cormack的计算机断层扫描(computerizedtomography,CT)技术,它可以从矢状面、冠状面和水平面获得断层图像[3],1989年,CT技术的发展达到一个新的水平,即螺旋CT(spirl/helicalCT)[4]1998年,由意大利工程师P.Mozzo和日本口腔颌面放射学家Y.Arai首次报道了口腔颌面锥形束CT(Conebeamcomputedtomography,CBCT)[5]CBCT用三维锥形束X线扫描代替扇形束的螺旋CT扫描,它的问世改变了传统口腔颌面放射学设备仅能提供二维图像的历史,它可以从三个维度显示病变结构,很大的提高了临床诊断能力。与螺旋CT相比,CBCT的辐射剂量低,空间分辨率高;设备体积小,操作方便,三维重建所得的软硬组织图像真实可靠[6]目前CBCT已广泛应用在口腔种植术前诊断与设计、口腔颌面部骨折和肿瘤、牙周疾病、颞下颌关节疾病、牙体牙髓疾病等领域,很大程度上取代了传统的放射线检查技术。CBCT已经成为广大口腔医生很喜爱的辅助工具。

2.数字化影像技术在口腔种植中的应用:在CT普及之前,口腔种植治疗的放射线检查技术主要是X射线片和曲面体层数字化影技术,传统的口腔放射技术给出的图像是二维影像,不包含颊舌信息,而且密度分辨率低,骨小梁影像相对模糊,此外还常因放大率、拍摄角度不同引起图像变形及手动定位和设置误差等问题[7]CT扫描技术获取颌骨影像数字信息,是实现数字化口腔种植的基础,将CBCT数据导入相应软件中进行三维重建,并进行准确测量,从而可以全方位的进行手术模拟,进而合理设计种植体的型号尺寸,同时可以观测种植体与上颌窦及下牙槽神经管之间的距离,并且可以对颌骨骨量骨质进行评估,及模拟未来修复体与邻牙对颌牙的位置关系等,从而进行种植前评估,提高医患沟通效率。应用口腔种植计算机设计软件进行三维计算机辅助手术规划,利用这些软件仿真手术模拟放置种植体,检查植入方向,未来义齿修复体的修复空间以及对颌牙邻牙的关系。将这些信息参数转化STL文件格式,通过数控机床或用快速成型方法加工,最终完成数字化导板的制作,数字化外科导板作为信息载体,将种植思路通过导板来转移到手术过程中。

二、数字化种植导板精确引导种植体植入。

1.数值化手术导板:数字化外科导板之“数字”其具有两种含义:①“数字化”设计:设计模板的数据由计算机辅助设计(CAD)软件提供,其包含了软硬组织和修复体的信息经过软件整合之后以供临床医生诊断评估,出具设计方案。②“数字化”制作:制作模板的方法为计算机辅助制作(CAM),这样才能保证设计数据能够精确地还原为实际模板,保证模板的制作精度。它的出现使口腔种植从术前诊断、术前设计、种植手术再到最后修复都发生了革命性的变化,许多复杂病例通过应用CAD、CAM辅助下制作的数字化种植导板后变得较为简单,使修复效果更加理想。目前全世界使用最广泛的数字化导板系统包括NobdBiocare公司推出的NobdGuive系统和比利时Materialise公司的Simplant3D系统等。数字化导板按支持的解剖结构[8]分类:可分为牙支持式导板,骨支持式导板和粘膜支持式导板。数字化导板按照手术中的导航方式分为全程导航和部分导航,耿威等[9]研究发现使用牙支持式外科导板种植,植入种植体的精确度优于黏膜支持式外科导板的植入的精确度[10],全程导航种植导板与先锋转导航种植外科导板引导种植体植入精确度的比较,统计学分析两组之间无统计学意义,提示先锋钻导航和全程导航能够获得相同的种植体植入精确度。数字化导板是应用计算机辅助设计软件设计现。目前数字化导板制作的软件有Simplant、Implant3D、VimplantNobelGuide、ImplantMaster、CADImplant等。1.数字化种植导板的制作及加工:数字化导板的制作主要包括光固化快速成形技术,数控切割技术,快速制造技术,机械切割技术,以及材料科学和工程技术的集成。它可以快速的、自动的将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型。目前临床上多采用快速成型技术(rapidprototyping,RP)[11]。

2.数字化手术导板的优势精确度的研究:经过临床的探索和研究,数字化导板的优点已被广大医生和患者所认可如:①安全、精确;②手术创伤小术后极少肿胀和疼痛;③最终修复效果可预知;④创造更多可能性。然而数字化导板在应用时也存在不足之处和一些注意事项如数字化导板有时并不能完全实现种植体精确植入,也会存在一些偏差。从术前的CBCT扫描,数据获取及加工处理、转换过程,模型的扫描、切割及图像匹配、外科导板的加工制作,甚至机器的精确度、所使用材料的性能等[12~18]。每一步出现误差都会导致种植体植入的实际位置和软件设计预定位置存在一定偏差,一篇关于数字化导板精确性评述[19]纳入19篇研究1688颗种植体,结果显示种植体颈部偏差平均为0.99mm,在根尖部偏差平均为1.24mm,深度误差平均为0.46mm,角度偏差平均为3.18°,并认为数字化手术导板误差在2mm内均属正常,把误差降到0.5mm已是非常困难的。学者Hans-Joachim、Nickenig等通过术前CT与术后植入位置发现,实际植入位点和计划植入位点间的角度差异为4.2度,并且与传统徒手操作比较使用种植导板组所产生误差明显小于不用导板组[20]目对于无牙颌患者,黏膜支持式外科导板的误差主要来源于模版的就位、稳定性以及黏膜的厚度[21]在厚黏膜者种植中颈部偏差为1.04mm,而薄黏膜者为0.08mm[22]。数字化导板的出现极大的推动了种植技术的发展,然而外科导板的设计制作及使用以及激光扫描等各个环节密切相关,在术前各种数据的获取等各个阶段都可能存在误差,我们需要进一步的研究数字化导板的影响因素,最大化的提高数字化导板的精确度。

三、计算机辅设计下的CAD/CAM个性化基台

1.个性化基台的概念及研究现状:个性化基台(Cuslomabutment)既(个性定制基台)是根据种植体植入的三维位置、缺牙间隙、及对颌牙的咬合关系等三维空间,利用CAD/CAM软件设计及3D打印机打印制作的基台。数字化扫描系统通过扫描石膏模型获取种植体与邻牙对颌牙的空间关系,通过计算机软件对基台进行可视化设计以确定达到个性化的良好外形、形态和穿龈轮廓等个性化需求[23,24]。然后使用标准配套工作制作个性化基台。有研究表明采用CAD/CAM技术制作的基台具有精密度高,表面抛光度高,及细菌附着少等优点,CAD/CAM基台较高的精确度可以使基台达到良好的被动就位,密合的种植体基台连接界面可以将基台和修复体的机械稳定性最大化[25]。在任何情况下,由于种植体-基台连接界面适合性差,可能导致生物学和机械性并发的发生[26]。CAD/CAM技术能够按照具体穿龈深度设计个性化基台的修复体肩台位置,可以将修复体肩台位置设计在龈缘下约0.5mm处或平龈设计,CAD/CAM个性化基台通过调整修复体肩台的位置可以防止粘接剂进入种植体周围下方,减少粘接剂残留。与传统个性化基台制作方法相比,CAD/CAM技术制作基台不需要堆蜡、包埋、铸造以及人工研磨等繁琐的操作步骤,CAD/CAM制作过程相对简单,制作时间缩短,另外大大降低了技师的劳动强度。椅旁CAD/CAM数字化印模,直接通过口内扫描仪制取印模,不需要种植体水平印模、人工牙龈、灌注石膏模型等程序,患者感觉舒适,临床操作时间短,无印模材料和石膏材料形变。CAD/CAM技术的是不需要人工干预完成个性化基台的制作[27]。

2.个性化二氧化锆基台与钛基台的临床效果评价:二氧化锆是一种来源于自然界的矿物质原料,它具有强度高、硬度大、韧性强及良好的耐化学腐蚀性和耐磨性等理化性能,其享有“陶瓷钢”的美称[28]钛个性化基台可以根据牙龈厚度设计基台高度和基台的外形从而获得合适的穿龈高度以及令人满意的美观性,良好的生物相容性,很好的软组织塑形效果,刘夏青等学者[29]采用meta分析的方法评价氧化锆基台和钛基台修复的临床效果,有11篇符合纳入排除标准的文献总计286名患者共605枚基台,meta分析结果显示:除氧化锆基台组探诊深度小于钛基台组差异有统计学意义:在骨吸收方面,在牙龈退缩方面,氧化锆基台与钛基台无统计学意义。对于前牙美学修复,氧化锆更具美学性,对于后牙的修复钛及钛合金基台更具优良的机械强度及相对较低的价格等优点,医生应充分掌握各种基台的性能,结合患者个体情况选择合适的基台材料,重视二氧化锆基台美观的同时也不忽视钛基台的优良生物学性能及相对优惠的价格从而达到完美修复效果也有利于种植体长期的稳定性。Sailer等人和Zembic等人[30~32]的随机对照临床实验评估了CAD/CAM个性化氧化锆基台和钛基台的1年、3年、5年累计存留率和并发症发生率,氧化锆基台组和钛基台组的CAD/CAM个性化基台均无基台折断、基台螺丝松动等机械性并发症发生,CAD/CAM个性化基台的存留率为100%。BaldassarriM等[33]的研究中比较了钛种植体与个性化钛基台和个性化氧化锆基台之间的边缘密合性,扫描电子显微镜显示:种植体-钛基台连接界面之间的密合(1.6±0.5)μm,明显优于种植体-氧化锆基台连接界面之间的密合性(5.7±1.9)μm。除了氧化锆基台与钛基台材料之间固有性质的差异外,CAD/CAM氧化锆基台虽然美观,但是氧化锆基台的抗折强度低于钛基台,CAD/CAM个性化基台临床应用效果佳,美学效果良好,可以为种植美学问题,种植体的位置、轴向不佳以及穿龈较深等临床问题提供合理的解决方案,但在临床应用中仍有一定并发症发生。主要为机械性并发症,表现为基台螺丝松动和基台折断。CAD/CAM氧化锆基台的基台折断率、基台螺丝松动率均远高于钛基台,CAD/CAM角度基台的基台折断率高于直基台。

临床上使用CAD/CAM个性化基台时,选择合适的基台材料、合理设计上部修复体,尽量将影响个性化基台临床应用效果的因素降到最低。如今数字一体化口腔种植技术已经成功应用中,微创化种植的适用范围逐渐扩大,计算机辅助技术被越来越多的口腔种植医生所学习、了解和应用。数字化一体口腔种植把原本复杂的种植手术简单化,使种植修复更加精确化。减小了种植手术失败的风险。为越来越多的患者朋友们带来了福音,不但缩短了手术操作时间,同时提高了医患沟通的效率,减少了患者的焦虑和痛苦,是值得推广和学习的技术,但是计算机辅助种植目前还处于正在发展阶段,数字化导板作为手术的辅助工具,它们的成功应用还必须依赖我们扎实的医学理论知识与实践经验,充分考虑个体差异性,及临床应用过程中偏差所带来的并发症,以利于我们准确把握适应症。希望我国的数字化技术能够不断完善,不断进步,希望这项技术能为更多的患者和医生带来美丽的笑容。

作者:张美霞;王熙;刘莎

口腔生物医学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次