計算機輔助牙種植外科導航系統—精確度的測試研究
作者：王卓 黃遠亮 顧力栩 郭華艷 高春娜【摘要】目的 本研究目的旨在評價自主研發的基于三維CT圖像的牙種植外科導航系統的精確度。方法 在仿真模型上選取相應的標準點后，進行螺旋CT掃描。將圖像資料導入導航系統重建，通過導航系統探針測出模型上相應靶點的坐標與實際坐標的差異，計算出深度和角度的誤差。結果 深度測量共計108組數據，測量精度為0.77±0.24mm；角度測量共計87組數據，測量精度為0.55±0.23°。結論 基于CT圖像的牙種植外科導航系統的精確性已可滿足臨床需求，特別是術前規劃。但還需在臨床對這一系統做進一步的驗證。
【關鍵詞】計算機輔助手術 CT 手術導航 牙種植手術
三維CT能在屏幕上反映出牙種植手術的路徑，這對種植手術來說特別重要，特別是無牙頜的種植手術，因此正確的種植路徑是決定種植成功的關鍵因素。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穩定性的顯著下降，從而影響種植體的成活率，所以事先設計好種植路徑，考慮好骨質和骨量，對于種植修復的穩定和美觀以及保護重要的解剖結構，神經血管是必須的。目前，周密安全的外科計劃已經被用于其他專科手術中，例如：顳下頜關節手術。因此，周密的術前設計對于提高口腔種植手術的精確性十分重要。
本研究主要通過螺旋CT掃描，在制定好標記點的前提下，通過探針探測出研究模型上相應的靶點坐標的差異，計算出導航深度和角度的偏差。
1 材料與方法
1.1CT掃描和三維重建 采用有機玻璃材質制作，為邊長20厘米的正方體，其中2個對頂角上的3條邊標有刻度，精確到毫米，立方體五面封閉，一面開窗，內置3塊有機玻璃板，規格分別為150mm×150mm，100mm×100mm和180mm×20mm，均刻有刻度。
在使用外表面隨機粘貼的牙膠坐標進行導航注冊后，將實驗模型進行CT掃描。掃描中心在模型的中心，做水平、無間隙、連續掃描，掃描層厚為2.5mm。將圖像資料導入導航系統，進行三維重建。
1.2測試方法 采用6個定位坐標進行導航系統的注冊，注冊完成后記錄機顯誤差，然后將導航針的針尖分別放置在定位靶點上，讀屏幕上的針尖坐標并記錄。測試人員3人，每人測試8次，共得深度數據108組，角度數據87組。所有數據用SPSS11.5進行計算和統計分析。
2 結果
2.1深度測量 在有機玻璃模型上共測量了108個坐標點，平均誤差為0.7719mm，標準差為±0.24358mm。經統計和實驗可知最大誤差為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角度測量 測量30°：共24組數據；45°：共28組數據；60°：共20組數據，共測量祖標點87點，平均角度誤差為0.5541°，標準差為±0.22996°。經統計和實驗可知結果為：1.4001°。測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
種植導航的精度受很多因素的影響。在測量的過程中，CT圖像層厚、圖像傳輸過程中的變形以及不同的配準方法都會對導航的精確性產生不同程度的影響，相反測試過程中的技術和軟件本身的因素對導航產生的影響要小得多。就配準誤差而言，用探針測定基點和相應位點時的位移所產生的誤差要比單純圖像處理的方式對配準產生的誤差要大，對于配準點的選擇：采用外部基點選擇定位技術能更好的進行導航，其效果要比單純的選擇解剖學位點要好。實驗表明導航的精確度可以隨著模型外部配準基點的數目增加而變得更加精確，三維立體的配準基點又比在單骨面的配準點效果要更好。
牙種植導航的研究適用于解剖形態復雜、難于手術操作的部位，它的研究能夠提高牙種植醫生操作的安全性，并縮短操作的時間。最新出現的標點技術是完全在皮膚表面定標記點的，這種技術能夠減小實物和圖像配準過程中帶來的誤差，而且能大大減輕病人在定標點時的痛苦，并且能減少放射量，因為這種技術不需要額外對標點進行CT掃描。本試驗研究的模型標點技術就是采用上述技術，試驗結果比其它研究結果更為精確，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復雜的過程。導航的精度和空間配準技術，CT圖像的處理技術均與臨床操作的精度密切相關。通過各個方面的不斷改進，其精度還有很大的提高余地，對于牙種植而言，這種新技術在運用到臨床前還需要做更多的研究。
參 考 文 獻
[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.
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