計算機(jī)輔助牙種植外科導(dǎo)航系統(tǒng)—精確度的測試研究
作者：王卓 黃遠(yuǎn)亮 顧力栩 郭華艷 高春娜【摘要】目的 本研究目的旨在評價自主研發(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)探針測出模型上相應(yīng)靶點的坐標(biāo)與實際坐標(biāo)的差異，計算出深度和角度的誤差。結(jié)果 深度測量共計108組數(shù)據(jù)，測量精度為0.77±0.24mm；角度測量共計87組數(shù)據(jù)，測量精度為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。但還需在臨床對這一系統(tǒng)做進(jìn)一步的驗證。
【關(guān)鍵詞】計算機(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)計好種植路徑，考慮好骨質(zhì)和骨量，對于種植修復(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)計對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)記點的前提下，通過探針探測出研究模型上相應(yīng)的靶點坐標(biāo)的差異，計算出導(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20厘米的正方體，其中2個對頂角上的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)航注冊后，將實驗?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測試方法 采用6個定位坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)的注冊，注冊完成后記錄機(jī)顯誤差，然后將導(dǎo)航針的針尖分別放置在定位靶點上，讀屏幕上的針尖坐標(biāo)并記錄。測試人員3人，每人測試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)行計算和統(tǒng)計分析。
2 結(jié)果
2.1深度測量 在有機(jī)玻璃模型上共測量了108個坐標(biāo)點，平均誤差為0.7719mm，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.24358mm。經(jīng)統(tǒng)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(shù)據(jù)；45°：共28組數(shù)據(jù)；60°：共20組數(shù)據(jù)，共測量祖標(biāo)點87點，平均角度誤差為0.5541°，標(biāo)準(zhǔn)差為±0.22996°。經(jīng)統(tǒng)計和實驗可知結(jié)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(dǎo)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(zhǔn)方法都會對導(dǎo)航的精確性產(chǎn)生不同程度的影響，相反測試過程中的技術(shù)和軟件本身的因素對導(dǎo)航產(chǎn)生的影響要小得多。就配準(zhǔn)誤差而言，用探針測定基點和相應(yīng)位點時的位移所產(chǎn)生的誤差要比單純圖像處理的方式對配準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差要大，對于配準(zhǔn)點的選擇：采用外部基點選擇定位技術(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)位點要好。實驗表明導(dǎo)航的精確度可以隨著模型外部配準(zhǔn)基點的數(shù)目增加而變得更加精確，三維立體的配準(zhǔn)基點又比在單骨面的配準(zhǔn)點效果要更好。
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，并縮短操作的時間。最新出現(xiàn)的標(biāo)點技術(shù)是完全在皮膚表面定標(biāo)記點的，這種技術(shù)能夠減小實物和圖像配準(zhǔn)過程中帶來的誤差，而且能大大減輕病人在定標(biāo)點時的痛苦，并且能減少放射量，因為這種技術(shù)不需要額外對標(biāo)點進(jìn)行CT掃描。本試驗研究的模型標(biāo)點技術(shù)就是采用上述技術(shù)，試驗結(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)。通過各個方面的不斷改進(jìn)，其精度還有很大的提高余地，對于牙種植而言，這種新技術(shù)在運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.
【計算機(jī)輔助牙種植外科導(dǎo)航系統(tǒng)—精確度的測試研究】相關(guān)文章：
計算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計研究論文07-21
計算機(jī)輔助機(jī)械制圖課程教學(xué)研究10-06
關(guān)于計算機(jī)輔助英語口語測試的互動方法的論文09-19
計算機(jī)論文：計算機(jī)遠(yuǎn)程測試平臺的研究07-31
機(jī)械設(shè)計制造中的計算機(jī)輔助技術(shù)研究09-10