数字化技术在口腔种植学中的应用

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1、数字化技术在口腔种植学中的应用周璇、马机能、刘蓬、何缘、白婷婷、郑洁洁、寿莉赟、王欣自20世纪60年代，Branemark成功地将牙种植体植入颌骨内修复失牙，并于20世纪80年代初提出骨结合理论已被国内外学者广泛接受并应用于临床实践。目前国际上主流种植系统的10年成功率已达97%以上。传统的口腔种植牙术前做口腔曲面断层片，但该方法仅能提供二维平面图像，只能间接通过二维图像来推测三维解剖结构关系，即所谓的“思维三维”。随着计算机技术的发展，三维牙颌模型能方便地通过口内或口外测量技术获得数字化，使得CAD/CAM技术被引入到口腔修复系中，并在临床应用（如正畸

2、、口腔和颌面外科手术等）中取得了很大的成功。本文就数字化技术在口腔种植学中的应用做如下综述。传统缺牙的补缀方式是活动义齿或固定牙桥，假牙不够美观、难以清洁、容易松动且咬合力差，缺点很多。随着医学技术、材料技术、计算机辅助技术的进步，越来越多的人开始倾向于选择种植牙修复。何谓种牙？种牙如种花，首先挖一个坑（种植窝），其次将花籽埋入土壤（人工牙根埋入种植窝），然后生根发芽（骨结合），渐渐地有了花蕾（基台），最后开花结果（装人工牙冠）。所谓种牙，就是将人工牙根植入牙槽骨以代替自然牙的牙根的过程。什么叫数字化种牙？数字化种牙即利用CT获得图像，在计算机辅助下进行

3、三维牙种植手术模拟，制作能确保种植体位置、方向、深度的手术导航模板。在几何上，表现为圆柱体精确地放置到一个理想空间位置。要实现这一理想空间位置，我们一般需要6个自由度。首先要确定孔打在什么位置就要确定（x,y）两个空间位置自由度，其次（θx,θy）确定了牙轴线倾斜方向的两个自由度，然后h确定孔深度，d确定了种植体的直径。数字化种植确保了医生能够精确实现这6个自由度。数字化种植的基本流程如下图所示1.数据获取随着计算机断层扫描(ComputerizedTomography,CT)、核磁共振成像(MagneticResonance,MRI)等医学影像技术的发

4、展，将二维图象序列转变为具有立体效果的三维图像，真实展现人体器官的三维解剖结构与形态(图1．3)，从而为医生提供传统手段无法获得的解剖结构信息，并进一步为模拟操作提供视觉交互手段，已经逐渐成为是国内外医学工程界的研究热点。该技术对于医疗诊断、手术规划、模拟仿真、解剖教学等方面都有着重要的应用价值。医学图像三维可视化就是根据一系列二维断层切片图像序列，经分割和提取后，构建出待建组织的三维几何表达，并进行定性定量分析的技术。它可以使人们更清楚地认识蕴涵在体数据中的复杂结构，为医生提供更逼真的显示手段和定量分析工具，以克服传统方法中的不确定因素。此外，通过对三

5、维图像的切片重组可以获得任意平面的虚拟切片，便于医生多角度多层次地观察和分析，从而极大地提高医疗诊断的准确性和科学性。目前常用的医学图像三维可视化方法可分为面绘制技术和体绘制技术两大类：1)面绘制技术通过构造几何图元拼接拟合物体表面来描述物体的三维结构。根据面绘制重建过程中处理元素的级别不同，又可以将面绘制技术分为基于轮廓和基于体素的表面重建方法。基于轮廓的方法首先从二维断层图像中提取感兴趣物体的边界轮廓，并确定相邻断层上轮廓的对应关系，最后通过轮廓拼接和曲面拟合来构造物体的三维表面模型，其中具有代表性的是KeppeliI列提出的三角片拟合物体表面的方法

6、；基于体素的表面重建方法是在体数据内以体素为单位跟踪物体表面，按照给定的阈值提取一系列由多边形表面片拟合的等值面。该算法使用较多的是：移动立方体(MarchingCubes，MC)法、移动四面体法(MarchingTetralledra，MT)法和剖分立方体(DividingCubes)法等，其中，MC法可以获得较高分辨率的图像，且图像生成速度快，是目前医学图像三维重建中最流行的表面绘制方法。2)体绘制技术直接应用视觉原理，通过对体数据重新采样来合成产生三维图像，是近年来迅速发展的一种三维数据场可视化方法，如光线投影算法(RayCasting)，足迹法(

7、Footprint)等等。与面绘制技术相比，体绘制不仅能反映物体的外部形状信息，还包含物体内部信息，而且不必进行分割即可直接进行绘制，因此有利于保留体素内许多细节信息，增强整体绘制效果；但缺点是需对所有体素进行处理，加大了计算开销，即使在图形硬件加速支持的机器上，体绘制也比面绘制慢的多。随着计算机运算速度的不断提高，近年来出现了许多体绘制加速算法，使体绘制速度有了明显提高，在三维体显示、虚拟内窥镜等方面表现出很大的发展潜力。2.种植方案完全设计种植手术规划是在手术前为患者做出治疗方案，从而确定种植体在牙槽骨内的生物定位、种植体规格等方案的制定，是种植成功

8、的一个重要环节。尽管具有丰富临床经验的种植外科医师能够根据全景X线片显示的缺牙区