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(jià)自主研發(fā)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(diǎn)后，進(jìn)行螺旋CT掃描。將圖像資料導入導航系統重建，通過(guò)導航系統探針測出模型上相應靶點(diǎn)的坐標與實(shí)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(mǎn)足臨床需求，特別是術(shù)前規劃。但還需在臨床對這一系統做進(jìn)一步的驗證。
【關(guān)鍵詞】計算機輔助手術(shù)  CT  手術(shù)導航  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(lái)說(shuō)特別重要，特別是無(wú)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)穩定性的顯著(zhù)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(zhì)和骨量，對于種植修復的穩定和美觀(guān)以及保護重要的解剖結構，神經(jīng)血管是必須的。目前，周密安全的外科計劃已經(jīng)被用于其他專(zhuān)科手術(shù)中，例如：顳下頜關(guān)節手術(shù)。因此，周密的術(shù)前設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(guò)螺旋CT掃描，在制定好標記點(diǎn)的前提下，通過(guò)探針探測出研究模型上相應的靶點(diǎn)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(zhì)制作，為邊長(cháng)20厘米的正方體，其中2個(gè)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(kāi)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(jìn)行導航注冊后，將實(shí)驗模型進(jìn)行CT掃描。掃描中心在模型的中心，做水平、無(wú)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(jìn)行三維重建。
        1.2測試方法  采用6個(gè)定位坐標進(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(gè)坐標點(diǎn)，平均誤差為0.7719mm，標準差為±0.24358mm。經(jīng)統計和實(shí)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(diǎn)87點(diǎn)，平均角度誤差為0.5541°，標準差為±0.22996°。經(jīng)統計和實(shí)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(guò)程中，CT圖像層厚、圖像傳輸過(guò)程中的變形以及不同的配準方法都會(huì )對導航的精確性產(chǎn)生不同程度的影響，相反測試過(guò)程中的技術(shù)和軟件本身的因素對導航產(chǎn)生的影響要小得多。就配準誤差而言，用探針測定基點(diǎn)和相應位點(diǎn)時(shí)的位移所產(chǎn)生的誤差要比單純圖像處理的方式對配準產(chǎn)生的誤差要大，對于配準點(diǎn)的選擇：采用外部基點(diǎn)選擇定位技術(shù)能更好的進(jìn)行導航，其效果要比單純的選擇解剖學(xué)位點(diǎn)要好。實(shí)驗表明導航的精確度可以隨著(zhù)模型外部配準基點(diǎn)的數目增加而變得更加精確，三維立體的配準基點(diǎn)又比在單骨面的配準點(diǎn)效果要更好。
        牙種植導航的研究適用于解剖形態(tài)復雜、難于手術(shù)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(shí)間。最新出現的標點(diǎn)技術(shù)是完全在皮膚表面定標記點(diǎn)的，這種技術(shù)能夠減小實(shí)物和圖像配準過(guò)程中帶來(lái)的誤差，而且能大大減輕病人在定標點(diǎn)時(shí)的痛苦，并且能減少放射量，因為這種技術(shù)不需要額外對標點(diǎn)進(jìn)行CT掃描。本試驗研究的模型標點(diǎn)技術(shù)就是采用上述技術(shù)，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(gè)復雜的過(guò)程。導航的精度和空間配準技術(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(guò)各個(gè)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
[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. 

【計算機輔助牙種植外科導航系統—精確度的測試研究】相關(guān)文章：

計算機輔助審計問(wèn)題與應用研究08-30

計算機輔助技術(shù)與機械設計研究論文07-21

試論計算機輔助英語(yǔ)口語(yǔ)測試形式評析08-07

計算機輔助機械制圖課程教學(xué)研究10-06

關(guān)于計算機輔助英語(yǔ)口語(yǔ)測試的互動(dòng)方法的論文09-19

計算機論文：計算機遠程測試平臺的研究07-31

機械設計制造中的計算機輔助技術(shù)研究09-10

計算機輔助設計教學(xué)改革研究論文10-03

基于Web技術(shù)的計算機輔助系統設計與應用研究07-07