叶明君，沈 山

（暨南大学口腔医学院，广东 广州 510620）

牙列缺损及牙列缺失为口腔常见疾病，种植义齿是其常用的修复方法，传统的口腔种植手术为翻瓣及自由手操作，操作过程中不但创伤较大，而且种植体实际植入位置与术前CBCT 计划的虚拟位置相比，通常存在一定的误差。临床经验少的医生在操作过程中更有伤及重要结构的风险，从而引起术中、术后并发症[1，2]。此外，良好的种植体三维位置是上端修复以及种植体周围软硬组织健康的基本前提。随着科技、三维影像技术的发展以及传统经验医学向精确医学观念的转变，1995 年引入计算机辅助植入技术，包括静态引导和动态导航[3，4]，这两种植入方式比传统植入方法的准确性高[5-7]。在有些病例中，如患者张口度小、第二磨牙区域种植等，动态导航系统的种植优势更加明显[8]。最初因动态导航系统价格昂贵、传统CT 的辐射剂量高等因素[9]，动态导航没有应用于临床实践中。随着CBCT 在口腔影像领域的发展，因其具有辐射剂量低、扫描时间短、诊断质量高等优点，它不仅用于术前诊断分析，还能结合术前计划软件进行种植规划[10-12]，于2000 年初，口腔种植领域引进第一个动态导航系统[13]。本文对国内外动态导航系统研究进展进行综述，以期更深入地研究牙种植动态导航技术，使得动态导航系统成为口腔医学领域的重要辅助设备。

1 国内外动态导航系统概况以及在口腔医学的应用

1.1 动态导航系统的结构 国内外动态导航系统由硬件和软件组成，包括显示器、臂架、导航组件（发光二极管和摄像头）、监视器、键盘、鼠标和电子设备外壳。目前商用的动态导航系统均是车载移动式系统，各个系统结构类似。它们之间的区别在于用户操作界面、配准装置以及定位追踪系统[14]。

1.1.1 配准装置差异 国内外动态导航系统的配准装置存在差异，其作用是作为CBCT 扫描的基准点。如果是牙列缺损病例，国内动态导航系统的配准装置是U 形管，为硬质材料，一般借助硅橡胶材料稳定附着在牙齿上[15]；国外动态导航系统的配准装置采用X-Clip[6，16]和连接到导航支架臂上的锯齿状的基准铝体（CT 标记）[17]，它们含热塑性材料。若是牙列缺失病例，一般在颌骨中放置至少4 个临时骨螺钉，作为CBCT 扫描的无牙基准点。也有个别国外动态导航系统采用在下颌骨牙弓中央临时放置单个微型植入物，以给固定臂提供稳定的锚。由此可见，国内外动态导航系统配准方式属于有标记点配准，即U形管配准（牙列缺损）和骨标记物配准（牙列缺失），不同的配准方式，配准误差也不一样[18]，而且各自都存在优缺点[19]。

1.1.2 定位追踪系统差异 根据定位追踪系统不同，目前存在基于电磁定位和光学定位的动态导航系统。电磁定位跟踪系统的工作原理是通过3 个磁场发射器产生低频磁场，然后磁场探测器接收信号并定位[20]。它存在不受实物遮挡、设备灵活、设备成本低等优点，但是其受金属物质影响，环境要求高，限制了其在临床推广[18，21]。因此，目前国内外动态导航的定位追踪系统一般选择光学定位，它是基于光学相机的立体三角测量原理[16]。根据导航系统是否植入带有发光二极管或被动反射跟踪元件的机头[22]，又分为主动追踪定位和被动追踪定位两种类型[23]。相比较电磁导航系统，它不受电磁干扰，定位精确度高，但存在光学遮挡等不足，可能影响手术连续性[20，21]。

1.2 动态导航系统的工作原理和工作流程 国内外动态导航系统的工作原理和工作流程类似，它基于医学成像技术与光学定位技术的结合，利用运动跟踪技术跟踪植入体钻孔器械和患者颌面部位置。在手术过程中动态跟踪两个动态参考系（DRF）的运动，一个连接到患者的术区邻近或者同颌对侧的解剖结构上，而另一个连接到医生的手术器械上，使用跟踪数据计算实时引导信息，并实时显示在电脑屏幕上，以帮助种植医生将钻头引导至他们先前计划的植入位置。工作流程包括[3，24，25]①患者在种植术前配戴配准装置，进行CBCT 扫描获得三维数据，并将数据上传到动态导航系统；②利用系统的种植计划软件进行术前三维位置规划；③将配准装置的标记点和导入系统内的CBCT 图像数据进行配准以及手机和颌骨定位装置的标定；④术中能实时追踪钻针三维位置并实时显示在电脑屏幕上。

1.3 动态导航系统的种类及在口腔的应用 虽然国内牙种植动态导航技术起步较晚，但发展迅速。如Chen XJ 等[26]发明了IGOIS 系统，国内近些年推广的易植美牙种植动态导航系统[27]和Iris-100[28]。目前国内学者已经开展多例动态导航引导种植的临床研究，如常见缺牙位点种植[15]、美学区种植[29]、穿颧种植[30]、避开一些特殊解剖区域的种植（上颌窦、下牙槽神经）[31，32]等。国外较早开发的动态导航系统有Robodent 系统[22]、IGI 系统[33]、VISIT 系统和Treon 系统[34]。近些年，国外常用的动态导航系统是X-Guide[5]和Navident[14]。根据国外文献报道，二者不仅用于指导种植体植入准确位置[35]，还用于口腔颌面外科和口腔内科，如辅助口腔外科医生确定坏死骨边缘[36]、在根尖手术中精确地执行骨切除术和根端切除术[37]、骨内准确递送麻药[38]、引导建立髓腔通道[39]、钙化的根管口定位[40]等。其中，Treon 动态导航系统最初是一种神经外科导航系统，后经过改装用于种植体的放置。因此，国内动态导航系统多用于研究一些复杂的种植病例，更有助于培养年轻种植医生的临床技能，而国外态导航系统在口腔领域应用广泛，以不断探索动态导航的适应证。

2 国内外动态导航系统的精度研究现况

2.1 动态导航系统的精度研究 近些年，国内多位学者借助易植美动态导航系统进行临床研究，以分析其精度。例如，刘艾芃等[15]在临床上使用该动态导航系统引导种植，种植体颈部偏差为（0.88±0.19）mm，末端偏差为（1.11±0.15）mm，角度平均偏差为（2.03±0.27）°。其他学者也进行了相关研究，精度结果相差不大[31，41]。种植体颈部偏差类似，在1 mm 左右，末端偏差在1.1 mm 附近波动，角度偏差在2°～4°范围波动，这可能与每个学者临床研究的样本量、种牙位点的研究、种植熟练度等存在差异有关。

国外的X-Guide 动态导航系统，从体内外牙列缺损病例报告结果分析，体外平均顶点/角度偏差非常低，为0.38 mm/0.89°[16]，而在体内，Kaewsiri D 等[3]和Block MS 等[5]临床研究报告的平均偏差分别是1.05 mm/3.06°和1.16 mm/2.97°，体内外精度经过对比，约3 倍差距。这是由于口内视野限制、周围组织黏膜动度等因素的影响[8]，体内研究和体外研究的精度差异是明显的，这也解释了国内外早期开发的动态导航系统精度较高的原因。对于国外另一个常用的动态导航系统——Navident，Stefanelli LV 等[14]回顾性研究发现，它的平均进入点偏差为0.71 mm，末端偏差为1.00 mm，角度偏差为2.26°。经过初步对比发现，它的精确度似乎高于其他动态导航系统，可能与该设备对种植医生的经验要求不高有关[22，37]，这也是该系统最大的优点。但是Somogyi-Ganss E 等[7]报道该系统在深度偏差的结果上令人失望，偏差范围从0～3.3 mm，而在入口、顶点、角度方面精确度良好。这种差异可能是不可接受的，因为在术前规划中，所有重要的解剖结构都应有2 mm 的安全差值。

总之，动态导航系统临床研究的文献相对较少，尤其是当前在临床上常用的几款系统，大多是体外模型研究，尽管有相关的临床研究报道，样本量也参差不齐，因此，关于动态导航的精度，后续还需要更多临床研究的证实。

2.2 动态导航系统精度影响因素 术者经验对动态导航引导种植准确性的影响，文献报道并不一致。Stefanelli LV 等[14]报道，影响其准确性的最重要因素是外科医生的经验。而Pellegrino G 等[42]研究发现，动态导航对于经验丰富和年轻临床医生来说，都可以认为是一种可靠的技术，然而该研究是在体外模型研究，不可否认的是患者口腔和体外模型区别还是明显的。而且，使用动态导航系统对人的手眼协调配合要求很高，而人的手眼协调性和精细运动存在个体差异性[14]，如医生在种植手术中对机头控制不稳定，种植过程中仅在术区和种植器械盒的视觉切换到使用动态导航随时观看屏幕或者仅看屏幕，以掌握钻头的实时位置，确实影响医生刚开始的使用习惯。因此，研究显示，动态导航系统的使用需要学习曲线[8]，不过医生在种植一定数量病例后，动态导航系统种植精度逐渐趋于稳定[24]，曾经使用过静态导航的医生，使用动态导航系统的学习曲线会减少[25]。因此，医生在使用动态导航系统，可以使用体外模型进行模拟培训，以达到学习曲线[6]。另外，不同开发商生产的动态导航系统是存在精度差异的。其他诸如影像学技术、种植部位、追踪定位系统类型、配准方式等都会影响动态导航系统的精度，更为重要的是各个因素往往不会单一存在，会产生累加效应[18]。因此，在使用动态导航系统要了解并注意这些影响因素，以提高种植体三维位置的精确性。

3 国内外动态导航系统与静态导板的比较

3.1 优缺点比较 动态导航系统优点包括[6，14，25]①术前种植规划与CBCT 扫描可以在手术当日进行；②术中实时追踪；③术中允许术者更改种植计划；④个别系统带有精度分析软件，便于术后精度分析等。而静态导板不存在这些优点，因此，医生在遇到开口度小和第二磨牙区域种植等病例时，静态导板则存在明显的不足，而动态导航种植似乎是有价值的解决方案[44]。尤其是动态导航可以实现种植手术“现场”的准确性验证，即动态导航在钻针碰触到颌骨并观察该位置映射到CBCT 图像的准确性，来快速评估它们的配准精度[14，45]，而静态引导却没有该功能。有趣的是，静态引导是否也存在学习曲线，文献报道并不一致[9，46]。Cassetta M 等[45]认为学习曲线的缺失可能源于没有考虑植体颈部和末端偏差值，并且他们研究证明这些值可能最受经验水平的影响。

3.2 精度比较 Tahmaseb A 等[44，46]在2014 年（2018 年）经系统回顾分析，报道静态导航种植入口点总平均误差1.12 mm（1.20 mm），顶点偏移1.39 mm（1.40 mm）并且角度偏4°（3.5°），这与有关研究结果[43，48]一致。2018 年国际口腔种植协会ITI 共识性论述指出[49]，静态计算机辅助植入手术的种植体顶端平均误差是1.2mm，根部偏差是1.5 mm，角度偏差是3.5°，在绝大多数情况下都能符合安全性规范。动态导航与静态导板的顶端偏移、末端偏移和角度偏差是相近的[47]。其中，动态导航引导植入的植体顶部轴向误差最小，而静态导板引导植入植体的顶部横向误差最小[45，47]。与Schnutenhaus S 等[50]系统回顾分析4 种已用于临床的动态导航系统的精度相比，动态导航系统的颈部偏差（1.00 mm）和末端偏差（1.33 mm）稍优于静态导板，但是角度误差（4.1°）高于静态导板。而Jorba-garcía A 等[51]系统回顾了9 种动态导航系统的临床精度数据，动态导航系统的角度偏差（3.68°）与静态导板相差较小。总之，动态导航引导种植与静态引导种植至少存在类似的精度，但目前还不足以说明动态导航精度优于静态导板。

3.3 适应证选择时机 由于操作简单、投资成本较低，当需要进行计算机辅助种植手术时，静态引导是常被选择的。有学者认为在有严重解剖风险处种植，通常建议使用计算机引导的植入手术[13]。Tahmaseb A等[46]认为与更加不规则的骨结构导致更复杂和更不准确的种植相比，对于下颌牙槽嵴平滑、宽广和规则的患者，无瓣膜间种植体导航植入被发现是一种精确、可预测和安全的手术。因此遇到一些特殊病例，应充分考虑静态引导和动态导航的优缺点以及适应证，择优使用。对此，Block MS 等[6]认为以下病例是使用动态导航引导种植的适应证：①患者张口度小；②扫描当天放置植入物；③放置困难以及视野不好的区域，如第二磨牙区域；④缺牙间隙与静态导板套筒尺寸相矛盾以及导板套筒会干扰种植体准确放置在天然牙齿附近。对于不翻瓣、避开重要解剖结构、与邻牙或者种植体间保持准确距离等情况，二者均可以考虑使用。

4 国内外动态导航系统在口腔种植领域的不足与展望

动态导航系统仍存在不足，但它存在的不足，可能是今后发展的方向。首先，动态导航系统的精度受到机器本身存在的一些因素影响，如CBCT 图像质量、配准方式、光学追踪系统类型[18]，因此，研发人员未来还需要进行进一步研究以减小机器因素引起的系统误差。其次，当前设备存在笨重、操作流程复杂[16]、用户界面功能复杂多样[22]等不足，动态导航系统对种植医生的专业要求也大大提高，医生除了要熟悉使用流程，还要进行培训以达到学习曲线。所以，设备研发人员未来应进一步精简操作流程，简化设备。再者，当前动态导航系统一般采用光学定位，该定位追踪系统存在光学定位参考架大、光学遮挡等缺点[20]，后期研究或许可借鉴电磁导航的优点或结合电磁导航以改善其不足。另外，术前配准耗时较长，对于牙列缺损和牙列缺失患者，动态导航系统的配准方式存在差异，部分系统采取植入多个或者单个临时骨螺钉以提供无牙基准点[14，17]，这需要在CBCT 扫描前手术植入，但是手术位置可能并非种牙位点，从而存在一定的手术创伤。最后，近几年来新兴的国内外动态导航系统，虽然已在临床上应用和研究，但样本量较少，种牙位点也较局限，因此，后续还需要更多的临床研究来验证动态导航引导种植的精确性。

随着数字化种植技术的发展，动态导航技术在不断进步，例如增强现实手术导航系统可以提供手术现场的AR 导航场景，给种植医生提供深度感知[52]，而且可以不依赖于附着在患者体内的任何外部基准标记，使得患者的解剖结构直观可视化[53]，这些优点却解决了当前基于标记点配准和光学定位的动态导航系统的不足。值得一提的是，随着人工智能和机器人手术的发展[54]，有学者将其与计算机导航技术的结合，开发出机器人牙科植入系统（全自动系统）[55]和基于人-机器人协作牙科植入系统[56]。由此可见，科技的发展使得未来牙种植导航技术越来越先进。

5 总结

以修复为导向的种植理念，良好种植体三维位置成为修复成功的重要因素，精准种植可能是未来种植技术的发展趋势。虽然动态导航引导种植在临床上逐渐获得重视，但是它也存在一定的局限性，尤其是种植精度仍未达到临床理想程度。因此，当前临床上对于静态引导、动态导航和传统自由手3 种种植方式，医生在遇到特定病例，除了根据自己的临床经验和偏好来选择3 种植入方式，还应考虑选择哪种方法是最优的。