該美GuideMia軟件結(jié)合3D打印技術(shù)在口腔種植中的應(yīng)用*

肖海清，蔡立宏，周中蘇，徐紅，楊昭霞，練其武

（1.湖南省長(zhǎng)沙市3D打印技術(shù)醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410001；2.湖南省長(zhǎng)沙市第三醫(yī)院 口腔科，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

數(shù)字化牙科是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，正在徹底變革傳統(tǒng)的牙科診療技術(shù)。包括牙體、牙齦及牙床等三維CT（computed tomography）即電子計(jì)算機(jī)斷層掃描及牙印模三維光學(xué)掃描、牙體修復(fù)體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造、人工植牙計(jì)算機(jī)輔助術(shù)前規(guī)劃、人工種植牙基臺(tái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）及牙科及頜面外科整型手術(shù)規(guī)劃等[1]。

人工種植牙較傳統(tǒng)假牙有很多優(yōu)點(diǎn)，正在成為越來(lái)越多人的首選。用專業(yè)的軟件三維成像來(lái)進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃具有諸多好處，是人工植牙的關(guān)鍵技術(shù)[2]。手術(shù)規(guī)劃制定后，使用軟件進(jìn)行相應(yīng)的手術(shù)導(dǎo)板設(shè)計(jì)，再經(jīng)3D打印制造出種植導(dǎo)板，用于手術(shù)，使得種植手術(shù)更加快速、精準(zhǔn)、安全。

該美（GuideMia）是美國(guó)GuideMia Technologies公司開(kāi)發(fā)的種植設(shè)計(jì)和導(dǎo)板設(shè)計(jì)的軟件，它是一個(gè)專業(yè)的口腔疾病診治應(yīng)用軟件。GuideMia的特色則在于操作流程簡(jiǎn)便，容易掌握；圖像處理先進(jìn)，顯示精細(xì)；可視化技術(shù)，能三維立體成像，操作更直觀；開(kāi)放的手術(shù)導(dǎo)模CAD/CAM體系結(jié)構(gòu)以及手術(shù)導(dǎo)板和套環(huán)的設(shè)計(jì)等功能。本文就該美（GuideMia）軟件結(jié)合3D打印技術(shù)在口腔種植應(yīng)用方面開(kāi)展初步探討，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2014年10月‐2016年10月本院收治30例前牙缺失患者為研究對(duì)象，納入研究對(duì)象全部身體健康，口腔衛(wèi)生保持良好，無(wú)牙周炎，無(wú)全身以及局部種植禁忌證，本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者于術(shù)前已被告知可能會(huì)有的危險(xiǎn)性及并發(fā)癥，出于自愿原則簽訂手術(shù)同意書(shū)。

將其隨機(jī)分為研究組和對(duì)照組各15例，其中對(duì)照組男9例，女6例 ；年齡30～68歲，平均（49.2±2.1） 歲， 病程 6個(gè)月 ～8年， 平均（6.1±1.6） 年。對(duì)照組采用常規(guī)方法進(jìn)行手術(shù)；研究組男10例，女5例；年齡31～67歲，平均（48.7±2.4）歲，病程8個(gè)月～9年，平均（6.5±1.8） 年。研究組采用該美軟件進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)，并采用3D打印技術(shù)定制種植導(dǎo)板進(jìn)行手術(shù)。兩組患者在性別、年齡及病程等一般資料對(duì)比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)意義（P ＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)采集 CT掃描：使用我院40排螺旋CT掃描，CT掃描時(shí)患者輕咬棉花并保持靜息止頜位，上下牙列不接觸，進(jìn)行高分辨率薄層掃描眶耳平面到下頜骨下緣。掃描條件：管電壓120 kV，管電流250 mA，掃描層厚1.0 mm，螺距0.85～0.9，標(biāo)準(zhǔn)骨窗等間距掃描。數(shù)據(jù)后處理：重建0.6 mm薄層數(shù)據(jù)并以即醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（digital imaging and communications in medicine,DICOM）格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

獲取牙模排牙及咬合光學(xué)數(shù)據(jù)：取患者上下頜印模，按照100 g粉配21～23 ml水，30～60 s真空攪拌均勻，立即灌注超硬石膏模型，對(duì)石膏模型進(jìn)行光學(xué)掃描，獲得患者口內(nèi)包括牙齦的表面數(shù)據(jù)；然后在石膏模型缺失牙處將人工牙有序排好，再次對(duì)排好牙的石膏模型進(jìn)行光學(xué)掃描，獲得人工排牙的位置及咬合數(shù)據(jù)。

1.2.2 種植設(shè)計(jì) ①導(dǎo)入數(shù)據(jù)：該軟件的工作模式分為快車模式和常規(guī)模式。將患者頜面部CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入該美軟件，該軟件可以三維立體地顯示患者的口內(nèi)上下牙的形態(tài)及位置關(guān)系，調(diào)整窗位可以顯示牙齦的形態(tài)。②數(shù)據(jù)融合：先導(dǎo)入CT骨結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)入石膏的排牙及咬合的光學(xué)掃描數(shù)據(jù)。進(jìn)行兩種數(shù)據(jù)融合。將兩組數(shù)據(jù)的影像分別選好標(biāo)記點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，要求融合誤差小于0.02 mm。③觀察分析牙齒情況：點(diǎn)擊選取操作面板上的功能按鈕，標(biāo)記畫(huà)好下頜神經(jīng)管。在左下軸位窗口調(diào)整牙弓面曲線，重建滿意的牙弓曲面，讓牙列在右上窗口滿意顯示。通過(guò)不同窗口及調(diào)整不同牙弓曲線以清楚地顯示牙齒的不同切面，使醫(yī)生能仔細(xì)診察牙齒的形態(tài)、位置、牙周及軟組織等情況。④模擬種植：在需要種植的缺牙處開(kāi)始模擬種植，在左側(cè)工具欄中選擇牙號(hào)，即要種植的牙位，再?gòu)南到y(tǒng)種植庫(kù)中選擇將要給患者種植的植體品牌及規(guī)格，放置在牙位上。根據(jù)其他窗口所示的不同方位調(diào)整植體的位置，包括根據(jù)排牙的位置及上下牙的咬合關(guān)系，考慮是否需要設(shè)置基臺(tái)以及基臺(tái)的角度和方向；考慮種植體與鄰牙的位置關(guān)系、牙槽骨的形態(tài)及質(zhì)地；考慮種植體應(yīng)避開(kāi)下頜神經(jīng)管；考慮手術(shù)實(shí)施難易程度及術(shù)后牙槽骨的生長(zhǎng)特性等來(lái)確定種植體的最佳位置。模擬放好種植體后，點(diǎn)擊鎖定鍵鎖定植體位置數(shù)據(jù)，完成種植設(shè)計(jì)。該軟件擁有較大的種植體數(shù)據(jù)庫(kù)，包括目前市面上的各種常用的不同品牌及不同規(guī)格種植體數(shù)據(jù)，比較齊全。并且，該數(shù)據(jù)庫(kù)是開(kāi)放的，可以很方便地導(dǎo)入、刪除及修改，見(jiàn)圖1。

圖1 采用該美軟件進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)，并生成種植導(dǎo)板數(shù)據(jù)

1.2.3 種植導(dǎo)板設(shè)計(jì) 當(dāng)完成種植設(shè)計(jì)后，保存并鎖定植體位置，然后根據(jù)模擬種植體的位置及前牙或后牙的手術(shù)操作空間來(lái)設(shè)計(jì)套環(huán)。①設(shè)定好導(dǎo)板采用的套環(huán)數(shù)據(jù)，根據(jù)導(dǎo)板所采用的套環(huán)高度、植體長(zhǎng)度及所采用最長(zhǎng)鉆針長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定深度控制距離。②生產(chǎn)導(dǎo)板，點(diǎn)擊導(dǎo)板生成按鈕進(jìn)入導(dǎo)板生成界面，設(shè)置導(dǎo)板樣式、好生成方式、倒凹角度等參數(shù)自動(dòng)生成導(dǎo)板。③處理導(dǎo)板數(shù)據(jù)生成導(dǎo)板后，對(duì)其做相應(yīng)的裁剪、添加等修飾和編輯，滿意后保存數(shù)據(jù)完成導(dǎo)板的設(shè)計(jì)。對(duì)于全口無(wú)牙頜的患者，根據(jù)牙槽骨的厚度、形態(tài)及毗鄰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定位釘?shù)奈恢眉吧疃?。④?dǎo)出數(shù)據(jù)，將設(shè)計(jì)好的導(dǎo)板數(shù)據(jù)以即標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)（standard template library, STL）格式導(dǎo)出，見(jiàn)圖2。

圖2 在該美軟件上種植設(shè)計(jì)完成后,進(jìn)行種植導(dǎo)板設(shè)計(jì)

1.2.4 手術(shù)導(dǎo)板的制作 對(duì)照組采用簡(jiǎn)易導(dǎo)板。①壓模：用藻酸鹽印摸材料取口內(nèi)印摸并灌注石膏模型，按正確咬合關(guān)系排牙，再用藻酸鹽印摸材料復(fù)制恢復(fù)好的牙列模型，將聚乙烯加熱后壓塑成模版。②設(shè)計(jì)種植：根據(jù)在壓模上排牙的咬合關(guān)系，設(shè)計(jì)安放植體的位置，并在壓模上標(biāo)記，并調(diào)整牙齒頜面穿出位置，開(kāi)孔并延伸至唇（頰）側(cè)，見(jiàn)圖3。研究組采用3D打印導(dǎo)板。將保存好STL格式的導(dǎo)板數(shù)據(jù)發(fā)送至牙科技工所，技工所將導(dǎo)板數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)器，制作該患者個(gè)性化的口腔種植導(dǎo)板，獲得精度小于0.1 mm的光敏樹(shù)脂種植導(dǎo)板，見(jiàn)圖4。

圖3 采用傳統(tǒng)手術(shù)方式,在牙模上制作簡(jiǎn)易導(dǎo)板

圖4 采用3D打印技術(shù)制作種植導(dǎo)板，種植導(dǎo)板制作出來(lái)后,在模型上試戴

1.2.5 種植手術(shù) 對(duì)照組：①術(shù)前先在患者口內(nèi)試戴導(dǎo)板，檢查導(dǎo)板的適合性及穩(wěn)定性。②根據(jù)簡(jiǎn)易導(dǎo)板上標(biāo)記好開(kāi)孔定位后，使用直徑為2 mm的先鋒鉆緩慢鉆到手術(shù)一定的深度。③比對(duì)位置，拔出鉆頭，然后插入轉(zhuǎn)移桿，戴上簡(jiǎn)易導(dǎo)板，比對(duì)位置，根據(jù)標(biāo)記位置調(diào)整鉆頭方向，逐級(jí)擴(kuò)孔，最后使用成型鉆。④植入植體，擴(kuò)孔滿意后最后緩慢旋進(jìn)種植體，見(jiàn)圖5。研究組：①術(shù)前在患者口內(nèi)試戴，檢查導(dǎo)板在口內(nèi)的適合性及穩(wěn)定性。②口內(nèi)固定種植導(dǎo)板，對(duì)于全口無(wú)牙頜的患者，先安放好定位釘。③鉆孔，先用槍鉆進(jìn)行定位鉆孔，對(duì)于刃狀牙槽骨，先用球鉆磨平牙槽骨的刃狀部分，然后依次根據(jù)不同規(guī)格的套環(huán)，使用相匹配的鉆針擴(kuò)孔，鉆到鉆針的止動(dòng)套環(huán)處即可，最后使用成型鉆擴(kuò)孔。④植入植體，將導(dǎo)板及套環(huán)取下，常規(guī)植入種植體，完成種植手術(shù)，見(jiàn)圖6。

圖5 采用簡(jiǎn)易導(dǎo)板指導(dǎo)手術(shù)

圖6 采用3D打印種植導(dǎo)板進(jìn)行手術(shù)

1.3 效果評(píng)定

1.3.1 精度評(píng)定 術(shù)后即刻拍攝口腔螺旋CT，將所得DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入GuideMia軟件，與術(shù)前設(shè)計(jì)的種植體位置進(jìn)行對(duì)照，測(cè)量種植體實(shí)際位置與術(shù)前規(guī)劃種植體位置的最大偏差，判定治療效果。該測(cè)量請(qǐng)非手術(shù)者的兩位口腔科副主任醫(yī)生進(jìn)行。誤差小于0.1 mm，則為顯效治療。其例數(shù)與該組總例數(shù)的占比為顯效率。誤差大于0.1 mm且小于0.5 mm，則為有效治療，其例數(shù)與該組總例數(shù)的占比為有效率。顯效例數(shù)加有效例數(shù)與總例數(shù)的占比為總臨床有效率。

1.3.2 療效評(píng)定 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析比較兩組患者術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月種植體成活（骨結(jié)合）的情況，采用螺旋CT復(fù)查，種植體與骨質(zhì)間無(wú)間隙為骨結(jié)合良好，有間隙為骨結(jié)合不好。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0對(duì)研究中結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理。計(jì)數(shù)資料以例（%）表示，計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 精度評(píng)定

對(duì)照組顯效率為20%（3例），有效率為66.7%（10例），臨床總有效率為86.7%（13 例）。研究組顯效率為66.7%（10例），有效率為26.7%（4例），臨床總有效率為93.3%（14例）；兩組精度評(píng)定相比較：顯效治療相比，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），兩組有效治療及無(wú)效治療相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞0.05）。見(jiàn)表1。

表1 兩組精度評(píng)定比較 例（%）

2.2 療效評(píng)定

采用該美軟件進(jìn)行術(shù)前設(shè)計(jì)、模擬種植后采用3D打印技術(shù)制造出載有位點(diǎn)、角度及深度等信息的種植導(dǎo)板，研究組使用這種導(dǎo)板指導(dǎo)手術(shù)，在顯效治療上明顯優(yōu)于對(duì)照組采用傳統(tǒng)方法的種植效果。在術(shù)后3個(gè)月及6個(gè)月復(fù)查種植體與骨組織結(jié)合的結(jié)果中，研究組亦好于對(duì)照組。

2.2.1 術(shù)后3個(gè)月 術(shù)后3個(gè)月的骨結(jié)合情況相比，研究組優(yōu)于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表2。

表2 兩組術(shù)后3個(gè)月療效評(píng)定比較 例（%）

2.2.2 術(shù)后6個(gè)月 術(shù)后6個(gè)月骨結(jié)合情況相比，研究組優(yōu)于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表3。

表3 兩組術(shù)后6個(gè)月療效評(píng)定比較 例（%）

3 討論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展蓬勃發(fā)展。在大數(shù)據(jù)和數(shù)字化的社會(huì)發(fā)展的大背景下，數(shù)字化口腔更是日新月異。從傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，數(shù)字化口腔的發(fā)展是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程。數(shù)字口腔包括數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造。該美軟件就是數(shù)字化設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用軟件。該美軟件從研發(fā)出來(lái)到臨床應(yīng)用，也是一步步發(fā)展，適應(yīng)了這個(gè)大的發(fā)展形勢(shì)的[3]。從筆者使用該美軟件兩年多的情況來(lái)看，其特點(diǎn)比較突出。該軟件是專門用于口腔科診療的專業(yè)軟件，所以相關(guān)的功能設(shè)計(jì)針對(duì)性和實(shí)用性強(qiáng)。第一、操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)導(dǎo)入、上下頜分割、數(shù)據(jù)重疊及導(dǎo)板的編輯，功能按鈕一目了然，采用不多步驟，簡(jiǎn)單操作即可達(dá)到臨床要求。該軟件針對(duì)新手設(shè)計(jì)了GuidMia快車模式。使用GuidMia快車，操作三步即可快捷的進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、上下頜分割。第二、軟件處理數(shù)據(jù)的精度高，上下頜CT數(shù)據(jù)與石膏模型的光學(xué)數(shù)據(jù)重疊的誤差較小，一般操作的情況下，誤差小于0.02 mm，充分保證臨床效果；導(dǎo)板數(shù)據(jù)的精度也比較高，其數(shù)據(jù)采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)種植導(dǎo)板，其精度不超過(guò)0.1 mm，很好地保證了臨床種植植體的準(zhǔn)確性。第三、系統(tǒng)開(kāi)放，在導(dǎo)板的設(shè)計(jì)上，能夠讓醫(yī)生或技師自行設(shè)計(jì)、修改，并導(dǎo)出數(shù)據(jù)，讓醫(yī)技緊密的結(jié)合，盡可能地滿足臨床的要求，方便臨床的使用。第四，該軟件嵌入TeamViewer軟件鏈接按鈕（TeamViewer是一個(gè)遠(yuǎn)程控制軟件），如在使用中遇到困難打開(kāi)該功能，即可讓公司技術(shù)人員遠(yuǎn)程協(xié)助，及時(shí)解決問(wèn)題，非常方便。第五，術(shù)后驗(yàn)證功能，患者手術(shù)后即刻進(jìn)行CT掃描，將術(shù)后數(shù)據(jù)導(dǎo)入該美軟件，然后再將術(shù)前種植計(jì)劃數(shù)據(jù)導(dǎo)入，比較手術(shù)前后的差別，可以很直觀地看到并測(cè)量植體實(shí)際位置與設(shè)計(jì)位置的差距，為手術(shù)提供良好的反饋，為術(shù)后效果提供良好的參考。軟件還有不足之處。第一，按鈕較多，許多按鈕在實(shí)際使用中幾乎很少，還有一些按鈕對(duì)臨床的作用不大。第二、該軟件在使用中偶爾會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，自動(dòng)關(guān)閉，需要升級(jí)或聯(lián)系技術(shù)人員遠(yuǎn)程協(xié)助解決。當(dāng)然，該軟件也在不斷的升級(jí)改進(jìn)當(dāng)中，相信這些不足之處會(huì)不斷得到改善，在臨床使用中也會(huì)更加便利。

隨著口腔醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展及國(guó)際間合作交流增加，一種新的種植理念被提出來(lái)，那就是以修復(fù)為導(dǎo)向的種植理念。這種理念要求手術(shù)植入的種植體在方向、位置、深度方面，要求要有一定準(zhǔn)確度，以達(dá)到最佳的修復(fù)要求，并且能夠獲得種植體與牙槽骨長(zhǎng)久穩(wěn)定的結(jié)合效果。隨著種植技術(shù)的進(jìn)一步提高，出現(xiàn)了微創(chuàng)不翻瓣牙種植技術(shù)，微創(chuàng)不翻瓣的種植牙技術(shù)對(duì)患者創(chuàng)傷小、術(shù)中出血少、術(shù)后恢復(fù)快及對(duì)牙槽骨的影響小等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。微創(chuàng)不翻瓣種植牙技術(shù)要求手術(shù)者掌控種植體在牙槽骨植入的，空間位置更精確。種植手術(shù)導(dǎo)板就是為了適應(yīng)這一要求而產(chǎn)生的輔助手術(shù)設(shè)備，采用3D打印技術(shù)制造，是術(shù)前模擬種植中種植體位置、角度、深度的高精度的載體，在種植手術(shù)過(guò)程中，引導(dǎo)鉆針進(jìn)行各級(jí)備洞，是聯(lián)系術(shù)前模擬種植和術(shù)中實(shí)際種植的橋梁[6]。在傳統(tǒng)種植手術(shù)中，種植導(dǎo)板往往采用手工制作，在石膏模型上用熱膜壓制然后進(jìn)行局部的標(biāo)記、定位加工而成。這樣傳統(tǒng)種植導(dǎo)板可以兼顧上部修復(fù)效果，不過(guò)不能很精確地把握種植體植入的位置，很大程度上依賴手術(shù)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)[7]，精確度難以保證。基于CT[8-9]的3D打印種植手術(shù)導(dǎo)板，能夠種植體的準(zhǔn)確的空間位置、相鄰組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等信息轉(zhuǎn)移到手術(shù)中指導(dǎo)手術(shù)[10]，從而減少手術(shù)并發(fā)癥，減小手術(shù)創(chuàng)傷，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)效果，從而到達(dá)理想的種植修復(fù)效果[11]。

本研究結(jié)合臨床實(shí)際問(wèn)題，使用該美種植軟件，根據(jù)每個(gè)不同的患者的具體情況，進(jìn)行術(shù)前種植設(shè)計(jì)，根據(jù)咬合關(guān)系，具體骨量情況，在軟件上調(diào)整種植體的位置，找到最合適的準(zhǔn)確位置，鎖定該位置，并自主生成種植導(dǎo)板，采用3D打印技術(shù)高精度制造出個(gè)性化種植導(dǎo)板，精準(zhǔn)地指導(dǎo)手術(shù)，獲得良好的臨床種植效果。

目前，口腔種植軟件比較多，例如Nobel公司的Nobel軟件、瑞士Materialise公司的simplant[12]、西諾德公司的cere軟件及國(guó)內(nèi)天津的七彩虹軟件等，各軟件各有優(yōu)缺點(diǎn)，該美軟件也是如此。目前，筆者的應(yīng)用處于初步應(yīng)用階段，在今后的工作中筆者致力于數(shù)字化口腔的建設(shè)和發(fā)展，積極應(yīng)用各種數(shù)字化的軟件和設(shè)備。并將相關(guān)的軟件使用相互對(duì)比，積累經(jīng)驗(yàn)，和同道共同探討，共同發(fā)展。這將是筆者今后的一個(gè)工作重點(diǎn)，也有待于筆者進(jìn)一步研究探討。

總而言之，該美軟件結(jié)合3D打印種植導(dǎo)板應(yīng)用于口腔種植中，不僅提高了手術(shù)的準(zhǔn)確率，還提高了手術(shù)的成功率，并減少手術(shù)時(shí)間，患者易于接受。在導(dǎo)板的指導(dǎo)下手術(shù)安全可靠，提高手術(shù)成功率，造?；颊摺?D打印導(dǎo)板加工便捷，隨著技術(shù)日漸成熟，價(jià)格也越來(lái)越實(shí)惠。所以這種方法值得在臨床應(yīng)用中推廣，這也是數(shù)字化口腔發(fā)展的一個(gè)部分[13]。