1、 分类号 R783.4616.31公开U D C密 级基于空间立体定位技术的模型法种植导板的应用研究郭秋云全日制培学养位类类别型 专业学位口腔医学一级学科(专业类)二级学科(专业) 口腔修复学口腔牙种植导板研指培究导养方教单向师位贾骏副教授（副主任医师）口腔医院修复科二 O一四年五月独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了
2、明确的说明并表示了致谢。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： 日期：保护知识产权声明本人完全了解第四军医大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位为第四军医大学。本人保证毕业离校后，发表论文等使用本论文工作成果时第一署名单位仍然为第四军医大学。学校可以公布论文的全部或部分内容（含电子版，保密内容除外），可以采用影印，缩印或其他复制手段保存论文；学校有权允许论文被查阅和借阅，并在校园网上提供论文内容的浏览和下载服务。同意学校将论文加入中国优秀博硕士学位论文全文数据库和编入中国知识资源总库等，并可浏览和下载，同时享受中国优秀博硕士学
3、位论文全文数据库出版章程规定的相关权益。论文作者签名： 导师签名： 日期：第四军医大学硕士学位论文目 录缩略语表1中文摘要2英文摘要6前 言10文献回顾12文23正实验一基于空间立体定位技术的模型法种植导板制作方法的建立231材料 232方法 233结果 274讨论 27实验二基于空间立体定位技术的模型法种植导板的体外实验311材料 312方法 313结果 374讨论 38实验三基于空间立体定位技术的模型法种植导板的临床实验411材料 412方法 423结果 444讨论 44全文总结47参考文献49附 录53个人简历和研究成果58谢59致第四军医大学硕士学位论文缩略语表缩略词 英文全称 中文全
4、称CT Computed tomography 计算机断层扫描Computer aided design & computer aidedmanufacturingCAD/CAMDICOM计算机辅助设计与制作Digital imaging and communications inmedicine 医学数字成像与通讯标准STL Standard triangulate language 标准成三角代码CBCT Cone-beam computed tomography 锥体束 CT-1-第四军医大学硕士学位论文基于空间立体定位技术的模型法种植导板的应用研究硕士研究生：郭秋云导 师：贾骏副教授第
5、四军医大学口腔医院修复科，西安，710032中文摘要随着社会经济的发展，种植义齿受到越来越多患者和医生的青睐。口腔种植领域中，以修复体为指导的种植技术这一新理念使口腔种植技术有了质的提升，而种植导板正是贯彻这一种植理念的关键技术。目前种植导板依照制作方法可分为计算机辅助设计与制作（ Computer aided design & computer aided manufacturing，CAD/CAM）法和模型法两种。CAD/CAM法种植 导板结 合患者计算机断层扫描（Computed tomography，CT ）三维数据，在种植规划软件中进行虚拟设计，然后通过快速成型设备加工完成。其加工精
6、度高，重要的是加工制作必须依赖昂贵的快速成型加工设备，整体制作费用昂贵，特别对于单个缺牙或缺牙较少的患者，医生为了节省人力物力，往往不使用种植导板，凭借经验来完成种植手术。上述因素限制了 CAD/CAM种植导板的推广应用。传统的模型法种植导板的制作则是利用诊断蜡型、参考放射影像信息或骨地图大体定位种植方向，通过机械打孔装置来手工制作，制作简便，费用低，周期短。而其最大的缺点是导板精度不高，其准确性和安全性无法得以保障。于是一些依赖各种特殊定位仪器及其配套的种植软件的改良式的模型法种植导板的制作方法应运而生，该种方法能够通过特殊的口腔种植定位仪利用患者的 CT 三维数据，将模拟种植体相对于石膏模
7、型的三维空间位置精确定位，再通过机械打孔方式完成导板，完全不需要昂贵的快速成型加工设备，方法较为简便，经济实用。但其缺点是必须借助特殊的空间定位仪器及配套虚拟种植软件才能实现种植导板的准确定位，在推广-2-第四军医大学硕士学位论文应用上仍然受到限制。因此，本研究拟建立一种相对简单，由医生或技师利用临床常见的设备就能完成的种植导板的制作方法，以辅助指导一些缺牙较少的临床病例进行种植。本研究首先依据空间立体定位技术原理，自行设计构建简单、通用的空间立体定位装置，在其辅助下将种植软件中种植体与颌骨的三维关系准确地转移到模型上，利用传统机械打孔技术制作种植导板；接下来采用体外实验验证基于空间立体定位技
8、术的模型法种植导板的精度及可行性；最后通过临床实际应用进一步验证了该方法的实用性和精度，为口腔种植导板临床的制作应用提供一种新的方法。研究内容实验一，根据牙弓大小和上下颌牙弓形态结构分别构建空间立体定位装置，该装置由弧形基板、平行定位柱，固位突起以及放射标记点组成。通过锥体束 CT（Cone-beam computed tomography，CBCT ）扫描获取空间立体定位装置的三维数据信息，建立其数字化模型。同时，以空间立体定位原理为基础，建立一种新的基于空间立体定位技术的模型种植导板制作方法。实验二，翻制下颌骨环氧树脂模型。依照实验一建立的种植导板的制作流程，首先把空间立体定位装置固定在放
9、射导板上，然后将其完全就位于下颌骨树脂模型上进行螺旋 C T扫描，数据导入 SimPlant种植软件进行三维模型重建，通过牙胶放射标记点将其与所选用的空间立体定位装置的标准三维数字化模型相互配准，并测量模拟种植体相对于立体定位装置的空间位置关系，并将其转移至下颌骨环氧树脂模型上，制作种植导板。在种植导板的引导下，于 4副颌骨模型上分别各植入 3枚种植体，再次进行螺旋 CT扫描获取种植体植入后的 CT数据，将术前、术后 CT数据在 Geomagic Studio 软件中 进行精确配准，比较实际种植体与虚拟种植体在三维方向上的差异。实验三，临床随机选取牙列缺损患者 17例，分别根据实验一所述的基于
10、空间立体定位技术的模型法种植导板制作方法进行导板的制作。在种植导板引导下常规植入种植体 32枚。将患者术前、术后 CT数据在 Geomagic Studio软件中进行精确配准，比较实际种植体与虚拟种植体在三维方向上的差异。研究结果和结论1、建立一种新的基于空间立体定位技术的模型法种植导板制作方法。成功构建-3-第四军医大学硕士学位论文了一套通用的立体定位装置及其三维数字化模型。此定位装置及三维模型可反复使用，免去了二次扫描的繁琐过程，减少了时间金钱成本。该模型法种植导板制作方法为：利用空间立体定位装置制作放射导板，将其就位于患者口内后拍摄 CT ，将扫描所得数据导入 SimPlant种植软件进
11、行三维模型重建，通过牙胶放射标记点将其与所选用的空间立体定位装置的标准三维数字化模型进行配准。在 SimPlant软件中以空间立体定位装置为参照，测量种植体植入位点以及近远中、颊舌向相对位置的角度。体外利用导线观测仪的万向观测平台、角度测量仪将种植软件中种植体与颌骨的三维关系转移到模型上，并通过激光台钻直接在放射导板上打孔完成最终种植导板的制作，或是于模型上打孔压膜成型种植导板。2、下颌骨模型体外实验结果显示实际种植体的植入位置与术前 SimPlant软件中设计的位置偏离值为：肩部0.970.24mm(95%CI:0.811.12mm)，根部1.440.25mm(95%CI:1.281.60m
12、m)，角度5.011.76(95%CI:3.896.12)。结果表明：采用基于空间立体定位技术的模型法所制作的种植导板，在体外模型植入实验中，实际种植体与虚拟种植体在三维方向上存在一定偏差，但其差异范围在目前 CAD/CAM 导板的精度范 围内（ CAD/CAM导板肩部偏离值 95CI：0.761.22mm，根部偏离值 95CI：1.262.0mm，角度偏差 95% CI:3.94 6.58），上述实验结果说明该方法制作的种植导板具有良好的精度及可行性，可用于下一步的临床应用研究。3、临床实验得出术后种植体的位置与术前设计的位置偏离值为：肩部1.100.25mm（95% CI: 0.611.5
13、9mm），根部 1.760.38mm （95% CI: 1.212.25mm），角度 5.752.62 （95% CI: 3.01 8.21），其差异较 CAD/CAM导板精度偏差略大，但种植导板仍然起到了准确定位的作用，能满足临床应用的基本要求。综上，本研究中的基于空间立体定位技术的模型法种植导板制作简便，经济实用，在其引导下植入种植体的位置同模拟种植体位置近似，精度较高，是一种模型法种植导板制作的新方法，具有一定的临床应用前景。关键词：种植牙，种植导板，空间立体定位，精度，模型法，计算机辅助设计与制作-4-第四军医大学硕士学位论文Application research of cast-b
14、ased guided implanttemplate of stereoscopic techniqueCandidate for master:Guo QiuyunSupervisor:Jia JunDepartment of orthopaedics，School of Stomatology,Fourth Military Medical University ，Xian 710032， ChinaAbstractWith the development of a new concept of “prosthetically guidedimplantology”,dental imp
15、lant technology has been greatly improved,more and morepatients and doctors perfer implant dentures.The application of surgical guide is the keytechnology.Currently surgical guide can be divided into two types according to theproduction method,these include computer-assisted design and manufacturing
16、(CAD/CAM) based surgical guide and cast-based guided surgical guide .CAD/CAM technology uses data from CT to plan implant rehabilitation in planningsoftware.This software then transfers this presurgical plan to the surgery site usingstereolithographic drill guides according rapid prototyping techniq
17、ue.Accuracy ofCAD/CAM-based surgical guide is high. Special equipment is necessary.Cast-basedguided surgical guide is a combination of an analog technique done along with diagnosticwax-up, bone sounding and the use of periapical radiographs to roughly locate plantingdirection. It finished by mechani
18、cal drilling equipment manufacture.Its advantages aresimple of production process,low cost, short cycle, clinicians and technicians can easilycreate. The biggest drawback is the lack of precision, especially for complex cases, itsaccuracy and safety can not be guaranteed.Some production methods of i
19、mprovedcast-based guided surgical guides have emerged.These methods still need to rely on a-5-第四军医大学硕士学位论文variety of special positioning devices and supporting software planting. Oral implantologylocator that can ues three-dimensional CT data of patients, precise positioning of theimplant three-dime
20、nsional position, and then mechanical drill to generate the surgicalguide.This method is more convenient, economical and practical.However, it is alsodependent on the special positioning equipment and effect the promotion and application.Therefore,this study was to establish a relatively simple meth
21、od of surgical guides,thatdoctor or technician make use of common device to complete.It assist in guiding plantingfor some simple clinical cases.The study build stereoscopic positioning device based onstereoscopic technique , accurately transferring the three-dimensional relationship betweenthe bone
22、 and the implant simulated in software to the model, and then by mechanicaldrilling technology to produce surgical guides. Then explore the feasibility of theapplication of this surgical guide by in vitro experiments. Finally, to further validate theclinical usefulness and precision the application
23、of this method. In order to provide a newmethod for future oral implantology guides research。Materials and methodsPart one: Stereoscopic positioning device is builded according to the size and form ofdental arch.This device consists of an arcuate base,parallel positioned columns,retentiveapophysis a
24、nd radiological points.It accepted CBCT scanning,the date were reconstructedthree-dimensional model.Meanwhile,it establish a new methods of cast-based guidedsurgical guide Based on stereoscopic technique.Part two:Turn the mandibular epoxy resin model.According to production process ofthe surgical gu
25、ides from part one,maxillary model with radiation guide was accepted CTscanning,the date were imported in planting software to reconstruct three-dimensionalmodel and simulate implantation.The three-dimensional models of stereoscopicpositioning device from CBCT and CT were registrated with each other
26、 by radiologicalpoints.The spatial relationship of implants and decices was measured.clinometeraccurately transfer the three-dimensional relationship between the bone and the implantsimulated in software to the model, and then by bench drill to puch for producing surgicalguides.Under the guidance of
27、 the surgical guides, 12 implants were implanted in jaw-6-第四军医大学硕士学位论文model, comparing actual and virtual implant differences in the three-dimensional directionafter registration of pre- and post-operative CT images in Geomagic software。Part three:17 patients with dentition defect were randomly sele
28、cted, surgicaltemplate were fabricated.In total, 32 implants were inserted. Comparing actual and virtualimplant implant differences in the three-dimensional direction after registration of pre- andpost-operative CT images in Geomagic software。Results and conclusions:1.A new methods of cast-based gui
29、ded surgical guide based on stereoscopic techniquewas established.Generic stereoscopic positioning device was successfully constructed .Itcan be used repeatedly, eliminating the tedious of the dual CT scan, reducing the time andmoney costs.This method:the radiation guides with the stereoscopic posit
30、ioning devicewas generated.It was located on the mouth of the patient after the CT scanning.The datewere imported in SimPlant software to reconstruct three-dimensional model and simulateimplantation.The three-dimensional models of stereoscopic positioning device fromCBCT and CT were registrated with
31、 each other by radiological points.Three-dimensionalmodel as a reference to measure implant site and relative angel.In vitro,it can transferthree-dimensional relationship between the bone and the implants to the model by usingthe cable universal observation platform and angle measuring instrument.Th
32、e radiationguide was transfered into final surgical guide by laser bench,or bench drill to puch inmodel and vacuum membrane technique forming surgical guide.2. Measurements deviation between planned implants and actual implants in vitro.Theentry deviations of the implant was 0.970.24mm (95% CI :0.81
33、-1.12 mm),and apicaldeviation was 1.44 0.25mm (95 % CI: 1.28-160mm), and the axis deviation was5.011.76(95% CI: 3.89-6.12).Although it produce a certain deviation, the deviationvalue within the range of deviation of CAD/CAM guides (entry deviations: 95%CI :0.76-1 .22 mm, apical deviation: 95% CI :1.
34、26-2 .0 mm,axis deviation: 95% CI:3.94-6.58 ,). This surgical guide with high precision can guide planting。3 .In clinical experimental ,the entry deviations of the implant was1.100.25mm (95%CI: 0.61-1.59mm),and apical deviation was 1.760.38mm（95% CI: 1.212.25mm）, and-7-第四军医大学硕士学位论文the axis deviation
35、 was 5.752.62（95% CI: 3.01 8.21）.The deviation value is slightlylarger than the CAD/CAM guides.These guides still played an important role in accuratepositioning for simple case.The production of surgical guides of this study issimple,economical and practical, with good prospects for clinical applic
36、ation.Key words：dental implants ；surgical template；stereoscopic technique ；accuracy ；Cast-based Guided Surgical Guide；CAD/CAM-8-第四军医大学硕士学位论文前 言口腔种植技术蓬勃发展，受到越来越多患者和医生的青睐。以修复体为指导的种植理念要求种植体的植入位置能够保证修复体发挥最佳的功能和美观效果，并有利于种植体的长期稳定。种植导板作为实施这一理念的载体，在术前设计与手术操作间起到了不可替代的桥梁作用，极大地提高了种植手术的效率和成功率。制作并运用种植导板成为了保证后期美学
37、修复效果、避免损伤重要解剖结构、缩短手术时间和整体疗程以及实施微创手术等的前提。CAD/CAM种植 导板结合了患者 CT数据，通过种植设计软件中的颌骨三维视图提供给医生更直观的视角以确定种植位点来避开重要解剖结构、骨量不足的位置，并从美观、功能角度确定修复计划。文献报道此导板具有较高的精度。然而，CAD/CAM种植 导板也有它的局限性，需要人 员专门培训来熟悉整个系统，需要昂贵的快速成型加工仪器配合使用。同时需要二次扫描价格较昂贵，制作周期长，运输成本较高，大大增加了患者的经济负担，在国内较难推广使用。传统的模型法导板制作均较简便、速度快，医生可以通过机械打孔方式独立完成不需要快速成型设备，不
38、需要进行二次扫描，能大大降低加工制作费用和时间成本，但由于此类导板的设计是根据诊断蜡型、X线 信息（或是 CT二维截面的信息），在石膏模型上通过简单的测量估算来确定种植体的植入的位置和三维方向。这种方法只是基于医生的大脑中形成的颌骨解剖和种植体相对位置的一种图像轮廓，实际操作中还必须依赖医生的临床经验进行调整。因此，这类导板并不能真正准确地按照术前的设计方案引导手术，种植手术中仍具有一定的“盲目性“。传统种植导板始终无法做到术前设计方案与术中准确定位的真正完美结合。目前一些改良式的模型法种植导板的制作能够利用患者的 CT三维数据，将种植体相 对与石膏模型的三维空间位置精确定位，再通过传统机械打
39、孔方式完成，导板精度较高。虽然不需要昂贵的快速加工设备，但仍然需要依赖特殊各种定位仪器及其特殊的配套的种植软件。综上所述，目前没有一种制作相对简单，不需要借助快速成型加工设备及各种特殊定位仪器，就能准确转移种植软件模拟的种植方向的种植导板的制作方法。因-9-第四军医大学硕士学位论文此，本实验根据改良式模型法种植导板的空间立体定位原理，自行设计构建空间立体定位装置并在其辅助下，将种植设计软件中模拟种植体与颌骨的三维关系准确地转移到模型上，并通过传统机械打孔技术制作种植导板。并从体外实验和临床实际应用两个方面进一步验证并探讨该方法的可行性和精度。-10-第四军医大学硕士学位论文文献回顾自 20世纪
40、 60年代 Branemark 教授提出了骨结合理 论并于 1965年完成世界上第一例口腔牙种植手术，经过了近 50年国内外学者大量的实验研究、临床实践，1口腔种植牙已经成为口腔领域中牙列缺损与缺失修复的一种理想的修复技术。虽然由于种植体植入位置的错误，种植体周围炎等造成种植修复失败的病例时有报道。但是随着种植导板应用的常规化，种植失败的比例明显下降，种植牙的临床存活率也呈逐年增高的趋势。21种植导板的意义在种植手术中种植体植入位置的错误可能会造成血管、神经及相邻牙齿的损伤，上颌窦的穿孔等等。尤其是多牙缺失、无牙颌、牙槽嵴萎缩低平、或受植区颌骨结构异常等这些较复杂的病例中，方向上稍有偏差及不正
41、确的定位往往容易导致种植的失败。Fortin 学者指出为了避开重要的解剖结构需要制作种植导板，通过导板的3运用能精确将术前设计的种植体位置转移到牙槽骨上。同样， leblebicioglu等学者4建议如果需要植入数量较多的种植体，应该使用种植导板以准确指导手术。种植手术往往要求受植区有足够的宽度和高度，而种植修复又要求种植的方向位置应该满足最终修复体功能性负荷及美观的要求。为了获取最终修复体良好的美观要求，此时种植体拟植入的位置颊侧往往无足够骨质覆盖或是出现旁穿。尤其是上颌前牙区，唇侧骨板较薄，往往因为外伤、炎症拔牙后，唇侧牙槽骨吸收较为明显。反之同理，为了获取种植体的初期稳定性往往很难顾及最
42、终修复体良好的功能及美观要求。随着 CT为代表的数字化影像获取技术的 进步以及计算机辅助设计技术的提高，利用计算机种植虚拟设计软件，参考 CT放射 导板上的设计好的修复体轮廓或者在种植设计软件中虚拟最终修复体的位置，并兼顾颌骨解剖条件和最终修复体的位置要求制定出理想的种植修复计划，使最终制作的种植导板成为一个集功能、美学和生物力学为一体的理想种植体植入位置的信息载体平台。Belser等学者曾报道，5利用精确的种植导板可以获取正确的美学修复治疗。 Wanschitz 6等认为计算机辅助-11-第四军医大学硕士学位论文设计及制作的种植导板在连续缺牙数大于 2颗的病例中的应用尤为重要。近年来，随着“微创外科”理念在不同领域的外科手术中应用的普及和深化。种植外科也开始立志于实现种植修复同期完成的微创种植。精确的术前定位系统和逆向求和的设计理念使得在不翻瓣
