计算机辅助手术在医疗与牙科中的应用

计算机辅助手术在医疗和牙科中的应用

引言

在过去的几十年中，计算机辅助技术的进步已彻底改变了医疗和牙科手术的方方面面。在医学领域，计算机辅助外科导航系统源于高分辨率横断面放射影像学检查的整合，已成为实施更精确、创伤更小的外科手术不可或缺的工具。手术导航系统可基于术前影像学检查生成的三维重建，实现术前规划与术中引导。尽管在现代医学几乎所有外科学科中都能见到计算机辅助外科手术的应用，但神经外科是首个整合手术导航的学科，也是推动该技术发展的重要力量。最著名的应用是神经导航辅助肿瘤切除术，此外还有多种其他应用，其最终目标都是在术中实时将术前获取的图像与患者数据进行关联。该过程包括获取术前影像、患者注册、定位以及术中可视化[1]。此外，机器人平台能够提高螺钉甚至椎体间植入物放置的定位精度[2]。

在牙科领域，计算机辅助种植手术（CAIS）也因其高效和精确而成为一种广受青睐的创新性手术。CAIS协议的应用简化了修复与外科临床医生之间的协作，从而实现既能反映修复目标又能达到最佳种植体位置的功能结果。目前，针对部分或完全无牙牙槽嵴的种植体植入，存在两类CAIS技术：静态CAIS和动态CAIS协议[3]。大量体外、尸体及临床研究已验证了这些协议，并确立了两者各自的适应证和局限性。

本文综述了计算机辅助外科技术在医学和牙科领域的发展现状。鉴于计算机辅助手术已成为神经外科的护理标准，并正在成为种植牙手术的护理标准，因此本综述的重点是这两个学科，尤其对计算机辅助种植牙手术进行了更为详细的讨论。

医学中的计算机辅助手术

在过去的几十年中，技术的进步已经改变了医学领域，计算机辅助外科导航系统已成为手术室中实现更安全、微创手术的宝贵工具。手术导航融合了多种技术，包括高分辨率横断面成像和计算机技术，以实现精确的术前规划和术中引导。基于高分辨率影像学检查生成的三维重建，目前商用外科导航系统已在多个外科亚专业中常规使用，包括神经外科、耳鼻喉科、口腔/颌面/面部外科（OMFS）、整形外科和骨科手术[4]。

尽管计算机辅助外科手术目前在现代医学的许多外科学科中都有应用，但神经外科是首个将手术导航整合到常规临床实践中的学科[4]。自大约20th世纪之交的初步发展以来，神经外科领域一直致力于利用技术进步，以更准确地界定神经病理学，并优化针对人体最复杂且最脆弱器官的外科干预的精度与安全性。事实上，许多已被其他现代实践中的所有外科学科最初都是为神经外科应用而设计的。其中最著名的例子是威廉·博维的单极电凝设备，该设备首次被用于减少哈维·库欣在进行脑部手术时的失血量，而哈维·库欣常被誉为现代神经外科之父[4,5]。正如脑部手术中止血的挑战推动了博维单极电凝设备的发展一样，颅内解剖结构的复杂性和人脑的功能脆弱性也促使了当前最先进的、最精密的计算机辅助手术系统的开发。毫不奇怪，鉴于神经外科实践中的固有挑战以及该领域的开拓精神，如今神经外科医生比其他任何专科都更广泛地使用手术导航，市场上已有多种直接面向神经外科应用的导航系统，这些系统被称为“神经导航”系统。

神经导航的出现是立体定向、神经影像学和计算机技术相结合的产物[6,7]。立体定向是一种利用三维坐标系在特定空间内对某一点进行定位和靶向的方法。因此，将大脑视为一个几何体积，立体定向手术利用坐标系精确且准确地靶向大脑内的任何结构[8]。在20世纪初，立体定向神经外科开始采用一种由固定在患者头部的刚性框架定义的三维笛卡尔坐标系，以靶向大脑中的特定解剖区域。这些早期的基于框架的立体定向系统通过标准化尸体解剖研究定义的关系，利用颅外标志来定位深部脑结构，从而催生了“颅骨测量学”这一领域[9]。然而，毫不意外的是，这些早期立体定向系统（存在多种类型）均因脑结构与颅骨标志之间的相关性存在变异而产生不准确性。

随着立体定向的发展，神经影像学的进步对图像引导导航的发展至关重要。威廉·伦琴于1895年发现X射线被认为是神经影像学的开端，因为神经外科医生迅速开始研究如何利用颅骨X光片作为识别颅内结构的工具[10]。1918年，沃尔特·丹迪首次描述了脑室造影术（即气性脑室造影），该方法通过向脑室内注入空气，使颅骨X光片上能够显示靠近脑室的病变/肿块[11]。1927年，埃加斯·莫尼斯利用脑血管造影实现了对颅内血管病变的直接可视化，并通过评估血管解剖结构相对于正常解剖的移位来间接定位其他病变。在20世纪80年代末，计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）图像采集技术的进步终于实现了对脑/脊髓实质的直接可视化，使得即使未对脑室或血管系统造成明显移位的小型中枢神经系统病变也能被检测到。将这些新型高分辨率横断面神经影像技术与快速发展的计算机技术相结合，推动了早期神经导航系统的发展，根据历史背景，这些系统被称为“无框架”立体定向系统。除了显而易见的优势——使每台手术都能根据患者的术前影像学检查所定义的独特解剖结构实现个性化之外，无框架立体定向神经导航系统通过消除将刚性框架固定在患者头部所带来的机械限制，为神经外科医生提供了更大的手术入路灵活性[12]。鉴于这些优势，神经导航系统在整个20世纪90年代迅速被美国主要学术医学中心采用，并在21世纪初成为配备神经外科服务的三级医院的标配。

支撑众多commercially available神经导航系统以及面向非神经外科亚专业的影像引导外科导航系统的根本技术包括用于患者注册的硬件、影像数据分析与融合软件、用于实时术中可视化的显示屏幕，以及可在手术过程中进行实时追踪的专用无菌一次性或可高温高压灭菌的手术器械，从而实现更安全、更精确且通常创伤更小的手术[4]。在医学应用的手术导航领域，目前用于术中器械追踪的有两种截然不同的方法：1）利用专用立体摄像头的光学系统；2）利用发生器在患者周围产生电磁场的电磁系统，从而实现对处于该电磁场内器械的追踪[13]。

本综述的重点是基于高分辨率影像研究生成的三维重建，实现精确术前规划和术中引导的系统。尽管如此，我们也不能忽视计算机辅助手术这一广泛主题还包括许多其他外科技术。因此，我们将讨论基于术前或术中放射影像研究提供精确手术引导的手术机器人，例如ROSA® Brain（Zimmer Biomet）和Mazor XTM （美敦力）手术机器人，但不会讨论非影像引导的手术机器人，如达芬奇系统（直觉外科公司），尽管这些系统同样高度依赖现代计算机处理技术。

2.1 神经导航系统

了解相关病变与周围重要脑结构的空间关系对于安全且可重复的手术操作至关重要。神经导航的出现旨在通过使用患者自身的术前影像作为参考，而非标准化尸体数据，来更精确地定位个体患者大脑中的解剖结构。如今，神经导航系统已在现代神经外科实践中无处不在，能够将患者头部与其术前横断面影像学检查（包括CT和MRI）进行配准。因此，在手术过程中，尽管某些解剖结构和病理发现在肉眼下并不明显，但只要在影像上可见，即可实现精确定位。神经导航允许融合多种术前神经影像学检查，生成三维重建图像，并促进设计通往目标解剖或病理靶点的路径。目前，美国最广泛使用的神经导航系统由Brainlab（Curve®、Kick®、Kick® EM）、美敦力（StealthStationTM S8）以及史赛克(NAV3i 平台TM, CranialMapTM 3.0 导航软件)。

2.1.1 术前影像获取与融合技术

各种类型的影像学检查甚至成像模态通常在术前通过神经导航软件进行融合，以生成患者独特神经解剖结构的完整三维和功能图像。将脑图谱技术与更传统的解剖影像研究相结合，通常有助于更好地确定手术靶点、切除边界以及周围的“禁飞区”（即在手术中需要保留的重要脑结构，以避免发病率/死亡率）。例如，在规划脑肿瘤切除术时，将弥散张量成像纤维追踪（一种可呈现皮层下白质纤维束连接情况的技术，这些纤维束负责在大脑不同区域之间传递信息）与能清晰显示肿瘤的MRI序列（通常是T1+或T2）进行融合，有助于观察肿瘤对正常白质纤维束的推移情况，可以设计一种用于肿瘤切除的手术入路，以最大程度减少对重要白质纤维束的损伤[14,15]。

类似地，功能磁共振成像（一种能够显示患者新皮层中负责执行各种神经功能区域的技术）也可与解剖磁共振成像序列融合，从而在手术计划中明确并避开对言语、阅读或运动功能至关重要的功能显著新皮层[14]。融合技术用于定义手术目标的一个良好范例来自癫痫手术。在进行癫痫灶（即引发癫痫发作的脑区）切除时，可将解剖磁共振成像序列与发作期单光子发射计算机断层扫描（single photon emission CT；一种能够检测局灶相关性癫痫患者癫痫灶局部脑血流增加的技术）相结合，以增强原本肉眼不可见的癫痫灶的可视化及其三维拓扑理解。

2.1.2 器械追踪技术

如上所述，器械追踪系统可分为光学追踪系统和电磁跟踪系统[16]。光学追踪系统通常要求在配准前将患者头部牢固固定，并利用立体摄像机通过几何方法确定被追踪器械上的红外标记相对于固定在患者颅骨或头架上的动态参考框架的位置。而电磁跟踪系统则无需对患者头部进行刚性固定即可完成配准。相反，电磁发射器发出低频电磁场，通过位于附着于患者头部的患者追踪器以及被追踪器械内部的线圈，来计算患者头部和被追踪器械的位置信息。这使得系统能够在无需保持摄像头与标记之间视线通畅的情况下实现追踪[13,17]。一般来说，光学追踪系统的定位准确性较高，刚性固定有助于抵消手术期间可能发生的微小头部移动。电磁跟踪系统不需要颅骨刚性固定，因此更常用于未成熟（薄）颅骨的小儿年轻患者，因为这类患者的颅骨无法安全地使用颅骨夹。

2.1.3 注册技术

患者注册对于建立患者体表解剖结构与其术前影像学检查之间的关系至关重要。患者注册有多种技术，包括基于标记物的配准、基于表面的配准和面罩自动配准。

基于标记物的配准利用固定在患者皮肤表面或颅骨骨组织上的标记物。标记物在术前影像采集前被放置于患者身上，并一直保留至手术结束，作为神经导航系统配准的参考点。皮肤标记物使用粘合胶水固定在颅骨骨性隆起处的皮肤表面，而骨性标记物则通过螺钉固定于颅骨骨组织中。相比骨性标记物，皮肤标记物侵入性较小，但骨性标记物具有更高的精确度。随后使用追踪探针依次触碰每个基准点，将患者身上的各点与术前影像中的相应解剖位置进行匹配[18]。

基于表面的配准使用来自患者头部/面部的三维点，可通过点对点（也称为配对匹配）或面部轮廓扫描实现。点对点配准利用跟踪探针将患者身上的特定浅表解剖标志与术前影像上的相同标志进行匹配。这可以通过与神经导航系统通信的跟踪探针完成。面部轮廓配准则使用激光扫描患者面部轮廓表面以创建三维点，该信息被传输至神经导航系统，以将面部轮廓与术前影像[18]进行关联。神经导航系统利用这些数据计算图像到患者的转换。最后，面罩自动配准使用一种含发光二极管（LEDs）的一次性粘性面罩，在手术时将其贴附于患者面部。该面罩可用于点对点匹配或基于表面的配准[16]。

2.1.4 术中器械追踪与解剖结构可视化

器械追踪可使导航系统在手术过程中识别手术器械。术中，被追踪器械尖端的精确位置会被投射到术前影像上，并在神经导航系统显示器上显示。最初，术中使用麦克风和超声发射器进行器械追踪。目前大多数现代系统采用光学数字化仪，通过LED或红外光发射以及专用镜头构建三维空间定位图，或如上所述使用电磁跟踪系统[17]。

2.1.5 增强现实神经导航

常与手术显微镜配合使用，增强现实神经导航系统将手术区域的数据与术前影像融合，在手术过程中向手术区域投射实时的三维虚拟图像。通过提供有关邻近神经血管结构的信息（包括部分或完全被其他结构遮挡的结构[19,20]），该技术丰富了神经外科医生对手术区域的视野。这在神经外科中尤为有用，因为手术通道通常较小，且需尽量减少对邻近神经血管结构的操作和损伤。增强现实增强现实神经导航系统也可用于图像引导。与需要神经外科医生在操作时将视线移开手术区域的探针式神经导航系统不同，增强现实神经导航能够在不中断对手术区域关注的情况下，实时可视化解剖细节[19‐21]。增强现实神经导航系统允许将融合的真实与虚拟图像保存下来，供神经外科医生在手术室外使用。

作为一种相对较新的应用，增强现实神经导航的研究主要集中在准确性、透明度和校准参数上，以实现手术区域中真实图像与虚拟图像的最佳且无缝的感知[19,20,22]。研究表明，在没有脑移位或其他变形的情况下，其准确性可达0.5‐1.5毫米[19,23]。尽管数据有限，但现有研究支持其在肿瘤病变和血管病变（包括动静脉畸形、动脉瘤以及颅外‐颅内搭桥术）中的应用价值和发展潜力，同时也支持其用于癫痫灶的切除术[5, 23‐28]。

2.2 神经导航的证据

根植于现代神经外科，神经导航通过提高现有手术的安全性，并拓展了神经外科医生及其患者的可能性范畴，彻底改变了神经外科领域。与传统神经外科技术相比，大量研究支持神经导航在多种应用中对患者预后各方面产生的积极影响[6,13,17]。脑肿瘤文献充分证明，神经导航可在不损害神经功能的前提下扩大切除术范围，从而在临床上表现为更低的复发率、更长的无病进展期、更高的存活率以及术后患者生活质量的提升[29‐33]。神经外科医生，尤其是年轻和/或经验较少的医生，也广泛使用神经导航作为一种工具，可通过增强手术室内的安全感知来促进学习并增加信心[34‐36]。

通过在皮肤切口前定位病灶/手术通道，神经导航可实现更小且更精确的颅骨和硬脑膜开口，从而最大限度地减少医源性组织损伤，这与术后肿胀减轻、手术时间缩短以及失血量减少相关[33,37,38]。通过优化手术，神经导航带来的益处延伸至手术室外，研究报道重症监护病房停留时间减少、整体住院时长缩短以及总体费用降低[6,7,37,39]。

神经导航扩大了神经外科医生在手术室中可实现的治疗范围。例如，激光间质热疗（LITT）依赖现代神经导航系统引导热探针至待消融的结构，通过激光热量对特定结构进行热消融。LITT已被用于治疗原发性脑肿瘤、转移瘤、放射性坏死以及通过消融癫痫灶治疗癫痫。对于不适合手术或不愿接受侵入性开颅手术的患者、病灶不易到达的患者，或标准医学治疗失败的复发性或难治性疾病患者，LITT提供了额外的治疗选择[40‐49]。研究数据支持LITT作为一种微创治疗手段，与开颅手术相比，其学习曲线相对平缓，并发症风险较低[40‐42]。

2.3 神经导航的局限性

尽管神经导航具有多种优势，但它仍然依赖于神经外科医生对手术解剖学的扎实理解以及精确的手术技术。特别是，神经外科医生必须始终牢记，在手术过程中，由于一种称为“脑移位”的现象，他们的神经导航准确性几乎总是会逐渐下降。

简而言之，脑组织的高度顺应性（“柔软性”）以及手术过程中不可避免的术中操作，会导致颅内结构相对于术前获取的影像发生位置变化。脑移位存在多种物理、外科和生物学解释，包括由于重力作用导致的患者体位改变（物理因素）、脑脊液流出后引起的脑松弛（外科因素）、肿瘤减容后占位效应的消除（外科因素），以及术中使用高渗剂如甘露醇和/或短暂的术中过度通气（旨在减轻脑肿胀的医学技术；生物学因素）[15]。

术中脑移位的程度因手术入路方式、患者个体解剖特点以及所处理的病变性质不同而存在显著差异[50]。因此，神经外科医生必须始终谨慎解读神经导航数据，尤其是在手术后期阶段，此时脑移位往往最为明显。除了依赖经验及对神经解剖学的深入了解外，当预计或已观察到明显的术中脑移位时，神经外科医生通常会采用实时术中成像技术（如超声或术中MRI扫描）作为神经导航的补充手段。

由于这些系统所使用的复杂技术带来了较高的前期成本和学习曲线，成本和时间常被认为是神经导航的缺点。然而，总体而言，大多数报告指出神经导航具有成本效益[6, 7, 37]。此外，随着用户友好界面的不断改进，学习曲线通常较短[13,17]。

2.4 脊柱导航

与神经导航类似，脊柱导航也采用立体定向和神经影像学技术进行精确的手术定位，以提高患者安全，并减少患者、外科医生及其他手术室工作人员的辐射暴露[9‐11]。将螺钉置入脊柱骨组织是现代脊柱融合手术中的基本步骤。精确且准确的脊柱螺钉置入对于避免邻近神经血管结构的损伤以及确保长期手术效果所需的足够骨抓持力至关重要[11]。

因此，早期的脊柱导航系统主要集中在提高椎弓根螺钉置入的安全性和精度上，已有若干研究证明导航可提高螺钉置入的准确性[12‐14]。研究表明，脊柱导航可使患者及手术人员的整体辐射暴露减少10至12倍[9]。随着脊柱系统的不断进步，其在复杂畸形矫正、硬膜外和硬膜内脊髓病变切除术以及微创手术中的应用范围持续扩大。

2.5 导航辅助机器人手术

导航辅助机器人手术将机器人技术与神经导航相结合，引导外科医生到达解剖目标，以微创方式提高手术的安全性、准确性和精度[7]。与上述神经导航系统类似，机器人系统需要术前影像，并且在使用前必须与患者配准。导航辅助机器人手术系统的示例包括ROSA® Brain（Zimmer Biomet）立体定向机器人系统和用于脊柱手术的Mazor XTM（美敦力）机器人导板系统。

ROSA®利用具有六个自由度的机械臂，以灵活性和灵巧性引导外科医生到达解剖目标，实现精确的手术定位。该设备可使用骨性标记物或激光面部扫描进行配准，研究表明这两种方法的准确性相似[16]。ROSA®机器人旨在协助神经外科医生以微创方式规划和执行手术。因此，该设备最常用于微创立体定向手术，尽管也可作为开颅手术和内镜手术的导航系统使用。使用ROSA®完成的最常见立体定向手术包括：为治疗运动障碍而植入深部脑刺激（DBS）电极、为激光间质热疗神经消融手术置入激光探头，以及立体定向脑电图（SEEG）电极植入，用于精确绘制和定位致痫灶。研究表明，与传统框架式立体定向定位相比，使用ROSA®机器人辅助进行DBS和SEEG电极植入手术具有更高的准确性与精度，并缩短了手术时间[16,17]。

Mazor XTM利用安装在手术台上的机械臂，通过与刚性固定于患者骨骼解剖结构的平台建立闭环连接。机械臂可引导手术器械、椎弓根螺钉及其他种植体精确到达患者脊柱内的目标位置。该设备通过单张非放射性快照图像进行注册，并利用三维摄像头对手术部位进行映射。MazorTM机器人支持术前和术中规划。其中术中规划功能，即“扫描与规划”功能，允许神经外科医生获取术中荧光透视或CT图像，并将术中获得的影像与术前影像融合，使外科医生能够在手术过程中进行实时规划。使用MazorTM机器人的研究显示，机器人辅助的椎弓根螺钉置入可减少对骨性解剖结构的损伤，并优化螺钉的轨迹与汇聚方向[18]。此外，机器人辅助脊柱手术已证明可减少透视时间、每个椎弓根螺钉的置入时间、手术时间以及总体住院时长，原因是手术切口创伤更小[19]。

牙科中的计算机辅助手术

随着计算机辅助手术在某些医学学科中成为常规，其应用逐渐扩展到牙科专业领域。容积成像与可对三维（3D）图像进行数字处理的计算机软件相结合，彻底改变了治疗计划与临床治疗。尤其是牙种植体植入手术，由于存在对邻近重要结构造成损伤的风险，因此得益于计算机辅助手术方案的应用。种植体位置对于牙种植手术的成功至关重要。

牙科种植体最初被引入用于修复完全无牙颌牙槽嵴。为了促进最佳的骨整合，种植体位置的确定需在术中验证骨量和骨质后进行。当种植治疗的应用扩展到部分无牙颌牙槽嵴的修复时，修复因素成为影响理想种植体位置的重要考虑因素。为了实现种植修复有利的美学和功能效果，特别是在美学区域，转向以修复为导向的种植体植入是必要的[54]。为促进将计划的种植体位置转移至手术部位，各种手术导板被引入，计算机辅助种植牙手术最终成为一种公认的治疗方式（图1）。

3.1 基于模型的种植手术

基于模型的手术导板被开发用于辅助牙科种植体的正确外科植入，以实现理想的修复效果。在基于模型的种植手术中，种植体植入主要从修复目标的角度确定，同时考虑由二维X光片或三维锥形束计算机断层扫描（CBCT）提供的额外解剖信息。

基于模型的手术导板制作需要经过大量的临床和实验室步骤。在诊断模型上完成蜡型或义齿排牙后，复制形成放射导板，并放置阻射标记物以指示计划中的种植修复体的理想位置和轮廓。对佩戴放射导板的患者进行锥形束CT扫描。在三维影像上可视化计划种植体位置与现有口腔结构之间的关系。根据锥形束CT扫描[53]所显示的骨量及邻近结构的位置，在术前对种植体位置进行必要的调整。通过手动将理想种植体位置转录到放射导板上，并在此位置钻制通孔，从而将放射导板转化为手术导板。为了便于在整个种植体骨凿术预备过程中使用手术导板，手术导板上的通孔直径通常大于种植体骨凿术最终使用的钻头直径。

在实践中，基于模型的手术导板为理想的种植体位置提供一个区域，而非精确的位置。种植体植入仍由外科医生徒手完成，术中仅将手术导板作为参考辅助工具使用，以便在外科医生使用时确认理想的修复位置。在某些情况下，外科医生必须调整计划的种植体位置以反映临床理想或临床可实现的位置。尽管基于模型的手术导板相较于完全手动操作方法能够实现更可预测的种植体植入，但该方法仍仅允许外科医生可视化理想的修复结果，并在手术过程中提供有限的器械引导。最终的三维种植体位置（包括位置、角度和深度）仍然由外科医生在术中进行种植体植入时决定。此方案的其他局限性包括诊断模型复制过程本身固有的误差以及制作手术导板所需的多个步骤，所有这些都可能影响种植体角度和深度，从而与理想修复设计不相符合[53,54]。

3.2 计算机辅助种植手术（CAIS）

上述基于模型的引导式种植手术存在的一些局限性，已通过应用较新的计算机辅助种植手术（CAIS）方案得到改善。近年来，由于锥形束CT、口内扫描以及计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）等技术进步，CAIS迅速普及。CAIS简化了修复与外科团队在针对部分至完全无牙牙槽嵴进行牙科种植体规划和植入过程中的协作。

CAIS的目标是设计微创治疗方案以实现可预测的临床效果，同时尽量减少术中并发症、术后不适以及总体治疗时间。CAIS分为两类系统：静态计算机辅助种植手术（sCAIS），其特点是使用个性化制作的手术导板；以及动态计算机辅助种植手术（dCAIS），其特点是使用计算机辅助导航系统[55]。

3.3 静态计算机辅助种植手术 (sCAIS)

根据sCAIS协议，术前使用获取的数字数据和虚拟种植规划软件进行种植体尺寸和位置的规划。通过CAD/CAM技术制作定制手术导板，以将规划好的种植体位置转移至手术区域。sCAIS协议的相关工作流程包括四个基本阶段：数字数据采集、虚拟种植规划、手术导板制作和引导式种植手术。

3.3.1 数字数据采集

对计划手术部位周围解剖结构的术前评估是静态计算机辅助种植手术（sCAIS）的第一步关键步骤。尽管CT扫描能够直接显示内部解剖结构，但其高辐射剂量、较长的扫描时间以及所需大型设备限制了其在牙科中的应用。锥形束CT（CBCT）的引入提供了 一种替代方案，可在颌面部区域以较低的辐射剂量实现硬组织结构的高分辨率成像，且准确性相当[56]。据报道，多层CT（MSCT）扫描的有效辐射剂量范围为474至1160 μSv，而CBCT扫描的有效剂量范围则为13至82 μSv[57]。此外，更短的扫描时间、更小的设备尺寸和更低的成本使得CBCT已成为耳鼻喉科、口腔颌面外科、正畸学、牙体牙髓病学和种植牙科中用于颌面结构影像检查的标准诊断工具[58]。

锥形束CT系统（CBCT系统）的影像视野（FOV）各不相同，范围从4 x 3 厘米到 23 x 17 厘米[59]。合适的视野选择应基于相关诊断区域的重点和大小。CBCT的准确性在图像中心区域高于边缘区域，扫描体积周边附近存在更多扫描伪影，并可观察到明显的图像失真[60]。在为使用标记物的扫描协议选择合适的视野时，这一点尤为重要。应谨慎选择足够宽的视野，使部分图像区域位于标记物之外，确保标记物不处于预期会发生失真的扫描图像边缘。这对于标记解剖点至关重要的静态和动态CAIS协议而言，都是一个重要考虑因素。

用于牙科应用的锥形束CT扫描相比用于颌面或医学应用的系统具有相对较小的视野。在牙科实践中使用的较小视野锥形束CT系统可产生较低的辐射暴露和更优的细节分辨率[59,61]。如果需要获取整个颅颌面区域的较大图像，可以将多个较小视野的锥形束CT图像进行图像拼接，以生成复合三维图像。在自动锥形束CT分割设置下通过软件配准进行的图像拼接与多层螺旋CT图像相比显示出显著误差[62]。拼接图像的错误配准可能导致与计划种植体位置产生较大偏差。

尽管锥形束CT（CBCT）能够提供有关骨性结构的有价值信息，但仍存在两个相关局限性：1）由于软组织的放射对比度较低，导致其成像质量较差；2）牙齿结构在成像时出现散射，特别是在存在阻射牙科修复体（如银汞充填物或其他金属修复体）的情况下[63]。为了弥补这些局限性，牙齿及软组织结构的细节通过物理或数字方式获取印模。对于有牙患者，口腔硬组织和软组织可以通过物理模拟印模或光学数字印模进行记录。高精度弹性印模材料，如聚乙烯基硅氧烷或聚醚，通常是获取物理印模的首选材料，以准确记录口腔组织结构。通过上述模拟工作流程获得的物理印模生成石膏模型后，再使用台式扫描仪进行数字化。随着光学扫描技术的进步，采用口内扫描仪获取数字印模的数字化工作流程正变得越来越普及。口内扫描消除了模拟工作流程所需的多个临床和实验室步骤。最近的一项随机对照临床试验（RCT）显示，通过口内或口外扫描制作sCAIS手术导板进行单颗种植体植入，其准确性相当[64]。短跨度部分无牙牙槽嵴的口内数字印模的准确性已被发现与传统弹性印模相当[65]。然而，对于完全无牙患者，传统物理印模的精度仍显著高于口内数字印模系统[66]。因此，在选择用于记录软组织特征的印模策略时，必须考虑无牙牙槽嵴的长度。

通过叠加在两种文件中均可见的共同结构标志点（例如牙齿），将从锥形束CT以DICOM（医学数字成像与通信）文件格式获取的数字数据和通过光学扫描以STL（立体光刻）文件格式获取的数字数据进行融合。所生成的完整三维数字图像描述了口腔硬组织和软组织结构的细节，可用于种植体规划。对于完全无牙患者，已开发出双扫描协议，以克服因缺乏牙齿作为共同结构标志点所带来的困难[67‐69]。为了弥补X光片中软组织对比度不足的问题，通过注册义齿组织面来反映无牙患者中的软组织轮廓。义齿的合适贴合与稳定是该双扫描技术的重要前提[70]。这可以通过新制作的义齿或现有义齿进行基托重衬来实现，且重衬后的义齿需准确反映当前软组织轮廓。建议使用义齿与对颌牙弓的咬合记录标记，以增强CBCT扫描过程中义齿的稳定性。通过在义齿上添加多个射线阻射球体作为标记物，进一步修改义齿。随后在不同曝光参数下进行两次CBCT扫描。第一次扫描时患者佩戴由咬合记录标记稳定的义齿，该图像显示了颌面骨性结构相对于标记物的位置。第二次扫描仅针对义齿本身，显示义齿的外表面（包括牙齿位置）以及义齿组织面（反映下方软组织轮廓）相对于标记物的位置。这两个扫描中均可见的标记物用于合并各自图像。最终完成的三维数字图像因此再现了种植体规划所需的所有颌面骨性结构、诊断性排牙形态以及无牙区软组织轮廓。

3.3.2 虚拟种植规划

在获取上述数字数据后，使用锥形束CT软件对横断面切片数据进行矢状、冠状和轴向切片维度的容积重建，最终将其呈现为三维图像[71]。虚拟种植规划软件随后允许用户在三维图形图像上从修复和手术视角两个方面模拟种植体的位置。第一代虚拟种植规划软件于20世纪90年代中期推出。自那以来，虚拟种植规划技术已不断发展，随着扫描硬件的发展而不断进步[72]。现在，用户可以从多个虚拟种植规划软件程序中进行选择，这些程序针对不同的锥形束CT和口内扫描仪制造商而设计。

在虚拟种植规划过程中，首先根据修复治疗计划创建数字化蜡型或义齿排列。基于修复需求，在虚拟环境中确定计划种植体的数量、尺寸和位置。随后，结合三维扫描数据所显示的可用骨量的断层扫描结果以及邻近重要颌面结构，对初始的以修复为导向的种植方案进行调整。虚拟种植规划技术通过简化多学科团队之间的协调，实现了修复导向与手术导向种植规划之间的有效平衡。

一旦在虚拟种植规划阶段确定了理想种植体位置，虚拟设计软件便会生成标准三角网格语言（STL）格式的计算机辅助设计文件，用于制作计算机生成的手术导板。

3.3.3 手术导板制作

sCAIS手术导板通过计算机辅助设计/计算机辅助制造工艺，采用减法或增材技术进行制造。减法制造通常称为铣削，利用机器研磨一块实心塑料材料以生成手术导板。铣床的轴数（即三轴、四轴或五轴铣削）可能影响所生成手术导板的精度[73]。相比之下，增材制造利用3D打印机通过逐层光聚合聚合物材料来生成手术导板。最近一项体外研究显示无使用减法与增材打印技术制造的手术导板在种植体位置准确性方面存在显著差异，所有偏差均在临床可接受范围内[74]。

3D打印技术最初于20世纪80年代开发，近年来迅速普及。与铣削相比，该方法在手术导板制作方面具有成本效益高且耗时短的优势。目前有多种应用不同3D打印技术的3D打印机可用于手术导板制作。比较使用不同3D打印技术（包括立体光刻（STL）、数字光处理（DLP）、多喷头（MJP）和PolyJet）生成的sCAIS手术导板进行种植体植入准确性的研究显示，在种植体位置的角度、冠状或根尖偏差方面，不同3D打印技术之间无统计学显著差异[75,76]。然而，这些研究是在体外进行的，且范围有限，因为仅研究了牙支持式导板，未考虑由黏膜或骨支持的手术导板。其他可能影响手术导板制作准确性的因素包括金属套管的公差、后聚合处理过程的性质、3D打印分辨率以及偏移值。应进一步开展随机临床试验，以评估由牙齿、黏膜和骨等多种口腔结构支持的不同增材制造手术导板的准确性。

3.3.4 引导式种植手术

除了为制作手术导板而输出的设计文件外，虚拟种植规划软件还会生成详细的手术方案，包括指定的种植体尺寸以及截骨术的钻孔序列。根据该手术方案，依次使用具有物理深度控制的不同直径导向钻头。目前最常用的导向钻孔方案有两种。其中一种方案结合了导向钻头与相应的手柄套筒。采用可精确嵌入手柄套筒的导向钻头，确保其能精准地嵌入手术导板套管中，从而实现精确的钻孔引导。另一种方案则使用一系列特殊设计的导向钻头，这类钻头包含两个显著特征：导向段和钻孔段。在此方法中，所有导向钻头的导向段直径相同，并能精确地嵌入手术导板的套管中[77]。上述两种钻孔方案在静态计算机辅助种植手术植入中的精度均已得到验证[78,79]。

根据用于手术导板制作的软件不同，有两种引导级别可供选择，即全程导板引导或部分导板引导方案。全程导向方案在完整的手术过程中均使用手术导板，从截骨术过程到种植体植入；而部分导向方案仅在种植窝预备阶段使用手术导板，最终的种植体植入则在无导板的情况下手动完成。近期研究显示，无论是前牙还是后牙种植体，全程导向方案的准确性均优于部分导向方案[80]。研究表明，与传统手工手术相比，无论是否使用基于模型的外科导板，静态计算机辅助种植手术（sCAIS）均具有更高的准确性[81‐83]。与传统手工种植体植入相比，遵循sCAIS协议的种植
体植入在术前需要更多时间，特别是在虚拟种植规划上所花费的时间[53,84]。然而，这种详细的术前规划过程显著缩短了手术时间，并减少了患者的术后不适。临床研究证实，患者对sCAIS的信心更高，与传统方案相比，sCAIS协议更能降低外科医生在手术过程中的压力水平。通过sCAIS协议执行种植手术还能实现更好的术前三维可视化，有望减少意外术中并发症的发生频率，最终使种植手术结果更加可预测[51]。更好的术前三维可视化有助于降低意外术中并发症的发生率，从而最终实现更可预测的种植手术结果[85]。

尽管预期有诸多益处，计算机辅助种植手术仍存在某些特定的缺点。例如，当颌间空间有限时，将钻柄携带的某些钻头插入手术导板可能极具挑战性。更广泛地说，相关的软件和硬件成本也更高。与sCAIS协议相关的引导式手术还可能出现其他固有的外科和修复并发症[51,85]。据报道，sCAIS的累积并发症率为36.4%，其中包括：术中发生手术导板断裂（3.6%）、术中手术计划变更（2.0%）、因缺乏初期稳定性而在植入过程中丢失种植体（1.3%）、修复体断裂（10.19%）以及螺丝松动（2.9%）[86]。

根据支持的口腔结构，sCAIS手术导板可分为三类：1）牙支持式手术导板，利用余留牙进行稳定，通常适用于部分无牙颌牙槽嵴；2）黏膜支持式手术导板，由牙槽嵴的软组织支持，通常适用于不翻瓣手术条件下的完全无牙颌牙槽嵴；3）骨支持式手术导板，由牙槽骨结构固位，通常适用于完全无牙颌牙槽嵴或需在种植体植入前拔除所有余留牙的终末期牙列；在这两种情况下，均需要进行完全翻瓣手术，以便将手术导板准确地安置在骨表面上（图5）。

手术导板的支持类型可能对静态计算机辅助种植手术（sCAIS）的种植体植入准确性产生重大影响。目前的研究正在评估不同导板类型在准确性、适应证和局限性方面的重要差异。种植体植入的准确性被定义为虚拟规划的种植体位置与术后实际种植体位置之间的差异[55]。通常使用四个参数来评估这种总体偏差：冠部偏差、根尖偏差、垂直偏差和角度偏差[69]。通过PubMed（Medline）对牙科文献进行了电子检索，关键词包括：牙科种植体、引导手术、计算机辅助手术、牙种植体规划。检索限定于2005年1月1日至2020年9月30日之间发表且以英文撰写的文献。共筛选出61篇包含准确性数据的原始研究文章。其中，14篇为体外研究（模型或尸体），47篇为临床研究。31项研究评估了在部分无牙颌牙槽嵴上使用以牙支持的手术导板进行的种植体植入（表1），30项研究调查了在完全无牙颌牙槽嵴上使用黏膜或骨支持的手术导板进行的种植体植入（表2和表3）。

一项荟萃分析被用于评估三种主要导板类型（牙支持型、黏膜支持型和骨支持式导板）在不同类型研究（体外模型、尸体和临床）中种植体平均冠部偏差、根尖偏差、垂直偏差和角度偏差的情况。并非所有研究都测量了所有类型的种植体偏差，仅纳入包含种植体总数、平均偏差值和标准差数据的研究进行荟萃分析。采用德西蒙尼安和莱尔德随机效应荟萃分析模型[131]估计平均偏差。分析使用JASP软件版本0.13.1[132]进行。各纳入研究的平均偏差值以及每种偏差指标的95%置信区间和残余异质性估计均以森林图表示。针对临床研究中每种导板类型（图2‐4）。对这些数据进行了荟萃分析，以计算平均种植体偏差和标准误差指标（表5）。除体外模型研究中的骨支持导板（n=2项研究；p=0.099）和临床研究中的黏膜支持式导板（n=6项研究，p=0.285）外，所有导板类型和所有研究类型的异质性均具有显著性（p<0.01）。

3.4 牙支持式手术导板

牙支持式手术导板目前是静态计算机辅助种植手术（sCAIS）中最常用的导板类型，因其适用于部分无牙颌牙槽嵴的广泛适应证。既往研究表明，使用牙支持式手术导板进行种植体植入的准确性优于使用黏膜支持式和骨支持式导板[53]。使用sCAIS牙支持式手术导板进行种植体植入的准确性评估结果汇总于表1和图2中。共纳入5项体外模型研究、4项尸体研究和22项临床研究，对总计1,770个种植体的数据进行了分析。所有研究均记录了虚拟设计系统、数字化/模拟工作流程、导板制造系统、全𬌗/部分导板、翻瓣/不翻瓣手术以及测量方法学的相关信息。荟萃分析结果见表5，显示了平均偏差和标准误差值。未报告种植体总数、平均值和标准差的研究被排除在荟萃分析之外。在体外模型研究中，平均冠部偏差为0.60 mm（标准误 0.11；95% 置信区间 0.38–0.82 mm），平均根尖偏差为0.77 mm（标准误 0.09；95% 置信区间 0.60–0.94 mm），平均垂直偏差为0.37 mm（标准误 0.05；95% 置信区间 0.27–0.46 mm），平均角度偏差为2.56度（标准误 0.33度；95% 置信区间 1.92–3.19）。在尸体研究中，平均冠部偏差为1.23 mm（标准误 0.18；95% 置信区间 0.87–1.59 mm），平均根尖偏差为1.6 mm（标准误 0.17；95% 置信区间 1.28–1.93 mm），平均垂直偏差为0.69毫米（标准误0.14；95%置信区间0.41‐0.97毫米），平均角度偏差为3.82度（标准误0.75；95%置信区间2.35‐5.29度）。对于临床研究，平均冠部偏差为0.98（标准误0.07；95%置信区间0.85‐1.12毫米），平均根尖偏差为1.33（标准误0.08；95%置信区间1.17‐1.50毫米），平均垂直偏差为0.47毫米（标准误0.08；95%置信区间0.31‐0.63毫米），平均角度偏差为3.31度（标准误0.16；95%置信区间3.01‐3.62度）（表5）。

关于牙支持式导板的研究报告了种植体偏差存在较大差异，且不受研究设计类型的影响（表1），并且在所有组别中均观察到显著异质性（表5）。In vitro研究表明，由于模型研究对临床变量具有更高的控制程度，其偏差最低。体外和尸体组的样本量较小（n=5和4， respectively）。因此，可供审查的临床研究数量较多（n=22），可能更能反映实际中的真实种植体偏差情况。临床研究中报告的准确性数值变异范围较广，平均冠部偏差为0.32至2.34毫米，平均根尖偏差为0.49至2.53毫米，平均垂直偏差为0.00至0.90毫米，平均角度偏差为1.4至5.71度（表1）。这些研究结果表明，尽管sCAIS牙支持导板为种植体植入提供了一种有利的方法，但仍无法完全避免偏离计划种植位置。在虚拟规划阶段，应在种植体周围设置安全区域，并考虑每种特定导板类型的平均偏差值（表5）。

在sCAIS方法下，通过CAD/CAM手术导板将种植体位置的规划信息转移到手术区域。从数字数据采集、虚拟种植规划、手术导板制作到引导式种植手术的整个信息传递过程中，任何错误都可能导致实际种植体位置与计划位置之间的偏差增大。种植体位置[133,134]。在初始数据采集阶段，锥形束CT扫描的质量以及口腔结构表面扫描的准确性将显著影响手术导板制作的后续步骤。锥形束CT扫描的准确性取决于断层扫描检查过程中获得的切片厚度、扫描时的头部稳定性与位置，以及由余留牙科修复体引起的伪影散射效应[71]。口腔结构配准的准确性可能受到用于物理模拟印模的材料选择、桌面式或口内光学扫描仪的分辨率、余留牙的松动度以及无牙牙槽嵴长度的影响。

手术导板的设计和制作过程也会影响种植体植入的准确性。提供导板支持的牙齿数量和位置被证明显著影响牙支持式手术导板的准确性[135]。在仅缺失单颗牙齿的部分无牙颌牙槽嵴中，由无牙牙槽嵴两侧各两颗不松动的牙齿支持的单侧手术导板可提供足够的导板稳定性和准确性。在缺失超过两颗牙齿的部分无牙颌牙槽嵴中，需要额外的牙齿支持才能达到类似的准确性[134]。在具有远端延伸的部分无牙颌牙槽嵴中进行种植体植入时，即使使用全牙弓手术导板，也会产生显著更高的偏差。远端延伸越大，后牙区发生弯曲偏差的风险就越大[134,136]。

随着sCAIS方法的引入，微创即刻种植体植入的普及率迅速上升[69]。尽管使用sCAIS手术导板进行即刻种植体植入相比徒手手术具有更高的准确性，但在此方法下，实际种植体位置相较于计划位置有向颊侧偏移的趋势。种植体位置[137]。在sCAIS协议下，即刻拔牙后立即植入种植体的偏差显著高于延迟至牙槽嵴完全愈合后再植入种植体的情况[134]。当采用部分导向方案时，观察到的偏差更为显著[137]。

3.5 黏膜支持式手术导板

近年来，由于种植体支持式修复体相较于传统全口义齿具有更优的稳定性和固位性，其作为完全无牙患者治疗方式的需求不断上升。1999年，CAD/CAM骨支持式手术导板首次被引入，用于遵循sCAIS协议在完全无牙患者中进行种植体植入。骨支持式手术导板需与全厚骨膜瓣切开手术联合使用，此时手术导板安放在牙槽嵴骨上。随着医学和牙科手术领域对微创方法的日益推崇，黏膜支持式手术导板于2002年推出。

与骨支持式手术导板相比，黏膜支持式手术导板通常与不翻瓣手术相关，手术导板置于无牙牙槽嵴的黏膜上方。种植体通过黏膜组织植入，无需翻开黏骨膜瓣或仅需轻微翻开黏骨膜瓣。采用不翻瓣手术进行种植体植入比翻瓣手术引起的患者不适更少[138]。此外，不翻瓣引导式种植手术所需时间明显短于翻瓣导板引导手术或传统徒手手术[135]。根据无瓣膜引导方法植入的种植体平均存活率为97.3%（范围为89‐100%），与采用传统手术方案植入的种植体存活率相当[86,139]。尽管先前的研究显示，与有瓣膜引导方法相比，无瓣膜引导方法在种植体植入准确性方面似乎表现更优，但报道的种植体准确性差异可能是由于所使用的导板支持策略不同所致，而非手术方式本身[86]。

文献中报道的黏膜支持式导板的精度测量结果总结于表2和图3。共有1项体外模型研究、2项尸体研究和20项临床研究报告了2026颗种植体的数据。所有研究均记录了虚拟设计软件、导板制作系统、种植体数量、全𬌗/部分导板、翻瓣/不翻瓣手术、固定销的使用以及测量方法学信息。平均种植体偏差及标准误值通过荟萃分析计算得出（表5）。3项未报告种植体总数、平均值和标准差的研究被排除在荟萃分析之外。对于尸体研究，平均冠部偏差为1.32 mm（标准误0.17；95% 置信区间0.98–1.66 mm），平均根尖偏差为1.34 mm（标准误0.16；95% 置信区间1.03–1.65 mm），平均角度偏差为2.77度（标准误0.31；95% 置信区间2.16–3.37 mm）。对于临床研究，平均冠部偏差为1.04 mm（标准误0.13；95% 置信区间0.79–1.28 mm），平均根尖偏差为1.32 mm（标准误0.13；95% 置信区间1.06–1.58 mm），平均垂直偏差为0.36 mm（标准误0.34；95% 置信区间‐0.3–1.3 mm），平均角度偏差为3.43度（标准误0.18；95% 置信区间3.09–3.78度）；见表5。

与牙支持式导板研究的结果类似，关于黏膜支持式导板的研究中报告的准确性数值也存在较大差异（表2）。同样，种植体位置相对于计划种植位置的偏差并未完全避免。与先前的研究观察一致，在所有种植体偏差的测量中，垂直偏差是最少被报告的，仅在18项临床研究中的6项中有提及[140]。在使用黏膜支持导板进行不翻瓣手术时，由于无法直接可视化，考虑到重要结构的邻近性，垂直偏差尤为重要，因此计划的安全区域应考虑观察到的平均偏差。所有未来关于种植体准确性的研究都应收集垂直偏差的数据。

使用黏膜支持式导板时，多种因素可能导致种植体偏差。在数据采集的初始阶段，对完全无牙牙槽嵴应用双扫描技术，以弥补锥形束CT扫描所获得的软组织信息有限的问题。第一次扫描过程中患者移动和/或义齿就位不良可能导致数据采集不准确。实际的无牙牙槽嵴与义齿组织面之间的任何差异都可能导致后续虚拟种植体位置设计不准确。此外，研究发现，黏膜厚度也可能影响手术导板的准确性。先前的研究表明，黏膜厚度增加可能导致种植体根尖处的偏差增大[141]。鉴于双扫描过程中可能出现的潜在误差，引入了可重复的基准标记（如微型种植体）[77]。这种基于参考的引导方案被证明是部分和完全无牙患者的一种可靠治疗方式[142,143]。

手术导板的正确置位和适当稳定对种植体植入准确性具有显著影响，某些变量会影响黏膜作为手术导板支持组织的可靠性。使用黏膜支持式手术导板进行种植体植入的准确性主要由手术导板的定位误差[144]决定。为了克服这种预期的固有误差，黏膜支持式手术导板应设计为覆盖无牙牙槽嵴尽可能大的表面积。此外，应使用固位钉来稳定手术导板，从而减少在截骨术钻孔和种植体植入过程中导板的移动[71]。临床研究显示，使用固位钉时平均种植体偏差更低[145]。固位钉的数量和位置应在导板设计阶段确定，以在无牙牙槽嵴上最优分布，提供导板的最大固定性。

使用黏膜支持式手术导板和不翻瓣手术方法进行种植体植入具有手术时间短、术后并发症和不适感减少的优点，同时仍能保持良好的种植体存留率。在考虑不翻瓣引导方法时，合适的病例选择至关重要。当无牙牙槽嵴的垂直和水平高度降低时，可能导致黏膜支持式手术导板的位置和稳定性受损。此类情况应考虑采用翻瓣手术方法结合骨支持式手术导板[71]。

3.6 骨支持式手术导板

尽管在黏膜支持式导板出现之前，sCAIS骨支持式外科导板已被引入用于引导式种植手术，但其应用 popularity 已因两个主要原因而下降。第一，黏膜支持式导板通常与不翻瓣手术相关，具有显著优势，包括减少术后不适[135],缩短手术时间[146],以及提高患者满意度[147]。第二，早期相关文献报道称，黏膜支持式手术导板比骨支持式导板具有更高的准确性。尽管如此，了解黏膜支持式手术导板的正确临床适应证和具体临床局限性，以及骨支持式导板设计的不断改进，对于临床应用仍至关重要。

支持式导板在过去五年中推动了骨支持式导板在种植体植入手术中的更频繁应用趋势。使用与不翻瓣手术相关的黏膜支持式手术导板被认为是一种临床盲法技术[135]。需要注意的是，在严重骨缺损的情况下，应采用骨支持导板结合翻瓣手术，以直接观察骨的结构[148]。这种方法还可在必要时进行骨增量或骨切除术，以实现正确的种植体植入和支持，并避开重要解剖结构。

尽管早期临床研究表明，与使用黏膜支持导板相比，使用骨支持导板导致种植体植入准确性显著降低[86,135], ，但这些研究并未检验目前可用的所有不同类型的骨支持导板。多年来，已发展出三种类型的骨支持式手术导板：1）多个骨支持式手术导板；2）带连续导向钻的单个骨支持手术导板；3）序列叠加式骨支持手术导板。用于支持和稳定骨支持式手术导板的策略对种植体植入准确性具有重大影响[69]。

20世纪90年代后期，采用CAD/CAM技术制造的多个骨支持式手术导板被引入用于引导式种植手术。在翻开黏骨膜瓣后，手术导板直接就位于牙槽嵴顶。最初，骨支持式导板由一系列手术导板组成，这些导板根据计划用于种植体骨凿术的递增钻头直径顺序进行制造[50]。为了便于更快速、简便地更换对应不同钻头直径的连续导板，多个骨支持式手术导板未使用骨内固定钉进行稳定。然而，无固定销时，据报道骨支持式手术导板曾出现在截骨术过程中，导板经常从牙槽骨上移动[69, 147]。此外，使用多个连续导板无法实现对截骨术和种植体植入的深度控制。因此，与使用骨内固定钉固定的单个黏膜支持导板相比，使用多个骨支持导板放置的种植体显示出显著更大的偏差[135]。

单个骨支持导板用于截骨术和种植体植入的整个过程，旨在解决使用多个骨支持导板进行种植体植入后出现的种植体偏差问题。在翻起全厚骨膜瓣后，将单个骨支持导板放置于牙槽嵴顶；可使用骨内固定钉以提供最佳稳定性。在截骨过程中，无需反复更换手术导板为系列中的下一个导板，而是将不同直径的导向钻头依次插入单个骨支持导板内的金属套管中。使用单个骨支持导板进行种植体植入显示出比使用多个骨支持式导板更小的偏差。最近的一项随机对照试验表明，使用单个骨支持导板植入的种植体与使用黏膜支持导板植入的种植体在偏差程度上相似[147]。

近年来，为了满足即刻种植和负载方案日益增长的需求，开发了序列叠加式骨支持手术导板。即刻种植和负载方案的建立旨在减少从手术实施到修复重建所需的步骤，这 对于全身状况较差的患者尤为有利，因为即刻恢复咀嚼功能可能对其恢复过程至关重要。在即刻负载和延期负载方案下植入的种植体均观察到了相似的存活率。种植体的跨弓稳定通过修复体可能在即刻负载方案下为种植体骨结合提供所需的稳定性[149]。为了给种植支持式固定义齿提供足够的修复空间，通常需要在种植体植入前进行骨切除术以降低牙槽嵴高度[150]。堆叠式骨支持手术导板的序贯使用可在一次就诊中完成该过程中的三个关键步骤：牙槽骨削减、即刻种植和临时固定义齿戴入。

数字化的面部图像、锥形束CT（CBCT）以及口腔结构表面扫描通过计算机辅助设计软件进行处理，用于虚拟手术和修复体设计。根据二维面部照片或三维面部扫描，虚拟设计预期修复体。种植体的位置以及骨削减量根据容纳修复体所需的足够颌间距离来确定。通过使用固定3D打印手术导板，将虚拟计划转移至手术区域，用于骨削减、种植体植入和基台定位。全牙弓临时修复体由整体式聚甲基丙烯酸甲酯材料切削而成。在翻瓣拔牙并翻开黏骨膜瓣后，将环形骨基础导板小心就位，并用固位钉固定，直接支撑在牙槽嵴基底上。该骨基底导板显示了根据虚拟计划所需的牙槽骨削减量。骨切除术后，将种植体植入导板放置于骨基底导板之上并加以稳定。通过种植体植入导板进行钻孔备洞，并在预定位置植入种植体。移除种植体植入导板后，将基台定位导板安置在骨基底导板上，以确保预成角度基台与种植体正确连接。在移除基台定位导板后，将临时基台连接到已就位的基台上。验证索引就位于骨基底导板上，以确保在使用临时基台进行粘接过程中，临时固定义齿能够准确地置于预定的垂直和水平位置。最后，将骨基底导板及其固位钉从支持牙槽骨上移除，并用缝线关闭黏骨膜瓣。插入临时固定义齿并进行适当的咬合调整，以避免任何可能影响种植体骨整合的过早咬合负载（图6）。

与牙支持式和黏膜支持式导板相比，使用骨支持式导板评估种植体准确性的研究较少。使用sCAIS骨支持式外科导板进行种植体植入的精度测量总结于表3和图4中。共383颗种植体的数据来自2项in-vitro模型研究和5项临床研究（无尸体研究可用）。所有研究均记录了虚拟设计系统、导板制造系统、种植体数量、全𬌗/部分导板、翻瓣/不翻瓣手术、固定销的使用以及测量方法学的信息。对于in-vitro模型研究，荟萃分析（表5）显示，平均冠部偏差为0.88 mm（标准误0.2；95% 置信区间0.50–1.27 mm），平均根尖偏差为0.95 mm（标准误0.58；95% 置信区间‐0.18 – 2.08 mm），平均角度偏差为2.72度（标准误0.56度；95% 置信区间1.64–3.81）。在所有临床研究中，平均冠部偏差为1.27 mm（标准误0.19；95% 置信区间0.9–1.63 mm），平均根尖偏差为1.41 mm（标准误0.25；95% 置信区间0.92–1.9 mm），平均角度偏差为3.72度（标准误0.55；95% 置信区间2.63–4.8度；表5）。这些数值与以往研究一致，表明骨支持式导板导致的种植体准确性低于牙支持式或黏膜支持式导板。然而值得注意的是，自骨支持式导板首次引入以来，其设计已发生显著演变，无论是在骨支持区域还是在使用骨内固定钉方面均有改进。早期的骨支持式导板研究未使用固定销，而后续开展的研究2014年之后的研究则使用了固定销以实现导板稳定。当对使用固定销的研究与未使用固定销的研究进行荟萃分析时，使用固定销的研究在所有测量指标上的偏差均小于未使用固定销的骨支持式导板研究。在现有文献有限的样本量范围内，使用带固定销的骨支持式导板的研究在所有偏差测量指标上也显示出比黏膜支持式导板更低的偏差（表5）。需要进一步的研究，通过更大的样本量并采用最新技术的骨支持式手术导板来验证这一观察结果。

手术导板在支撑组织上的最佳贴合度对引导式种植体植入后的种植体偏差具有重要影响。骨支持导板的准确性取决于CBCT扫描中骨解剖结构的准确呈现。然而，CBCT扫描在捕捉详细骨解剖结构方面并不总是足够精确。牙槽嵴顶的低密度未成熟骨或骨赘可能在CBCT中不可见[56]。这可能导致图像分割不准确，进而导致传统的单个或多个骨支持式导板在牙槽嵴顶区域的主要就位受到影响而贴合不良。相比之下，序贯堆叠式骨支持导板是环向就位于牙槽嵴基底部。该区域皮质骨的高密度在CBCT中清晰可见，有利于图像分割过程[59]。此外，皮质骨通常整体表面形态较为规则，较少出现可能使导板不稳定的地形不规则性。经验性证据表明，采用序贯堆叠式骨支持导板方案后可能实现较高的准确性与成功率[149]。堆叠式骨支持导板的一个重要潜在局限性是上游误差的累积效应。锚定式骨基底导板作为所有后续手术与修复导板的定位夹具。任何骨中的偏差误差都将影响后续操作，因此，基础导板可能在手术的多个下游阶段产生复合效应[151]。这些新开发的导板在应用后的临床准确性尚不明确，还需进一步研究以将其与其他类型的sCAIS手术导板进行比较评估。

3.7 动态计算机辅助种植手术（dCAIS）

在静态计算机辅助种植手术规程中使用计算机生成的手术导板，与徒手种植手术相比，可提高种植体植入的准确性，但这种方法也存在一些限制。其中最显著的是，由于手术导板缺乏灵活性且仅允许一种手术结果，因此在治疗开始后无法修改手术计划[152]。此外，制作手术导板所需的时间延长了总体治疗时间。为了克服静态计算机辅助种植手术的局限性，开发了动态计算机辅助种植手术（dCAIS）作为一种灵活替代方案，使临床医生能够根据需要在原位修改手术计划in situ。

用于种植牙手术的动态导航系统采用光学追踪技术。为确保患者可移动的颌骨与锥形束CT扫描图像表示之间的准确对应，必须首先将患者颌骨上的可追踪标记与锥形束CT扫描图像进行配准。目前存在两种主要的注册技术：基于基准点的配准和轨迹配准[153]。基于基准点的配准包括在锥形束CT扫描期间患者口腔内佩戴的夹板上放置一个或多个人工放射标记。导航系统软件识别扫描图像中的基准点，从而实现初始配准以及整个手术过程中的持续配准。另一种较新的替代配准技术——轨迹配准方法，则利用患者口腔内的高对比度结构，例如牙齿或放射阻射修复体，以及安装在上颌骨或下颌骨的光学追踪装置，以完成配准过程[154]。最近一项研究指出，配准方法对精度测量的影响无显著差异[155]。配准完成后，动态外科导航通过光学相机追踪外科钻头的位置。外科医生可获得手术钻头路径的实时反馈，该信息显示在屏幕上，并叠加于患者的锥形束CT影像背景之上。dCAIS在部分与完全无牙患者中的临床应用已取得成功。相关临床研究报道，在dCAIS协议下的种植体植入成功率和准确性与sCAIS方法相当[156‐158]。

近期文献（2015–2020年）中报告的dCAIS精度测量总结于表4。四项体外模型研究报道了558种植体的数据，六项临床研究报道了584种植体的数据。所有研究均记录了导航系统、种植体数量和测量方法学信息。荟萃分析结果见表5。对于体外研究，平均冠部偏差为1.22毫米（标准误0.13；95%置信区间0.96–1.48毫米），平均根尖偏差为1.33毫米（标准误0.12；95%置信区间1.09–1.57毫米），平均垂直偏差为0.99毫米（标准误0.07；95%置信区间0.85–1.14毫米），平均角度偏差为3.21度（标准误0.47；95%置信区间2.29–4.13度）。对于临床研究，平均冠部偏差为1.00毫米（标准误0.09；95%置信区间0.82–1.19毫米），平均根尖偏差为1.36毫米（标准误0,22；95%置信区间0.93–1.79毫米），平均角度偏差为3.47度（标准误0.79；95%置信区间1.92–5.01度）。仅有一项临床研究报告了垂直偏差，因此未纳入荟萃分析。dCAIS的平均冠部、根尖和角度偏差值与sCAIS协议相当（表5）。荟萃分析显示，与sCAIS结果类似，动态导航无法完全避免偏离计划种植位置，因此在种植体周围设置安全区域仍然是明智的做法。

与静态计算机辅助种植手术规程一样，掌握动态计算机辅助种植手术系统的使用需要时间。达到熟练水平的学习曲线已被证明具有高度变异性，并且依赖于临床医生[154,155]。在临床应用之前，应预留充足的时间进行培训和练习。目前，动态导航已常规应用于多种医学专业，但在牙科领域，相关设备和软件的成本可能对常规牙科实践而言过高而难以承受[153]。

结论

在医学与牙科领域，由于计算机辅助手术技术的应用，过去几十年在外科手术的准确性与效率方面取得了巨大进步。在许多医学领域，动态计算机辅助手术已成为护理标准。神经导航塑造了现代神经外科，随着持续的创新，神经导航的应用范围十分广泛。目前，神经导航相较于传统神经外科技术具有优势已毫无疑问。

在牙科领域，与传统方案相比，计算机辅助种植手术方案表现出更高的准确性、相当的临床成功率以及更短的手术时间。正逐渐成为种植体植入的常规操作。用于部分无牙颌牙槽嵴的sCAIS牙齿‐支持式导板，在三种导板类型中显示出最高的准确性。牙支持式导板的临床方案、适应证及局限性已相对明确。在sCAIS下用于完全无牙颌牙槽嵴的黏膜支持式导板，常与不翻瓣手术联合使用，可减少手术时间和患者不适。尽管黏膜支持式导板显示出可接受的准确性，但各研究间种植体偏差的变异程度较高。对于严重吸收的牙槽嵴，应谨慎使用不翻瓣黏膜支持式引导手术。随着即刻种植和即刻负重方案需求的增加，sCAIS骨支持式手术导板的应用日益广泛。然而，关于使用骨支持导板后种植体植入准确性的数据不一致，导致其应用受到犹豫。早期研究表明，无固定销的多个骨支持导板相比黏膜支持导板准确性较低。近期研究针对新型带连续导向钻头并由固定销稳定的单个骨支持导板，显示其准确性与黏膜支持导板相当。尤其对于序列叠加骨支持式导板，迫切需要验证其新进展，以证明其临床应用的合理性。无论sCAIS导板类型和方案如何，我们的荟萃分析均显示各研究间的准确性数值存在较大差异。鉴于此，在虚拟种植规划阶段，必须纳入一个考虑种植体周围各方向平均偏差的安全区域。

动态计算机辅助种植手术导航系统已发展成为解决静态计算机辅助种植手术导板某些局限性的潜在方案。我们对近期文献的荟萃分析显示，动态计算机辅助种植手术与静态计算机辅助种植手术同样准确。目前，动态计算机辅助种植手术在牙科中的广泛应用受到其设备成本和尺寸的限制，但随着设备成本和规模预计在未来将降低，在可预见的未来，动态计算机辅助种植手术在牙科实践中的更常规应用是值得期待的。

专家观点

计算机辅助手术，特别是神经外科及其他医学学科中的手术导航系统，为外科医生及其患者提供了诸多优势，通过精确的术前规划和术中定位，实现更安全、更有效且通常更具微创性的手术，从而最大限度地减少对邻近组织的损伤。近年来，计算机辅助手术导航系统已与机器人技术相结合，形成导航辅助机器人手术，进一步引导外科医生到达解剖目标，以微创方式提高手术的安全性、准确性和精度。三维建模以及CAD/CAM系统的开发也推动了神经外科技术的进步。通过逆向工程，这些系统将医学成像与材料与工艺工程技术相结合，制造出用于颅颌面、口腔颌面外科个体化重建的定制种植体的物理复制品。三维建模还可与计算机辅助手术系统相集成。

随着医学领域的不断发展，技术也将随之演进，以满足新的需求和扩展的应用。神经导航的未来前景广阔，其发展仅受限于技术的进步以及科学家和医生的创造力。未来预计将包括改进现有系统的创新，增强外科医生与设备之间的反馈，并进一步拓展微创手术和增强现实应用。

在牙科领域，随着人群预期寿命持续增加，对种植修复的需求也将随之增长。尤其是全牙弓种植支持式义齿能显著改善生活质量，且由于引导手术方案降低了侵入性，该治疗方式对患者而言已变得更加可行。计算机辅助种植手术技术正处于飞速发展和不断优化的阶段。随着硬件和软件可及性的不断提高，静态计算机辅助种植手术（sCAIS）正逐渐成为牙科实践中的常见手术。目前，sCAIS牙齿‐和黏膜支持式导板的临床应用和指南已较为成熟，并在文献中得到了更广泛的研究。而最新的进展表明，sCAIS骨支持式导板在实现成功且准确的完全引导式种植体植入手术方面具有巨大潜力，但尚未得到系统性研究。特别是在评估种植体植入准确性的研究中，垂直偏差的测量频率低于其他类型的偏差，鉴于其对种植体成功的重要性，应进一步加以研究。荟萃分析结果显示，大多数导板类型和研究类型之间存在显著异质性，这可能归因于各研究之间多种不同变量的影响，例如软件系统、导板制造工艺、操作者间差异以及合适的病例选择。未来的随机对照试验将有助于明确每种sCAIS导板类型的临床应用规范。在接下来的五年中，面部和光学扫描、锥形束CT（CBCT）、虚拟种植设计软件以及3D打印和CAD/CAM切削技术的进步，预计将减少从术前规划到种植体植入手术实施所需的步骤数量。先进技术的整合将降低整个过程中累积误差的影响，并缩短手术期和修复期的总体治疗时间。

动态计算机辅助种植手术在过去五年中经历了快速增长，越来越多的in vitro研究显示，动态计算机辅助种植手术协议下的