虚拟现实技术在口腔种植学领域的应用

林俊生

1965年，瑞典Nobelpharma公司根据Branemark教授研究开发出的以Branemark教授命名的骨结合种植系统，首次对一位下颌无牙颌的患者进行修复并获得成功。骨结合技术用于患者义齿种植，在临床上显示没有任何松动、没有一点临床症状，且X线片上显示，在种植体周围和骨组织之间没有任何阴影。采用骨结合技术种植义齿不断在牙齿功能、种植成功率、美学、医患满意度等方面屡创新高。在世界范围内，种植义齿收到越来越多医生和患者的青睐，口腔种植学得到了飞速的发展和壮大。

虚拟现实技术（Virtural Reality，VR），又称灵境技术，是具有交互性、沉浸性及构想性三种基本特征的计算机高级人机界面。它将仿真技术、计算机图形学、人工智能技术、多媒体技术、计算机网络技术、多传感器技术与并行处理技术综合为一体，模拟出人的听觉、视觉及触觉等众多感觉器官的功能，使人充分沉浸在由计算机所生成的虚拟环境中，且能够通过人的语言、手势等人类自然方式和系统进行实时交流沟通，创建了一种适人化的多维信息空间，具有广阔的应用前景[1]。

VR技术在医疗方面的应用主要是虚拟手术、远程医疗系统、虚拟人、医学教育等方面[2-3]。在口腔种植学领域的应用目前主要集中在临床仿真模拟教学、虚拟手术、远程医疗服务等方面。我们主要对国内虚拟现实技术用于义齿种植方面的应用情况做一简单介绍和分析。

1 传统义齿种植术

牙种植手术在临床各种手术中属精细手术，其成功与否和很多因素相关，术前周密细致的检查及正确的分析并设计出缜密的手术方案是影响手术成功与否最为关键的两个因素。而手术设计包括的内容有：种植体数目、类型、深度、植入位置以及方向等的确定，同时还要考虑到后期修复治疗的需要等[4]。所有这些设计都需要非常高的精准度，为高效、准确、顺利地实施牙种植手术提供必要的信息，否则会造成术中神经损伤、牙槽骨侧壁穿孔、种植体位置偏移、方向和深度欠佳等现象，导致手术的失败。一般情况下，手术设计的流程为：临床经验丰富的牙种植医生首先利用多种影像手段：曲面断层、X线片、曲面CT、螺旋CT、以及MR等，对受植者的口腔进行检查，了解口腔解剖结构，特别是对受植区域的骨和软组织情况做出恰当评估后，确定出最佳的手术方案，写下方案并在自己的大脑中模拟手术过程以发现是否存在设计上的缺陷以改进手术方案。这种方式对医生的经验和技术、技能要求非常高，考虑稍有不慎会导致手术方案的质量不佳，对手术质量产生重大影响。而且，制定方案的医生难以将该方案清晰、直观的向其它工作人员或者患者进行讲解和展示，使得手术的质量较为集中的背负在医生身上，其它工作人员因为对手术方案不能直观准确的理解，使其在手术中分配合质量大打折扣，也会对手术质量产生较大影响。

2 VR技术用于口腔义齿种植

VR以直观、清晰的方式为义齿种植外科医生的诸多工作提供了非常大的便利，可以通过VR技术进行手术模拟、手术定位、手术导航，为制订出直观、清晰、准确、科学的手术方案提供了技术手段。义齿种植医师可以通过VR技术，进行虚拟的手术实现对手术过程的模拟，并且在手术方案演示过程中可以不断进行修正，生成一个让义齿种植医师自己满意的理想手术方案。基于VR的环境生成和结构重建，义齿种植医师可以自由地对根据CT扫描数据所生成的患者颌骨采用3D重建模型进行全方位旋转甚至任意截面的细致观察，直至选取到最适宜种植体植入的位置，并确定种植体的数目、规格、类型、植入深度和方向。采用这种三维位置信息所指定的手术方案，可以大大减小手术创面，对患者造成最低程度的肉体损伤和痛苦。VR技术还能实时生成根据种植外科方案所需的修复假体，并试安装在受植者的颌骨模型上，义齿种植医师可以根据安装上义齿的模型，准确预测出修复的最终治疗结果，可根据这一结果存在的缺陷进一步对义齿种植方案进行调整优化，还可参考内建专家系统，对医师自己的手术方案进行对比修正，使手术方案更趋完美严谨。在医师使用这个系统确定手术方案的过程中，所有考虑到的手术方案都可以数据的形式存储，并可随时在其他终端上进行读取器(viewer)读取，并可以图像和模拟手术录像的形式展示。这为义齿种植医师向受植者和手术配合者讲解手术方案提供了便利、直观、清晰的方法。通过演示模拟种植手术过程，使得没有口腔医学专业基础的受植者能够更直观地了解医师的意图，加深信任感和合作意愿。牙种植医师通过VR虚拟手术可实现对手术过程的模拟，且在过程中所生成的理想手术方案，该方案以数据形式存在于计算机内，但虚拟环境中的理想手术方案和实际种植手术操作之间，仍然缺乏信息转化系统以确保虚拟和现实之间的高度吻合，即在手术的实施过程中，还缺少能够指引医师操作的手术导航系统。适用于种植外科的定位导向模板充当了这个信息转化系统。

表1 暨南大学医学院附属惠州口腔医院采用VR技术

3 VR技术用于义齿种植应用情况

VR技术用于义齿种植已经商业化，且被世界级的大型医院广泛应用于义齿种植。目前较成功的义齿种植虚拟手术系统主要有：瑞典Nobel Bioeare公司开发的Nobel Guide系统、比利时鲁汶大学下属的Materialise公司开发的SIMPLANT系统等。这些系统都建立了自己的种植体数据库，几乎存储了全世界所有种植体系统和具体的种植体规格、型号、材料等数据，医师通过简单普通电脑操作方法就可实现义齿种植的虚拟植入过程，其最终确定的手术方案以特定的数据格式保存，能够被远程调用，利用快速成型技术生成种植手术外科定位导向模板。

目前我国在这方面的科研工作也出现了重大突破，由重庆大学光电工程学院与暨南大学医学院附属惠州口腔医院共同承担的“口腔智能化虚拟种植导航定位系统的研究”项目，成功转化成了临床实用技术，且部分技术指标已达国际同类水平。该系统已在惠州口腔医院投入使用，通过几年的使用，显示出了该技术强大的社会效益和经济效益。它成功使国内义齿种植成功率由95%提高到99%，使义齿种植几乎没有了禁忌证。相关统计数据见表1。

从表1可以看出，VR技术和义齿种植相结合具有强大的发展潜力。

4 小结

我国VR技术还处于初级阶段，在实际使用过程中还存在着诸多理论问题和尚未克服的技术障碍。需要广大临床义齿种植医生和信息技术工程师通力合作，将这一利国利民的技术不断向前推进。

[1] 丘京松．国内外虚拟现实技术发展现状和发展趋势的技术报告[EB／OL]．http：／／www．cmr．com．cn／distance／wangluo／007．htm，2008-01-08.

[2] 刘文霞，王树杰，张继伟，等．虚拟现实技术在医学上的应用[J]．生物医学工程学杂志，2007，24(4)：946-949.

[3] Plesser B，Tiede U，Honml KH．Computer vision，virtual reality，and robotiea in medicine：first international conference．CVR Med 95.Nice，France，April 3-6，1995：proceedings[M]．NewYork：Slringer-Verlag,2003.

[4] 朱啸．影响口腔种植及修复成功的因素分析[J]．国际口腔医学杂志，2007，36(6)：461-463.