该美GuideMia软件结合3D打印技术在口腔种植中的应用*

肖海清，蔡立宏，周中苏，徐红，杨昭霞，练其武

（1.湖南省长沙市3D打印技术医学应用研究所，湖南 长沙 410001；2.湖南省长沙市第三医院 口腔科，湖南 长沙 410001）

数字化牙科是近年来迅速发展起来的高新技术产业，正在彻底变革传统的牙科诊疗技术。包括牙体、牙龈及牙床等三维CT（computed tomography）即电子计算机断层扫描及牙印模三维光学扫描、牙体修复体计算机辅助设计和制造、人工植牙计算机辅助术前规划、人工种植牙基台的计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）及牙科及颌面外科整型手术规划等[1]。

人工种植牙较传统假牙有很多优点，正在成为越来越多人的首选。用专业的软件三维成像来进行手术规划具有诸多好处，是人工植牙的关键技术[2]。手术规划制定后，使用软件进行相应的手术导板设计，再经3D打印制造出种植导板，用于手术，使得种植手术更加快速、精准、安全。

该美（GuideMia）是美国GuideMia Technologies公司开发的种植设计和导板设计的软件，它是一个专业的口腔疾病诊治应用软件。GuideMia的特色则在于操作流程简便，容易掌握；图像处理先进，显示精细；可视化技术，能三维立体成像，操作更直观；开放的手术导模CAD/CAM体系结构以及手术导板和套环的设计等功能。本文就该美（GuideMia）软件结合3D打印技术在口腔种植应用方面开展初步探讨，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2014年10月‐2016年10月本院收治30例前牙缺失患者为研究对象，纳入研究对象全部身体健康，口腔卫生保持良好，无牙周炎，无全身以及局部种植禁忌证，本研究经本院伦理委员会批准，患者于术前已被告知可能会有的危险性及并发症，出于自愿原则签订手术同意书。

将其随机分为研究组和对照组各15例，其中对照组男9例，女6例 ；年龄30～68岁，平均（49.2±2.1） 岁， 病程 6个月 ～8年， 平均（6.1±1.6） 年。对照组采用常规方法进行手术；研究组男10例，女5例；年龄31～67岁，平均（48.7±2.4）岁，病程8个月～9年，平均（6.5±1.8） 年。研究组采用该美软件进行术前设计，并采用3D打印技术定制种植导板进行手术。两组患者在性别、年龄及病程等一般资料对比差异均无统计意义（P ＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 数据采集 CT扫描：使用我院40排螺旋CT扫描，CT扫描时患者轻咬棉花并保持静息止颌位，上下牙列不接触，进行高分辨率薄层扫描眶耳平面到下颌骨下缘。扫描条件：管电压120 kV，管电流250 mA，扫描层厚1.0 mm，螺距0.85～0.9，标准骨窗等间距扫描。数据后处理：重建0.6 mm薄层数据并以即医学数字成像和通信（digital imaging and communications in medicine,DICOM）格式导出数据。

获取牙模排牙及咬合光学数据：取患者上下颌印模，按照100 g粉配21～23 ml水，30～60 s真空搅拌均匀，立即灌注超硬石膏模型，对石膏模型进行光学扫描，获得患者口内包括牙龈的表面数据；然后在石膏模型缺失牙处将人工牙有序排好，再次对排好牙的石膏模型进行光学扫描，获得人工排牙的位置及咬合数据。

1.2.2 种植设计 ①导入数据：该软件的工作模式分为快车模式和常规模式。将患者颌面部CT数据导入该美软件，该软件可以三维立体地显示患者的口内上下牙的形态及位置关系，调整窗位可以显示牙龈的形态。②数据融合：先导入CT骨结构数据，然后导入石膏的排牙及咬合的光学扫描数据。进行两种数据融合。将两组数据的影像分别选好标记点，进行数据融合，要求融合误差小于0.02 mm。③观察分析牙齿情况：点击选取操作面板上的功能按钮，标记画好下颌神经管。在左下轴位窗口调整牙弓面曲线，重建满意的牙弓曲面，让牙列在右上窗口满意显示。通过不同窗口及调整不同牙弓曲线以清楚地显示牙齿的不同切面，使医生能仔细诊察牙齿的形态、位置、牙周及软组织等情况。④模拟种植：在需要种植的缺牙处开始模拟种植，在左侧工具栏中选择牙号，即要种植的牙位，再从系统种植库中选择将要给患者种植的植体品牌及规格，放置在牙位上。根据其他窗口所示的不同方位调整植体的位置，包括根据排牙的位置及上下牙的咬合关系，考虑是否需要设置基台以及基台的角度和方向；考虑种植体与邻牙的位置关系、牙槽骨的形态及质地；考虑种植体应避开下颌神经管；考虑手术实施难易程度及术后牙槽骨的生长特性等来确定种植体的最佳位置。模拟放好种植体后，点击锁定键锁定植体位置数据，完成种植设计。该软件拥有较大的种植体数据库，包括目前市面上的各种常用的不同品牌及不同规格种植体数据，比较齐全。并且，该数据库是开放的，可以很方便地导入、删除及修改，见图1。

图1 采用该美软件进行术前设计，并生成种植导板数据

1.2.3 种植导板设计 当完成种植设计后，保存并锁定植体位置，然后根据模拟种植体的位置及前牙或后牙的手术操作空间来设计套环。①设定好导板采用的套环数据，根据导板所采用的套环高度、植体长度及所采用最长钻针长度来设定深度控制距离。②生产导板，点击导板生成按钮进入导板生成界面，设置导板样式、好生成方式、倒凹角度等参数自动生成导板。③处理导板数据生成导板后，对其做相应的裁剪、添加等修饰和编辑，满意后保存数据完成导板的设计。对于全口无牙颌的患者，根据牙槽骨的厚度、形态及毗邻结构设计定位钉的位置及深度。④导出数据，将设计好的导板数据以即标准模板库（standard template library, STL）格式导出，见图2。

图2 在该美软件上种植设计完成后,进行种植导板设计

1.2.4 手术导板的制作 对照组采用简易导板。①压模：用藻酸盐印摸材料取口内印摸并灌注石膏模型，按正确咬合关系排牙，再用藻酸盐印摸材料复制恢复好的牙列模型，将聚乙烯加热后压塑成模版。②设计种植：根据在压模上排牙的咬合关系，设计安放植体的位置，并在压模上标记，并调整牙齿颌面穿出位置，开孔并延伸至唇（颊）侧，见图3。研究组采用3D打印导板。将保存好STL格式的导板数据发送至牙科技工所，技工所将导板数据导入3D打印机器，制作该患者个性化的口腔种植导板，获得精度小于0.1 mm的光敏树脂种植导板，见图4。

图3 采用传统手术方式,在牙模上制作简易导板

图4 采用3D打印技术制作种植导板，种植导板制作出来后,在模型上试戴

1.2.5 种植手术 对照组：①术前先在患者口内试戴导板，检查导板的适合性及稳定性。②根据简易导板上标记好开孔定位后，使用直径为2 mm的先锋钻缓慢钻到手术一定的深度。③比对位置，拔出钻头，然后插入转移杆，戴上简易导板，比对位置，根据标记位置调整钻头方向，逐级扩孔，最后使用成型钻。④植入植体，扩孔满意后最后缓慢旋进种植体，见图5。研究组：①术前在患者口内试戴，检查导板在口内的适合性及稳定性。②口内固定种植导板，对于全口无牙颌的患者，先安放好定位钉。③钻孔，先用枪钻进行定位钻孔，对于刃状牙槽骨，先用球钻磨平牙槽骨的刃状部分，然后依次根据不同规格的套环，使用相匹配的钻针扩孔，钻到钻针的止动套环处即可，最后使用成型钻扩孔。④植入植体，将导板及套环取下，常规植入种植体，完成种植手术，见图6。

图5 采用简易导板指导手术

图6 采用3D打印种植导板进行手术

1.3 效果评定

1.3.1 精度评定 术后即刻拍摄口腔螺旋CT，将所得DICOM数据导入GuideMia软件，与术前设计的种植体位置进行对照，测量种植体实际位置与术前规划种植体位置的最大偏差，判定治疗效果。该测量请非手术者的两位口腔科副主任医生进行。误差小于0.1 mm，则为显效治疗。其例数与该组总例数的占比为显效率。误差大于0.1 mm且小于0.5 mm，则为有效治疗，其例数与该组总例数的占比为有效率。显效例数加有效例数与总例数的占比为总临床有效率。

1.3.2 疗效评定 统计学分析比较两组患者术后3个月、6个月种植体成活（骨结合）的情况，采用螺旋CT复查，种植体与骨质间无间隙为骨结合良好，有间隙为骨结合不好。

1.4 统计学方法

采用统计学软件SPSS 20.0对研究中结果的数据进行分析、处理。计数资料以例（%）表示，计数资料比较采用χ2检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 精度评定

对照组显效率为20%（3例），有效率为66.7%（10例），临床总有效率为86.7%（13 例）。研究组显效率为66.7%（10例），有效率为26.7%（4例），临床总有效率为93.3%（14例）；两组精度评定相比较：显效治疗相比，差异具有统计学意义（P＜0.05），两组有效治疗及无效治疗相比差异无统计学意义（P ＞0.05）。见表1。

表1 两组精度评定比较 例（%）

2.2 疗效评定

采用该美软件进行术前设计、模拟种植后采用3D打印技术制造出载有位点、角度及深度等信息的种植导板，研究组使用这种导板指导手术，在显效治疗上明显优于对照组采用传统方法的种植效果。在术后3个月及6个月复查种植体与骨组织结合的结果中，研究组亦好于对照组。

2.2.1 术后3个月 术后3个月的骨结合情况相比，研究组优于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 两组术后3个月疗效评定比较 例（%）

2.2.2 术后6个月 术后6个月骨结合情况相比，研究组优于对照组，差异具有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表3 两组术后6个月疗效评定比较 例（%）

3 讨论

随着科学技术的不断进步，口腔医学的发展蓬勃发展。在大数据和数字化的社会发展的大背景下，数字化口腔更是日新月异。从传统技术应用的基础上，数字化口腔的发展是一个从无到有的过程。数字口腔包括数字化设计和数字化制造。该美软件就是数字化设计方面的应用软件。该美软件从研发出来到临床应用，也是一步步发展，适应了这个大的发展形势的[3]。从笔者使用该美软件两年多的情况来看，其特点比较突出。该软件是专门用于口腔科诊疗的专业软件，所以相关的功能设计针对性和实用性强。第一、操作简单，数据导入、上下颌分割、数据重叠及导板的编辑，功能按钮一目了然，采用不多步骤，简单操作即可达到临床要求。该软件针对新手设计了GuidMia快车模式。使用GuidMia快车，操作三步即可快捷的进行数据导入、上下颌分割。第二、软件处理数据的精度高，上下颌CT数据与石膏模型的光学数据重叠的误差较小，一般操作的情况下，误差小于0.02 mm，充分保证临床效果；导板数据的精度也比较高，其数据采用3D打印技术生产种植导板，其精度不超过0.1 mm，很好地保证了临床种植植体的准确性。第三、系统开放，在导板的设计上，能够让医生或技师自行设计、修改，并导出数据，让医技紧密的结合，尽可能地满足临床的要求，方便临床的使用。第四，该软件嵌入TeamViewer软件链接按钮（TeamViewer是一个远程控制软件），如在使用中遇到困难打开该功能，即可让公司技术人员远程协助，及时解决问题，非常方便。第五，术后验证功能，患者手术后即刻进行CT扫描，将术后数据导入该美软件，然后再将术前种植计划数据导入，比较手术前后的差别，可以很直观地看到并测量植体实际位置与设计位置的差距，为手术提供良好的反馈，为术后效果提供良好的参考。软件还有不足之处。第一，按钮较多，许多按钮在实际使用中几乎很少，还有一些按钮对临床的作用不大。第二、该软件在使用中偶尔会出现不稳定的情况，自动关闭，需要升级或联系技术人员远程协助解决。当然，该软件也在不断的升级改进当中，相信这些不足之处会不断得到改善，在临床使用中也会更加便利。

随着口腔医疗技术的发展及国际间合作交流增加，一种新的种植理念被提出来，那就是以修复为导向的种植理念。这种理念要求手术植入的种植体在方向、位置、深度方面，要求要有一定准确度，以达到最佳的修复要求，并且能够获得种植体与牙槽骨长久稳定的结合效果。随着种植技术的进一步提高，出现了微创不翻瓣牙种植技术，微创不翻瓣的种植牙技术对患者创伤小、术中出血少、术后恢复快及对牙槽骨的影响小等优点[4-5]。微创不翻瓣种植牙技术要求手术者掌控种植体在牙槽骨植入的，空间位置更精确。种植手术导板就是为了适应这一要求而产生的辅助手术设备，采用3D打印技术制造，是术前模拟种植中种植体位置、角度、深度的高精度的载体，在种植手术过程中，引导钻针进行各级备洞，是联系术前模拟种植和术中实际种植的桥梁[6]。在传统种植手术中，种植导板往往采用手工制作，在石膏模型上用热膜压制然后进行局部的标记、定位加工而成。这样传统种植导板可以兼顾上部修复效果，不过不能很精确地把握种植体植入的位置，很大程度上依赖手术医生的临床经验[7]，精确度难以保证。基于CT[8-9]的3D打印种植手术导板，能够种植体的准确的空间位置、相邻组织结构特点等信息转移到手术中指导手术[10]，从而减少手术并发症，减小手术创伤，实现微创效果，从而到达理想的种植修复效果[11]。

本研究结合临床实际问题，使用该美种植软件，根据每个不同的患者的具体情况，进行术前种植设计，根据咬合关系，具体骨量情况，在软件上调整种植体的位置，找到最合适的准确位置，锁定该位置，并自主生成种植导板，采用3D打印技术高精度制造出个性化种植导板，精准地指导手术，获得良好的临床种植效果。

目前，口腔种植软件比较多，例如Nobel公司的Nobel软件、瑞士Materialise公司的simplant[12]、西诺德公司的cere软件及国内天津的七彩虹软件等，各软件各有优缺点，该美软件也是如此。目前，笔者的应用处于初步应用阶段，在今后的工作中笔者致力于数字化口腔的建设和发展，积极应用各种数字化的软件和设备。并将相关的软件使用相互对比，积累经验，和同道共同探讨，共同发展。这将是笔者今后的一个工作重点，也有待于笔者进一步研究探讨。

总而言之，该美软件结合3D打印种植导板应用于口腔种植中，不仅提高了手术的准确率，还提高了手术的成功率，并减少手术时间，患者易于接受。在导板的指导下手术安全可靠，提高手术成功率，造福患者。3D打印导板加工便捷，随着技术日渐成熟，价格也越来越实惠。所以这种方法值得在临床应用中推广，这也是数字化口腔发展的一个部分[13]。