虛擬現實技術在口腔種植學領域的應用

林俊生

1965年，瑞典Nobelpharma公司根據Branemark教授研究開發出的以Branemark教授命名的骨結合種植系統，首次對一位下頜無牙頜的患者進行修復并獲得成功。骨結合技術用于患者義齒種植，在臨床上顯示沒有任何松動、沒有一點臨床癥狀，且X線片上顯示，在種植體周圍和骨組織之間沒有任何陰影。采用骨結合技術種植義齒不斷在牙齒功能、種植成功率、美學、醫患滿意度等方面屢創新高。在世界范圍內，種植義齒收到越來越多醫生和患者的青睞，口腔種植學得到了飛速的發展和壯大。

虛擬現實技術（Virtural Reality，VR），又稱靈境技術，是具有交互性、沉浸性及構想性三種基本特征的計算機高級人機界面。它將仿真技術、計算機圖形學、人工智能技術、多媒體技術、計算機網絡技術、多傳感器技術與并行處理技術綜合為一體，模擬出人的聽覺、視覺及觸覺等眾多感覺器官的功能，使人充分沉浸在由計算機所生成的虛擬環境中，且能夠通過人的語言、手勢等人類自然方式和系統進行實時交流溝通，創建了一種適人化的多維信息空間，具有廣闊的應用前景[1]。

VR技術在醫療方面的應用主要是虛擬手術、遠程醫療系統、虛擬人、醫學教育等方面[2-3]。在口腔種植學領域的應用目前主要集中在臨床仿真模擬教學、虛擬手術、遠程醫療服務等方面。我們主要對國內虛擬現實技術用于義齒種植方面的應用情況做一簡單介紹和分析。

1 傳統義齒種植術

牙種植手術在臨床各種手術中屬精細手術，其成功與否和很多因素相關，術前周密細致的檢查及正確的分析并設計出縝密的手術方案是影響手術成功與否最為關鍵的兩個因素。而手術設計包括的內容有：種植體數目、類型、深度、植入位置以及方向等的確定，同時還要考慮到后期修復治療的需要等[4]。所有這些設計都需要非常高的精準度，為高效、準確、順利地實施牙種植手術提供必要的信息，否則會造成術中神經損傷、牙槽骨側壁穿孔、種植體位置偏移、方向和深度欠佳等現象，導致手術的失敗。一般情況下，手術設計的流程為：臨床經驗豐富的牙種植醫生首先利用多種影像手段：曲面斷層、X線片、曲面CT、螺旋CT、以及MR等，對受植者的口腔進行檢查，了解口腔解剖結構，特別是對受植區域的骨和軟組織情況做出恰當評估后，確定出最佳的手術方案，寫下方案并在自己的大腦中模擬手術過程以發現是否存在設計上的缺陷以改進手術方案。這種方式對醫生的經驗和技術、技能要求非常高，考慮稍有不慎會導致手術方案的質量不佳，對手術質量產生重大影響。而且，制定方案的醫生難以將該方案清晰、直觀的向其它工作人員或者患者進行講解和展示，使得手術的質量較為集中的背負在醫生身上，其它工作人員因為對手術方案不能直觀準確的理解，使其在手術中分配合質量大打折扣，也會對手術質量產生較大影響。

2 VR技術用于口腔義齒種植

VR以直觀、清晰的方式為義齒種植外科醫生的諸多工作提供了非常大的便利，可以通過VR技術進行手術模擬、手術定位、手術導航，為制訂出直觀、清晰、準確、科學的手術方案提供了技術手段。義齒種植醫師可以通過VR技術，進行虛擬的手術實現對手術過程的模擬，并且在手術方案演示過程中可以不斷進行修正，生成一個讓義齒種植醫師自己滿意的理想手術方案。基于VR的環境生成和結構重建，義齒種植醫師可以自由地對根據CT掃描數據所生成的患者頜骨采用3D重建模型進行全方位旋轉甚至任意截面的細致觀察，直至選取到最適宜種植體植入的位置，并確定種植體的數目、規格、類型、植入深度和方向。采用這種三維位置信息所指定的手術方案，可以大大減小手術創面，對患者造成最低程度的肉體損傷和痛苦。VR技術還能實時生成根據種植外科方案所需的修復假體，并試安裝在受植者的頜骨模型上，義齒種植醫師可以根據安裝上義齒的模型，準確預測出修復的最終治療結果，可根據這一結果存在的缺陷進一步對義齒種植方案進行調整優化，還可參考內建專家系統，對醫師自己的手術方案進行對比修正，使手術方案更趨完美嚴謹。在醫師使用這個系統確定手術方案的過程中，所有考慮到的手術方案都可以數據的形式存儲，并可隨時在其他終端上進行讀取器(viewer)讀取，并可以圖像和模擬手術錄像的形式展示。這為義齒種植醫師向受植者和手術配合者講解手術方案提供了便利、直觀、清晰的方法。通過演示模擬種植手術過程，使得沒有口腔醫學專業基礎的受植者能夠更直觀地了解醫師的意圖，加深信任感和合作意愿。牙種植醫師通過VR虛擬手術可實現對手術過程的模擬，且在過程中所生成的理想手術方案，該方案以數據形式存在于計算機內，但虛擬環境中的理想手術方案和實際種植手術操作之間，仍然缺乏信息轉化系統以確保虛擬和現實之間的高度吻合，即在手術的實施過程中，還缺少能夠指引醫師操作的手術導航系統。適用于種植外科的定位導向模板充當了這個信息轉化系統。

表1 暨南大學醫學院附屬惠州口腔醫院采用VR技術

3 VR技術用于義齒種植應用情況

VR技術用于義齒種植已經商業化，且被世界級的大型醫院廣泛應用于義齒種植。目前較成功的義齒種植虛擬手術系統主要有：瑞典Nobel Bioeare公司開發的Nobel Guide系統、比利時魯汶大學下屬的Materialise公司開發的SIMPLANT系統等。這些系統都建立了自己的種植體數據庫，幾乎存儲了全世界所有種植體系統和具體的種植體規格、型號、材料等數據，醫師通過簡單普通電腦操作方法就可實現義齒種植的虛擬植入過程，其最終確定的手術方案以特定的數據格式保存，能夠被遠程調用，利用快速成型技術生成種植手術外科定位導向模板。

目前我國在這方面的科研工作也出現了重大突破，由重慶大學光電工程學院與暨南大學醫學院附屬惠州口腔醫院共同承擔的“口腔智能化虛擬種植導航定位系統的研究”項目，成功轉化成了臨床實用技術，且部分技術指標已達國際同類水平。該系統已在惠州口腔醫院投入使用，通過幾年的使用，顯示出了該技術強大的社會效益和經濟效益。它成功使國內義齒種植成功率由95%提高到99%，使義齒種植幾乎沒有了禁忌證。相關統計數據見表1。

從表1可以看出，VR技術和義齒種植相結合具有強大的發展潛力。

4 小結

我國VR技術還處于初級階段，在實際使用過程中還存在著諸多理論問題和尚未克服的技術障礙。需要廣大臨床義齒種植醫生和信息技術工程師通力合作，將這一利國利民的技術不斷向前推進。

[1] 丘京松．國內外虛擬現實技術發展現狀和發展趨勢的技術報告[EB／OL]．http：／／www．cmr．com．cn／distance／wangluo／007．htm，2008-01-08.

[2] 劉文霞，王樹杰，張繼偉，等．虛擬現實技術在醫學上的應用[J]．生物醫學工程學雜志，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] 朱嘯．影響口腔種植及修復成功的因素分析[J]．國際口腔醫學雜志，2007，36(6)：461-463.