第三节
数字化种植设计的基本工具
——种植导板软件

一、种植导板软件的原理与主要功能

CBCT图像能获取患者牙根、牙槽骨、神经导管等重要解剖结构信息，这些解剖结构的三维可视化呈现是保证种植手术得以安全进行的前提。而通过光学扫描方式获取的患者口内牙、牙列、黏膜以及上下牙列的咬合关系等三维可视信息是准确设计缺失牙、预告最终修复效果的关键要素。要想进行“以修复为导向”种植的数字化虚拟设计，首先要在同一个坐标体系中对CBCT的DICOM格式数据和口扫的STL格式数据进行重叠融合，进而生成一个既能显示口内牙冠、牙列、黏膜形态，又能显示下方的牙根、牙槽骨、上颌窦、神经管等结构的可视化三维虚拟模型。

种植导板软件正是通过CBCT和口扫数据共有的解剖结构关键点（或放射导板上的阻射点），利用矩阵计算得到两个数据之间的刚体运动矩阵，从而通过矩阵计算，完成两套数据的重叠和融合，生成新的融合体模型。在此基础上，种植导板软件采用人机交互的模式，在颌骨的各种截面上投影确定种植体的最佳位置，生成虚拟种植导板，以实现对种植位点的约束和固定。种植导板模型的生成也是种植导板软件的主要功能，而种植导板生成算法包含两个部分：①导板基板的生成；②基于布尔运算的网格拼接。导板基板主要根据所选取的牙齿覆盖区域，通过计算机图形学中的模型膨胀算法实现模型的增厚，生成导板基板模型。通过模型的布尔运算完成网格拼接，实现导板基板模型与中空导筒结构的模型重组，最终生成种植导板模型。

种植导板软件的主要功能包括最终修复体的可视化设计、“以修复为导向”的种植体三维空间位点设计，以及设计生成能约束和控制种植位点的种植导板。虽然大多数种植导板软件的种植导板设计步骤都类似，但不同软件的具体功能有所差异，图 2-3-1 和表 2-3-1是各个软件主要功能的比较。

二、种植导板软件的基本应用流程

尽管不同的种植导板软件有各自的特点，但是在临床应用上都大同小异，种植导板软件的主要应用流程基本相同（图 2-3-2），包括：

（1）在软件中设计最终修复体，可在口扫光学模型基础上通过软件直接生成，也可在制作好排牙模型后通过仓扫获得。

（2）在软件中将CBCT数据与完成修复设计的光学模型数据融合。

（3）在可视化的修复体及颌骨软硬组织信息指导下，精确进行种植体植入位点和分布的设计、基台和修复桥架信息的设计。

（4）设计导筒型号、位置及导板覆盖范围。

（5）生成数字化种植导板的打印文件和临床使用报告。

下面将以 3Shape的Implant Studio软件为例，详细地介绍数字化种植导板的设计过程。

1.患者信息建单

进入 3Shape的Implant Studio软件界面，建立患者相关基本信息、缺牙位置及设计要求（图 2-3-3）。

2.数据导入

导入患者缺牙侧牙列的口扫模型数据、CBCT的DICOM数据文件，以及对颌的口扫模型数据（图 2-3-4）。

3.修复体设计

在光学模型的缺牙区域设计最终修复体的位置、形态（图 2-3-5）。

4.裁剪CT并与口扫模型对齐融合

依次完成CBCT工作区域选择、工作侧牙列 平面定义、工作侧牙弓曲线定义，并在CBCT模型和口扫光学模型对齐融合后进行检查（图 2-3-6）。

5.种植位点及方案设计

在可视化、可测量化的状态下进行种植体植入位点及种植方案的设计（图 2-3-7）。

6.种植导板创建、核准和导出

在完成导环型号、导环位置、导板覆盖范围、支撑杆、观察窗和患者ID标签的设计后，需要对种植导板设计进行核准确认，最后软件会自动生成导板报告和STL格式的 3D打印文件（图 2-3-8，图 2-3-9）。

三、种植导板软件的主要问题

（一）软件的操作便利性不足

现有的种植导板软件大多采用单机桌面安装的方式，多数软件仅限Windows操作系统使用，此外还需要在电脑上插入加密狗等方式。上述问题一方面给习惯使用Mac OS操作系统的医生或技师带来了一定的困扰，另一方面在互联网高度发达的当下也大大限制了种植导板的应用场景。

（二）软件的智能化不足

目前，修复效果的设计、数据的融合、种植体植入位点的放置、种植导板的设计等步骤均需要手动完成，导致软件临床使用的人力成本高。对于一些没有特殊设计要求的常规病例，实现种植导板设计全流程的智能化十分必要。

（三）软件的兼容性不足，功能设置尚无统一标准

首先，目前市面上种植导板软件的设计格式不兼容，每种软件的设计存储文件格式不一致，导致无法使用软件A打开查看软件B的设计文件，给种植医生和设计人员带来了不便。其次，各种软件的功能并不完全相同，如coDiagnostiX可以将CBCT重建的颌骨进行分割，从而增加配准的准确性，而Implant Studio则不具备此功能；同样，在Implant Studio导板设计板块里有各种第三方半程导板的导环数据可供选择，而coDiagnostiX软件里半程导板的导筒只能依靠设计者根据已知的导环数据进行编辑设计，如果编辑错误还可能导致误差，降低了工作效率。

需要强调的是，尽管数字化种植导板的设计在很多时候是由加工中心的技术人员完成，但种植医生才是整个种植方案的总设计师和实施者，加工中心的种植导板设计技术人员的主要作用是协助种植医生提高临床治疗的运转效率和治疗效果，而不是代替种植医生完成方案设计。种植医生必须要学习和掌握种植导板软件的相关知识和临床使用技能，使自己可以和技术人员更好地沟通协作，从而全程参与到种植病例数字化设计的每一个环节中。

参考文献

1. SAWICKI P, REGULSKI P, WINIARSKI A, et al. Influence of exposure parameters and implant position in peri-implant bone assessment in CBCT images: an in vitro study[J]. J Clin Med, 2022, 11(13): 38-46.

2. VALIZADEH S, BAHARESTANI M, AMID R, et al. Evaluation of maxillary alveolar ridge morphology and residual bone for implant placement by cone beam computed tomography (CBCT)[J]. J Long Term Eff Med Implants, 2022, 32(2): 61-71.

3. 鞠昊, 朱红华, 段涛, 等. CBCT的基本原理及在口腔各科的应用进展[J]. 医学影像学杂志, 2015,25(5): 907-909; 942.

4. YEUNG AWK. Seminal works and historical roots of dental implant research with the use of CBCT[J]. Int J Oral Maxillofac Implants, 2021, 36(4): 731-736.

5. KOMURO A, YAMADA Y, UESUGI S, et al. Accuracy and dimensional reproducibility by model scanning, intraoral scanning, and CBCT imaging for digital implant dentistry[J]. Int J Implant Dent, 2021,7(1): 63.

6. FOKAS G, VAUGHN VM, SCARFE WC, et al. Accuracy of linear measurements on CBCT images related to presurgical implant treatment planning: a systematic review[J]. Clin Oral Implants Res, 2018, 29(Suppl 16): 393-415.

7. ÇAKMAK G, YILMAZ H, TREVIÑO SANTOS A, et al. Effect of scanner type and scan body location on the accuracy of mandibular complete-arch digital implant scans: an in vitro study[J]. J Prosthodont, 2022,31(5): 419-426.

8.曹悦, 陈俊锴, 赵一姣, 等. 口内三维扫描技术临床应用精度的研究进展[J]. 中华口腔医学杂志,2020, 55(3): 201-205.

9. MOTEL C, KIRCHNER E, ADLER W, et al. Impact of different scan bodies and scan strategies on the accuracy of digital implant impressions assessed with an intraoral scanner: an in vitro study[J]. J Prosthodont, 2020, 29(4): 309-314.

10. 高毛毛, 郭晓阳, 马晓平, 等. 扫描方法及模型表面特点对全牙列扫描精度的影响[J]. 口腔医学研究,2022, 38(3): 256-260.

11. KERNEN F, KRAMER J, WANNER L, et al. A review of virtual planning software for guided implant surgery - data import and visualization, drill guide design and manufacturing[J]. BMC Oral Health, 2020,20(1): 251.

12. MORA MA, CHENIN DL, ARCE RM. Software tools and surgical guides in dental-implant-guided surgery[J]. Dent Clin North Am, 2014, 58(3): 597-626.

13. 刘峰, 周文娟, 柳忠豪. 计算机辅助规划与设计软件在口腔种植外科中的应用[J]. 临床口腔医学杂志, 2021, 37(2): 124-126. XPIQBkoPW+ma1VzotX+d8HXmFnXBXI5IafSq9I2MDcd3XwGvETUZdzgd2/m2nUMF