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东莞种牙医院:种植机器人的应用思考

东莞南城固德口腔门诊部 东莞牙科医院咨询咨询164次

机器人目前已广泛应用于各个领域,在国防、服务业、工业和医学方面都有进展。

在口腔医学领域,也已经有排牙机器人、备牙机器人、外科截骨机器人、正畸钢丝弯制机器人等的出现。

从种植导板、种植导航到种植机器人,逐步实现了口腔种植的数字化时代大跨越。

 

首先简单地回顾了机器人的研发历史,从2002年开始,就已经有了机器人辅助种植手术,术后精度验证仅在种植体颈部存在约1-2mm的偏差。

2009年,Kim等人设计出一款专门用于口腔种植手术的机器臂,目前我们国内所用的也是采用机械臂的原理。

2011年,研发出了全自动种植机器人,误差为1.42±0.70mm。

随着时间的推移,逐步出现各种各样的口腔种植机器人,光学动态导航技术极大地提升了种植机器人的种植精度,光学感知也成为目前种植机器人的主流感知方式。

2017年,世界上第一个商用口腔种植辅助机器人系统面世,该机器人结合了静态导板的物理约束和动态导航的灵活轻便,在种植手术期间为医生提供触觉、视觉和听觉指导,且偏差相对合理。

国内赵铱民教授团队也自主研发了口腔种植机器人,上海交通大学吴轶群教授团队也研发出颧种植机器人,还有浙江大学医学院附属口腔医院朱赴东团队实现了机器人拖动定位(笔者注:即手动拖动机械臂进行定位)和导航定位的人机协作工作模式。

这些机器人都有系统的研发方法和精度比较。
 

 

种植机器人从控制方式可分为被动式和自主式,被动式需要人操控,而自主式则是由机械臂独自完成手术。

从感知类型可以分为物理感知和光学感知,现在常用的是光学感知,光学感知又可以分为主动式和被动式,目前种植机器人多为被动式,在可见光环境下扫描识别光学部件上的自识别码完成追踪定位。

口腔种植机器人的工作原理及流程主要见下图(图1)。

口腔种植机器人主要包括三个系统,视觉系统可以识别光学定位部件,通过坐标空间映射系统与操作平台建立联系,为种植机器人进行手术建立基础;主控系统是核心,可以通过术中实时导航显示与控制机器人运动,实现实时的医学影像手术导航;操作平台即机械臂,实施种植窝洞预备和种植体植入。

工作流程首先是术前患者基本情况评估,佩戴定位导板拍摄CBCT,重建三维影像,规划植体位置,确定钻针使用顺序及窝洞预备模式,注册光学跟踪定位仪、机械臂、CBCT图像三者之间空间位置关系;之后是外科手术步骤,麻醉、切开翻瓣后将机械臂末端种植收集拖动至口内术区附近,之后机器臂自动确定植入位点和三维方向,并按照术前规划进行窝洞预备,使用机械臂或手动植入种植体,最后手动缝合关闭创口,结束手术。
 

 

 

 

 

 

种植机器人(包括颧种植机器人)的种植精度相关临床研究发现,角度误差最大为3.77°左右,颈部误差最大为1.44mm左右,根尖误差最大为1.68mm左右,这些误差都在临床可接受范围内(图2)。

陈江种植牙团队使用瑞医博(RemebotDentalRobot)口腔种植机器人为20名患者植入共计61颗种植体。

术后精度验证结果显示入口处平均横向误差为0.39mm,根尖处平均横向误差为0.47mm,平均深度误差为0.42mm,平均轴向误差为1.85°。
 

 

 

 

 

接下来展示了他们团队采用种植机器人所做的即刻种植、前牙区种植和无牙颌种植的临床病例。
 

为我们展示了7例即刻种植病例:使用种植机器人进行了窝洞预备和种植体植入,其余步骤如术前切开、GBR和术后缝合等为自由手操作,术后拍摄CBCT,与术前规划进行了精度对比。

第一例为32岁男性,34牙位,角度偏差为2.72°;第二例为63岁男性,14和16牙位,14角度偏差为1.84°,16角度偏差为3.38°;第三例为43岁女性,16牙位,角度偏差为6.00°;第四例为59岁男性,47牙位,为口腔种植机器人辅助下完成种植窝洞预备,由于开口度不足,故采用自由手植入种植体,最后角度偏差为1.99°;第五例为62岁男性,41牙位,下前牙用自由手种植时易产生唇舌向的偏差,使用机器人后方向深度都很准确,角度偏差只有1.03°;第六例为47岁女性,16牙位,角度偏差为1.37°;第七例为54岁男性,12、21牙位,术后精度12角度偏差为1.03°,21角度偏差0.44°。
 

也为我们展示了3例前牙美学区病例,病例1为64岁男性,11、21牙位,术后精度11牙位角度偏差为0.89°,21牙位角度偏差为0.56°;病例2为32岁女性,41牙位,角度偏差为1.31°;病例3为22岁女性,11牙位,角度偏差为0.87°。
 

除此之外,还展示了2例无牙颌种植机器人辅助种植的病例,无牙颌需要植入多颗种植体,需要取得共同就位道和均衡的植入深度。

团队首先制作了过渡义齿恢复患者颌位关系,经过数次复诊使患者的颌位关系稳定,再将过渡义齿制作成放射导板,拍CBCT,术前规划好种植体植入方案,根据放射导板制作标定板(mark板),将标定板(mark板)固定在下颌骨上,随后进行机器人种植体植入,第一例患者术后轴向偏差均在3°以内,第二例患者角度偏差也较小。
 

 

之后提出了对于机器人种植时代的思考,主要在于三个方面:硬件设备的革新、手术团队的角色变化和风险防范。

首先,种植机器人有专用的操作系统,用“手柄”替代“脚踏”,并针对不同程度的开口度有不同尺寸的钻针工具盒,有带有光导纤维的专用种植手机来改善照明条件,且有专用的手术牙椅,可以消除安全隐患。
 

 

 

 

其次,手术团队中角色也有变化,由于手术过程中术者视线可能会被阻挡,故助手不仅要拉钩、暴露视野,同时也要时刻观察术区情况;并且需要增加第二助手来操作机器人系统软件,配合术者完成种植体及钻针的规划、机器人种植系统的校准、告知术者实时备洞、植入状态等;而术者则需要集中精力指导系统操作位完成种植体和钻针规划、时刻关注显示屏的备洞和植入状态,兼顾全局。
 

 

 

种植机器人在操作过程中也会出现一些风险,当种植机器人处于非工作状态时,应保证其夹持的种植手机无钻针,并将其远离患者至少0.5m,以防止对患者造成伤害;术者及助手应时刻注意脚下不同系统的脚踏控制板,以防止误踩而对患者造成伤害;且由于机器人随动性较差,在机器人预备种植窝洞时,应保证患者头部固定,禁止在钻针工作时让患者张大口,以防止术区突然移动而对患者造成伤害

然而,现有种植机器人仍有不足,机器人术前准备时间较长,其设备占据空间较大,智能化水平不高,功能单一,缺乏力伺服功能,还存在一定的安全风险,患者接受程度较低。

因此建议在保证精准、微创的前提下,需简化工作流程,缩短术前准备时间和术中操作时间,从而提高效率,且机器人结构也应精简,减小占据空间。

也希望未来可以根据口腔种植术前规划的大数据,基于不同牙位、不同骨质、不同骨量、不同专家的种植规划规律,推出自动设计手术方案软件。

建议研发出多功能机器人,机器人需要有一定的力伺服功能,在遇到密度明显不均匀的骨质时,也应该实时调整种植的力度跟方向,从而避免种植误差,提升种植精度。

且种植机器人随动性较差,需要术者注意术中操作的细节,包括避免误踩脚踏、保证患者术区固定、以及防止机械臂末端对患者的伤害等。

最后由于患者对机器人的认识尚且不足,无法完全信任机器人种植手术,易产生抵触心理,所以建议加强对社会群体的种植机器人的科普宣传,促使人民群众对新技术的理性对待。
 

1.口腔种植机器人的精度很高,误差比自由手更小,有利于临床更精准的种植。
 

2.口腔种植机器人仍存在不足,术前准备时间较长,设备占据空间较大,智能化水平不高,功能单一,缺乏力伺服功能,还存在一定的安全风险,患者接受程度较低。
 

3.口腔种植机器人需在保证其高精度下,积极改善现有不足,也不可忽略机器人种植手术中的风险防范,建议优化临床流程,改善术者操作体验,提高患者的舒适度,并加强对社会群众的科普工作。

 

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