扫描杆辅助表面配准技术用于常规与颧骨种植体精度分析的体外验证研究

《Scientific Reports》：An in vitro accuracy study on scan body-assisted surface based registration for conventional and zygomatic dental implants

本研究针对种植外科精度分析中扫描杆辅助表面配准技术(SB-SBR)的系统误差验证不足问题，通过体外实验对比分析了该技术用于常规种植体(CVI)和颧骨种植体(ZI)的测量精度。结果显示颧骨种植体顶端线性误差(1.63mm)超过临床安全阈值，表明SB-SBR技术在颧骨种植体精度评估中存在局限性，为种植精度研究方法学提供了重要参考依据。

　　

在现代口腔种植学领域，手术精度直接关系到治疗成功与否。特别是对于颧骨种植体(Zygomatic Implant, ZI)这类需要从远程骨锚位点获得固位的复杂病例，种植体的精准定位更是至关重要——毫厘之差可能意味着会侵犯到眼眶内容物、上颌动脉或翼状静脉丛等重要解剖结构。然而，具有讽刺意味的是，尽管评估种植手术精度的方法多种多样，但用来验证这些分析方法本身准确性的数据却相当有限。

目前常用的精度分析方法，如直接在计算机断层扫描(CT)图像上进行手动测量或各种叠加技术，都面临一个共同挑战：金属植入物在CT图像上产生的伪影会模糊植入物的精确边界，使得与术前计划的精确比较变得困难。扫描杆辅助表面基于配准(Scan Body-Assisted Surface Based Registration, SB-SBR)技术理论上可以克服这些限制，因为它通过扫描杆复制植入物位置，而不依赖于实际植入物的CT成像。但这一技术本身的准确性如何，特别是对于颧骨种植体的应用，尚未得到充分验证。

为了解决这一知识空白，由Michael D. Han领导的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新性研究，通过精心设计的体外实验，对SB-SBR技术用于常规种植体(Conventional Implant, CVI)和颧骨种植体的精度进行了系统评估。

研究人员采用了一种结合增材制造和数字化方法的综合研究策略。他们首先获取一例萎缩性无牙颌上颌骨的锥形束CT(Cone-Beam CT, CBCT)数据，并在此基础上进行三维重建。利用专业软件设计并虚拟规划了前牙区的常规种植体(4.0×10mm)和右侧颧骨种植体(4.0×45mm)的位置。随后，研究团队采用立体光刻三维打印技术制作实体模型，并在模型上预置了与虚拟计划相对应的植入通道（偏移0.1mm以防止模型破裂）。经验丰富的外科医生将实际种植体精准植入这些通道，创建了一个能够高度还原虚拟种植体位置的真实实验模型。

研究的核心环节是模拟临床SB-SBR流程：在实体模型上安装扫描杆后进行光学扫描，获得扫描杆-模型扫描数据；将这些数据与术前CBCT数据进行配准，对齐坐标系；通过表面配准将厂家提供的虚拟扫描杆与配准后的扫描数据对齐；最后将虚拟种植体“吸附”到虚拟扫描杆上，从而在共享坐标空间中复制物理种植体的位置。通过比较这一复制位置与原始虚拟计划位置之间的差异，研究人员得以量化SB-SBR技术的测量误差。

为尽可能减少实体模型制造过程中可能引入的误差，研究还设置了第二种验证方法——无模型虚拟SB-SBR。这种方法不涉及物理模型的光学扫描，因此不受制造工艺瑕疵的影响，为SB-SBR误差提供了下限估计。研究人员认为，真实的SB-SBR误差可能介于这两种方法得出的结果之间。

主要研究结果

角度误差分析

SB-SBR在整体角度测量上表现出可接受的精度水平。常规种植体的平均角度误差(Angular Error, AE)为0.48°（95%置信区间0.35-0.60°），颧骨种植体为0.90°（95%置信区间0.69-1.10°），均低于预设的1°临床阈值。然而，两种种植体类型间的误差存在显著差异（平均差0.42°，P=0.003），表明SB-SBR在测量颧骨种植体时会产生更大误差。

进一步将角度误差分解为俯仰(pitch)、滚动(roll)和偏航(yaw)分量后，发现颧骨种植体的滚动误差高达1.25°（95%置信区间0.87-1.63°），显著高于常规种植体的0.40°（P=0.002）。这种方向性误差的分析尤为重要，因为旋转误差的方向性与线性误差的方向性相关，可能影响对种植体顶端位置的判断。

线性误差分析

线性误差(Linear Error, LE)的结果更加引人关注。在种植体顶端，常规种植体的线性误差为0.95mm（95%置信区间0.90-1.00mm），而颧骨种植体高达1.63mm（95%置信区间1.29-1.98mm），显著超过1mm的安全阈值。两种种植体在顶端位置的误差差异达0.68mm（P=0.002）。相反，在种植体平台位置，常规种植体的误差(0.96mm)反而显著高于颧骨种植体(0.27mm)，平均差为0.69mm（P<0.001）。

不同验证方法的比较

无模型虚拟SB-SBR的结果显示，常规种植体的整体角度误差为0.84°，颧骨种植体为0.38°；顶端线性误差分别为0.81mm和0.64mm；平台线性误差分别为0.86mm和0.11mm。除整体角度和俯仰误差外，虚拟方法的误差普遍低于实体模型方法，这与预期一致，因为虚拟方法避免了制造过程引入的误差。

研究结论与意义

这项研究揭示了SB-SBR技术在种植体精度分析中的局限性，特别是对于颧骨种植体。虽然整体角度误差控制在临床可接受范围内，但颧骨种植体顶端1.63mm的线性误差超出了安全阈值，这一发现具有重要临床意义。

对于颧骨种植体这类需要在重要解剖结构附近进行精准定位的病例，SB-SBR技术的系统误差可能导致严重误判：一个实际已侵犯眼眶的种植体可能被错误评估为安全避开关键结构，或者一个位置理想的种植体被误认为存在风险。这种误差若被带入手术方案制定过程，可能导致过于宽松或严格的手术标准，影响治疗效果和患者安全。

研究团队通过双验证方法（实体模型和虚拟模型）的创新设计，为SB-SBR技术误差范围提供了上下界估计，这种方法论上的严谨性值得肯定。与之前类似研究结果的差异（如Oh和Lee的研究报告的角度误差仅0.2°）可能源于地面真实模型构建方法的不同，后者涉及物理磨削等可能引入额外误差的步骤。

该研究的局限性包括缺乏不同操作者间的误差评估、使用多种软件可能影响结果外推性，以及未考虑不同扫描杆几何形状、扫描仪和三维打印机规格的影响。然而，这些局限性也为未来研究指明了方向。

总之，这项研究强调在解读基于SB-SBR技术的种植精度数据时，必须考虑该技术固有的系统误差范围，特别是在评估颧骨种植体等对精度要求极高的病例时。研究结果呼吁行业开发更精准的种植体精度分析工具，并为相关领域研究人员提供了方法学上的重要参考。对于从事种植外科临床工作和研究的专业人士来说，这项研究提醒我们，在追求技术创新的同时，不应忽视测量工具本身准确性的验证工作。