口腔颌面外科数智化新技术_[伊朗] 阿拉什·霍贾斯特 (Arash Khojasteh), ( 英 ) 阿什拉夫·阿尤布 (Ashraf F. Ayoub), ( 比 ) 纳赛尔·纳季米 (Nasser Nadjmi_9787523611746

本书引进自 Springer 出版社，是一部全面介绍口腔颌面外科新兴技术的专著。全书共 18 章，介绍了先进技术和工业革命对口腔颌面外科领域新兴技术变革的影响、计算机辅助下口腔颌面部数据采集及转化的发展，阐述了各项新兴技术的基本原理、前沿进展、临床应用现状及未来前景。本书结构清晰，逻辑严谨，内容翔实，包含大量临床病例解析及高清图片，既可作为口腔颌面外科医生的临床应用指南，又可作为口腔医学生、相关科研人员的宝贵参考资料。

译者前言随着科技日新月异的发展，口腔颌面外科领域正以前所未有的速度与广度接纳并应用新兴技术，为疾病的诊断、治疗及患者生活质量的提升带来了深刻变革。面对这一趋势，Emerging Techmologies in Oral cnd Mzxillofacial Sugery一书应运而生，旨在系统梳理并深入探讨这些革新力量如何塑造口腔颌面外科的未来。本书以“口腔颌面外科数智化新技术”为主题，具有鲜明的医工交又特色，聚焦于近年来迅速崛起并展现出巨大潜力的各类创新技术手段，力图在理论研究与临床实践之间架起一座桥梁，引领读者洞悉技术前沿，把握学科发展方向。作为译者，能够将这部集前沿性、专业性与实用价值于一体的著作呈现给广大中国读者，我们深感荣幸。期待本书能够成为推动国内口腔颌面外科诊疗水平提升的重要参考书。在翻译过程中，我们秉承严谨治学的态度，力求准确传达原著的学术精神与技术内涵。面对书中涵盖的数智化术前规划、微创手术技术、生物材料学、再生医学、智能机器人辅助手术、三维打印技术、精准医疗、远程诊疗、虚拟现实与增强现实应用等广泛议题，我们不仅注重专业术语的精确转换，更力求适应语境与贴近文化，以便让国内读者在阅读过程中既能领略国际前沿科技的魅力，又能紧密结合本土医疗环境进行思考与借鉴。本书结构清晰，逻辑严密，详尽阐述了各项新兴技术的基本原理、最新进展、临床应用现状及未来前景。我们深信，无论是对一线临床医师寻求技术更新、科研人员探索创新路径，还是对医学生拓宽视野、政策制订者把握行业趋势，这部著作都将提供极其宝贵的指导和启示。尽管我们竭力追求翻译的准确性和完整性，但鉴于科技发展之迅速，以及跨文化交流中可能出现的术语差异，难免有疏漏或欠妥之处，敬请广大读者批评指正。我们期待本书能够激发更多关于技术创新与应用的深度对话，共同推动我国口腔颌面外科事业向更高层次发展。在此，谨向本书著者团队致以崇高敬意，感谢他们对全球口腔颌面外科科技进步所做出的卓越贡献：同时，向所有参与翻译、审校、出版工作的同仁表示诚挚谢意，正是大家的共同努力使这部重要的著作跨越了语言的障碍，并将服务于更广泛的读者群体。愿每一位读者都能从中汲取知识养分，携手共绘口腔颌面外科技术革新的宏伟蓝图。孙志军冷卫东胡传宇原书前言先进技术及其应用在几次工业革命中经历了急剧变化。第三次工业革命将电子和信息技术应用于生产自动化产品。网络物理系统和智能技术的出现导致了第四次工业革命，强调在不同领域中使用人工智能、云计算和大数据。在这一点上，基础科学及其不同错综复杂领域的发展对不同科学实践和研究领域的融合做出了特殊贡献。从计算机科学到生物学和遗传学等多个科学领域都经历了融合时期。这种融合可能开始于单一的跨学科实验，但已经导致了数据处理和新兴技术在医疗保健程序细节中的革命性变化和大规模应用。数智化等先进技术在口腔颌面外科中的应用对研究领域中的物理、数字和生物学领域的分隔边界产生了模糊效果。这些转变使口腔颌面外科实验室和临床技术，特别是计算机辅助设计和计算机辅助制造得以广泛应用。值得一提的是，这种转变的发展与普及极大归功于数据获取工具的进步。本书旨在提供口腔颌面外科中新兴数智化技术最新应用的综合概述。全书共18章，讨论了每种技术方法的作用及其他相关方面，包括工作流程、优势、缺陷、未来研究机会及不同的临床程序和结果。希望本书对口腔医学生、口腔颌面外科医生、头颈外科医生、整形外科医生及其他相关专业人员有所帮助。 AashKhojastch Tehran,Iran AshrafE.Ayoub Gasgow,UK Nasscr Nadjmi Antwep,Belgium

第 1 章? 先进技术和工业革命的出现 The Emergence of Advance Technologies and Industrial Revolutions Hanieh Nokhbatolfoghahaei Arash Khojasteh 著工业革命深刻影响了口腔颌面外科(oral andmaxillofacial surgery,OMFS)领域的现代技术整合。继两次工业革命之后，第三次工业革命，即“数字革命”,在第二次世界大战结束后的1960年开始"。数字革命以电子和信息技术在自动化生产中的应用为特点2,它发生在工业化放缓及技术进步加速发展的时代背景下。因此，由于机械力量减轻了对人类劳动力的需求，导致了第四次工业革命在第三次工业革命的基础上出现。第四次工业革命包括计算机生成的产品设计和三维(three-dimensional,3D)打印技术，即通过将工作材料连续堆积成层来制造物体3.3。这个时代以融合技术为特征，模糊了物理、数字和生物等领域的边界。这一变革的核心是在计算机辅助设计(computer-aided design,CAD)和随后的计算机辅助制造(computer-aided manufacturing,CAM)中发展起来的。随着CAD/CAM的发展，机器人手术(导航手术)也随之发展，从而形成了经口机器人手术(transoral robotic surgery,TORS)。随后，两者被应用于再生牙医学。这导致了生物打印和生物反应器领域的出现。本章包括这些新技术及其在口腔颌面外科中的应用的一般介绍。 CAD技术在牙科领域的应用已有近20年的历史l?。在口腔颌面外科领域，CAD可用于虚拟手术设计(virtual surgical planning,VSP)?-8及手术导板和夹板的设计-1]。CAD技术在牙科和医学教育中也有一个新的领域，称为“虚拟学习”(virtual-based learning,VBL)。随着CAD的发展，CAM技术也取得了显著的进步，并在牙科的不同领域得到了很好的整合。增材制造(additive manufacturing,AM)和减材制造(subtractive manufacturing,SM)是CAM系统的两个主要分支。这些技术有效应对了因颅面骨骼复杂的三维解剖而导致的外科重建和矫正中的诸多挑战12(图1-1)。 CAD系统是在第三次工业革命和医学计算机模型的进步的基础上产生的，它可以在设计和分析之前对物体进行建模。为了对物体进行建模，必须使用3D扫描仪或3D成像系统对物体进行拍照。如今，市面上已有许多用于3D建模、整形和成像的口内和口外扫描仪。除了3D建模，还需要额外的软件来操作3D对象。为了让软件能够操作被记录的物体，数据必须被转换成STL文件格式。在这种格式中，无论其颜色如何，对象都将被转化为在三维空间中的坐标点，从而提供对象的空间拓扑信息。此后，STL格式文件在软件中渲染以对其进行成型和评估。在口腔颌面外科领域，CAD也促使了VSP的出现，以及手术导板、夹板和植入物的设计。虚拟学习是另一种基于CAD技术的牙科教育新分支。 CAM系统是在第三次和第四次工业革命后产生的，它是软件和计算机控制的机械设备相结合的产物，不需要任何人工干预，旨在提供一个完全自动化的制造过程4。CAM包括两个子分支：AM和SM1。AM被定义为工作材料的可量化逐层沉积，以直接获得基于CAD的三维物体71。在这种情况下，CAD/CAM得益于灵活选择材料制造几何复杂的组件。AM,也称为3D打印，包括喷墨打印(inkjet printing)、立体光固化(stereolithogaphy,SLA)/数字光处理(digitallight procssing.DLP)、熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)和选择性激光烧结(sdlective laser sintering,SLS)/选择性激光熔融(selective laser melting,SLM)等技术。相反，材料去除和加工、钻孔和铣削实体块的受控过程被归类为减材制造(subtactivemamufacturing,SM)技术。随着CAD/CAM系统的发展，机器人手术也得到了发展。促进这些手术的实施是CAD/CAM技术与医学科学集成的众多目标之一。机器人手术或导航手术旨在采用微创方式进入不易进入的解剖区域，如口腔后部、口咽、喉部、下咽，甚至颅底1。与单纯的机器人手术相比，VSP联合机器人手术已被证明可以缩短手术时间并改善患者预后12。在TORS中，机器人被固定在口腔内，而外科医生在监视器上查看手术视野。这种方法可以通过为所有学生和住院医生提供更好的可视化的手术环境来达到教育目的。今天，医学已经从替代疗法向再生疗法发展。因此，组织工程产品得到了许多研究者和临床医生的关注。现代基于组织工程的方法通常采用干细胞、生长因子、支架和生物反应器的组合，旨在启动和支持宿主的再生能力叫。上述技术可用于制造这些产品。先进技术的使用使再生牙科领域取得了巨大的进步，生物打印和生物反应器是这一领域最重要的两个新技术应用。为了生产工程组织，必须对组织的微观和宏观环境进行研究和生物设计。这样做的目的是模仿体外的生理和机械组织条件3。生物反应器被用来在某种程度上模拟人体的生理和机械特性。生物反应器的设计有不同类型的系统，包括流体动力学剪切应力、直接机械应力和基于电磁场(electromagneticficld,EMF)的生物反应器P。生物打印是指增材制造(additive manufacturing.AM)技术。在此项技术中，支架是由细胞和生物相容性材料的混合物以逐层方式制造的，这种材料被形象地称为生物打印墨水。常用的生物打印技术分为挤出法、激光法和喷墨打印。在口腔颌面外科领域应用现代技术的所有领域将在以下章节中进一步讨论。CAD/CAM在口腔颌面外科领域的应用主要有骨重建手术、正颌手术、种植牙和经口机器人手术(图1-2)9-4。重建程序旨在恢复缺损区域的形态和功能。供体病变、供体组织有限、受体与供体组织特征不兼容、吸收不可预测，以及长期结果变化是传统重建方法的主要缺点网。因此，基于CAD/CAM的方法在克服这些缺点方面获得了越来越多的关注。在骨重建中，CAD/CAM可用于虚拟缺损设计，即VSP?.。CAD/CAM还可以用于原型制作或创建缺损模型，这涉及全面的缺损建模和术前可视化。值得注意的是，CAD/CAM可以在很大程度上有助于制造患者个性化植入物(patient-specific implants,PSI)区。在正颌手术中，CAD/CAM可以用于VSPI?。它还用于制造手术导向器，在时间维度上为手术轨迹的规划与实施带来了显著益处"。在牙种植领域，CAD/CAM也被用于制作手术导板叫。导航手术也是在种植医学中的应用之一。最后，在机器人手术中，经口机器人(腭裂)手术主要是在咽后部的软组织手术中进行的，如软腭。在口腔颌面外科的重建手术中，术前对肿瘤或缺损区域的完整性和三维形貌进行评估是重要步骤网。这允许医生以一种放松和悠闲的心态对病例进行深入而全面的分析。在原型制作中，所述缺陷模型或肿瘤模型可由多聚物组成，以模拟颌骨。这进一步有助于在肿瘤/缺损扩展细节等方面进行综合评估，不仅可以在术前进行，甚至可以在会见患者和查看二维X线片之前进行在原型或模型设计中，可以使用温度较低的可固化聚合物。例如，FDM系统非常适合于制造CAD模型“。因此，骨重建和骨移植中的CAD/CAM可以帮助制造患者特异度的骨种植体，并为原位骨再生保留受保护的愈合空间(图1-3)。一方面，骨种植可以实现骨轮席、功能性骨置换、功能性骨再生(fimctional bone regeneration,FBR)等功能。骨轮廓是指使用特定患者的产品来恢复骨的标准和解剖轮席。个性化产品植入具有非特异度咀嚼作用的区域，不易发生颌骨移动或功能或承重事件网。在骨塑形中需要假体，这意味着植入的物质将保持在原位。在该领域中主要使用诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物刚。在这种情况下，可以使用FDM打印机。高密度聚乙烯(high-density polycthylenes,HDPE),如聚四氟乙烯(polytetafluorocthylkne,PTFE)或聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK),用于制造骨塑形假体及下颌或脸颊假体。在应用这些材料时，需要使用增材制造的选择性激光烧结方法。另一方面，为了实现功能性骨替代，种植体必须恢复切除组织的功能行为，包括咀嚼和颌骨运动。在功能性骨置换中，切除的区域由假体替代，该假体不仅能发挥功能，而且还可以产生并切实承受咀嚼力。而对于功能性骨置换，应用的材料必须能够承受外力并提供适当的轮廓。目前，用于制造功能性骨置换假体的最常用材料是骨中的钛和脊柱区域中的钽1.94。在过去，不锈钢也曾被应用于制作骨假体，但由于金属腐蚀和大量术后并发症，导致螺钉松动和巨噬细胞引起的炎症反应，其应用目前已大大减少1风缩。在CAD/CAM中使用钛和钽是由于它们的高熔点，使它们可用于增材制造方法，如选择性激光熔融。在功能性骨再生中，制造三维支架。植入的支架倾向于诱导骨形成，以便利用宿主的再生能力来替换丢失的组织并恢复缺损区域的形态和功能。组织工程支架已被用于提供空间支持，旨在促进缺损部位的新骨形成。换言之，支架应该优先模拟细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的天然特性，包括天然骨组织ECM的矿物质和有机部分网。支架放置后会发生降解，6~18个月后用正常解剖特征的天然骨组织替换支架。在功能性骨再生中，需要在较低温度下形成与骨相似的材料。为了模拟电解加工，研究人员广泛采用天然材料与合成材料作为基材。明胶、胶原蛋白、壳聚糖和纤维蛋白等天然聚合物或水凝胶通常用于FDM法重建仿骨支架绸。以合成形式存在的有机支架通常包括甲基丙烯酸酯化明胶gdatin and methacrylate,GelMA)、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)和海藻酸盐的混合物，也主要通过FDM方法制备叫。骨样矿物组织主要由磷酸三钙(tricalcium phosphate,TCP)、羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)或聚合物沿着与TCP或HA的复合物组成。综上所述，CAD/CAM在骨重建手术中的另一类应用是通过保留一个受保护的愈合空间来实现原位骨再生。在CAD/CAM方法中，为了制作这个引导性或保护性的愈合空间，膜材料通常采用钛，而首选的方法是选择性激光熔融(SLM)?。以下章节将进一步讨论现代技术的各个应用领域，以及CADVCAM在口腔颌面外科领域的应用。

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