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近年來隨著先進制造技術的發(fā)展，醫(yī)療三維成像技術的普及以及機器人與生俱來的高精確性、高工作效率、高穩(wěn)定性等優(yōu)點，機器人在醫(yī)療領域的應用有了長足的進步并得到越來越多的關注。目前，已通過美國食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認證，被批準應用于臨床的商業(yè)醫(yī)療機器人有3種，分別是：伊索（AESOP）機器人系統(tǒng)、宙斯（ZUES）機器人系統(tǒng)和達芬奇（Da Vinci）機器人系統(tǒng)，它們可以使手術的定位精度達到亞毫米級，已在消化、泌尿、心胸等外科領域得到廣泛應用。當前機器人在口腔醫(yī)學領域也嶄露頭角，并取得了初步進展，為未來口腔醫(yī)學領域機器人的發(fā)展奠定了基礎。本文就機器人在口腔醫(yī)學領域的研究及應用現(xiàn)狀作一綜述。
1. 口腔修復學領域
精準的牙體預備對口腔修復的遠期效果有著重要的影響，但口腔操作空間狹小，人手的顫動以及醫(yī)生的技術水平限制，往往使得預備后的牙體達不到理想的外形。為了解決這一問題，一些學者構建了一種名為Laser Bot的微型口內牙體預備機器人，通過機器人精確控制激光進行自動化三維牙體切削。其主要由口內工作端、計算機輔助設計和計算機輔助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）備牙設計軟件、超短脈沖激光器、六自由度導光臂、牙定位器等構成。
在離體牙和樹脂牙上進行的實驗表明：該機器人可代替人工進行自動牙體預備，精度能達到臨床要求。全口義齒制作中的排牙過程需要進行許多精細的調整以獲得良好的 關系，人工操作起來不免費時、費力，而且最終的效果直接受制于技師的技術水平，義齒排牙機器人為解決這一問題提供了思路。一些學者以CRS-450機器人為基礎構建的用于全口義齒排牙的單操作機器人系統(tǒng)，可以通過手爪對人工牙進行位置的精細調整，從而實現(xiàn)準確排牙。該系統(tǒng)的排牙軟件可3D顯示牙弓、曲線和牙列，其中集成的專家排牙經驗，可實現(xiàn)自動虛擬預排牙，經醫(yī)生再調整和修改后將排牙方案傳輸給機器人，便可開始全口義齒的排牙工作。后期，Zhang等又構建了多操作機排牙機器人，由50個步進電機驅動，并對其相關技術進行了深入研究，在其中整合了牙弓曲線發(fā)生器，從而進一步提高了排牙的精度和效率。
2. 口腔正畸學領域
精確的弓絲彎制是固定矯治治療的關鍵技術，與傳統(tǒng)的手工彎制相比，利用機器人的位置精確控制能力彎制弓絲，具有更高的精度和效率。一些學者設計了一種具有兩手爪的弓絲彎制機器人，該機器人通過與Sure Smile系統(tǒng)配合使用，可以實現(xiàn)精確、自動的弓絲彎制。還有一些學者搭建了一套由MotomanUP6機器人、弓絲彎制執(zhí)行器以及相關控制軟件組成的正畸弓絲彎制機器人系統(tǒng)，并對弓絲彎制過程、速度、角度和拐點選擇等進行了優(yōu)化，最終實現(xiàn)了對4種類型正畸弓絲的彎制。
有學者研制了用于精準、快速彎制正畸弓絲的機器人系統(tǒng)（LAMDA系統(tǒng)），該系統(tǒng)采用龍門式設計結構，其彎制精度和效率較高，設備造價相對較低，但只能彎制平面曲。2013年，蔣濟雄構建了以電機的3階S加減曲線控制方法進行弓絲彎制的機器人，并對弓絲彎制過程中的成形控制點進行了深入研究，其弓絲成形精度為4.6%~10.5%。
3. 牙體牙髓病學領域
長時間握持牙鉆進行口內治療，不免會因醫(yī)生疲勞及手部震顫而引起備洞精度下降，甚至引起不必要的損傷。Ortiz Simon等研發(fā)了一種可以協(xié)助醫(yī)生握持牙鉆的機器人，實驗證明：其可有效過濾震顫，協(xié)助醫(yī)生精確、平穩(wěn)地操作牙鉆制備齲洞，從而降低醫(yī)源性傷害。根管治療時需要種類繁多的器械，這些器械不僅占用操作臺面空間，也會降低醫(yī)生對器械選擇的準確性，使治療時間延長。Nelson等研制了一種器械自動傳遞機器人，它可執(zhí)行預先編排的指令，自動選擇、傳遞所需治療器械，實驗表明：這款機器人可減少4.4%的根管治療時間。
4. 口腔頜面外科學領域
4.1 正頜手術領域
口頜面部解剖結構復雜、美觀要求高，因此，在進行正頜整復術時，必須以最小的創(chuàng)傷完成精確的手術操作。Gui等將工業(yè)機械臂和手術導航系統(tǒng)進行整合，形成了一種用于正頜截骨術的機器人，其可按手術規(guī)劃自動完成截骨操作，在模型上進行的LeFort Ⅰ型截骨術顯示：其定位偏差小于2 mm，角度偏差小于5°。由于顱頜面骨解剖外形不規(guī)則，正頜整復術常需要截取一些特殊形狀的骨質，使用機械骨鋸很難做到外形既精準又不多截骨。Burgner等搭建了一種以短脈沖CO2激光進行截骨的機器人系統(tǒng)，并在豬下頜骨上成功進行了特定形狀的體外截骨術，結果其總體偏差小于0.5 mm。
4.2 腭裂修復手術領域
近年來，使用機器人進行腭裂修補術得到了一些學者的關注，并取得了初步的研究成果。2016年，Khan等使用Da Vinci手術機器人在兒童氣道模型上進行了腭裂模擬修復手術后，又在尸體上進行了機器人全程輔助的海因斯咽成形術，結果顯示：與傳統(tǒng)人工手術相比，經口的機器人腭裂修復術可以在降低對患者的潛在二次傷害的同時，提高手術效率。Nadjmi先在尸體上對使用Da Vinci手術機器人進行腭裂修復術的可行性和人機（患者和機器人）最佳手術位姿進行了研究，而后他們使用該機器人完成了10例腭裂修復術的臨床應用，術中、術后均未發(fā)生并發(fā)癥，住院日比傳統(tǒng)手術平均縮短1.4 d，而手術時間平均延長35 min。
Nadjmi認為：經口機器人腭裂修復手術可減少對腭部肌肉的血管、神經和黏膜的損傷，提高腭裂患者腭部功能以及術后咽鼓管的功能；另外，高分辨率的3D影像可以提供出色的立體深度感知，從而提高手術精度、易化口內縫合、增強手術安全性，相比較傳統(tǒng)術式術者的非自然姿式，機器人手術更符合人體工效學。
4.3 頭頸腫瘤手術領域
在傳統(tǒng)頭頸腫瘤切除術中，為了視野的需要，往往手術切口較大，這不僅嚴重影響患者面容，甚至會對其造成心理負擔。手術機器人可通過小切口到達體內，切除病灶，從而將對美觀的影響降至最小。2011年，Kayhan等進行了DaVinci手術機器人輔助的舌根部腺樣囊性癌切除術，術中采用經口入路，避免了傳統(tǒng)手術的氣管造口、皮膚切口或下頜骨劈開等，縮短了患者術后恢復的時間，極大地減少了對患者面容的影響，提高了其術后生活質量。在切除咽旁間隙腫瘤方面，機器人經口入路手術，可以避免傳統(tǒng)頸部入路手術造成的術后頸部瘢痕。因此，近年來Da Vinci手術機器人也被較多地應用于咽旁間隙腫瘤的手術治療中，見于文獻的有多形性腺瘤、脂肪瘤和神經鞘瘤等。但是由于機器人缺乏力反饋系統(tǒng)，導致術中很容易造成腫瘤包膜的破裂，因此，必要時還需術者手工鈍性剝離。
另外，機器人還被應用于頸淋巴結清掃手術，Lee等使用Da Vinci機器人進行了10例N0期的口腔鱗狀細胞癌的肩胛舌骨上頸淋巴結清掃術，同對照組傳統(tǒng)人工術式相比，機器人手術切口較小且隱藏在耳后發(fā)際中，因此，其術后美觀滿意度明顯高于傳統(tǒng)術式，但平均用時卻是后者的2倍，其余在引流管置留時間、住院天數(shù)、淋巴結數(shù)目分檢、并發(fā)癥等方面兩者無明顯差別。
4.4 口腔種植手術領域
為了進一步提高口腔種植手術的安全性、精準性以及定量研究種植義齒修復的相關力學理論，近年來，機器人也在口腔種植領域有了較多的應用，并取得了一些初步成果，現(xiàn)總結如下。Boesecke等構建了一種在口腔種植手術中輔助術者進行種植鉆孔操作的機器人系統(tǒng)。其機械臂末端的鉆孔導向裝置可以指導術者快速準確的按術前規(guī)劃的位點、角度和深度在患者頜骨上預備出種植孔。該系統(tǒng)中還整合有碰撞監(jiān)測報警單元，以提高手術的安全性。
一些學者基于德國St?ubliTec-Systems公司的6自由度RX60機器人構建了一種用于研究種植體植入角度、深度以及種植窩洞尺寸、不同直徑種植體，對植入時的扭矩和初期穩(wěn)定性的影響的口腔種植機器人系統(tǒng)，其由機械臂、角度傳感器、扭力/扭矩傳感器等組成，可以測量分析種植過程中的力學變化。結果顯示：植入角度在60°～70°時，植入扭矩最大；植入扭矩過大，會增加義齒種植失敗的概率；種植體植入越深，植入扭矩越大；植入孔直徑過大會導致植入扭矩和種植體穩(wěn)定性降低。2011年，Sun等采用MELFA RV-3S機器人構建了一套圖像引導的口腔種植機器人系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括術前規(guī)劃軟件、機械臂和坐標測量機，術前在患者3D圖像上完成手術規(guī)劃，術中通過坐標測量機以兩步坐標配準法達成空間坐標映射轉換，最終實現(xiàn)了機器人按規(guī)劃方案，自動完成植入孔預備。體外實驗表明：整個系統(tǒng)的手術誤差為（1.42±0.70）mm。2014年，Syed等構建了一套基于力反饋技術操作的口腔種植機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括手術方案規(guī)劃軟件、Omaga 6型力反饋儀、手術機器人和紅外光學導航儀。完成術前準備，建立空間映射及力反饋裝置和機器人的關聯(lián)后，便可通過力反饋儀來遙控操作機械手進行手術操作。
2016年，趙銥民教授的團隊從臨床應用出發(fā)，以丹麥UR型機器人為平臺，開發(fā)了一套高度自動化的口腔種植機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)由手術方案規(guī)劃系統(tǒng)、機械臂、應力傳感器、末端手術執(zhí)行器、可見光導航系統(tǒng)等組成。目前，已完成了原型機的制作，并開展了體外實驗，結果顯示：用其制備的種植孔肩部偏差為±0.6 mm，頂部偏差為±1 mm，角度偏差為±2°，可滿足臨床需求。
5. 小結和展望
醫(yī)療機器人具有操作精確、穩(wěn)定性高以及智能化、標準化等優(yōu)點，將其引入口腔醫(yī)學領域，勢必會促使現(xiàn)代口腔診療活動向著精準化、定量化、高效化的方向發(fā)展，因此，口腔醫(yī)學機器人已成為醫(yī)療機器人領域的研究熱點。
除上文所述外，見于文獻的還有分析咀嚼運動中牙齒受力機器人、口腔教學機器人以及模擬下頜運動機器人等，可見口腔醫(yī)學領域的機器人研究已經取得了較大的進展，但是還不夠完善，主要表現(xiàn)有：1）其智能化水平普遍不高，尤其是口腔診療類機器人只是輔助醫(yī)生進行操作，而無法徹底將醫(yī)生從繁重的臨床工作中解放出來；2）其功能單一，只能進行某一方面或某一步驟的操作，無法應對復雜多變的口腔疾病；3）其結構復雜，體積較大，人機交互性能不甚友好。但隨著人工智能技術、納米機器人技術和機器人控制理論的不斷發(fā)展完善，未來這些問題將會迎刃而解，從而使機器人在口腔醫(yī)學領域得到更為廣泛的應用，為口腔醫(yī)學新一輪的技術變革增添活力。
