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近年來隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療三維成像技術(shù)的普及以及機(jī)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(diǎn)，機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用有了長(zhǎng)足的進(jìn)步并得到越來越多的關(guān)注。目前，已通過美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）認(rèn)證，被批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床的商業(yè)醫(yī)療機(jī)器人有3種，分別是：伊索（AESOP）機(jī)器人系統(tǒng)、宙斯（ZUES）機(jī)器人系統(tǒng)和達(dá)芬奇（Da Vinci）機(jī)器人系統(tǒng)，它們可以使手術(shù)的定位精度達(dá)到亞毫米級(jí)，已在消化、泌尿、心胸等外科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)前機(jī)器人在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也嶄露頭角，并取得了初步進(jìn)展，為未來口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域機(jī)器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。本文就機(jī)器人在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述。
1. 口腔修復(fù)學(xué)領(lǐng)域
精準(zhǔn)的牙體預(yù)備對(duì)口腔修復(fù)的遠(yuǎn)期效果有著重要的影響，但口腔操作空間狹小，人手的顫動(dòng)以及醫(yī)生的技術(shù)水平限制，往往使得預(yù)備后的牙體達(dá)不到理想的外形。為了解決這一問題，一些學(xué)者構(gòu)建了一種名為L(zhǎng)aser Bot的微型口內(nèi)牙體預(yù)備機(jī)器人，通過機(jī)器人精確控制激光進(jìn)行自動(dòng)化三維牙體切削。其主要由口內(nèi)工作端、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）備牙設(shè)計(jì)軟件、超短脈沖激光器、六自由度導(dǎo)光臂、牙定位器等構(gòu)成。
在離體牙和樹脂牙上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明：該機(jī)器人可代替人工進(jìn)行自動(dòng)牙體預(yù)備，精度能達(dá)到臨床要求。全口義齒制作中的排牙過程需要進(jìn)行許多精細(xì)的調(diào)整以獲得良好的 關(guān)系，人工操作起來不免費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且最終的效果直接受制于技師的技術(shù)水平，義齒排牙機(jī)器人為解決這一問題提供了思路。一些學(xué)者以CRS-450機(jī)器人為基礎(chǔ)構(gòu)建的用于全口義齒排牙的單操作機(jī)器人系統(tǒng)，可以通過手爪對(duì)人工牙進(jìn)行位置的精細(xì)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(jīng)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)虛擬預(yù)排牙，經(jīng)醫(yī)生再調(diào)整和修改后將排牙方案?jìng)鬏斀o機(jī)器人，便可開始全口義齒的排牙工作。后期，Zhang等又構(gòu)建了多操作機(jī)排牙機(jī)器人，由50個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并對(duì)其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，在其中整合了牙弓曲線發(fā)生器，從而進(jìn)一步提高了排牙的精度和效率。
2. 口腔正畸學(xué)領(lǐng)域
精確的弓絲彎制是固定矯治治療的關(guān)鍵技術(shù)，與傳統(tǒng)的手工彎制相比，利用機(jī)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(xué)者設(shè)計(jì)了一種具有兩手爪的弓絲彎制機(jī)器人，該機(jī)器人通過與Sure Smile系統(tǒng)配合使用，可以實(shí)現(xiàn)精確、自動(dòng)的弓絲彎制。還有一些學(xué)者搭建了一套由MotomanUP6機(jī)器人、弓絲彎制執(zhí)行器以及相關(guān)控制軟件組成的正畸弓絲彎制機(jī)器人系統(tǒng)，并對(duì)弓絲彎制過程、速度、角度和拐點(diǎn)選擇等進(jìn)行了優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)4種類型正畸弓絲的彎制。
有學(xué)者研制了用于精準(zhǔn)、快速?gòu)澲普z的機(jī)器人系統(tǒng)（LAMDA系統(tǒng)），該系統(tǒng)采用龍門式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其彎制精度和效率較高，設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低，但只能彎制平面曲。2013年，蔣濟(jì)雄構(gòu)建了以電機(jī)的3階S加減曲線控制方法進(jìn)行弓絲彎制的機(jī)器人，并對(duì)弓絲彎制過程中的成形控制點(diǎn)進(jìn)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(xué)領(lǐng)域
長(zhǎng)時(shí)間握持牙鉆進(jìn)行口內(nèi)治療，不免會(huì)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(jī)器人，實(shí)驗(yàn)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(shí)需要種類繁多的器械，這些器械不僅占用操作臺(tái)面空間，也會(huì)降低醫(yī)生對(duì)器械選擇的準(zhǔn)確性，使治療時(shí)間延長(zhǎng)。Nelson等研制了一種器械自動(dòng)傳遞機(jī)器人，它可執(zhí)行預(yù)先編排的指令，自動(dòng)選擇、傳遞所需治療器械，實(shí)驗(yàn)表明：這款機(jī)器人可減少4.4%的根管治療時(shí)間。
4. 口腔頜面外科學(xué)領(lǐng)域
4.1 正頜手術(shù)領(lǐng)域
口頜面部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、美觀要求高，因此，在進(jìn)行正頜整復(fù)術(shù)時(shí)，必須以最小的創(chuàng)傷完成精確的手術(shù)操作。Gui等將工業(yè)機(jī)械臂和手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成了一種用于正頜截骨術(shù)的機(jī)器人，其可按手術(shù)規(guī)劃自動(dòng)完成截骨操作，在模型上進(jìn)行的LeFort Ⅰ型截骨術(shù)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(fù)術(shù)常需要截取一些特殊形狀的骨質(zhì)，使用機(jī)械骨鋸很難做到外形既精準(zhǔn)又不多截骨。Burgner等搭建了一種以短脈沖CO2激光進(jìn)行截骨的機(jī)器人系統(tǒng)，并在豬下頜骨上成功進(jìn)行了特定形狀的體外截骨術(shù)，結(jié)果其總體偏差小于0.5 mm。
4.2 腭裂修復(fù)手術(shù)領(lǐng)域
近年來，使用機(jī)器人進(jìn)行腭裂修補(bǔ)術(shù)得到了一些學(xué)者的關(guān)注，并取得了初步的研究成果。2016年，Khan等使用Da Vinci手術(shù)機(jī)器人在兒童氣道模型上進(jìn)行了腭裂模擬修復(fù)手術(shù)后，又在尸體上進(jìn)行了機(jī)器人全程輔助的海因斯咽成形術(shù)，結(jié)果顯示：與傳統(tǒng)人工手術(shù)相比，經(jīng)口的機(jī)器人腭裂修復(fù)術(shù)可以在降低對(duì)患者的潛在二次傷害的同時(shí)，提高手術(shù)效率。Nadjmi先在尸體上對(duì)使用Da Vinci手術(shù)機(jī)器人進(jìn)行腭裂修復(fù)術(shù)的可行性和人機(jī)（患者和機(jī)器人）最佳手術(shù)位姿進(jìn)行了研究，而后他們使用該機(jī)器人完成了10例腭裂修復(fù)術(shù)的臨床應(yīng)用，術(shù)中、術(shù)后均未發(fā)生并發(fā)癥，住院日比傳統(tǒng)手術(shù)平均縮短1.4 d，而手術(shù)時(shí)間平均延長(zhǎng)35 min。
Nadjmi認(rèn)為：經(jīng)口機(jī)器人腭裂修復(fù)手術(shù)可減少對(duì)腭部肌肉的血管、神經(jīng)和黏膜的損傷，提高腭裂患者腭部功能以及術(shù)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(shù)精度、易化口內(nèi)縫合、增強(qiáng)手術(shù)安全性，相比較傳統(tǒng)術(shù)式術(shù)者的非自然姿式，機(jī)器人手術(shù)更符合人體工效學(xué)。
4.3 頭頸腫瘤手術(shù)領(lǐng)域
在傳統(tǒng)頭頸腫瘤切除術(shù)中，為了視野的需要，往往手術(shù)切口較大，這不僅嚴(yán)重影響患者面容，甚至?xí)?duì)其造成心理負(fù)擔(dān)。手術(shù)機(jī)器人可通過小切口到達(dá)體內(nèi)，切除病灶，從而將對(duì)美觀的影響降至最小。2011年，Kayhan等進(jìn)行了DaVinci手術(shù)機(jī)器人輔助的舌根部腺樣囊性癌切除術(shù)，術(shù)中采用經(jīng)口入路，避免了傳統(tǒng)手術(shù)的氣管造口、皮膚切口或下頜骨劈開等，縮短了患者術(shù)后恢復(fù)的時(shí)間，極大地減少了對(duì)患者面容的影響，提高了其術(shù)后生活質(zhì)量。在切除咽旁間隙腫瘤方面，機(jī)器人經(jīng)口入路手術(shù)，可以避免傳統(tǒng)頸部入路手術(shù)造成的術(shù)后頸部瘢痕。因此，近年來Da Vinci手術(shù)機(jī)器人也被較多地應(yīng)用于咽旁間隙腫瘤的手術(shù)治療中，見于文獻(xiàn)的有多形性腺瘤、脂肪瘤和神經(jīng)鞘瘤等。但是由于機(jī)器人缺乏力反饋系統(tǒng)，導(dǎo)致術(shù)中很容易造成腫瘤包膜的破裂，因此，必要時(shí)還需術(shù)者手工鈍性剝離。
另外，機(jī)器人還被應(yīng)用于頸淋巴結(jié)清掃手術(shù)，Lee等使用Da Vinci機(jī)器人進(jìn)行了10例N0期的口腔鱗狀細(xì)胞癌的肩胛舌骨上頸淋巴結(jié)清掃術(shù)，同對(duì)照組傳統(tǒng)人工術(shù)式相比，機(jī)器人手術(shù)切口較小且隱藏在耳后發(fā)際中，因此，其術(shù)后美觀滿意度明顯高于傳統(tǒng)術(shù)式，但平均用時(shí)卻是后者的2倍，其余在引流管置留時(shí)間、住院天數(shù)、淋巴結(jié)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(shù)領(lǐng)域
為了進(jìn)一步提高口腔種植手術(shù)的安全性、精準(zhǔn)性以及定量研究種植義齒修復(fù)的相關(guān)力學(xué)理論，近年來，機(jī)器人也在口腔種植領(lǐng)域有了較多的應(yīng)用，并取得了一些初步成果，現(xiàn)總結(jié)如下。Boesecke等構(gòu)建了一種在口腔種植手術(shù)中輔助術(shù)者進(jìn)行種植鉆孔操作的機(jī)器人系統(tǒng)。其機(jī)械臂末端的鉆孔導(dǎo)向裝置可以指導(dǎo)術(shù)者快速準(zhǔn)確的按術(shù)前規(guī)劃的位點(diǎn)、角度和深度在患者頜骨上預(yù)備出種植孔。該系統(tǒng)中還整合有碰撞監(jiān)測(cè)報(bào)警單元，以提高手術(shù)的安全性。
一些學(xué)者基于德國(guó)St?ubliTec-Systems公司的6自由度RX60機(jī)器人構(gòu)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(duì)植入時(shí)的扭矩和初期穩(wěn)定性的影響的口腔種植機(jī)器人系統(tǒng)，其由機(jī)械臂、角度傳感器、扭力/扭矩傳感器等組成，可以測(cè)量分析種植過程中的力學(xué)變化。結(jié)果顯示：植入角度在60°～70°時(shí)，植入扭矩最大；植入扭矩過大，會(huì)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(huì)導(dǎo)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(jī)器人構(gòu)建了一套圖像引導(dǎo)的口腔種植機(jī)器人系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括術(shù)前規(guī)劃軟件、機(jī)械臂和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，術(shù)前在患者3D圖像上完成手術(shù)規(guī)劃，術(shù)中通過坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以兩步坐標(biāo)配準(zhǔn)法達(dá)成空間坐標(biāo)映射轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人按規(guī)劃方案，自動(dòng)完成植入孔預(yù)備。體外實(shí)驗(yàn)表明：整個(gè)系統(tǒng)的手術(shù)誤差為（1.42±0.70）mm。2014年，Syed等構(gòu)建了一套基于力反饋技術(shù)操作的口腔種植機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括手術(shù)方案規(guī)劃軟件、Omaga 6型力反饋儀、手術(shù)機(jī)器人和紅外光學(xué)導(dǎo)航儀。完成術(shù)前準(zhǔn)備，建立空間映射及力反饋裝置和機(jī)器人的關(guān)聯(lián)后，便可通過力反饋儀來遙控操作機(jī)械手進(jìn)行手術(shù)操作。
2016年，趙銥民教授的團(tuán)隊(duì)從臨床應(yīng)用出發(fā)，以丹麥UR型機(jī)器人為平臺(tái)，開發(fā)了一套高度自動(dòng)化的口腔種植機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)由手術(shù)方案規(guī)劃系統(tǒng)、機(jī)械臂、應(yīng)力傳感器、末端手術(shù)執(zhí)行器、可見光導(dǎo)航系統(tǒng)等組成。目前，已完成了原型機(jī)的制作，并開展了體外實(shí)驗(yàn)，結(jié)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(jié)和展望
醫(yī)療機(jī)器人具有操作精確、穩(wěn)定性高以及智能化、標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，將其引入口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，勢(shì)必會(huì)促使現(xiàn)代口腔診療活動(dòng)向著精準(zhǔn)化、定量化、高效化的方向發(fā)展，因此，口腔醫(yī)學(xué)機(jī)器人已成為醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
除上文所述外，見于文獻(xiàn)的還有分析咀嚼運(yùn)動(dòng)中牙齒受力機(jī)器人、口腔教學(xué)機(jī)器人以及模擬下頜運(yùn)動(dòng)機(jī)器人等，可見口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的機(jī)器人研究已經(jīng)取得了較大的進(jìn)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(jī)器人只是輔助醫(yī)生進(jìn)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(jìn)行某一方面或某一步驟的操作，無法應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的口腔疾??；3）其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，人機(jī)交互性能不甚友好。但隨著人工智能技術(shù)、納米機(jī)器人技術(shù)和機(jī)器人控制理論的不斷發(fā)展完善，未來這些問題將會(huì)迎刃而解，從而使機(jī)器人在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用，為口腔醫(yī)學(xué)新一輪的技術(shù)變革增添活力。
