【解析】3D打印技術(shù)在口頜面治療中的應(yīng)用進(jìn)展

3D打印可直接,、精確,、自動(dòng)、快速地將設(shè)計(jì)的虛擬物打印成為具有一定功能的原型或制造零件,。3D打印技術(shù)避免了傳統(tǒng)工藝在利用去除法成型過程中出現(xiàn)的材料浪費(fèi)問題,，可節(jié)約成本。另外,，數(shù)字化的打印制造過程,，可提高產(chǎn)品的精確性。研究表明經(jīng)3D打印出來的產(chǎn)品，其精度可控制在與原物體的±200μm左右,。充分將3D打印的以上優(yōu)點(diǎn)運(yùn)用于口腔臨床操作,，可真正實(shí)現(xiàn)口腔個(gè)性化制作服務(wù)。

3D打印技術(shù)在口腔醫(yī)療中的應(yīng)用現(xiàn)狀
3D打印技術(shù)原則上可制造出任何形狀的物體,。在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，可利用CT、MRI或激光掃描等獲取組織器官的圖像數(shù)據(jù),，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖形軟件處理,，利用數(shù)字建模軟件設(shè)計(jì)并重建數(shù)字化三維模型，再經(jīng)過3D打印機(jī)就能制造出組織或器官的模型,。利用這項(xiàng)技術(shù)可輔助臨床診斷,、幫助確定復(fù)雜手術(shù)方案、制作個(gè)性化贗復(fù)體,、醫(yī)學(xué)教學(xué)等,。將3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔頜面的治療，突破了傳統(tǒng)制作工藝繁鎖,、費(fèi)時(shí),、費(fèi)人力、費(fèi)材料的弊端,，給口頜面疾病的患者帶來了福音,。3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔頜面疾病的治療過程，在我國(guó)正處于起步發(fā)展階段,。

1.在口腔頜面外科的應(yīng)用
3D打印可輔助口腔頜面部手術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)施,，并可將3D打印產(chǎn)品運(yùn)用于頜面部缺損處。在實(shí)施手術(shù)前先運(yùn)用CT掃描顱面部獲取圖像數(shù)據(jù),，在CT數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)重建連續(xù)分層影像,。選定一個(gè)可明確區(qū)分骨組織和軟組織的范圍值,，轉(zhuǎn)換成STL格式后在快速成型系統(tǒng)上重建三維模型,，通過此模型配合3D打印出成品手術(shù)導(dǎo)板，手術(shù)固定裝置,，或者術(shù)后頜面部缺損修復(fù)體等可達(dá)到優(yōu)化術(shù)前手術(shù)計(jì)劃,，進(jìn)行更加精確的手術(shù)操作，減少手術(shù)時(shí)間和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),，同時(shí)有利醫(yī)生和患者間交流,，使患者更了解手術(shù)目的和局限性，并且這項(xiàng)技術(shù)若實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的生物打印,，再生器官組織,，這對(duì)于對(duì)惡性腫瘤造成的頜面部缺損患者來說是具有極大意義的。

Ciocca等利用3D打印技術(shù)打印修復(fù)成功下頜骨缺損病例一例，主要利用3D打印技術(shù)打印出缺損下頜骨模型,，便于更直觀的設(shè)計(jì)手術(shù)方案,，指導(dǎo)定位下頜骨切除部位及指導(dǎo)截取腓骨瓣的部位，最終成功修復(fù)缺損下頜骨,。屈振宇等選用了32例下頜發(fā)育不良病例,，利用3D打印輔助進(jìn)行雙側(cè)下頜升支矢狀劈開接骨術(shù)，術(shù)前利用計(jì)算機(jī)掃描技術(shù)獲得三維數(shù)據(jù)模型,，利用3D打印技術(shù)制作下頜骨升支內(nèi)側(cè)水平骨切口的截骨導(dǎo)板,，其中部分手術(shù)由年輕主治醫(yī)師使用或不使用截骨導(dǎo)板來完成，并記錄各位醫(yī)師完成手術(shù)花費(fèi)的時(shí)間,，術(shù)后復(fù)查CBCT評(píng)估療效,。發(fā)現(xiàn)其中主治醫(yī)師不使用導(dǎo)板組的手術(shù)用時(shí)明顯高于使用導(dǎo)板組，從而可看出利用3D打印的技術(shù)可提高手術(shù)的效率,，減少手術(shù)時(shí)間,。

2.在口腔修復(fù)的應(yīng)用
3D打印技術(shù)在修復(fù)領(lǐng)域是運(yùn)用最多的。將打印技術(shù)用于樁核,、冠橋的制作：Sun等對(duì)預(yù)備后的牙體,、樁道的內(nèi)表面進(jìn)行掃描，并獲得三維數(shù)據(jù)后,，根據(jù)對(duì)側(cè)同名牙和鄰牙的外形,，并參照美學(xué)和功能的要求，利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)出修復(fù)方案,，然后使用3D打印機(jī)利用金屬材料或全瓷材料來制作冠橋或樁核,。通過這種方法可以使完全依賴經(jīng)驗(yàn)獲得最終修復(fù)體的缺陷得以改善。配合反求工程及3D堆積成型技術(shù)制作樁核的研究顯示,，常規(guī)制作的樁核和3D打印制作的樁核邊緣差異分別為47.99±9.26μm和45.95±8.09μm,，二者比較無顯著性差異，P>0.05,。

常規(guī)制作樁核和3D打印制作的樁核組織面與代型之間間隙,，在根管口處，分別為104.31±14.14μm和79.33±9.69μm,，二者比較有顯著性差異,，P<0.01；在根管中部,，分別為83.91±12.86μm和80.68±10.74μm,，二者比較無顯著性差異，P>0.05,；在根管底部,，分別為108.51±13.61μm和82.05±11.46μm,，二者比較有顯著性差異，P<0.01,。因此,，3D打印技術(shù)制作個(gè)體化樁核優(yōu)于臨床常規(guī)鑄造樁核，有良好的適應(yīng)性,。陳光霞等通過傳統(tǒng)方法取模并制作模型,，經(jīng)過計(jì)算機(jī)掃描系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)后，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并采用3D打印技術(shù)打印出了個(gè)性化可摘局部義齒支架,。

通過精確測(cè)量分析后得出該打印成品的尺寸精度可達(dá)到±0.172mm,。表面粗糙度可達(dá)到±4.11-12.02μm。通過這種方法簡(jiǎn)化了工序,，且縮短了制作時(shí)間,，節(jié)約生產(chǎn)材料，同時(shí)提高了生產(chǎn)精度,。因此,，利用3D打印技術(shù)制作可摘局部義齒支架是臨床的必然趨勢(shì)。王曉波等用純鈦粉,、LRF-855激光快速成型系統(tǒng)及UG-NX2三維設(shè)計(jì)軟件已設(shè)計(jì)制作出純鈦全冠,。利用牙體缺損的數(shù)據(jù)，根據(jù)一般全冠修復(fù)的要求,，利用LRF-855激光快速成型系統(tǒng)及UG-NX2三維設(shè)計(jì)軟件來完成3D打印純鈦全冠,。

由于光固化立體成型是一種層層疊加增材制造技術(shù)，因此最終的成品幾何性能受到每一層熔覆寬度和高度的影響,，從而影響打印精度,，因此打印時(shí)要設(shè)置好機(jī)器的參數(shù)。由于打印過程中采用的CO2激光發(fā)生器功率問題,，使得打印過程中的單道寬度在1.3mm,，單層高度在0.28mm左右，此參數(shù)不能滿足修復(fù)體制作要求,，實(shí)驗(yàn)最終得到的純鈦冠的高度及寬度要大于實(shí)際設(shè)計(jì)要求的數(shù)值,。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明在3D打印過程中，還存在著很多的不足,，主要涉及打印設(shè)備,，打印設(shè)計(jì)的問題,，所以將3D打印技術(shù)應(yīng)用在臨床,，還有較多的難處需克服。

佟岱等利用上頜骨缺損患者12例,，采集患者缺損區(qū)的三維數(shù)據(jù),，經(jīng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件處理后,，得到修復(fù)方案，利用3D打印技術(shù)得到缺損部位的樹脂模型,，接著利用得到的樹脂模型制作個(gè)性化阻塞器,，然后用磁件附著體連接可摘局部義齒和個(gè)性化的阻塞器。分析這12個(gè)病例的結(jié)果得出結(jié)論：由于阻塞器和可摘局部義齒是分次戴入患者的口內(nèi)的,，兩者就位情況,、固位、穩(wěn)定等臨床效果均較好,，說明利用3D打印技術(shù)技術(shù)制取上頜骨缺損部位的模型是一種可行的方法,；另外，這個(gè)過程結(jié)合了傳統(tǒng)制作過程和新型3D打印技術(shù),，使得制作贗復(fù)體的過程簡(jiǎn)化,，且在獲得同樣性能或更高性能前提下，可節(jié)約金屬材料,，過去由于減材制造過程中產(chǎn)生大量難以再利用的廢屑,，3D打印可提高利用率至60-95％，完成高性能低投入成形修復(fù),。利用掃描儀掃描超硬石膏模型,，得到三維數(shù)據(jù)，使用CAD軟件進(jìn)行全口義齒的基托設(shè)計(jì)：包括填倒凹,，網(wǎng)狀支架,，基托的伸展范圍，組織終止線,，組織終止點(diǎn),，支撐桿，將三維數(shù)據(jù)輸送入義齒修復(fù)體打印機(jī)進(jìn)行打印,，完成全口上頜基托蠟型的制作,。

3.在種植修復(fù)中的應(yīng)用
3D打印技術(shù)通過獲取的缺牙區(qū)的三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)骨支持,、黏膜支持以及牙支持三種水平的種植手術(shù)術(shù)中導(dǎo)板,，使得種植體的植入更為精確。Hakan等做的一項(xiàng)臨床試驗(yàn)證明,，雖然應(yīng)用黏膜支持導(dǎo)板技術(shù)可給醫(yī)師帶來操作上的便利及給患者減去手術(shù)過程帶來的痛苦,，但是由于術(shù)程視野受到影響，所以Hakan等通過CAD軟件和Aytasarim系統(tǒng)軟件最終得出結(jié)論,，通過黏膜支持導(dǎo)板植入的種植體在牙冠部的偏差與設(shè)計(jì)的理想位置有平均1.12mm的差距,，在根尖部的偏差與設(shè)計(jì)的理想位置有平均1.21mm的差距，在垂直方向的偏差與設(shè)計(jì)的理想位置有平均1.42mm的差距,，種植體與理性的位置重疊后越能產(chǎn)生平均約為4.71度的偏差,，這些偏差可能最終導(dǎo)致種植手術(shù)的失敗,，并最終得出結(jié)論，黏膜支持導(dǎo)板技術(shù)需要進(jìn)一步的理論及技術(shù)支持,。

此外,，利用3D打印技術(shù)還可制作除了成品種植體之外的個(gè)性化的種植體，通過CT,、MRI掃描或激光數(shù)字化掃描,，運(yùn)用3D打印技術(shù)可加工出多種價(jià)格合理、更加精確,、適合患者個(gè)性化頜骨解剖情況的種植體,，這項(xiàng)技術(shù)若成熟應(yīng)用后可大大減小手術(shù)難度，并可縮短手術(shù)的時(shí)間,。

4.正畸治療中的應(yīng)用
目前研究較熱門的是利用3D打印制作隱形矯治器,，通過3D打印獲得更高精度的透明塑料矯治器，這不僅擺脫了傳統(tǒng)治療過程中的更換矯正弓絲的繁瑣步驟,，且實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并制作矯治器的過程,，使正畸治療更方便高效；通過錐形束CT（CBCT）掃描儀和牙頜模型掃描儀獲得牙齒數(shù)據(jù),，在CAD軟件上設(shè)計(jì)個(gè)性化舌側(cè)托槽,，然后采用SLM技術(shù)打印與患者牙齒的舌側(cè)面精密吻合的舌側(cè)托槽，再通過轉(zhuǎn)換托盤直接將托槽粘接在預(yù)先設(shè)計(jì)的位置上,，該技術(shù)可以消除傳統(tǒng)舌側(cè)托槽需要依賴粘接劑厚度補(bǔ)償?shù)谋锥恕?br />

在正畸治療的過程中,，模型的制作、制取,、保存起著診斷及治療的關(guān)鍵作用,，但在正畸治療過程中，由于患者口內(nèi)帶有矯治器,，所以使用傳統(tǒng)的模型制取技術(shù)得到的石膏模型精度很難達(dá)到要求,，以3D打印為基礎(chǔ)的數(shù)字模型能很好的解決這個(gè)難題，結(jié)合3D打印技術(shù)打印出的實(shí)體模型精確度可達(dá)到很高的水平,，Joshua等通過對(duì)10例二類錯(cuò)頜畸形患者模型進(jìn)行3D打印出模型并對(duì)比其與普通石膏模型之間的精確度發(fā)現(xiàn),，3D打印模型因其可操作性、價(jià)格,、精確度可取代傳統(tǒng)石膏模型在正畸治療中的應(yīng)用,，其精確度和傳統(tǒng)模型之間的差異小于0.5mm。另外,，在治療OSHAS（阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征）患者過程中結(jié)合3D打印技術(shù),，利用三維頭模設(shè)計(jì)可模擬牽引成骨術(shù)中截骨的位置及牽引器的安放，避免了重要解剖結(jié)構(gòu)的損傷,；若配合應(yīng)用3D打印的個(gè)體化模板引導(dǎo),，則可以提高下頜骨牽引成骨術(shù)截骨及牽引器安放的精確性,，縮短手術(shù)時(shí)間,，降低手術(shù)難度及風(fēng)險(xiǎn),。

5.在牙體牙髓病、牙周病治療中的應(yīng)用
3D打印技術(shù)在牙體牙髓病,、牙周病治療過程中的價(jià)值現(xiàn)階段并不能直接體現(xiàn),，可通過三維影像重建根管系統(tǒng)的形態(tài)，并運(yùn)用3D打印技術(shù)將重建的模型實(shí)體化,，模擬根管治療,，指導(dǎo)臨床操作，并可應(yīng)用于牙體牙髓治療的教學(xué),。另外,，利用3D打印技術(shù)可打印出承載具有引導(dǎo)牙周組織再生的材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)牙周組織再生,，但由于技術(shù)3D打印技術(shù)和牙周再生技術(shù)當(dāng)前階段均未完全成熟,，現(xiàn)階段這一技術(shù)仍處于研究階段。

將3D打印應(yīng)用于口腔頜面治療的制作過程,，主要涉及三個(gè)重要環(huán)節(jié)：打印設(shè)備,、數(shù)字建模設(shè)計(jì)軟件及打印材料。目前,，打印設(shè)備,、設(shè)計(jì)軟件技術(shù)已經(jīng)基本具有可行性，打印材料由于制備困難,，且國(guó)內(nèi)大部分應(yīng)用于打印的材料都依賴進(jìn)口,，所以材料創(chuàng)新是降低3D打印難度、實(shí)現(xiàn)3D打印的關(guān)鍵技術(shù),。如果能克服材料問題對(duì)3D打印的挑戰(zhàn),，能促進(jìn)3D打印成功的速度。材料的改革將給3D打印帶來大的突破與進(jìn)展,，如將硅和氧化鋅摻雜在的利用3D打印成型的磷酸三鈣生物工程支架的打印粉末中,，可增加其機(jī)械強(qiáng)度，并可促進(jìn)支架的促進(jìn)骨組織再生能力,。

將生物細(xì)胞融入3D打印材料,，利用人牙髓細(xì)胞共混物三維生物來打印的技術(shù)，為三維生物打印技術(shù)應(yīng)用于牙再生奠基礎(chǔ),，同時(shí),，可為直接打印人體組織器官提供進(jìn)一步的研究方向。3D打印技術(shù)對(duì)于口腔頜面的治療是一種革命性的變革,，是口頜面疾病常規(guī)治療方法之外的又一選擇,。盡管該技術(shù)在口頜面治療中的應(yīng)用還較少,，且3D設(shè)備價(jià)格高昂，難以實(shí)現(xiàn)普通醫(yī)院及門診常規(guī)配備,，但隨著人們廣泛關(guān)注和深入研究,，相信3D打印對(duì)于未來口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展將起到更為重要的作用，成為口腔數(shù)字化制造技術(shù)的主流,。

編輯：南極熊
作者：張雷青,，董研，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬二院口腔修復(fù)科,；董星濤,，浙江工業(yè)大學(xué)特種裝備制作與先進(jìn)加工技術(shù)研究所