種植體與牙槽骨外層一體式種植牙中的3D打印“智慧”

口腔種植體已廣泛應用于牙列缺損和牙列缺失的修復，以幫助人們恢復美觀和牙齒的功能。在口腔種植領域中，純鈦金屬(或鈦合金)因其良好的生物相容性，力學性能和抗腐蝕性能，而廣泛應用在種植牙的生產(chǎn)中。3d打印在幾年也普遍用于口腔醫(yī)療，南極熊覺得，一旦克服了技術障礙，在未來幾十年內(nèi)，3D打印技術在牙科領域?qū)⒊蔀橐豁棙藴始夹g。

選擇性激光熔化（SLM）3D打印技術逐漸被應用在鈦或鈦合金種植牙的制造中。與原有的種植牙制造方式相比，3D打印技術有哪些特殊優(yōu)勢？這些優(yōu)勢是否有利于提升國產(chǎn)種植牙的質(zhì)量？

原有制造方法
通過噴砂、酸蝕等方式制造仿生骨組織孔隙結(jié)構
在口腔種植領域中，純鈦金屬(或合金)因其良好的生物相容性，力學性能和抗腐蝕性能，而得到廣泛應用。但是，存在的問題是鈦種植體多為全致密型，其彈性模量是天然骨質(zhì)的十多倍，力學相容性差，因此在植入后與骨組織界面產(chǎn)生應力集中和應力遮擋，降低種植體的成功率和遠期壽命。那么，比較常見的提升種植成功率和壽命的方法是什么呢？

當前的種植體制造方式通過物理結(jié)構改變和化學組成這兩個方面模擬天然骨組織結(jié)構，從而提高種植體表面的生物相容性，但是與天然骨組織的三維孔隙結(jié)構結(jié)構仍有較大區(qū)別。物理結(jié)構處理方式，例如對種植體進行噴砂、酸蝕處理雖可較好地增加種植體表面粗糙度，但形成的粗糙表面形態(tài)往往不規(guī)則，表面應力分布不均。如果加工過程中的殘留微粒在牙種植體植入后釋放到周圍的人體組織中，將影響種植體的骨結(jié)合。此外，如果制備工藝不清潔、不環(huán)保，對于加工人員健康也存在危害。

種植體表面超微結(jié)構改性的化學方式主要是通過羥基磷灰石這一骨仿生材料促進早期骨整合。羥基磷灰石涂層的制備工藝主要包括等離子噴涂法、溶膠-凝膠法、離子束輔助沉積技術、電化學沉積法、激光法、仿生法等。以等離子噴涂法為例，該方法可以加強種植體和骨的機械結(jié)合力并分散種植體與骨界面的應力。但是存在基底表面涂層不均勻和無法加工復雜形狀基材的表面涂層等問題，并且在制備中的處于超高溫環(huán)境下，隨后在進行冷卻時涂層與基底間殘留的界面應力易使涂層松動或剝落，高溫也容易使HA分解產(chǎn)生非晶HA等雜相，從而影響涂層的生物性能。

流水線大規(guī)模生產(chǎn)
現(xiàn)有種植體大多是流水線生產(chǎn)，形狀、尺寸和彈性模量均為固定范圍，常用的牙科種植體為螺紋狀和柱狀結(jié)構的單牙根回轉(zhuǎn)型種植體，由于成品種植體與拔牙后的牙槽窩形狀和組織結(jié)構不一致，如果在拔牙后即刻將種植體進行植入，那么種植體與骨組織間常存在間隙，從而影響創(chuàng)傷的快速愈合。

在這種情況下種植牙手術需要在拔牙之后，醫(yī)生會做一個種植前手術，包括：軟組織成形術、牙槽成形術等。而種植體的植入手術通常要在3-6個月之后才能進行，這種方式一來無法在短時間內(nèi)恢復患者口腔的美觀性，二來將增加骨量流失和制備種植窩過程對骨組織的手術創(chuàng)傷，由于拔牙后未能即刻修復，導致在拔牙窩愈合過程中可能發(fā)生頜牙的伸長移位和鄰牙的傾斜移位，影響后期修復效果。 此外，治療周期的延長也會增加患者的痛苦和治療費用。現(xiàn)有種植體多為進口，缺乏自主知識產(chǎn)權的種植系統(tǒng)，由于費用過高，難以造福廣大缺牙患者。

3D打印種植體

種植體本體與牙槽骨外層是一體的
天津醫(yī)科大學口腔醫(yī)院采用數(shù)字化個性化設計和3D打印技術研發(fā)了一種新型種植牙，在該種植牙中種植體本體和仿生牙槽骨組織外層是一體的，仿生人工牙槽骨外層的厚度為0.2-3.0毫米。

個體化設計與制造
制造3D打印一體式種植牙的過程是：獲取患者余留牙根和牙槽骨組織結(jié)構的醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)，并從獲取的醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)中提取出設計仿生牙根組織以及其周圍牙槽骨組織外層結(jié)構所需要的數(shù)據(jù)，建立三維模型，對三維數(shù)字模型進行格式轉(zhuǎn)化，格式轉(zhuǎn)化后的設計文件傳輸至3D打印設備進行實體制造。使用的3D打印技術為選擇性激光熔化，打印材料為鈦合金粉末。

仿生骨組織孔隙結(jié)構直接“生長”在種植體表面
3D打印一體式種植牙的優(yōu)勢在于可以根據(jù)患者的牙齒缺損情況進行個性化設計，以及直接3D打印出表面的三維多孔結(jié)構，免去了噴砂、酸蝕等處理環(huán)節(jié)。

除此之外，3D打印一體式種植牙還將改善現(xiàn)有牙科植入物所存在的拔牙和種植分期治療問題，在拔牙后即刻將預先制作的個體化仿生種植體植入拔牙窩，縮短患者治療周期，第一時間恢復咀嚼和美觀，同時有效預防拔牙和種植手術分期進行時所發(fā)生的骨量流失、對種植窩的手術創(chuàng)傷、伸長移位和鄰牙的傾斜移位等問題，提升種植后的愈合效果。

如果在這種植牙中添加羥基磷灰石等成分或是具有治療作用的藥物，將有望解決患有糖尿病、骨質(zhì)疏松等全身疾病的患者所容易產(chǎn)生的種植失敗問題。

如果這一技術能夠有效避免國產(chǎn)種植體流水線生產(chǎn)所帶來的難以保證嚴格的質(zhì)量監(jiān)控導致種植體質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，那么對于國產(chǎn)牙科植入物質(zhì)量的提升，降低對昂貴進口產(chǎn)品的依賴將具有重要的意義。

參考專利：
個體化仿生的牙種植體及其制作方法
Devices and methods for enhancing bone growth

來源：3d科學谷
延伸閱讀：
3D打印應用不斷擴張 口腔修復領域優(yōu)勢凸顯
3d打印助力醫(yī)口腔醫(yī)學，完美打印牙齒
牙醫(yī)發(fā)話：3D打印應用于口腔領域?qū)⒋笥凶鳛?/a>