【解析】3D打印技術在口頜面治療中的應用進展

3D打印可直接、精確、自動、快速地將設計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)點運用于口腔臨床操作，可真正實現(xiàn)口腔個性化制作服務。

3D打印技術在口腔醫(yī)療中的應用現(xiàn)狀
3D打印技術原則上可制造出任何形狀的物體。在臨床醫(yī)學領域，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)計算機圖形軟件處理，利用數(shù)字建模軟件設計并重建數(shù)字化三維模型，再經(jīng)過3D打印機就能制造出組織或器官的模型。利用這項技術可輔助臨床診斷、幫助確定復雜手術方案、制作個性化贗復體、醫(yī)學教學等。將3D打印技術應用于口腔頜面的治療，突破了傳統(tǒng)制作工藝繁鎖、費時、費人力、費材料的弊端，給口頜面疾病的患者帶來了福音。3D打印技術應用于口腔頜面疾病的治療過程，在我國正處于起步發(fā)展階段。

1.在口腔頜面外科的應用
3D打印可輔助口腔頜面部手術設計和實施，并可將3D打印產(chǎn)品運用于頜面部缺損處。在實施手術前先運用CT掃描顱面部獲取圖像數(shù)據(jù)，在CT數(shù)據(jù)庫內重建連續(xù)分層影像。選定一個可明確區(qū)分骨組織和軟組織的范圍值，轉換成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打印出成品手術導板，手術固定裝置，或者術后頜面部缺損修復體等可達到優(yōu)化術前手術計劃，進行更加精確的手術操作，減少手術時間和手術風險，同時有利醫(yī)生和患者間交流，使患者更了解手術目的和局限性，并且這項技術若實現(xiàn)細胞水平的生物打印，再生器官組織，這對于對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打印技術打印修復成功下頜骨缺損病例一例，主要利用3D打印技術打印出缺損下頜骨模型，便于更直觀的設計手術方案，指導定位下頜骨切除部位及指導截取腓骨瓣的部位，最終成功修復缺損下頜骨。屈振宇等選用了32例下頜發(fā)育不良病例，利用3D打印輔助進行雙側下頜升支矢狀劈開接骨術，術前利用計算機掃描技術獲得三維數(shù)據(jù)模型，利用3D打印技術制作下頜骨升支內側水平骨切口的截骨導板，其中部分手術由年輕主治醫(yī)師使用或不使用截骨導板來完成，并記錄各位醫(yī)師完成手術花費的時間，術后復查CBCT評估療效。發(fā)現(xiàn)其中主治醫(yī)師不使用導板組的手術用時明顯高于使用導板組，從而可看出利用3D打印的技術可提高手術的效率，減少手術時間。

2.在口腔修復的應用
3D打印技術在修復領域是運用最多的。將打印技術用于樁核、冠橋的制作：Sun等對預備后的牙體、樁道的內表面進行掃描，并獲得三維數(shù)據(jù)后，根據(jù)對側同名牙和鄰牙的外形，并參照美學和功能的要求，利用計算機軟件設計出修復方案，然后使用3D打印機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)驗獲得最終修復體的缺陷得以改善。配合反求工程及3D堆積成型技術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打印技術制作個體化樁核優(yōu)于臨床常規(guī)鑄造樁核，有良好的適應性。陳光霞等通過傳統(tǒng)方法取模并制作模型，經(jīng)過計算機掃描系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)后，計算機輔助設計并采用3D打印技術打印出了個性化可摘局部義齒支架。

通過精確測量分析后得出該打印成品的尺寸精度可達到±0.172mm。表面粗糙度可達到±4.11-12.02μm。通過這種方法簡化了工序，且縮短了制作時間，節(jié)約生產(chǎn)材料，同時提高了生產(chǎn)精度。因此，利用3D打印技術制作可摘局部義齒支架是臨床的必然趨勢。王曉波等用純鈦粉、LRF-855激光快速成型系統(tǒng)及UG-NX2三維設計軟件已設計制作出純鈦全冠。利用牙體缺損的數(shù)據(jù)，根據(jù)一般全冠修復的要求，利用LRF-855激光快速成型系統(tǒng)及UG-NX2三維設計軟件來完成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，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，因此打印時要設置好機器的參數(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)不能滿足修復體制作要求，實驗最終得到的純鈦冠的高度及寬度要大于實際設計要求的數(shù)值。這個實驗說明在3D打印過程中，還存在著很多的不足，主要涉及打印設備，打印設計的問題，所以將3D打印技術應用在臨床，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)計算機輔助設計軟件處理后，得到修復方案，利用3D打印技術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性化阻塞器，然后用磁件附著體連接可摘局部義齒和個性化的阻塞器。分析這12個病例的結果得出結論：由于阻塞器和可摘局部義齒是分次戴入患者的口內的，兩者就位情況、固位、穩(wěn)定等臨床效果均較好，說明利用3D打印技術技術制取上頜骨缺損部位的模型是一種可行的方法；另外，這個過程結合了傳統(tǒng)制作過程和新型3D打印技術，使得制作贗復體的過程簡化，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。利用掃描儀掃描超硬石膏模型，得到三維數(shù)據(jù)，使用CAD軟件進行全口義齒的基托設計：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，支撐桿，將三維數(shù)據(jù)輸送入義齒修復體打印機進行打印，完成全口上頜基托蠟型的制作。

3.在種植修復中的應用
3D打印技術通過獲取的缺牙區(qū)的三維數(shù)據(jù)，實現(xiàn)骨支持、黏膜支持以及牙支持三種水平的種植手術術中導板，使得種植體的植入更為精確。Hakan等做的一項臨床試驗證明，雖然應用黏膜支持導板技術可給醫(yī)師帶來操作上的便利及給患者減去手術過程帶來的痛苦，但是由于術程視野受到影響，所以Hakan等通過CAD軟件和Aytasarim系統(tǒng)軟件最終得出結論，通過黏膜支持導板植入的種植體在牙冠部的偏差與設計的理想位置有平均1.12mm的差距，在根尖部的偏差與設計的理想位置有平均1.21mm的差距，在垂直方向的偏差與設計的理想位置有平均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致種植手術的失敗，并最終得出結論，黏膜支持導板技術需要進一步的理論及技術支持。

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

4.正畸治療中的應用
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，且實現(xiàn)了計算機輔助設計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軟件上設計個性化舌側托槽，然后采用SLM技術打印與患者牙齒的舌側面精密吻合的舌側托槽，再通過轉換托盤直接將托槽粘接在預先設計的位置上，該技術可以消除傳統(tǒng)舌側托槽需要依賴粘接劑厚度補償?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鍵作用，但在正畸治療過程中，由于患者口內帶有矯治器，所以使用傳統(tǒng)的模型制取技術得到的石膏模型精度很難達到要求，以3D打印為基礎的數(shù)字模型能很好的解決這個難題，結合3D打印技術打印出的實體模型精確度可達到很高的水平，Joshua等通過對10例二類錯頜畸形患者模型進行3D打印出模型并對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、價格、精確度可取代傳統(tǒng)石膏模型在正畸治療中的應用，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）患者過程中結合3D打印技術，利用三維頭模設計可模擬牽引成骨術中截骨的位置及牽引器的安放，避免了重要解剖結構的損傷；若配合應用3D打印的個體化模板引導，則可以提高下頜骨牽引成骨術截骨及牽引器安放的精確性，縮短手術時間，降低手術難度及風險。

5.在牙體牙髓病、牙周病治療中的應用
3D打印技術在牙體牙髓病、牙周病治療過程中的價值現(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)，并運用3D打印技術將重建的模型實體化，模擬根管治療，指導臨床操作，并可應用于牙體牙髓治療的教學。另外，利用3D打印技術可打印出承載具有引導牙周組織再生的材料，進而實現(xiàn)牙周組織再生，但由于技術3D打印技術和牙周再生技術當前階段均未完全成熟，現(xiàn)階段這一技術仍處于研究階段。

將3D打印應用于口腔頜面治療的制作過程，主要涉及三個重要環(huán)節(jié)：打印設備、數(shù)字建模設計軟件及打印材料。目前，打印設備、設計軟件技術已經(jīng)基本具有可行性，打印材料由于制備困難，且國內大部分應用于打印的材料都依賴進口，所以材料創(chuàng)新是降低3D打印難度、實現(xiàn)3D打印的關鍵技術。如果能克服材料問題對3D打印的挑戰(zhàn)，能促進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，可增加其機械強度，并可促進支架的促進骨組織再生能力。

將生物細胞融入3D打印材料，利用人牙髓細胞共混物三維生物來打印的技術，為三維生物打印技術應用于牙再生奠基礎，同時，可為直接打印人體組織器官提供進一步的研究方向。3D打印技術對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。盡管該技術在口頜面治療中的應用還較少，且3D設備價格高昂，難以實現(xiàn)普通醫(yī)院及門診常規(guī)配備，但隨著人們廣泛關注和深入研究，相信3D打印對于未來口腔醫(yī)學的發(fā)展將起到更為重要的作用，成為口腔數(shù)字化制造技術的主流。

編輯：南極熊
作者：張雷青，董研，浙江大學醫(yī)學院附屬二院口腔修復科；董星濤，浙江工業(yè)大學特種裝備制作與先進加工技術研究所