口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域3D打印技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：隨著3D打印這一全新制造技術(shù)的出現(xiàn)，人類社會(huì)開始進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，將3D打印技術(shù)運(yùn)用到口腔醫(yī)學(xué)治療中，為醫(yī)學(xué)教學(xué)與培訓(xùn)提供了解剖模型和定制面部修補(bǔ)構(gòu)件與種植體。簡(jiǎn)單介紹了3D打印技術(shù)的原理和在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，并對(duì)3d技術(shù)的發(fā)展做了展望。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；口腔醫(yī)療；三維印刷；立體光固化成型

3D打印技術(shù)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，使用粉末金屬等材料，以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型為原型，通過逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，是一種快速成型的制造技術(shù)。隨著3D打印技術(shù)的成熟，被廣泛運(yùn)用于模型制造和工業(yè)設(shè)計(jì)。3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，在口腔醫(yī)療等領(lǐng)域的運(yùn)用有效促進(jìn)了口腔修復(fù)、正畸、頷面外科的發(fā)展，為中國(guó)的口腔醫(yī)學(xué)作出貢獻(xiàn)。

13D打印技術(shù)概述

1.13D打印技術(shù)的成型方式

3D打印技術(shù)的成型方式根據(jù)原理和使用技術(shù)不同分為多類，應(yīng)用與口腔醫(yī)療的成型方式有立體光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、三維印刷（3DP）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）。SLA通常應(yīng)用在制作手術(shù)導(dǎo)板和修復(fù)樹脂熔模上，SLS可用來(lái)制作金屬基底冠橋和種植體。

1.23D打印技術(shù)的打印材料

3D打印技術(shù)使用的材料多以粉末和液體為主。從化學(xué)角度可分為金屬、高分子和無(wú)機(jī)非金屬材料，根據(jù)用途不同和價(jià)格的可選擇性可選擇不同的材料進(jìn)行3D打印制作，制作的限制較低，極大地滿足了口腔患者的需要。比如用于制作全口義齒、可摘的局部義齒支架的材料涉及金屬、陶瓷和樹脂，生物的相容性較好，耐磨性好；種植體材料多使用純鈦，可以與周圍的骨骼進(jìn)行較好的骨結(jié)合。在進(jìn)行CT或磁共振檢測(cè)時(shí)，患者不會(huì)因種植體的材料而對(duì)放射影像造成干擾。中國(guó)的3D打印起步較晚，用于3D打印的醫(yī)用級(jí)材料多依賴進(jìn)口，成本較高的問題制約著3D打印技術(shù)在口腔醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展與推廣。

1.33D打印技術(shù)的工藝流程

3D打印技術(shù)運(yùn)用的是一種“降維制造”的思想，即將三維的模型通過軟件轉(zhuǎn)化成二維層片，進(jìn)行分層制造再逐層疊加形成三維實(shí)體。3D打印的工藝過程為：①產(chǎn)品三維模型的構(gòu)建。使用CAD/CAM軟件將需要的實(shí)體尺寸轉(zhuǎn)化成電子三維模型或使用三維掃描反向建模。②打印模型格式生成。將模型格式轉(zhuǎn)化成STL文件格式，建立模型與3D打印機(jī)之間的協(xié)作通道。通過改變?nèi)敲娴拇笮?lái)提高生成實(shí)體的分辨率。③對(duì)三維模型的切片處理。對(duì)成型方向和分層參數(shù)的確定。④成型加工。⑤模型的光整處理。

23D打印技術(shù)在口腔醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

2.13D打印技術(shù)在口腔頷面外科領(lǐng)域中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔頷面外科的打印頷面部的缺損的修復(fù)、個(gè)性化面部手術(shù)及口腔內(nèi)部相關(guān)固定裝置的制作。3D打印技術(shù)使用金屬材料作為口腔內(nèi)部制作材料的方法，有效促進(jìn)了硬組織外科植入物的設(shè)計(jì)方案與制造水平的提高。3D打印技術(shù)滿足患者的個(gè)性化要求，患者可根據(jù)需要選擇適合自己的上頷、下頷、鼻骨等的形狀，利用3D打印技術(shù)的個(gè)性化導(dǎo)軌進(jìn)行定位。頷面部的創(chuàng)傷修復(fù)手術(shù)可全程通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)的頷面部修復(fù)的方法，保證了手術(shù)的可靠性、安全性。在患者進(jìn)行頷面部修復(fù)的過程中，用CT機(jī)對(duì)面部受傷的部位進(jìn)行掃描，將數(shù)據(jù)輸出信息保存之后導(dǎo)入到MIMICS中，技術(shù)人員對(duì)圖像按照患者需要進(jìn)行分割和可視化處理，設(shè)計(jì)成適合于受傷部位修補(bǔ)的形狀模型，將設(shè)計(jì)好的模型導(dǎo)入3D打印機(jī)中即可打印制作，使用3D打印技術(shù)制作好的人體骨骼構(gòu)件之間沒有使用任何輔助連接的工具和材料，保證了修復(fù)構(gòu)件的安全性和穩(wěn)固性，為患者的口腔安全提供了保障。

2.23D打印技術(shù)在口腔修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

由于人與人之間牙齒形狀有很大的不同，以往的設(shè)計(jì)方法需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間去設(shè)計(jì)制作，制作費(fèi)用較高，患者的經(jīng)濟(jì)壓力較大，而且牙模制作使用完只能丟棄，對(duì)資源的利用率不高。將3D打印技術(shù)運(yùn)用到牙模等的制作上，將大大降低制作成本和縮短制作時(shí)間。中國(guó)在3D打印義齒方面的制作技術(shù)水平較高，從早期探索出制作義齒全冠的技術(shù)路線到可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)及制作可摘局部義齒支架等，滿足了患者對(duì)口腔修復(fù)的要求，目前的激光燒結(jié)技術(shù)提高了金屬牙冠的制作精度，減小了牙體頷面與內(nèi)冠間的厚度，患者使用無(wú)不良反應(yīng)，與牙冠等的磨合度較好。另外，用于制作口腔義齒等的材料有金屬、陶瓷、高級(jí)樹脂等，不同的價(jià)位可面向不同人群，降低了人們的經(jīng)濟(jì)成本，從而能擁有健康的口腔。

2.33D打印技術(shù)在口腔種植領(lǐng)域中的應(yīng)用

近年來(lái)，口腔種植通過即刻種植來(lái)保證留有最多的骨組織，維持軟組織的原有形態(tài)，降低患者口腔種植帶來(lái)的痛苦，但目前的口腔醫(yī)療技術(shù)存在種植體與拔牙窩的匹配程度低的問題，導(dǎo)致種植體與牙槽骨存在縫隙，骨結(jié)合較難形成，患者體驗(yàn)感差。借助3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自定義種植體，對(duì)種植體的形狀、大小和與拔牙窩的匹配度進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，通過CAD等三維軟件建模模擬留出安全距離后，生成種植體的三維設(shè)計(jì)模型，導(dǎo)入3D打印機(jī)便可創(chuàng)造出符合人體口腔構(gòu)造的種植牙，將種植體與牙窩進(jìn)行骨結(jié)合，為患者免去牙痛煩惱。目前，應(yīng)用于口腔種植體的制作材料主要是純鈦和鈦合金，因?yàn)殁伒纳锵嗳菪院土W(xué)相容性較好，可使種植到患者口腔的外來(lái)物與患者口腔的骨骼較好相容，促進(jìn)骨細(xì)胞的快速形成，提高種植體與骨結(jié)合的穩(wěn)定性。3D打印還可對(duì)種植體的內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，將內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)定一定的中空結(jié)構(gòu)，降低種植體的質(zhì)量和彈性模量。

2.43D打印技術(shù)在口腔正畸領(lǐng)域中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的口腔正畸方法是通過照片、模型來(lái)實(shí)現(xiàn)，石膏模型在使用過程中容易出現(xiàn)損壞、開裂等問題，可操作性不強(qiáng)。3D打印技術(shù)制作的模型采用的是金屬、陶瓷等不易磨損的材料，為口腔醫(yī)生與病人之間的溝通交流提供數(shù)據(jù)模型，如果不便于攜帶，可通過3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)取?D技術(shù)還可用于舌托的個(gè)性化打印，在正畸治療時(shí)穩(wěn)定患者的下頷，使其保持平衡、美觀。通過3D打印技術(shù)打印出來(lái)的舌托能與患者的牙齒舌側(cè)高度匹配，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)手段制作的舌托靠粘結(jié)劑厚度補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。

33D打印技術(shù)的展望

3D打印技術(shù)作為一種簡(jiǎn)單、有效的制作模型手段，在口腔醫(yī)療教學(xué)及科研、口腔手術(shù)輔助工具及醫(yī)療研發(fā)等方面得到了巨大的應(yīng)用。據(jù)了解，3D打印在2016年的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到9.03億美元，預(yù)計(jì)在2025年將達(dá)到34億美元。3D打印技術(shù)的個(gè)性化設(shè)計(jì)為口腔醫(yī)學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了福音，雖然目前的3D打印技術(shù)的成本使其普遍推廣受到阻礙，且缺乏技術(shù)專家，但3D打印為口腔醫(yī)療帶來(lái)新的醫(yī)療理念和醫(yī)療方法，為未來(lái)的口腔醫(yī)療發(fā)展指明了方向。在新的發(fā)展機(jī)遇下，以3D打印技術(shù)為契機(jī)，推動(dòng)口腔醫(yī)療領(lǐng)域的先進(jìn)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，不斷推動(dòng)新產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。口腔醫(yī)療也會(huì)因?yàn)?D技術(shù)的普及而加速進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代。將口腔種植術(shù)與3D打印技術(shù)的完美結(jié)合，提高種植牙的成活率，為患者的牙齒健康推動(dòng)身體健康作出巨大貢獻(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)作為新時(shí)代的偉大發(fā)明，具有方便、快捷、材料利用率高、個(gè)性化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，能夠充分利用材料的優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)，針對(duì)不同的用戶制造出符合用戶需求的產(chǎn)品，滿足口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上各種復(fù)雜的修復(fù)要求，推動(dòng)著口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大發(fā)展、大變革。雖然目前該技術(shù)的應(yīng)用成熟度還有待完善，對(duì)材料的種類、成分、特性有較高的要求，需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)材料的物理性能、化學(xué)性能等方面進(jìn)行更深層次的探究與開發(fā)，但筆者相信，3D打印技術(shù)在未來(lái)一定能為口腔醫(yī)療提供更好的服務(wù)，推動(dòng)口腔醫(yī)療的進(jìn)步與發(fā)展。

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作者：白銀 張孝霞 單位：西安外事學(xué)院