3D 打印技術(shù)在口腔修復(fù)中的進(jìn)展

彭媛媛 綜述；趙彬，武峰，孟小睿 審校

（山西醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院 修復(fù)科，山西 太原 030001）

3D打印屬于快速成形技術(shù)（rapid prototyping,RP）的一種，最早是美國麻省理工學(xué)院Sache等提出。它是一種以三維數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀可粘合材料逐層增加累積，制造出物體實體模型的一鐘技術(shù)。3D打印技術(shù)一誕生，就在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域掀起了一陣潮流，目前已發(fā)展了20多年?？谇会t(yī)學(xué)領(lǐng)域一直緊跟著3D打印的潮流。本文著重闡述了3D打印技術(shù)的原理及在口腔修復(fù)中的進(jìn)展。

1 3D打印原理

3D打印技術(shù)的第一步是三維數(shù)據(jù)的采集，第二步是數(shù)據(jù)的處理，最后進(jìn)行3D打印。

三維數(shù)據(jù)的采集目前有4種方式，軟件設(shè)計、光學(xué)掃描、機(jī)械式掃描和放射學(xué)掃描[1]。數(shù)據(jù)的處理是將獲得的三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件，以CT掃描為例，將CT掃描的DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Minics或者Geomagic中，構(gòu)建形態(tài)曲面，重建三維模型，其保存數(shù)據(jù)的格式為STL格式。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于各薄層的創(chuàng)建方式及材料堆疊積累的方式。下面介紹5種應(yīng)用較廣泛的技術(shù)：①激光光固化成型（stereo lithography appearance, SLA）：計算機(jī)控制紫外線激光束，將液體狀光敏材料逐個薄層的固化，然后工作臺下移，加工下一層，反復(fù)這一過程，最終打印出所需實物。優(yōu)點(diǎn):精度高，表面準(zhǔn)確光滑。缺點(diǎn):可選材料局限，不可彩色成型?；静牧蠟楣庥不瘶渲＂谶x擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering, SLS）：與SLA類似，只是利用粉末狀材料成形。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度優(yōu)于SLA；可選材料多；未燒結(jié)的材料易清理。缺點(diǎn)：精度較低?；静牧嫌袩崴苄运芰?、金屬粉末和陶瓷粉末。③熔融沉積成型技術(shù)（fused deposition modeling, FDM）：將熔絲狀材料從加熱的噴頭噴出，形成薄層，反復(fù)此過程形成實物。優(yōu)點(diǎn)：精度更優(yōu)、強(qiáng)度高、實現(xiàn)彩色成型。缺點(diǎn) ：表面效果較差?；静牧嫌袩崴苄运芰稀⒐簿到y(tǒng)金屬及可食用材。④直接噴墨印刷（direct inkjet printing, DIP），將一定量的粉末鋪在加工臺上，依據(jù)計算機(jī)的指示噴出粘接劑，形成一薄層，反復(fù)此過程形成所需實物。優(yōu)點(diǎn)：與其他工藝相比成本低，速度快。缺點(diǎn)是精度較低，表面效果較差。⑤分層物體制造（layered object manufacturing, LOM）利用激光等工具逐層切割、堆積薄層材料，如此形成實物。各層材料利用專用粘結(jié)劑結(jié)合，而各層金屬板的結(jié)合則通過焊接或螺栓連接。最大缺點(diǎn)：可選材料少，精度受限，只能制作結(jié)構(gòu)簡單的物體?；静牧嫌屑垺⒔饘倌ず退芰媳∧?。

2 3D打印在口腔修復(fù)學(xué)中的進(jìn)展

2.1 樁核的制作

陳煒等[2]利用CT掃描和激光移位測量法獲得了樁核體的數(shù)字模型，通過SLA制作出實體樁核，實驗通過電鏡掃描對比常規(guī)失蠟精密鑄造法和SLA制作樁核的邊緣適合性和內(nèi)部適應(yīng)性。結(jié)果顯示兩者無統(tǒng)計學(xué)差異，但結(jié)果顯示快速成型技術(shù)具有更好的邊緣適合性和內(nèi)部適應(yīng)性。王忠東[3]等利用3D打印技術(shù)制作出了個性化樁核，且樁核可精密就位，為個性化修復(fù)開辟了新的途徑。

傳統(tǒng)失蠟精密鑄造制作的樁核精度高，表面糙度細(xì)，但是工序復(fù)雜，費(fèi)用較高。3D打印技術(shù)制作樁核全程數(shù)字化操作，精度更高；同時節(jié)省材料和人力。隨著科技的發(fā)展，逐漸成熟的3D打印技術(shù)在個性化樁核的制作方面有著良好的前景。

2.2 全瓷冠的制作

Ebert等[4]利用直接噴粉印刷技術(shù)制作出全瓷冠，研究結(jié)果表明，其強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均符合臨床修復(fù)要求。Su等[5]在快速成型技術(shù)的幫助下加工出陶瓷工件，并對其強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，符合臨床標(biāo)準(zhǔn)。后來直接利用氧化鋁瓷粉燒結(jié)出了全瓷冠。Wang等[6]運(yùn)用直接噴粉印刷技術(shù)制作陶瓷修復(fù)體，然后燒結(jié)成型，最終修復(fù)體的外觀、強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)均滿足臨床要求。

3D打印技術(shù)雖然避免了減法成型技術(shù)中存在的材料浪費(fèi)、表面粗糙等問題，有效降低了成本、提高了效率，但目前該技術(shù)在全瓷修復(fù)體打印方面還處于實驗研究階段，對于陶瓷懸浮液的配置和成型工藝的控制還不成熟，有待進(jìn)一步的研究。

2.3 可摘局部義齒的制作

Han等[7]運(yùn)用自主設(shè)計的設(shè)計軟件，進(jìn)行可摘局部義齒數(shù)字化模型的觀測及支架的設(shè)計和制作。諸森陽等[8]利用SLA完成環(huán)氧樹脂義齒支架蠟型熔模。Wu等[9]利用CAD/SLS技術(shù)直接制作可摘局部義齒卡壞和大小連接體等金屬部分，其密合性符合臨床要求。

3D打印技術(shù)應(yīng)用于可摘局部義齒金屬支架方面的優(yōu)勢越來越突出。通過掃描獲得患者口內(nèi)的三維數(shù)據(jù)，依據(jù)牙齒和黏膜準(zhǔn)確的形態(tài)，設(shè)計制作出更加精確的可摘局部義齒。

2.4 全口義齒的制作

Sun等[10]運(yùn)用CAD/RP直接噴墨印刷技術(shù)制作出了全口義齒的石膏陰模，然后充填人工牙，再對基托樹脂進(jìn)行壓鑄，制作完成了全口義齒。Kanazawa等[11]應(yīng)用錐形束CT（cone beam computer tomography, CBCT）測量無牙頜組織面和成品人工牙的形態(tài)，再利用快速成型技術(shù)制作全口義齒。對制作出的全口義齒進(jìn)行分析，結(jié)果顯示基托頰側(cè)磨光面的精度高于牙合面。Meneghello等[12]采用計算機(jī)設(shè)計牙齒形態(tài)，體外模擬牙齒運(yùn)動過程，動態(tài)掌握牙合力的大小，制作出的全口義齒咬合接觸更加準(zhǔn)確。

全口義齒在3D打印方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在全口義齒石膏陰模的設(shè)計與制作。數(shù)字化的設(shè)計與制作克服了因取模導(dǎo)致的誤差，避免基托過長過短；石膏價格便宜，也有利于臨床上的推廣使用。

2.5 顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病治療修復(fù)中的應(yīng)用

顳下頜關(guān)節(jié)紊亂?。╰emporomandibular disorders, TMD）是指以顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)疼痛、異常關(guān)節(jié)音及下頜運(yùn)動功能障礙為主要特征而又不屬于風(fēng)濕等其他臨床上或病理上診斷明確的一類顳下頜關(guān)節(jié)病的傳統(tǒng)總稱。TMD的治療分為外科手術(shù)治療和非手術(shù)治療。咬合板作頜間矯治、義齒修復(fù)治療，是非手術(shù)治療中常用的一種方法。

Lauren等[13]使用專業(yè)CAD軟件來表達(dá)和設(shè)計咬合板。Salmi等[14]使用數(shù)字化激光掃描儀，將已掃描的模型被三維數(shù)據(jù)專用軟件所調(diào)整，由VISCAM RP軟件設(shè)計咬合板，通過SLA技術(shù)將符合生物相容性要求的流動光感樹脂光固化。1例臨床病例結(jié)果顯示，經(jīng)過6個月的佩戴患者能很好地適應(yīng)咬合板，同時可緩解患者咬肌的緊張。

咬合板傳統(tǒng)的制作方法依賴技師的經(jīng)驗，但即使是同一個技師也不可能做出完全一樣的咬合板。而數(shù)字化的咬合板可以實現(xiàn)咬合板的一致性，進(jìn)行量化控制；降低成本，降低技師工作時間和醫(yī)師的椅邊時間；改進(jìn)精度。到目前為止，咬合板臨床適用性的證據(jù)十分有限。但是，3D打印技術(shù)在制作咬合板方面的前景是廣闊的。

3 展望

隨著數(shù)字化口腔的發(fā)展，3D打印技術(shù)在口腔修復(fù)中有著巨大優(yōu)勢和廣闊的前景。但目前3D打印技術(shù)材料選擇有限，加工工藝尚不太成熟，需要筆者的進(jìn)一步的研究實驗。

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