3D打印技術(shù)在口腔臨床醫(yī)學(xué)中的診斷及應(yīng)用研究

凡亞強(qiáng)，張 艷，李美華*

(1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 口腔科，吉林 長(zhǎng)春130041；2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 口腔科,吉林 長(zhǎng)春130033)

“數(shù)字化醫(yī)學(xué)”的提出與發(fā)展使臨床醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)生革命化變化，3D打印技術(shù)作為數(shù)字化醫(yī)學(xué)的重要組成部分已被臨床醫(yī)生廣為應(yīng)用和研究。同時(shí)，3D打印在口腔修復(fù)及口腔頜面部外科等方面的應(yīng)用目前也已成為口腔臨床醫(yī)生研究的熱點(diǎn)。本文將對(duì)3D打印技術(shù)在口腔修復(fù)及頜面外科中的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

3D打印(three-dimensional printing)又稱三維打印或增材制造，是指以數(shù)字信息為基礎(chǔ)，通過(guò)分層疊加制造的方式，創(chuàng)建三維立體模型的一系列新型數(shù)字化成形技術(shù)[1]，因其快速,便捷,實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn),逐漸被運(yùn)用于軍事，航空航天，建筑等行業(yè)[2]。其首次被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可追溯至20世紀(jì)90年代，醫(yī)生通過(guò)3D打印技術(shù)將顱骨的CT掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)物模型[3]。在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)制作的個(gè)性化外科導(dǎo)板，個(gè)性化修復(fù)體，人工顳下頜關(guān)節(jié)等目前已逐漸運(yùn)用于臨床，并展現(xiàn)了良好的效果。

1 3D打印個(gè)性化外科導(dǎo)板

1.1 3D打印個(gè)性化外科導(dǎo)板在種植修復(fù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印個(gè)性化外科導(dǎo)板是輔助種植醫(yī)生將術(shù)前設(shè)計(jì)的虛擬手術(shù)方案轉(zhuǎn)移到種植區(qū)域的重要裝置，其目前廣泛應(yīng)用在無(wú)牙頜種植，微創(chuàng)種植等口腔種植領(lǐng)域。

1.1.13D打印導(dǎo)板在無(wú)牙頜種植中的應(yīng)用 隨著種植技術(shù)的不斷進(jìn)步，種植修復(fù)已逐漸成為無(wú)牙頜患者的首選修復(fù)方式，而3D打印種植導(dǎo)板的應(yīng)用為種植體的精確植入及即刻負(fù)載奠定了條件。Vieira[4]等曾在3D打印導(dǎo)板的輔助下對(duì)14名無(wú)牙頜患者進(jìn)行了62顆種植體的植入，術(shù)中無(wú)重要解剖結(jié)構(gòu)的損傷且種植體就位準(zhǔn)確，術(shù)后達(dá)到了較理想的種植修復(fù)效果。耿威等[5]運(yùn)用3D打印種植外科導(dǎo)板，并聯(lián)合Pick-up技術(shù)對(duì)無(wú)牙頜患者進(jìn)行了種植體的即刻負(fù)載修復(fù)，取得了良好效果。與傳統(tǒng)無(wú)牙頜種植相比，3D打印種植導(dǎo)板的使用使手術(shù)操作過(guò)程更加簡(jiǎn)化，同時(shí)縮短了修復(fù)治療周期，避免了長(zhǎng)期缺牙給患者帶來(lái)的痛苦。

1.1.23D打印導(dǎo)板在微創(chuàng)種植外科中的應(yīng)用 隨著微創(chuàng)種植理念及精準(zhǔn)醫(yī)療概念的提出，3D打印制作的個(gè)性化種植導(dǎo)板受到越來(lái)越多的種植醫(yī)生的關(guān)注。借助3D打印外科導(dǎo)板，醫(yī)生可以進(jìn)行不翻瓣種植手術(shù)，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)種植。Van[6]等利用3D打印種植導(dǎo)板對(duì)8名牙列缺損患者進(jìn)行不翻瓣種植手術(shù)，與術(shù)前計(jì)劃相比：種植體平均角度偏差為2.7°，尖端平均線性偏差為1.0 mm，滿足臨床要求。Ganz[7,8]把影像學(xué)數(shù)據(jù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，將3D打印頜骨模型，軟組織模型及種植導(dǎo)板應(yīng)用于微創(chuàng)種植術(shù)前模擬中，方便了術(shù)前溝通，簡(jiǎn)化了手術(shù)過(guò)程，減少了手術(shù)損傷，取得了良好的效果。

1.2 3D打印個(gè)性化外科導(dǎo)板的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

雖然3D打印外科導(dǎo)板給種植操作帶來(lái)了很多便利，但在一些病例中，特別是微創(chuàng)種植病例中的導(dǎo)板定位精度仍有待進(jìn)一步提高。Di等[9]曾在導(dǎo)板輔助下實(shí)施微創(chuàng)種植并進(jìn)行30個(gè)月的隨訪，發(fā)現(xiàn)植體偏移較大，臨床效果欠佳。而在臨床工作中，我們也曾發(fā)現(xiàn)在微創(chuàng)種植手術(shù)時(shí)發(fā)生骨板穿孔的問(wèn)題，因此，微創(chuàng)種植手術(shù)不能僅依靠3D打印導(dǎo)板及數(shù)字化設(shè)計(jì)，還需要醫(yī)生對(duì)術(shù)中的實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)不同的情況，做出相應(yīng)的應(yīng)急對(duì)策。另外，因運(yùn)用打印導(dǎo)板而導(dǎo)致治療費(fèi)用的增高及X線投照次數(shù)的增加可能成為此裝置臨床推廣的主要障礙。

2 各類3D打印修復(fù)體

2.1 暫時(shí)修復(fù)體

暫時(shí)修復(fù)體對(duì)于患者咬合功能恢復(fù)，美觀保持，牙周軟組織改建具有重要意義[10]。在傳統(tǒng)的口腔診療中，暫時(shí)修復(fù)體常由醫(yī)師手工制作，雖成本較低，但質(zhì)量與醫(yī)師臨床經(jīng)驗(yàn)相關(guān)性較大。自3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔治療后，不斷有學(xué)者嘗試?yán)么思夹g(shù)進(jìn)行暫時(shí)修復(fù)體的制作，并評(píng)估其適合性及邊緣特點(diǎn)。Lee等[11]對(duì)CAD/CAM切削，手工法，3D打印法各完成的40顆暫時(shí)冠對(duì)比發(fā)現(xiàn)：三種方法在冠邊緣適合性方面無(wú)明顯差別，但3D打印組的內(nèi)部適合性最好。Alharbi等[12]通過(guò)設(shè)計(jì)刃狀，凹槽狀，肩臺(tái)，帶斜坡肩臺(tái)四種修復(fù)體邊緣形式，并對(duì)3D打印及數(shù)控切削制作的各20個(gè)暫時(shí)修復(fù)體進(jìn)行比較，亦發(fā)現(xiàn)打印組的四類邊緣設(shè)計(jì)的修復(fù)體平均預(yù)留間隙較理想。

2.2 永久性修復(fù)體

2.2.1固定修復(fù)體 對(duì)于金屬冠，既可以利用3D打印技術(shù)直接制作，也可以通過(guò)打印鑄造蠟型進(jìn)行輔助鑄造，而對(duì)于制作出的金屬冠，學(xué)者常對(duì)其適合性及機(jī)械性能進(jìn)行評(píng)估。在冠的適合性上，有研究[13]通過(guò)四點(diǎn)分析法(咬合面，軸面，邊緣間隙，邊緣差異點(diǎn))對(duì)比通過(guò)數(shù)控切削，失蠟鑄造，3D打印三種方法所制蠟型翻制的金屬冠，打印組咬合面和邊緣間隙較另兩組差。在冠的機(jī)械性能方面，Nils等學(xué)者[14]將3D打印技術(shù)制作的12個(gè)金屬單冠與失蠟鑄造，CAD/CAM切削制作的金屬單冠對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者的抗拉力測(cè)試強(qiáng)度相同，均符合臨床應(yīng)用要求。在烤瓷冠橋方面，有研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用3D打印方法制作的鈷鉻合金烤瓷內(nèi)冠其邊緣密合性與傳統(tǒng)鑄造工藝相似[15]，金-瓷結(jié)合結(jié)合能力與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)[16]。陳克南等[17]運(yùn)用三點(diǎn)彎曲測(cè)試法對(duì)3D打印純鈦冠與失蠟鑄造純鈦冠的金-瓷結(jié)合結(jié)合力進(jìn)行對(duì)比亦發(fā)現(xiàn)，3D打印純鈦與Noritake Ti22瓷粉的金瓷結(jié)合強(qiáng)度35.19(±2.77)MPa與鑄造純鈦36.73(±1.40)MPa無(wú)明顯差別(P>0.05)。但也有學(xué)者認(rèn)為[18]，三單位3D打印鈷鉻烤瓷基底冠邊緣適合性較失蠟鑄造法差，無(wú)法滿足臨床要求。在全瓷冠方面，3D打印全瓷冠制造工藝較切削工藝能夠節(jié)省大量原材料，但由于其技術(shù)敏感性高，修復(fù)體的體積收縮較大，內(nèi)部微裂[19]等原因，應(yīng)用于臨床的3D打印全瓷冠還比較少見(jiàn)。

2.2.2活動(dòng)修復(fù)體 對(duì)于可摘局部義齒支架，既可通過(guò)3D打印工藝直接制作，也可通過(guò)打印樹(shù)脂鑄件輔助鑄造。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂鑄件與傳統(tǒng)蠟型鑄件相比，前者制作出的支架表面光潔度，強(qiáng)度，硬度，與工作模型的適合性均較優(yōu)[20]。也有學(xué)者利用3D打印技術(shù)直接制作可摘局部義齒的鈷鉻合金支架，隨訪顯示患者對(duì)其臨床效果較為滿意[21]。在全口義齒方面，目前常使用打印鑄件進(jìn)行輔助制作。Deng[22]采用3D打印工藝進(jìn)行下頜全口義齒聚乳酸蠟型的打印，并分析其精度及組織面適合性，發(fā)現(xiàn)打印組可滿足臨床使用需要。Chen[23]等亦通過(guò)對(duì)3D打印全口義齒蠟型的測(cè)量分析認(rèn)為：打印蠟型與傳統(tǒng)蠟型無(wú)明顯差別，均符合臨床應(yīng)用要求。

2.3 3D打印修復(fù)體的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3D打印制作的多類修復(fù)體已基本滿足臨床應(yīng)用需要，但多單位橋體及全瓷冠的制作工藝還有待更多更深入的研究。另外，應(yīng)用成本較高可能成為3D打印修復(fù)體臨床推廣的主要障礙。所以，相關(guān)學(xué)者需加大對(duì)3D打印設(shè)備，設(shè)計(jì)軟件及打印材料的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)力度，不斷降低其應(yīng)用成本。

3 3D打印人工顳下頜關(guān)節(jié)

3.1 3D打印人工顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)用現(xiàn)狀

顳下頜關(guān)節(jié)是頜面部唯一的可動(dòng)關(guān)節(jié)，其解剖生理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有支持吞咽，咀嚼，言語(yǔ)等重要功能。對(duì)于顳下頜關(guān)節(jié)強(qiáng)直，關(guān)節(jié)不可復(fù)位性骨折，部分關(guān)節(jié)腫瘤等疾病，人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是其重要的治療方法之一。目前，較成熟的人工顳下頜關(guān)節(jié)多為切削生產(chǎn)，如美國(guó)TMJ Concepts/Techmedica、Biomet/Lorenz個(gè)性化人工顳下頜關(guān)節(jié)假體，雖臨床效果良好但造價(jià)昂貴[24]。近年來(lái)不斷有學(xué)者探索3D打印技術(shù)在人工關(guān)節(jié)制造中的應(yīng)用，Deshmukh[25]將FDM法制作的個(gè)性化顳下頜關(guān)節(jié)置換入患者體內(nèi)，在隨訪的兩年時(shí)間內(nèi)，人工關(guān)節(jié)顯示了良好的功能作用。我國(guó)學(xué)者陳建宇等也曾利用3D打印技術(shù)制作個(gè)性化的純鈦髁突并進(jìn)行力學(xué)分析，證實(shí)純鈦髁突的性能符合外科臨床植人標(biāo)準(zhǔn)[26]。另外，上海九院于2015年對(duì)我國(guó)首個(gè)3D打印技術(shù)制作完成的國(guó)產(chǎn)個(gè)性化人工顳下頜關(guān)節(jié)實(shí)施成功置換，術(shù)后患者恢復(fù)了正常開(kāi)口度及口腔功能[27]。

3.2 3D打印人工顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

3D打印個(gè)性化顳下頜關(guān)節(jié)不僅臨床適用性較好，而且便于醫(yī)生在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)劃定組織切除范圍，使手術(shù)時(shí)間縮短并且減少不必要的損傷。雖然國(guó)產(chǎn)人工打印關(guān)節(jié)應(yīng)用例數(shù)仍較少，病例隨訪年限較短，但相信隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)產(chǎn)化顳下頜關(guān)節(jié)會(huì)越來(lái)越好。

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