3D打印技術在口腔臨床中的應用

單驗博，何 鑫 綜述 溫 寧 審校

3D(3 dimension)打印技術又稱增材制造，是基于離散堆積的思想，以數字模型文件為基礎，將建成的三維模型離散成二維切片，再將數據文件傳輸至打印機，以粉末狀材料，逐層打印、循環(huán)往復來構造物體的快速成型技術。目前，常用的打印材料包括金屬材料(Ti、Mg)、高分子材料(PLA、PCL、PEEK)、陶瓷材料(鈣磷灰石、生物活性玻璃)及生物墨水等，在打印開始前需根據目標產物的特性選擇合適的打印材料。3D打印技術類型可歸納為以下5類：分層實體制造、熔融沉積成形、選擇性激光燒結、立體光刻和噴墨打印技術。本文對3D打印技術在口腔種植學、口腔頜面外科學和口腔修復學等領域的最新應用研究進展進行綜述，以期為后續(xù)科學研究和臨床工作提供新的思路。

1 口腔種植學

3D打印技術在口腔種植學中的應用主要有種植導板、種植體，以及種植區(qū)骨增量手術。種植導板可以保證種植位置和角度的精確性，最大程度減少由于術者自身經驗或技術原因引起的偏差。De Sales等發(fā)現，與傳統(tǒng)植入方式比較，3D打印導板引導下種植位點更理想，而且可以縮短手術時間，減輕患者不適。3D打印制造個性化根形種植體可以促進種植體與牙槽骨之間形成穩(wěn)固的骨結合，且更好地模擬天然牙的應力分布，提高初期穩(wěn)定性。黃碩等初步評估3D打印個性化根形鈦合金種植體在下頜磨牙區(qū)即刻種植的臨床效果，隨訪1年，未見種植體周圍骨吸收或軟組織退縮。3D打印個性化骨移植物、個性化鈦網和骨重建導板等方式增加骨量，使種植區(qū)骨量不足者種植手術成功率大大提高。Lee等將PCL、TCP、bdECM混合并注入脂肪干細胞，制作出3D打印骨移植支架，植入比格犬下頜骨缺損區(qū)，結果顯示成骨效果良好，為臨床應用提供可靠的實驗基礎。3D打印技術雖然已取得滿意的臨床療效，但是其設計過程復雜、制作步驟繁瑣，各個環(huán)節(jié)誤差的累計會影響種植手術的精確性，同時由于黏膜的可讓性，如何準確模擬黏膜支持性導板的實際植入位置仍有待解決。此外，3D打印口腔植入物的生物安全性和成骨效果評估尚處于實驗階段，臨床應用前還需要更大樣本量、更長觀察時間的研究驗證。

2 口腔頜面外科學

2.1 外科手術導板 借助3D打印技術制作頜骨模型和手術導板，模擬手術方案，有助于提高手術的精確性，獲得令人滿意的手術效果。李懷奇等比較常規(guī)方法與3D打印技術輔助手術兩種方式進行下頜骨缺損修復重建手術的效果，發(fā)現后者在術中失血量、手術時間、術后外形恢復等方面優(yōu)勢明顯。Wu等在3D打印聚乳酸導板的輔助下實施下頜骨部分切除，同時行腓骨移植重建下頜骨，可有效簡化手術操作，獲得理想的下頜骨連續(xù)性。在頜骨重建中應用3D打印技術最大的優(yōu)勢在于徹底摒棄了傳統(tǒng)手術依賴個人經驗的弊端，在計算機輔助下實現了數字化設計、精準化切除和個性化修復。

2.2 骨修復體 由先天性疾病、外傷、腫瘤等因素造成的頜面部軟硬組織缺損是頜面外科常見病，頜骨結構、毗鄰關系復雜，修復難度高。現階段骨缺損的主要修復方式為自體骨移植、異體骨移植以及人工合成替代物等，由于以上方法受到移植物來源和生物相容性的限制，近年來以生物材料為原料的3D打印技術得到越來越多的關注。來慶國和唐曉明采用3D打印個性化鈦金屬植入物修復下頜骨缺損病例，兩年后隨訪，患者咬合關系正常，3D 金屬打印技術還可以直接打印骨缺損植入物用于缺損的重建，有效解決了自體骨移植的取骨量有限、第二術區(qū)創(chuàng)傷等問題。隨著再生醫(yī)學和組織工程的進步，利用生物材料進行3D打印，誘導自體組織再生促進缺損區(qū)域重建也成為可能。Smeets等將聚丙交酯/β-磷酸三鈣材料制作成多孔徑支架以修復大鼠顱頜骨缺損，其成骨作用優(yōu)于自體骨修復的對照組，臨床應用前景良好。Ahn等報道，在唇腭裂患者的牙槽裂重建中，利用3D打印技術制作聚己內酯支架并整合骨髓間充質干細胞，移植后 6 個月，新生骨的骨體積約為缺損總體積的45%，骨密度約為周圍骨的75%，表明3D打印生物支架具有良好的骨傳導性。除常見的金屬、無機物、陶瓷等材料外，研發(fā)出具有生物活性的可降解材料，復合生物組織或者生長因子，從而誘導自身組織再生以修復缺損區(qū)域，是未來科學研究的發(fā)展方向之一。

3 口腔修復學

3D打印技術可用于制作金屬全冠、固定橋和可摘局部義齒的支架等，該技術具有加工時間短、材料利用率高、精密度高等優(yōu)點。Hu等報道，采用口內掃描獲得數字模型，3D打印直接制作上頜RPD金屬支架(Kennedy I類)，該個性化鈦支架與組織面貼合且匹配精準，臨床療效理想。可摘局部義齒支架各個區(qū)域有不同的性能需求，目前3D打印支架主要采用均質化一體加工的方式，不能賦予卡環(huán)、支托、連接體等結構各自所需的機械性能，如何實現支架的區(qū)別化加工是值得深入探索的發(fā)展方向。柳玉曉等通過3D掃描、數字設計、3D打印結合復制義齒技術，對15例無牙頜患者進行全口義齒修復，能夠明顯縮短療程，實現無牙頜的快速修復，但是3D打印義齒基托材料的顏色和實際牙齦尚有差別，其強度也有待提高。文獻[21]將數字化印模結合3D打印技術，修復前牙，仿真效果和遮色能力表現理想。3D打印技術也用于臨時修復體制作，縮短了椅旁操作時間，并能即刻滿足力學性能的需要。Lee等比較了CAD/CAM切削、手工制作、3D打印技術制作臨時冠的邊緣密合性，結果表明三種方法在冠邊緣適合性方面無明顯差別, 但3D打印臨時冠的內部適合性最好。3D打印技術在口腔美學修復中同樣具有突出優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的美學分析和設計方法，3D打印美學診斷模型可以避免在翻制模型和手工制作蠟型時信息傳遞的誤差，全程精準指導最終修復體的制作，但是該方法前期投入成本較高，且對于涉及咬合改變的情況無法準確設計。目前用于3D打印制作修復體的材料主要是樹脂和石蠟，二者的機械性能和美學屬性還有待改進，因此，探索在美觀性、耐磨性和尺寸精度方面更加優(yōu)異的打印原材料和工藝是3D打印技術發(fā)展的關鍵。3D打印技術憑借其個性化、數字化和精確度高的特點，在口腔修復領域受到了廣泛關注，有望替代大部分傳統(tǒng)修復技術，在修復體制作、輔助美學修復等方面應用前景良好。

4 口腔正畸學

在口腔正畸學領域，3D打印技術已被應用于制作石膏模型、個性化托槽和隱形矯治器等，可根據患者口內不同情況進行定制，滿足正畸治療對精確度、舒適度和個性化的需求。Kim等發(fā)現，相比于傳統(tǒng)的石膏印模，基于口內掃描數字化模型和光固化成型3D打印技術制作的樹脂模型精度和強度更高。個性化定制托槽可以提高托槽的貼合度，減少口內不適感，劉云峰等采用選擇性激光熔化工藝制造個性化托槽，托槽與牙面貼合度高、厚度薄、所需粘接劑少, 已成功應用于患者的正畸矯正中。無托槽隱形矯治也是近年興起的主要正畸技術，Jindal等嘗試使用牙科LT樹脂直接打印隱形矯治器，其高精度、高抗載荷、低變形的特點為后續(xù)安全可靠的正畸材料的研發(fā)提供新的思路。與傳統(tǒng)熱壓膜技術相比，直接3D打印制作的隱形矯治器具有邊緣平滑、附件數量少的優(yōu)勢，但是也存在生物安全性較差、顏色不穩(wěn)定等問題，目前尚無可用于直接制作隱形矯治器的生物材料通過批準上市。因此，研發(fā)具有優(yōu)良的生物相容性，可以穩(wěn)定、安全、長期應用于口腔環(huán)境中的3D打印隱形矯治器材料是當前的研究熱點。

5 牙體牙髓病學

3D打印技術在牙體牙髓病學領域的應用主要包括引導開髓通路、輔助鈣化根管定位、制作根尖外科導板等，可顯著提高操作準確性和牙髓再生成功率，但還需要長期隨訪來驗證其臨床效果。Torres等報道，在上頜側切牙根尖周炎且根管閉塞的病例中，利用CBCT數據制作的3D打印導板引導，實現了直達根管中部的微創(chuàng)入路，大大縮短了椅旁操作時間，降低了醫(yī)源性牙根損傷的風險。Ackerman等證實，3D打印導板引導的牙髓根尖手術定位的準確率更高，能完全實現病變部位的精準切除，避免對周圍骨組織的損傷。Patel等采用3D打印技術制作個性化軟組織牽引器，術野清晰，精確輔助根管口定位，臨床效果滿意。此外，3D 打印技術還可以制作牙體髓腔模型，用于牙體解剖理論教學或者臨床操作技能培訓，解決離體牙數量不足、不可復制的問題。3D打印技術的應用實現了“可視化”的根管治療，尤其對于復雜的牙體牙髓病例有重要意義，為微創(chuàng)牙髓治療帶來了希望，但是該項技術在臨床實踐中尚存在計算機數據處理復雜、后牙導板限制開口度、精確度有待提高等問題。

6 不足與展望

3D打印技術所體現的增材制造理念與傳統(tǒng)方式完全不同，其具有個性化、精度高、可批量生產等優(yōu)勢，為口腔臨床診療工作帶來了顛覆性的影響，已在口腔種植學、頜面外科學、口腔修復學等領域應用并取得突破性進展。但3D打印在口腔臨床中應用的局限性主要表現在以下三個方面：(1)技術設計與制作過程復雜，臨床應用成本較高，不利于推廣；(2)產品的精確度仍有待提高，尤其是在預測模型中累及軟組織、咬合等情況；(3)3D打印原材料的多樣性不足，難以滿足各種臨床應用場景的需求。

現階段常用的3D打印原材料包括金屬、高分子和無機材料，隨著口腔材料學、組織工程學和制備工藝等多學科的交融與發(fā)展，未來將通過技術革新研發(fā)并優(yōu)化新型材料，使其在具備優(yōu)異的生物相容性和安全性的基礎上，能夠滿足不同診療用途的需求，比如美學修復體、隱形正畸矯治和骨內種植體等。此外，在頜面外科領域，3D生物打印也是未來研究的熱門方向，利用具有特定生物活性和功能的支架誘導器官或組織的重建，以獲得更佳的組織缺損修復效果。隨著安全穩(wěn)定口腔新材料的研發(fā)、精準快速打印設備的應用、臨床醫(yī)師操作技能的提高，3D打印技術在口腔臨床診療中的應用將有更為廣闊的前景。