3D打印技術(shù)在口腔頜面外科治療中的應(yīng)用進(jìn)展

屠蓋雪 ，羊書(shū)勇 ，2

1 川北醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)系，四川南充 637007；2 中國(guó)人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院口腔科

近年來(lái)，數(shù)字醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，廣泛應(yīng)用于臨床并深刻地改變了醫(yī)學(xué)模式。3D 打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，是快速成型技術(shù)的一種，是用建模軟件如 Mimics、Amira、Rhino 等，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、陶瓷或塑料等可粘合材料，通過(guò)與3D 打印機(jī)間的協(xié)同作用，以逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造實(shí)體的技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與不斷改進(jìn)，3D 打印技術(shù)已經(jīng)從最早的光固化工藝，發(fā)展出熔融沉積成型技術(shù)、選擇性激光燒結(jié)技術(shù)等多種制作快速成型產(chǎn)品的方法［1］。隨著人們對(duì)3D 打印技術(shù)的日益關(guān)注，其在生物醫(yī)學(xué)、組織工程和研究中的應(yīng)用已成為醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)。目前，應(yīng)用3D打印技術(shù)可以打印出人體骨骼、血管、氣管、心臟、耳、義齒等構(gòu)件，在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于口腔頜面缺損修復(fù)、個(gè)性化面部手術(shù)、相關(guān)固定裝置的制作等?，F(xiàn)將3D 打印技術(shù)在口腔頜面外科中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。

1 3D打印在口腔頜面部缺損修復(fù)中的應(yīng)用

口腔頜面部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生外傷、缺損、畸形等可導(dǎo)致咬合紊亂、面部不對(duì)稱，嚴(yán)重影響咀嚼、語(yǔ)言、呼吸等正常功能。其治療需要從形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能等方面盡可能完美地恢復(fù)，尤其是美觀性要求較高，這給口腔頜面外科醫(yī)師帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。隨著3D 打印技術(shù)在口腔頜面外科方面的應(yīng)用和發(fā)展，上述問(wèn)題可以得到較好的解決方案。

1.1 下頜骨缺損的修復(fù) 下頜骨是顏面部最大的骨骼及外形的主要支撐結(jié)構(gòu)，其缺損畸形常見(jiàn)于外傷、發(fā)育異常、腫瘤切除術(shù)后等，多伴有周圍神經(jīng)、血管等重要組織的異位、畸形與缺損。多數(shù)患者面部對(duì)稱性差且功能受損，嚴(yán)重者還會(huì)產(chǎn)生心理問(wèn)題，影響其生活質(zhì)量。

目前修復(fù)軟組織缺損的方式多為自體組織瓣移植，重建骨組織的方式主要為自體骨組織移植、贗復(fù)體修復(fù)、人工生物材料植入等，存在效率不高、精度不強(qiáng)等不足，修復(fù)效果主要依靠外科醫(yī)師的臨床經(jīng)驗(yàn)，缺乏客觀參照，患者術(shù)后功能恢復(fù)欠佳。與3D打印技術(shù)結(jié)合的下頜骨重建技術(shù)可以在術(shù)前獲得術(shù)區(qū)的精確數(shù)據(jù)，使用軟件模擬分析以精確測(cè)量手術(shù)范圍，通過(guò)3D 打印機(jī)準(zhǔn)確打印出所需植入體，不僅使手術(shù)簡(jiǎn)單易行，減少了手術(shù)時(shí)間，還能精確恢復(fù)缺損區(qū)。3D 打印的成本優(yōu)勢(shì)目前尚不明顯，精準(zhǔn)修復(fù)是其最大的優(yōu)勢(shì)。有研究表明，用3D打印技術(shù)制造出來(lái)的三維模型產(chǎn)品，其打印精度可達(dá)到原物體的±200 μm［2］。

目前，以血管化腓骨皮瓣為代表的血管化骨組織瓣重建頜骨缺損已經(jīng)成為頜骨缺損修復(fù)的主要方法［3］。SERUYA 等［4］將傳統(tǒng)的游離腓骨瓣修復(fù)頜面部缺損的手術(shù)方式與應(yīng)用3D 打印截骨導(dǎo)板及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的手術(shù)方式進(jìn)行比較，結(jié)果顯示后者手術(shù)總時(shí)間明顯縮短，皮瓣平均缺血時(shí)間由170 min縮短至120 min，同時(shí)因皮瓣缺血造成的術(shù)后并發(fā)癥也明顯減少。MAJOR 等［5］認(rèn)為，盡管血管化自體骨移植反映了當(dāng)前的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但可供移植的骨部分有限，隨后的大劑量抗癌化療、放療可導(dǎo)致局部組織壞死。該團(tuán)隊(duì)的研究集中在替代治療技術(shù)上，通過(guò)3D打印高分子Ti6Al7Nb 粉末顆粒為基底進(jìn)行頜面部組織重建，以促進(jìn)骨組織生長(zhǎng)。他們認(rèn)為，有計(jì)劃地在患者體內(nèi)植入血管化骨作為“生物反應(yīng)器”是組織工程學(xué)中最安全的方法，與3D 打印結(jié)合，更能夠進(jìn)行微觀組織優(yōu)化，增加精確度。另外，有團(tuán)隊(duì)首次報(bào)道了成功運(yùn)用由100% β-磷酸三鈣組成的3D 生物活性陶瓷支架修復(fù)兔下頜骨節(jié)段性缺損［6］，證明了定制生物活性陶瓷支架在填充模型中的效用，可以產(chǎn)生顯著的成骨再生作用，更有利于卻缺損區(qū)愈合。

3D 打印技術(shù)能夠充分滿足臨床上修復(fù)復(fù)雜多樣化的下頜骨缺損個(gè)性化要求，并且可以縮短術(shù)前評(píng)估時(shí)間，快速進(jìn)行術(shù)前模型打印。但由于其材料的限制，如產(chǎn)生應(yīng)力屏蔽、機(jī)械強(qiáng)度不足、易老化等，使得臨床應(yīng)用不夠廣泛，打印材料是目前影響其發(fā)展的主要約束［7］。

1.2 耳缺損的修復(fù) 耳缺損或畸形是由先天發(fā)育異常、外傷、感染及其他原因?qū)е?，由于耳組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)節(jié)較豐富，體積小且位于美觀區(qū)，是頜面部整復(fù)的難點(diǎn)。ZHOU 等［8］使用 CT 掃描結(jié)合 3D 打印制造耳廓假體的方法，以創(chuàng)建耳廓模板。修復(fù)單側(cè)耳廓缺損一般的處理選擇是將健康的耳朵鏡像到缺損側(cè)，但如果雙側(cè)耳缺損，沒(méi)有一個(gè)健康的耳朵通過(guò)對(duì)稱反映將給臨床醫(yī)生帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。FAROOK等［9］認(rèn)為，有必要建立一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)最佳匹配來(lái)選擇一只耳朵。選定的耳朵可以被鏡像到另一邊，兩個(gè)成品可以通過(guò)直接或間接的方法進(jìn)行3D打印。鏡像獲取對(duì)側(cè)耳輪廓后結(jié)合3D 打印技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上縮短了圍手術(shù)期時(shí)間。

1.3 鼻缺損的修復(fù) 鼻部損傷一般為不規(guī)則缺損，其修復(fù)不像單側(cè)耳缺損那樣可以結(jié)合3D 打印的方法通過(guò)鏡像技術(shù)快速、精確恢復(fù)。鼻缺損的重建必須兼顧美學(xué)和功能，準(zhǔn)確復(fù)制鼻襯、鼻腔呼吸的支撐和覆蓋以及鼻腔的形狀和質(zhì)地都是至關(guān)重要的。ZOPF 等［10］用聚己內(nèi)酯（PCL）材料制作鼻部支架，植入實(shí)驗(yàn)豬的體內(nèi)并成功存活，具有良好的生物性能，但并未完全達(dá)到融合性軟骨覆蓋，其力學(xué)特性還有待進(jìn)一步研究。NUSEIR 等［11］報(bào)道 1 例完全集成數(shù)字技術(shù)構(gòu)建鼻假體的完整數(shù)字工作流程，運(yùn)用分析軟件切割患者面部CT，以獲得軟硬組織、皮膚色澤數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Z-brush 軟件分析，設(shè)計(jì)鼻假體后導(dǎo)出并使用3D 打印技術(shù)結(jié)合TangoPlus 材料，打印出3D 鼻假體，雖然省時(shí)省力節(jié)約存儲(chǔ)空間，可以隨時(shí)設(shè)計(jì)、打印，鼻假體邊緣與鄰近的缺損組織無(wú)縫融合，但使用時(shí)顏色和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，需要終身維護(hù)。

鼻部缺損無(wú)規(guī)律可循，不像耳、眼眶缺損修復(fù)時(shí)可參考鏡像，但結(jié)合缺損部位的CT 數(shù)據(jù)、專用工程軟件，運(yùn)用3D 打印技術(shù)仍能夠有效恢復(fù)，可見(jiàn)3D 打印的普遍性。

1.4 牙槽骨缺損的修復(fù) 3D 打印技術(shù)可用于牙槽嵴增高術(shù)。在無(wú)牙頜或頜骨缺損等導(dǎo)致牙槽骨缺少不利于修復(fù)的病例中，最常使用的方法為牽張成骨、引導(dǎo)骨再生術(shù)、植骨術(shù)，耗時(shí)長(zhǎng)、創(chuàng)傷較大且術(shù)后骨量恢復(fù)可能不理想。3D 打印結(jié)合CAD/CAM 進(jìn)行數(shù)字化重建和牙槽嵴增高的移植手術(shù)以其詳盡的術(shù)前計(jì)劃、最佳適應(yīng)性與穩(wěn)定性、較短的手術(shù)時(shí)間、創(chuàng)傷小等優(yōu)勢(shì)，被應(yīng)用于各種類型的牙槽嵴缺損的修復(fù)重建，且移植材料可為自體骨。有研究發(fā)現(xiàn)，3D打印的生物陶瓷材料CSI-Mg10 支架具有相互連接的三維多孔結(jié)構(gòu)、較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的生物活性和生物降解性，用于兔牙槽骨缺損修復(fù)幾乎無(wú)排異反應(yīng)、浪費(fèi)材料少，精確恢復(fù)骨量且實(shí)驗(yàn)兔預(yù)后良好［12-14］，有望作為頜面部或顱面條件下的骨重建的生物材料。

2 3D打印在個(gè)性化面部手術(shù)中的應(yīng)用

2.1 術(shù)前模擬 手術(shù)方案的制定與實(shí)施離不開(kāi)術(shù)前對(duì)手術(shù)各個(gè)細(xì)節(jié)的討論與模擬。以往醫(yī)師只能根據(jù)術(shù)前資料如CT、CBCT、MRI 等來(lái)模擬手術(shù)過(guò)程，耗時(shí)費(fèi)力，且與預(yù)想的精確性有一定偏差，患者對(duì)手術(shù)情況的了解程度也會(huì)降低。3D 打印技術(shù)能夠快速建立手術(shù)部位的數(shù)字化實(shí)體模型，使醫(yī)生在術(shù)前更加了解術(shù)區(qū)的解剖定位，直觀且精細(xì)，節(jié)約時(shí)間；可以反復(fù)模擬手術(shù)過(guò)程，熟悉每一個(gè)細(xì)節(jié)，提高手術(shù)精確性［15］，并充分準(zhǔn)備所需器械材料；讓醫(yī)生和患者在術(shù)前與術(shù)區(qū)解剖部位進(jìn)行接觸，利于醫(yī)患溝通，并增強(qiáng)醫(yī)生對(duì)手術(shù)的信心；幫助患者在術(shù)前理解手術(shù)策略，看到治療效果；代替需要在口內(nèi)制作模型的步驟，根據(jù)三維數(shù)據(jù)與口外成型，避免患者因咽反射重、腫瘤切除后唇部有疤痕而影響張口的情況［16］。研究顯示，3D 打印的精度可達(dá)±3%，與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，3D 打印能夠再現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的代表性結(jié)構(gòu)，可用于術(shù)前規(guī)劃［2］。目前國(guó)內(nèi)外用于術(shù)前規(guī)劃的設(shè)計(jì)軟件如Nobel Guide、Simplant、Surgi Guide、Dentiq Guide等，均廣泛應(yīng)用并逐漸成熟。

在術(shù)前模擬中，眼眶手術(shù)很具有代表性。眼眶手術(shù)之復(fù)雜不僅在于其解剖結(jié)構(gòu)，還在于頜面外科醫(yī)生在手術(shù)時(shí)由于眼部空間有限，眶底手術(shù)的視野和通道也會(huì)受到影響。LICHTENSTEIN 等［17］發(fā)明了第一臺(tái)基于3D打印的眼眶手術(shù)仿真裝置，該模型可用于軟硬組織操作的常規(guī)操作訓(xùn)練。此外，還有可能整合外科導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。由于3D 打印的多功能性，該設(shè)備還可以用于個(gè)性化的復(fù)雜眼眶手術(shù)過(guò)程的模擬。一旦有更合適的材料運(yùn)用，其模式也可以擴(kuò)展到眼眶軟組織的手術(shù)培訓(xùn)。

很多頜面部手術(shù)可以通過(guò)鏡像技術(shù)從健側(cè)獲取數(shù)據(jù)，以此為參考對(duì)患側(cè)進(jìn)行手術(shù)，但面部左右兩側(cè)并不是完全對(duì)稱，所以此方法在應(yīng)用于眼眶部位的手術(shù)時(shí)要更為慎重。VEHMEIJER 等［18］推薦對(duì)樣條插值的使用，以周圍的健康骨結(jié)構(gòu)為參考，修復(fù)眼眶缺損。但創(chuàng)建一個(gè)精確的樣條為基礎(chǔ)的模具需要使用大型9數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)和模式算法，以自動(dòng)重建創(chuàng)傷患者患區(qū)復(fù)雜的解剖形態(tài)。XIAO 等［19］應(yīng)用3D 打印技術(shù)行Le FortⅠ型截骨術(shù)，首先打印出手術(shù)模板、特異性植入物以及做好術(shù)前設(shè)計(jì)，然后確定頜骨的新位置，先進(jìn)行截骨術(shù)，最后沿著術(shù)前模板標(biāo)記進(jìn)行精確打磨；手術(shù)全過(guò)程僅需2～3 h，無(wú)神經(jīng)、血管和肌肉損傷，術(shù)后無(wú)明顯感染、面癱、骨壞死和骨移位。

3D 打印在術(shù)前模擬的應(yīng)用非常廣泛，結(jié)合術(shù)前規(guī)劃的軟件，將使手術(shù)達(dá)到更為理想的效果，如縮短手術(shù)時(shí)間、增加患者滿意度、減少醫(yī)生術(shù)中操作量等。

2.2 術(shù)中應(yīng)用 3D 打印技術(shù)在術(shù)前模擬的基礎(chǔ)上多用于頜面部手術(shù)的輔助導(dǎo)板、導(dǎo)航等方面。在植入手術(shù)前，醫(yī)師不僅需要精確掌握手術(shù)部位的解剖結(jié)構(gòu)，還需要借助一些方法來(lái)輔助定位植入物的方向、深度、與鄰近組織的關(guān)系等，近年來(lái)，CBCT、CAD/CAM 與3D 打印技術(shù)的結(jié)合，使得植入物的微創(chuàng)與預(yù)見(jiàn)性得到更加精確的體現(xiàn)。

自體牙移植可替換先天性缺失的牙齒或因外傷而脫落的牙齒，對(duì)于兒童或青少年患者而言，自體牙移植相較于鈦種植體可能是一個(gè)較好的治療選擇；但手術(shù)中需要精確完整取出供體牙，后植入受區(qū)且能夠存活，不僅要求截取組織過(guò)程中誤差極小，也要求受區(qū)預(yù)留空間匹配，植入過(guò)程盡量縮短以利牙周愈合。STRBAC 等［20］結(jié)合 3D 打印模板術(shù)中引導(dǎo)供體取出及受區(qū)移植，有效提高了移植牙的成功率，且療效確切，成為引導(dǎo)自體牙移植手術(shù)的最新方案。當(dāng)患者無(wú)條件進(jìn)行上述移植方案時(shí)，還可以選擇種植牙以修復(fù)缺失牙。與自體牙移植不同，種植牙不涉及供區(qū)取出的精確性，而是需要提高植入位置的精確性、合理性、高效性。近年來(lái)，種植導(dǎo)板的引入不僅增加了手術(shù)的精確性，還具有減少對(duì)周圍解剖組織的損傷、制作簡(jiǎn)單、患者主觀感受良好等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)牙頜患者失牙時(shí)通常存在牙槽骨垂直或水平骨吸收，不利于后期的種植修復(fù)。BHERING 等［21］提出的All-on-six 技術(shù)應(yīng)用于中度萎縮無(wú)牙頜修復(fù)，并將其與All-on-four 進(jìn)行比較，前者可有效解決牙槽骨量不足，傾斜種植體的應(yīng)用也能提高其生物力學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，無(wú)瓣程序更是減少了手術(shù)創(chuàng)傷，結(jié)合術(shù)前3D 打印手術(shù)導(dǎo)板，大幅提高了植入植體的精確度，有利于術(shù)者將植體植入理想的位置。運(yùn)用3D 打印出的靜態(tài)導(dǎo)板與動(dòng)態(tài)導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用可以在術(shù)中調(diào)整手術(shù)方案，并且實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控種植手術(shù)進(jìn)程，提高了可視性、安全性、精確性和靈活性。HERFORD 等［22］應(yīng)用 3D 打印與重建于術(shù)前打印導(dǎo)板并于術(shù)中結(jié)合計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)為1例眼眶骨折患者精確復(fù)位，降低了醫(yī)源性損傷周圍重要神經(jīng)血管的風(fēng)險(xiǎn)，提高了手術(shù)效率，降低了長(zhǎng)時(shí)間手術(shù)的并發(fā)癥，患者滿意度較高。

3D 打印定位導(dǎo)板還可以輔助溫控射頻治療原發(fā)性三叉神經(jīng)痛第二、三支，與徒手穿刺相比更準(zhǔn)確，位置放置準(zhǔn)確且并發(fā)癥少，患者滿意度和復(fù)發(fā)率均優(yōu)于徒手穿刺［23］。

3D 打印在術(shù)中的應(yīng)用主要是作為定位導(dǎo)板及具有導(dǎo)航的作用，使手術(shù)更加方便快捷，對(duì)醫(yī)生的臨床操作要求不高，對(duì)年輕醫(yī)生來(lái)說(shuō)，可以作為挑戰(zhàn)疑難手術(shù)的有效輔助。

3 3D打印在相關(guān)固定裝置制作中的應(yīng)用

3D 打印技術(shù)輔助修復(fù)體制作既可克服傳統(tǒng)修復(fù)體制作流程中難以用美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果指導(dǎo)最終修復(fù)體制作的缺點(diǎn)，又可避免減材制作的加工缺陷，節(jié)約制作成本，延長(zhǎng)修復(fù)體的使用壽命。因齲壞、發(fā)育不全、外傷等導(dǎo)致的牙體缺損多制作全冠修復(fù)以恢復(fù)咬合，采用3D打印技術(shù)制備的氧化鋯冠滿足真實(shí)度要求，適用于氧化鋯冠的制備。LEE 等［24］報(bào)道，與CAD/CAM 銑削方法相比，3D 打印技術(shù)的冠修復(fù)體的邊緣適合性和內(nèi)部適合性更好。

下頜節(jié)段性切除后需要依靠植入物重建，而植入時(shí)固定缺損兩端產(chǎn)生的誤差不可避免。有團(tuán)隊(duì)提出，運(yùn)用3D打印個(gè)性化的重新定位模板可以提高固定時(shí)的準(zhǔn)確性，但模板放置時(shí)能否與骨面充分接觸、位置的不惟一性、過(guò)程中人為的偏差等缺點(diǎn)都需要進(jìn)一步調(diào)整。LOUVRIER 等［25］首次報(bào)道了 3D 打印的下頜外固定器，包括定位器與鉆孔導(dǎo)向，其目的為固定三年前接受過(guò)放射治療的舌鱗狀細(xì)胞癌患者的感染性下頜假關(guān)節(jié)，輕盈、平衡、放置簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，有最小的侵入性。MZAID 等［26］結(jié)合 3D 打印技術(shù)改進(jìn)了張嘴壓舌口腔放射支架的制作流程，與CT掃描下的支架相比，更加真實(shí)、準(zhǔn)確、可重復(fù)。

綜上所述，3D 打印技術(shù)廣泛用于口腔頜面部修復(fù)、個(gè)性化面部手術(shù)、相關(guān)固定裝置的制作等方面，使口腔頜面部疾病的治療更加精確、高效，以其可重復(fù)操作、可視化模擬等優(yōu)勢(shì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占有一席之地。但3D打印技術(shù)目前也存在著耗材成本較高、生產(chǎn)效率低、制作時(shí)間較長(zhǎng)等不足，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。