3D打印技術在口腔科的應用

徐沈杰 吳燕岷 孫偉蓮 陳莉麗

【摘要】3D 打印是近年來迅猛發(fā)展的一種新興技術,在口腔科的應用越來越廣，因此有必要進行系統(tǒng)分類和綜合闡述。根據信息源采集、輸出方式、打印材料三方面，分別對3D打印技術在口腔科應用進行分類。通過文獻回顧發(fā)現(xiàn)，3D打印技術創(chuàng)新性地改變原有口腔科的醫(yī)療診斷模式，在精確手術、模型個性化制作、可替代材料等方面有著廣泛的應用。未來的3D打印技術不僅從根本上改變了延續(xù)近百年的現(xiàn)代口腔科診療模式，也從深層影響了醫(yī)療領域的方方面面。

【關鍵詞】3D打印 口腔科 應用

【中圖分類號】R781.05 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949(2014)07-0518-02

引言

三維打印技術，最早由美國麻省理工學院Sachs等提出，依據“逐層打印，層層疊加”的概念，在計算機的控制下，根據物體的CAD模型或CT等數據，通過材料的堆積，快速而精確地制造具有特殊外型或復雜內部結構的物體。

3D打印作為一種通俗化名稱，其實質是增材制造技術。美國材料與試驗協(xié)會將增材制造技術定義為：基于3D模型數據，采用與減式制造技術相反的逐層疊加的方式生產物品的過程，通常通過電腦控制將材料逐層疊加，最終將計算機上的三維模型變?yōu)榱Ⅲw實物，是大批量制造模式向個性化制造模式發(fā)展的引領技術［1］。相對于傳統(tǒng)大型的增材制造設備，3D打印概念著重體現(xiàn)了其設備的小型化、智能化及個人化特征。經過近20年的探索，3D打印技術已經有了長足進步，在打印材料、精度、速度等方面都有較大幅度的提高。目前已經能夠在0．01 mm的單層厚度上實現(xiàn)600 dpi的精細分辨率。目前該技術可使用的材料種類非常豐富，以生物細胞為材料可打印出器官、骨骼；以沙子為材料可打印建筑；以玻璃為材料可打印玻璃制品；以金屬為材料可打印機械零件等。下面主要介紹在口腔科的應用。

1應用根據信息源不同分類

1.1拍照式光學三維掃描：主要用于冠、橋、活動義齒的制作。其結構原理主要由光柵投影設備及兩個工業(yè)級的CCD Camera所構成，由光柵投影在待測物上，并加以粗細變化及位移，配合CCD Camera將所擷取的數字影像透過計算機運算處理，即可得知石膏模型的實際3D外型。

1.2X線透射掃描（CT三維重建）：用于種植導板、頭顱模型的制作和頜面外傷、骨折、腭裂的術前診斷。CT(Computed Tomography)，即電子計算機斷層掃描，它是利用精確準直的X線束與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描，每次掃描過程中由探測器接收穿過人體后的衰減X線信息，再由快速模/數(A/D)轉換器將模擬量轉換成數字量，然后輸入電子計算機，經電子計算機高速計算，得出該層面各點的X線吸收系數值，用這些數據組成圖像的矩陣。再經圖像顯示器將不同的數據用不同的灰度等級顯示出來，這樣該斷面的解剖結構就可以清晰的顯示在監(jiān)視器上，主要是硬組織的表達。

2應用根據打印材料分類：

2.1熱塑性塑料：一類應用最廣的塑料，以熱塑性樹脂主要成分，并添加各種助劑而配制成塑料。在一定的溫度條件下，塑料能軟化或熔融成任意形狀，冷卻后形狀不變；這種狀態(tài)可多次反復而始終具有可塑性，且這種反復只是一種物理變化。使用熔融沉積成型技術的3D 打印機通過將熱塑性材料加熱到半液體狀態(tài)并沿計算機控制的路線進行擠壓逐層構造零件。

2.2骨替代材料……

美國研究人員利用3D打印機開發(fā)骨骼打印技術，造出類似骨骼的材料。研究人員說，它可被用于骨科、牙科治療或開發(fā)治療骨質疏松癥藥物。華盛頓州立大學蘇斯米塔?博斯帶領研究小組，耗費4年時間開發(fā)類骨骼物質。他們發(fā)現(xiàn)，在生物陶瓷粉主要成分磷酸鈣中添加硅和氧化鋅可以使其強度提升一倍。磷酸鈣生物陶瓷材料是整形外科領域一類重要的骨修復材料，可模擬人體自然骨結構，適宜細胞和骨組織的長入。

據英國《每日郵報》2月6日報道，世界上首例由3D打印技術制作的人工下頜骨移植手術細節(jié)日前公布［5］。移植手術于去年6月在荷蘭進行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83歲女性。術后她的恢復狀況良好，新的下頜骨并未影響她的語言表達和進食能力。

這項新的人造骨骼3D打印技術由比利時公司LayerWise和比利時哈瑟爾特大學的科研人員共同開發(fā)研制，而器官制作過程被稱為“疊加制作法”。通過該方法，技術人員可根據移植患者的具體需求來設計骨骼部件的效果圖，然后利用高精度的鐳射槍來熔解鈦粉，并將它們一層層地噴涂疊加起來，最終形成一個立體的人造骨骼部件成品。整個過程不需要任何的膠水或粘結劑。

3結論與展望

3D 打印的“部件”植入人體在國內外都已經有先例。北醫(yī)三院骨科主任劉忠軍的相關研究已進入臨床觀察階段，為近 40 位患者植入了 3D 打印出的“骨骼”，用的也是鈦合金材料。做一次 CT，回家等兩天，牙醫(yī)就會拿出一顆與你原來失去的牙一模一樣的合金“3D 打印牙”，無需麻醉和手術，往牙床里一塞，種牙就完成了——3D 打印的科技浪潮已經進入口腔醫(yī)學，也許在不久的將來取代現(xiàn)在復雜而昂貴的種牙技術。北大口腔醫(yī)院主任醫(yī)師唐志輝大夫已經把生物 3D 打印技術應用于補種牙等口腔修復，并進行到了動物實驗階段，2 至 3 年后有望被批準應用于人體。

隨著3D打印的產品在材料、精度、方便易用性方面的不斷成熟，未來的3D打印技術不僅從根本上改變了延續(xù)近百年的現(xiàn)代口腔科診療模式，也從深層影響了醫(yī)療領域的方方面面。

參考文獻

［1］ 張楠，李飛.3D打印技術的發(fā)展與應用對未來產品設計的影響［J］．機械設計，2013，30(7)：97—99．

［2］吳菲菲，段國輝，黃魯成.基于團隊識別的3D打印技術發(fā)展前景分析［J］．情報雜志，2013，32(8)：62—67．

［3］馬立敏,張余, 周燁, 周霞,夏虹,藍國波.3D打印技術在股骨遠端骨腫瘤的應用［J］．中國數字醫(yī)學，2013，8(8)：70—72．