3D打印技術在口腔醫學領域中的應用

陳歡

摘 要：隨著醫療技術的發展，對外科疾病的治療方案正逐漸走向微創化、個性化、精細化，這對臨床醫師、醫用材料提出了更高的要求。醫生期望針對某一患者提供個性化的治療方案、個體特異性的醫用材料以達到最佳的治療效果，而3D打印技術的不斷發展和在醫學領域的應用，讓這一理想即將成為現實。因此，本文對3D打印技術在口腔醫學領域中的應用進行分析。

關鍵詞：3D打印技術；口腔醫學領域；應用

3D打印技術是一種將計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數控（CNC）、精密伺服驅動、新材料等先進技術集于一體，具有很高科技含量的綜合性應用技術。目前該項技術已經應用在航空航天、軍工、汽車和電子制造、生物工程和醫學、建筑、日常用品等多個領域，尤其在一些交叉學科領域中，如生物醫學領域等。3D打印技術具有的快速性、準確性，以及對復雜形狀實體的完成特性使其展現出非常廣泛的應用前景。

1 3D打印技術概況

3D打印技術，利用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過增加材料逐層打印的方式來生成三維實體，所以又被稱為增材制造技術。該技術工作原理為：第一需使用建模軟件對物體建模，將模型數據以STL格式文件導入到計算機系統中，然后將建成的三維模型分成若干層二維平面數據，通過計算機系統的控制，使打印機開始逐層打印，通過層層疊加的方式制造出三維實體造型，最終把計算機上的藍圖變成實物。根據使用原料和成形技術的不同大致可分為以下幾類：熔融沉積成形，選擇性激光燒結，光固化立體印刷，三維噴印等。

1984年，Hull等首次利用計算機建模并打印出三維實體，標志著3D打印技術的誕生。1986年，美國出現了世界上第一家生產3D打印設備的公司，吸引了無數學者的訪問，其中包括清華大學顏永年教授，回國后建立了清華大學激光快速成形中心，后來被認為是中國快速成形技術的先驅人物之一。

2 3D打印技術的定義及成型類型

3D打印技術又稱“添加制造技術”，是一種由計算機輔助設計三維數字模型，通過成型設備將材料逐層累積形成一個實體對象的新型數字化成型技術。就目前而言，主要有以下幾種成型技術。

2.1 3D噴印

其原理為先在工作臺上均勻的鋪上單位厚度的粉末材料，再由計算機輔助設計的三維模型數據引導打印噴頭，按指定路徑噴出液態粘結劑使粉末粘結，之后打印平臺下移一個單位平面，重復上訴過程，逐層疊加最終生成3D打印產品。

2.2光固化立體印刷

該成型技術利用紫外激光照射液態光敏樹脂使其發生聚合、交聯反應而固化的原理，同樣由計算機按3D模型數據控制激光在某一單位平面運動軌跡，使該層光敏樹脂材料聚合固化，之后在該固化的樹脂上再覆蓋一層液態樹脂，重復掃描固化直至模型打印完成。

2.3選擇性激光燒結

與光固化立體印刷不同，該項技術利用的是激光束產生高溫，使粉末類的材料熔融，冷卻后再固化的原理。由計算機控制激光束運動軌跡以設定的速度和能量密度進行掃描，該層掃描完成固化后移至下一單位層面，最終形成所需模型實體。

2.4熔融沉積成型

其使用材料為絲狀的熱熔性材料，成型原理與光固化立體印刷類似，但是在打印之前需要將材料加熱至半流體狀態。由計算機控制噴頭在3D模型該層截面輪廓處噴出熔融狀態材料，之后材料迅速冷卻凝固。如此層層反復進行至模型打印成型。

3 3D打印技術在口腔醫學領域中的應用

3.1口腔頜面外科領域的應用

3D打印技術在口腔頜面外科領域中可以用于打印頜面缺損部位修復體、手術個性化導板、手術固定裝置等。金屬3D打印技術促進了硬組織外科植入手術的設計和制造，如口腔頜面部缺損可以利用3D打印上頜骨、下頜骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等修復體；顴骨骨折錯位愈合手術可以利用3D打印的個性化導板進行定位；頜面部創傷修復手術可以利用3D打印的鈦板固定相關贗附體等。該過程先對頜面部骨折或外傷的患者進行CT掃描，掃描后將獲得的數據存儲為DICOM格式，然后導入Mimics軟件中，利用分割及重建等功能，設計出三維解剖模型。將設計好的三維數據導入3D打印處理軟件中進行設計，并利用3D打印設備制作出人體骨骼部件成品，整個過程不需要任何膠水或粘結劑。

3.2口腔修復領域的應用

3D打印技術在口腔修復領域中可以用于打印不同的修復體。計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術多以切削為主，這種方式不但造成材料的浪費，也使得制作的修復體種類單一，而且不可以批量生產。快速成型技術可以基于CAD數據，進行增材制作，完成口腔修復領域中的CAM過程，該過程可以同時加工多個金屬冠。此外，還可以打印不規則形狀、尺寸和表面粗糙度要求不同的修復體。

3.3口腔正畸領域的應用

3.3.1取代石膏模型

現已有用3D打印技術打印數字模型取代正畸矯正過程中的石膏模型。該3D模型更具個性化與真實性，不僅解除了印模材料給患者帶來的惡心感，還減少了制作過程中可能產生的形變，同時也解決了石膏模型不易儲存的問題。

3.3.2個性化托槽

用選區激光熔化直接成型技術，把個性化舌側托槽模型直接制成金屬的舌側托槽，該技術采用增加材料的方法成型零件。結果顯示該個性化舌側托槽底板能夠與患者牙齒的舌側面精密吻合，為牙齒矯正提供了一種新型的美觀又快捷的方法。

3.3.3正頜外科手術導板

在正頜外科術前，醫生用電腦設計并制作個性化外科導板，包括Le Fort截骨部位和上頜骨復位部位，術中利用這些導板指導手術，不僅縮減了手術時間，而且使上頜骨復位的誤差降到1mm以下，同時，獲得面容的美觀性更符合患者自身情況，增加了患者的滿意度。

3.4口腔種植領域的應用

3.4.1個性化種植體

由于每個患者的牙槽骨表現不同，且對種植外科的精確性和功能恢復性要求的增高，“個性化種植義齒”被提出。目前，個性化的種植體大多使用SLS打印，其制作的種植體具有較高強度及精確度。同時也大幅減少了進口成品種植體的時間與金錢。

3.4.2種植導板

有學者用3D打印技術設計制備樹脂或金屬的種植導板，該導板可以簡化并引導種植手術。他們將激光表面掃描、錐形束計算機斷層掃面、計算機輔助設計和制造、3D打印相結合，制備帶有植入孔、支抗孔、支抗釘、不可翻瓣區和可翻瓣區的導板。術中導板戴入口內，可精確指導術者植入種植體。

3.5口腔內科學的應用

完善根管治療的前提是熟悉牙齒髓腔和根管系統的解剖特征，傳統研究根管系統常用到片切法、透明牙模型法、x線法。隨著影像學技術的發展，三維影像重建技術已開始應用于根管形態學研究。重建后的圖像可從各個角度觀察根管形態，并對其進行綜合測量和分析，以了解并總結根管系統的解剖特征和變異。通過3D打印技術將重建出來的模型實體化后，還可以廣泛應用于口腔教學和臨床復雜根管的術前診斷及模擬手術。

結束語：

隨著口腔醫學水平的發展，個性化與美觀性的要求越來越高，3DP以其明顯優勢在口腔科的應用越來越成熟。目前支持3D打印的材料有限，且生物打印研究還處于實驗室階段，但我們可以展望，相信3DP將給口腔醫學帶來顛覆性的發展。

參考文獻：

[1]3D打印技術及其在口腔修復學領域的應用[J].肖凌浩，高平，孫迎春.口腔頜面修復學雜志.2015（06）

[2]3D打印技術在口腔臨床的應用[J].孫成，于金華.口腔生物醫學.2014（01）

[3]金屬3D打印技術在口腔醫學應用前景[J].趙冰凈，胡敏.口腔頜面外科雜志.2015（04）