3D打印技術制作修復科義齒的精準度的研究進展

崔雅楠 張亨國

安徽醫科大學口腔醫學院，安徽醫科大學附屬口腔醫院1修復科，2種植科、安徽省口腔疾病研究重點實驗室（合肥 230032）

在口腔修復領域，傳統工藝制作口腔義齒的過程繁瑣，易出現鑄件變形、義齒邊緣粗糙等質量問題，且加工周期長，影響義齒的最終修復效果［1］。3D打印技術，又稱增材制造技術（additive manufacturing，AM），是基于計算機輔助設計（computeraided design，CAD）的數字模型，通過特定的自動過程逐層添加標準化材料，最終創建個性化3D對象的新型制造技術［2-3］，具有快速、高效、便捷、可重復和節約材料等優點。數字化3D打印技術改變了牙科的實踐方式［4-5］，借助口內掃描儀、錐形束計算機斷層掃描（cone beam computed tomography，CBCT）和CAD即可實現口腔義齒的椅旁制作和完成，逐漸取代部分傳統義齒的制作技術，為臨床醫師提供了新思路及新方法。修復體的精準度包括固定修復體冠邊緣及冠內部的適合性、活動義齒與口腔黏膜的貼合度及封閉性、種植義齒的植入位置及適合性［6］，對修復義齒的長期臨床效果至關重要。3D打印修復體的精準度受到多種因素的影響，但尚未系統總結，本文就近年來國內外3D打印義齒的精準度的進展予以綜述，為該技術更好地制作修復體提供參考。

1 3D打印制作義齒方法

3D打印技術制作義齒包含3個基本步驟：一是數字化掃描儀器（口內掃描儀或CBCT）進行數字模型的采集；二是相關CAD軟件進行修復模型的設計及數據加工；三是3D打印及終處理［7］。

1.1 數字模型的采集口內掃描儀可記錄口腔內表面的幾何形貌，分為接觸式及非接觸式，臨床多用非接觸式。非接觸式口掃按照掃描原理分為激光三維掃描、拍照式三維掃描［8］。常見的口內掃描儀有Shape Trios （3 Shape公司，丹麥 ）、iTero（Align Technology公司，美國）、Fusion Scanner（朗視儀器，中國）、Aoralscan（先臨三維，中國）、i700（Medit公司，韓國）、CS3600（Carestream公司，美國）。無論使用何種口掃儀，遵循掃描策略可提高掃描精準度，即先掃描咬合面，然后頰面，最后舌面；推薦掃描單科牙、跨度短的牙弓［9］。此外，掃描系統的物理分辨率、傳輸數據的軟件、掃描時間均可影響掃描精準度［10］。CBCT可記錄口腔硬組織，國內外均已開發并使用了技術成熟的CBCT，如：德國西諾德和卡瓦、意大利NewTom公司、中國安科、郎視儀器公司，其掃描無盲區。主要用于種植義齒及活動義齒，因存在輻射，在制作固定義齒時無須也不推薦使用［11］。

1.2 修復模型的設計及數據加工CAD軟件設計獲取的數字模型，常用的軟件有：3 shape公司的Dental systems、Exocad公司的Exocad Matera、Nemotec公司的NemoStudio，這些軟件可以基本滿足固定修復的要求［12］。打印前，需將設計的數據轉化為3D打印設備可識別的文件格式，其中最普遍的為STL文件格式，STL分辨率越高，打印物體越能展現出更精細的細節，但需要的儲存空間大、打印時間更長［13］。建議專業的口腔醫師或技師充分了解CAD軟件的特征后再設計操作，方可確保最終修復體的整體質量。

1.3 3D打印及終處理3D打印根據義齒單層創建及堆疊的原理不同，可分為6種類型：立體光固化成型（steriolithography，SLA/SL），數字光處理（digital light processing，DLP），選擇性激光燒結（selective laser sintering，SLS），選擇性激光熔化（selective laser melting，SLM），熔融沉積成形（fused deposition modeling，FDM），光聚合物噴射（photopolymer jetting，PPJ）。不同打印方式的總結比較見表1。

表1 不同3D打印優缺點、修復材料應用及精度調控方法Tab.1 Advantages and disadvantages，application and accuracy regulatory methods of various 3D printing technologies

2 3D打印制作各類修復義齒的精準度及影響因素

數字化3D打印技術在修復科的應用逐漸廣泛，可制作冠橋及貼面或嵌體、可摘局部義齒金屬支架、全口義齒蠟型及基托、種植導板及種植個性化托盤、樹脂牙模型。深入研究各類義齒的精準度及影響因素有助于優化治療的最終效果。

2.1 固定義齒及固定橋傳統制取患者口內印模后，灌注石膏模型，用失蠟鑄造法或切削法制作固定冠橋，精度易受到患者口腔情況及石膏模型等影響，而3D打印通過口內掃描直接采集基牙數據，精度受到材料、幾何形狀及打印構建的方向、層厚度參數的影響［9］。張杰等［22］用DLP技術打印樹脂單冠，發現層厚度設置在100 μm時，冠的精密度更優越。陶瓷材料強度及美觀性俱佳，臨床上制作全瓷冠橋已普及，WANG等［23］研究了3D打印制作氧化鋯陶瓷冠的外表面、組織面及邊緣準確性，得出結論：SLA技術制作的全瓷單冠準確度均不低于切削制作的單冠，且符合臨床的準確度要求，通過設置最小的表面遞進參數、選擇精度高的掃面頭及提前校準軟件進一步提高牙冠精準度。為了進一步探索不同3D打印方式制作冠橋的精準度是否不同，LI等［24］分析了兩種SLA制作的氧化鋯陶瓷牙冠的邊緣和內部適合性，發現設計支柱支撐的氧化鋯冠內部和邊緣精度較低，仍需改進。而設計全支撐底座SLA的氧化鋯冠因提供更好的支撐，移除后無殘留，具有良好的三維外形和臨床可接受的適應性。因此推薦設計全支撐底座SLA制備氧化鋯全瓷冠。LüCHTENBORG等［25］比較了SLA、DLP及PPJ法制作四單位氧化鋯全瓷橋，發現SLA及PPJ制作的修復體精度誤差＜ 100 μm，符合臨床要求（＜ 120 μm），但精度尚低于傳統減材技術，可能由于后處理時陶瓷產生微裂紋、變形，可縮短后處理的時間提高精度。樹脂材料由于美學性能突出、彈性模量更接近牙本質、且對對牙損傷小，后牙咬合力較小的牙面及前牙可采用該材料進行修復。LIM等［26］在修復Ⅱ類洞時，采用3D打印技術（DLP）制作樹脂嵌體，預先設計較大尺寸的樣本來彌補樹脂聚合收縮帶來的誤差，從而獲得優異邊緣適合度和精準度的嵌體。SAMPAIO等［27］研究了3D打印不同材料制作貼面和全冠的適應性，認為3D打印樹脂貼面具有良好的內部適應性。因樹脂材料的聚合收縮，不同樹脂材料會影響臨時冠的精確度，可選用聚合收縮小、產熱及氣泡少的樹脂如多功能甲基丙烯酸酯構成的玻璃填料類材料。綜上，目前3D打印技術臨床上可制作齦上邊緣的貼面、嵌體、單冠及固定橋，且顯現出良好的臨床效果。如何進一步實現臨床標準化應用，改變傳統的固定修復體制作模式，是需要解決的問題。

2.2 可摘局部義齒支架可摘局部義齒支架與口腔黏膜的貼合度，對于義齒的固位和穩定至關重要。3D打印可摘局部義齒支架已應用于臨床，但由于口掃數據無法復制出軟組織的可讓性，3D打印尚未普及。義齒多用鈷鉻或純鈦類金屬支架，其中SLM技術直接制作可摘局部義齒支架的研究日趨完善。WILLIAMS等［28］展示了用SLM技術直接制作支架修復兩側末端游離牙缺失的病例報告，支架適應性符合臨床要求，直接制作金屬支架由于避免包埋過程導致部件輕微移位變形，精度良好。同樣，ALABDULLAH等［29］和GAO等［30］分別用SLM打印制作鈷鉻支架和鈦支架，其邊緣適合性良好。也有學者用3D打印技術先制作可熔融的樹脂，再間接鑄造成金屬支架。ROKHSHAD等［31］發現傳統取模鑄造法和DLP打印樹脂熔模法制作的鈷鉻合金支架均有臨床可接受的短期邊緣適合性，須進一步研究精度的長期穩定性。此外，建議使用的數據處理軟件可對獲取的數字模型進行觀測分析、獲取就位道及填倒凹處理，提前建立好可摘局部義齒各組件的數據庫以便設計支架。TASAKA等［32］比較了3D打印樹脂熔模法和SLS直接法制作的可摘局部義齒金屬支架的精度，發現間接法制作的支架舌桿連接處精度較低，可通過打印后快速鑄造避免金屬形變，增加精度；而直接法制作的支架舌桿中心處觀察到局部差異，須研究燒結條件如調整最適合的溫度、壓強及濕度來減小金屬形變應力。3D打印樹脂熔模法和SLS直接法制作的金屬支架的精準度由于特定結構組件的不同而呈現差異。近年來越來越多的學者研究新型材料聚醚醚酮（poly-etheretherketone，PEEK）制作可摘局部義齒的理化性質，NEGM等［33］探討直接和間接CAD/計算機輔助制造（computer-aided design manufacturing，CAM）技術制備上頜PEEK可摘局部義齒支架的貼合度，得出結論：直接銑削PEEK和間接增材制造（樹脂印刷結合失蠟PEEK熱壓技術）在整體貼合度上有顯著差異，但在臨床可接受范圍內。其中，直接技術制作的支架顯示出更好的整體貼合度。綜上，建議采用直接3D打印法制作可摘局部義齒支架，既可獲得良好的精準度，又可節約制作時間及成本。但是注意在設計階段和制作階段均要考慮到減少材料的形變。

2.3 全口義齒對于全口義齒，義齒基托和黏膜的貼合性是義齒固位和長期修復成功的關鍵［34］。有研究［35］用標準無牙模型模擬患者上頜無牙，DLP打印上頜全口義齒基托，評估了構建方向與單層厚度對義齒基托精度的影響，結果表明沿45°和90°方向打印的義齒精度最高，層厚度為50 μm和100 μm僅改變打印時間，精度無統計學差異。另一研究［36］測試了3種方法制作全口義齒基托：注射制模、銑削及3D打印技術，比較模型與上頜全口義齒基托在第二前磨牙和第二磨牙跨腭中縫區域的匹配精度，得出結論：傳統方法由于聚合收縮及內部應力具有更大形變，3D打印組平均偏差最低，其次是銑削和注射印模技術。WANG等［37］對3D打印全口義齒的準確度進行了綜述，亦發現：3D打印義齒基托的精度（0.058 ～ 0.29 mm）與傳統技術制作的義齒基托（0.105 ～ 0.30 mm）相似。因此，建議使用高精度口掃儀獲取數據，美國AvaDent系統處理數據，調整打印過程中的光強、打印角度及方向、層數，選擇穩定的支持結構，縮短后處理時間來獲得較高精度的義齒。綜上，3D打印制作全口義齒的臨床應用和研究不多，因黏膜具有彈性，記錄轉移位關系復雜，口掃無法獲取黏膜及咬合的動態數據，該技術有待突破，目前可在臨床3D打印制作并試戴義齒支架后，制取功能性印模，灌制終模型，再3D打印終義齒，該方法可減少醫技操作時間，研究前景廣闊。

2.4 種植義齒種植義齒由于固位力強、舒適度高及不損傷鄰牙特點逐漸成為牙列缺損患者修復的主流方式［38］。而自由手種植修復的精準度受限于醫生的經驗和操作，種植導板和3D打印個性化托盤應運而生。

新型導板結合CBCT、口內掃描和計算機輔助設計獲得數字文件，通過3D打印得出，可精準定位，簡化義齒修復過程，目前有資質的醫院均可開展3D導板種植技術，且技術較為成熟。MEHRDAD等［39］推薦3D打印層厚度設置為50 μm，此條件下備洞位置、深度及方向最準確。YEUNG等［40］使用3D打印導板時，測量了不同種植體系植入位置及方向的精準度，指出：3D導板引導植入的植體位置及角度均滿足臨床要求，不同種植體系各有優劣，這可能與植體的形狀、自攻性及表面處理方式有關，有待深入研究。SHI等［41］認為3D打印的牙支持式導板精度最高，無牙患者使用導板固定螺絲可獲得更精準的植入位點、方向及深度，盡量減少導環與骨的距離可減少種植偏差，使用塑料導環精度更高。此外，引導方案（全程或半程導板）、種植體位置（上頜或下頜、前牙或后牙）、種植體大小、骨質量均可能影響導板精度，有待進一步研究。綜上，3D打印技術用于缺牙少的種植手術已能取得較好的精準度，缺牙多或無牙時，精準度仍有待提高。

準確的無牙印模是保證種植修復體具有良好的支撐力、固位、穩定性、修復功能和保護口腔組織健康能力的基礎［42］。精準穩定的托盤可以為壓模材料提供均勻厚度和足夠空間，3D打印個性化托盤由于可以很好地控制印模材料的預留空間、提高精度和印模再現性，成為研究熱點［38，42］。有測試結果［42］表明，與傳統手工制作的托盤相比，3D托盤可更精確地記錄種植體位置，具有足夠的延伸范圍和更均勻的三維空間。有文獻［43］介紹了一項技術：在全牙列種植印模過程中，3D打印出個性化托盤和修復的金屬支架，該方法的主要優點是完全控制了每個種植體印模基臺周圍印模材料的空間，使印模精準度顯著提高。

2.5 牙模型牙模型對于臨床診療和教學十分重要，記錄模型的精確度影響牙間間距、牙弓形狀及尺寸，目前教學及臨床上的牙模型多由3D打印制作。有研究［44］證明：PPJ打印技術如設置最精確的打印參數，其打印出的模型與石膏模型無臨床統計學差異。SHERMAN等［45］發現3D打印（DLP）制作口腔模型具有高度可重復性；打印出的模型無論實心或空心，均具有臨床可接受的準確度；打印精度在50和100 μm時，其準確度最高。因此3D打印比傳統制作模型更節約材料，需要使用大批量模型時，推薦采用3D打印空心模型的方法。JANG等［46］為制作三單位固定橋，發現3D打印制作的模型邊緣和內部適合性在臨床可接受的準確性范圍（120 μm）之內。PARK等［47］比較了不同3D打印技術打印出的模型，認為與DLP、PPJ和SLA相比，FDM打印出的全口口腔模型精度最低，SLA精度最高。YOUNG KIM等［48］評價了FDM、DLP和SLA打印出的模型精度，同樣發現SLA打印的模型在解剖細節和三維精度上表現更佳，且邊緣平滑、圓鈍。綜上，3D打印模型已用于教學或記存模型，可定性比較治療前后的口腔變化，但其精度仍有待提高；若定量比較治療前后的變化、或利用模型制作治療性義齒時，使用前需進行質量控制。由于模型會變形并顯示出表面缺陷，如層間線、鋸齒狀邊緣和缺乏清晰度，臨床醫師應了解目前各個3D打印機的局限性，從而選擇最合適的打印方式、設置最優參數來打印模型，目前推薦使用SLA方式。

3 小結與展望

目前，多種3D打印技術制作的各類義齒及模型的精準度大多符合臨床要求，制作過程亦更加簡易快捷。該技術由于數據獲取、處理軟件及打印儀器的設置參數、后處理時間及環境等不同，打印出的修復體精準度各有差異；此外，打印方式、打印材料的性質及打印的組件部位亦影響修復體精準度。學者須進一步研究影響3D打印修復體機械性能的因素及最佳精準度參數，在保證修復體強度及韌性的前提下，選擇最合適的打印方式及儀器、設置最優參數，提供可靠的理論支持，使得該技術的應用更加規范化、統一化。該技術如何在修復領域更廣泛更高效地應用，值得研究和探討。