2種快速成型技術制作頜面部贗復體表面皮紋的初步研究

唐雪鵬，王崇，耿燕，畢方鵬，貢瑾，李適廷，張敏

（1.解放軍大連療養院桃源門診，遼寧 大連 116021；2.解放軍第210醫院，遼寧 大連 116013；3.解放軍空軍總醫院，北京 100000；4.解放軍第三軍醫大學新橋醫院，重慶 400037；5.解放軍第457醫院口腔科，湖北 武漢 430000）

2種快速成型技術制作頜面部贗復體表面皮紋的初步研究

唐雪鵬1，王崇2，耿燕1，畢方鵬3，貢瑾1，李適廷4，張敏5

（1.解放軍大連療養院桃源門診，遼寧 大連 116021；2.解放軍第210醫院，遼寧 大連 116013；3.解放軍空軍總醫院，北京 100000；4.解放軍第三軍醫大學新橋醫院，重慶 400037；5.解放軍第457醫院口腔科，湖北 武漢 430000）

目的比較光固化立體造型技術（SLA）和選區激光燒結技術（SLS）2種快速成型技術設計制作表面帶有皮紋的硅橡膠試件和贗復體的效果。方法應用SLA和SLS技術，分別制備取自正常志愿者面頰部帶有表面皮紋的硅橡膠試件和鼻部缺損患者的鼻部贗復體，并對其表面形態進行觀察和比較。結果SLA法制備出的硅橡膠試件表面帶有明顯的皮紋，并且制備出的鼻部贗復體表面可見清晰的紋理。而采用SLS技術獲得的硅橡膠試件和鼻部贗復體表面未見明顯皮紋。結論SLA快速成型技術更適合帶有表面皮紋的頜面部贗復體的制作。

三維打印；快速成型；表面皮紋；負型代模

當前口腔頜面部嚴重的器官缺損可以通過硅橡膠制作的贗復體修復。然而如何使修復體與患者面部和諧相容，并且具有美感，表面細節特征起著決定作用。利用目前現有的重建技術尚無法完整獲得皮膚走形與紋路[1-2]。在贗復體的設計過程中，可以根據計算機軟件自帶的皮紋附加功能設計出皮紋的基本形態[3-4]。但軟件中設計出的皮紋能否夠在實際模型上體現出來，這不僅取決于皮紋的深淺和走形的復雜程度，更取決于快速成型技術的制作精度。目前，應用較多的快速成型技術主要有光固化立體造型技術（Stereolithography，SLA）和選區激光燒結技術（selected laser sintering，SLS），這兩種方法是目前快速成型技術中研究最多、應用最廣泛的。雖然這2種方法加工原理、適用范圍及制作所需的材質相似，但是這2種方法在制作精密的帶有皮紋的硅橡膠贗復體的研究尚未見報道。本實驗對這2種技術在制作帶有皮紋的硅橡膠贗復體上做初步探討。

1 資料與方法

1.1研究對象

患者男性，52歲，遼寧義縣人，2013年7月行鼻底細胞癌行全鼻切除術，選取2015年7月-2016年4月于解放軍第457醫院就診。健康志愿者1例，男性，21歲，在校大學生。

1.2實驗儀器

3DSS-Ⅱ三維結構光掃描儀與自帶系統（上海數造公司），Geomagic studio 11.0（美國Geomagic公司），Magics RP 9.0（美國Materialise公司），SLA激光3D快速打印成型機（陜西恒通智能機器有限公司），SLS激光3D快速打印成型機（北京鑫龍自動成型系統有限公司），ZY-1型醫用硅橡膠（湖北武漢恒天藥業有限公司）。

1.3實驗方法

1.3.1健康志愿者面頰部數據的獲取利用3DSS-Ⅱ三維結構光掃描儀光柵掃描獲取健康志愿者面頰部三維數據，以wrl.格式存儲備用。利用Geomagic studio 11.0軟件將健康志愿者的面頰部三維數據進行除噪、片面化。利用軟件自帶的雕刻刀及浮雕功能添加皮膚紋理。在深度選項中調節浮雕最深處的數值為2mm。

1.3.2三維鼻數據的選擇與皮紋添加利用3DSS-Ⅱ三維結構光掃描儀光柵掃描獲取鼻部缺損患者的三維數據，以wrl.格式存儲備用，方法如下：①打開Geomagic studio 11.0軟件，將獲得的三維云數據導入軟件，利用軟件中的堆積整合功能，根據面部標識點，構建完整的患者面部軟組織三維形態數據圖；②利用Geomagic studio11.0軟件去除異常點、三角片面化，邊緣修整柔順，初步構建出患者面部三維模型，以患者患病前照片為參考依據，從建立的健康外鼻數據庫中選擇相應的健康鼻三維數據。征求患者意見并滿意后，以stl.格式存儲；③利用軟件的雕刻刀和浮雕功能對表面形態進行修整，在建立的缺損軟組織處添加皮紋細節。在深度選項中調節浮雕最深處的數值為3mm，進行數據微處理。

1.3.3硅橡膠實體的制作將上述兩組數據分別導入Magics RP 9.0軟件中，將文件轉換為快速成型機所能識別的文件類型。將文件導入使用SLA技術的SPS250B激光快速成型機和使用SLS技術的AFS360激光快速成型機中，加工完成后，經相應的后處理分別獲得取自面頰部硅橡膠試件和鼻部硅橡膠贗復體。

2 結果

2.1面頰部三維數據的獲取

利用3DSS-Ⅱ結構光掃描儀所獲得的健康志愿者面頰部的三維數據完整平滑。

2.2三維鼻數據的構建

三維結構光掃描儀和Geomagic studio11.0構建出符合患者面部外形的健康外鼻三維形態。見圖1。

圖1　軟件構建的面部三維圖像

2.3面頰部硅橡膠試件的獲取

健康志愿者面頰部樹脂負型代模順利取出，并翻制得到硅橡膠試件。

2.3.1兩種快速成型技術獲得代模的比較采用SLA技術得到樹脂負型代模表面光潔，未見明顯的臺階現象，負型的底面可以清晰地觀察到不同深度的紋理，分布均勻。而采用SLS技術得到的樹脂盒狀負型，紋理較淺，紋理走形不規則，表面粗糙，以手觸之有明顯的顆粒感。負型內層面紋理模糊不清，僅顯示為具有環形臺階狀粗糙表面。

2.3.22種快速成型技術獲得硅橡膠試件的比較

采用SLA技術得到的由負型代模翻制出來的面頰部硅橡膠試件，經過外著色后，可見其外觀與人的正常的皮膚紋理相似。而利用SLS技術得到的面頰部硅橡膠，經過外著色后，觀察硅橡膠塊表面光潔，未見明顯的皮膚紋理特征。見圖2、3。

圖2　SLS技術獲得的面頰部硅橡膠試件

圖3　SLA技術獲得的面頰部硅橡膠試件

圖4　SLA技術獲得的鼻贗復體

圖5　SLS技術獲得的鼻贗復體

2.42種快速成型技術獲得鼻贗復體皮紋的比較

獲得由負型代模翻制出來的鼻部贗復體。利用SLA技術獲得的鼻部贗復體表面可以觀察到走形清晰的紋路，在曲率變化較大的鼻尖區域，也可以觀察到清晰的皮膚紋理細節。而用SLA技術獲得的鼻部贗復體表面觀察不到走形清晰的紋路。見圖4、5。

3 討論

自從三維打印技術進入到頜面部組織工程修復領域以來，如何使贗復體的形態自然逼真而獲得更佳的修復效果，一直是學者們致力追求的目標。

面部的紋理和皺紋是面部表面特征的重要組成部分，是面部具有鮮明個性化不可或缺的重要因素[5-6]。雖然部分頜面部的缺損能夠通過鏡像反轉技術完成計算機輔助設計的仿真修復[5]，但是在重建的面部三維模型中無法反映出明顯的皮膚紋理狀態。雖然基本滿足一般的缺損組織的修復，但是離“求美者”所追求的“完美”還是有一定距離。

通過三維結構光掃描系統獲得掃描物體的三維數據，利用Geomagic 11.0軟件中提供的雕刻刀和浮雕功能，可以對贗復體表面形態進行修整，添加三維的皮紋特征，并設定皮紋深度，通過該方法能夠在贗復體表面模擬出不同深度的皮紋，其他一些三維設計軟件也具有類似功能。但是軟件中模擬的皮紋是否能夠在實體模型上體現出來，與模擬皮紋的深度、快速成型系統的加工精度，以及材質的性能有關[7-8]。

本實驗結果表明，采用SLA快速成型方法制作出的試件負型能夠清晰地體現出軟件中設計的皮膚紋理特征，而采用SLS制作得到的試件負型表面不光滑、比較粗糙。與SLA加工的試件相比，紋理細節比較模糊，原因在于兩種快速成型制作方式的原理和加工材料都有所不同。

SLA技術是三維打印領域出現的發展最為成熟、應用最廣泛的的技術[9]。SLA技術原理是以光敏樹脂為基本原料，通過計算機逐層控制激光束，對目標物體的表面進行逐點掃描，通過光聚合反應使被掃描區域的樹脂形成零件的一個薄層[10-11]。由于加工材料多為液態光敏樹脂，并且所用激光光斑直徑較小（<0.2 mm），加工層間距也較小（0.1 mm），因此具有加工精度高、集成化、高度柔性、快速性等特點。深度在0.2～0.7 mm的溝回裂隙均可在模型上清晰地呈現，證明SLA技術可以滿足顏面贗復體仿真皮紋制作的要求。

相對于SLA技術，SLS具有適用范圍廣、成本低廉、加工過程中不需要支架等優點。SLA技術的基本原理是在已成型的零件表面均勻地平鋪一層粉末狀材料，通過控制激光束按照該層的截面輪廓在粉末上掃描，均勻緩慢的加溫，直至達到熔點，使粉末完全熔化，進行燒結，與下層已成型的部分實現粘結[12-13]。該技術制作產品的精度與SLA相比略遜一籌，觀察SLS加工的試件表面發現其粗糙不平，觸之有明顯的顆粒感，這與SLS所采用的激光光斑直徑較大（0.3 mm）、加工材料為樹脂粉末顆粒、SLS的加工層厚較大（0.15mm）有關[14-16]。皮紋深度達0.3mm后能觀察到一定的皮紋形態，但是與SLA加工所得負型相比，其紋理細節模糊不清。

SLA快速成型制作的負型翻制的硅橡膠塊經過外著色后，表面紋理清晰，再現出的紋理特征與面部皮紋非常相似。硅橡膠材料可以精確地復制出預設的皮紋表面特征，說明采用SLA快速成型技術能夠將軟件中設計出的模擬的皮膚表面紋理清晰完整地復制到硅橡膠贗復體表面，因此適用于各種贗復體負型和贗復體的最終制作，尤其在制作鼻部贗復體時，因為要復制的表面紋理要求較高，SLA快速成型技術成為首選。

與SLA技術相比，由SLS技術制作出的負型代模翻制出來的硅橡膠塊和硅橡膠贗復體，經過外著色后，表面紋理模糊不清，無法再現軟件中所設計的皮膚表面的紋理形態。本實驗的結果提示，如欲準確再現計算機中模擬設計的皮膚紋理細節，應該首選SLA方式加工制作贗復體負型。

在本研究中，筆者選用SLA、SLS 2種快速成型技術來驗證先制作面部負型代模，再實現硅橡膠贗復體表面皮紋的可行性。通過這2種技術分別制作帶有皮紋的硅橡膠贗復體，結果表明，如欲完整準確再現計算機中模擬設計的皮膚紋理細節，應該選擇SLA快速成型技術加工制作贗復體負型代模，尤其在制作鼻部贗復體時因為要復制的表面紋理要求較高，SLA快速成型技術成為首選。

[1]SHARMA N,THAKRAL G K,MOHAPATRA A,et al.A simplified technique for fabrication of orbital prosthesis[J].Journal of Clinical and Diagnostic Research,2014,8(6):10-12.

[2]陶凱,常鵬.數字化醫學在頜面外傷診治中進展[J].創傷與急危重病醫學,2016,4(2):65-68.

[3]KIAT-AMNUAY S,BEERBOWER M,POWERS J M,et al.Influence of pigments and opacifiers on color stability of silicone maxillofacial elastomer[J].Journal of Dentistry,2009,31(23):211.

[4]MUNDT T,AL JAGHSI A,SCHWAHN B,et al.Immediate versus delayed loading of strategic mini dental implants for the stabilization of partial removable dental prostheses:a patient cluster randomized,parallel-group 3-year trial[J].BMCOralHealth, 2016,17(1):30-33.

[5]MANCUSO D N,GOIATO M C,SANTOS D M.Color stability after accelerated aging of two silicones pigmented or not,for use in facila prostheses[J].Braz Oral Res,2009,75(3):292-293.

[6]ChANG P P,HANSEN NA,PHOENIX R D,et al.The effects of primers and surface bonding characteristics on the adhesion of polyurethane to two commonly used silicone elastomers[J].Journal of Prosthodontics,2009,77(6):1019-1024.

[7]ONERCIALTUNAYZ,BLYJ A,EDWARDS P K,et al. Three-dimensional printing of large nasal septal perforations for optimal prosthetic closure[J].Am J Rhinol Allergy,2016,30(4): 287-293.

[8]戎志靜,丁明會,王美艷,等.快速成型技術在口腔修復中的臨床效果評價[J].河北醫學,2015,21(6):982-984.

[9]萬英明,許寧.快速成型技術和常規方法在口腔修復中的效果對比研究[J].航空航天醫學雜志,2015,12(3):270-271.

[10]何岷洪,宋坤,莫宏斌.3D打印光敏樹脂的研究進展[J].功能高分子學報,2015,28(1):102-108.

[11]PANARO F,MATOS-AZEVEDO A M.Endoscopic and histological evaluations of a newly designed inguinal hernia mesh implant:experimental studies on porcine animal model and human cadaver[J].Ann Med Surg,2015,4(2):172-178.

[12]RUQUET M,HUE O.Metal framework design for a partial removable dental prosthesis to enhance the addition of an artificial tooth or clasp[J].Pro Sthet Dent,2016,31(7):95-98.

[13]齊佳妮,蘭晶.磁性附著體在種植全口覆蓋義齒中的應用進展[J].國際口腔醫學雜志,2014,56(2):78-81.

[14]WADUD A,JAMAYETN,SRITHAVAJT,et al.Use of anatomical undercut in adhesive retained orbital prosthesis:an alternative to osseointegration to improve retention and reduce margin gap[J].British Journal of Medicine&Medical Research, 2015,6(8):841-847.

[15]CEPA S,KOLLERB,SPIES B C,et al.Implant-retained prostheses:ball vs.conus attachments–a randomized controlled clinical trial[J].Clinical Oral Implants Research,2016, 24(4):320-333.

[16]CIFTER E D,OZDEMIR M,SANCAKLI E,et al.A surface roughening technique for maxillofacial prostheses[J].Journal of Prosthetic Dentistry,2015,113(3):250-252.

（童穎丹編輯）

R 783

B

10.3969/j.issn.1005-8982.2016.19.029

1005-8982（2016）19-0135-04

2016-05-11

張敏，E-mail：3505414874@qq.com