3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的應用*

王懿陳鵬馮晉姚洪祥柴荔媛李晶李穎超史志蕓曹均凱

3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的應用*

王懿陳鵬馮晉姚洪祥柴荔媛李晶李穎超史志蕓曹均凱

目的：對3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的應用進行初步探索。方法：牙體牙髓病學是一門重要的口腔醫學課程，學習者要通過大量的人體離體牙標本掌握正常人體髓腔和根管的組織結構、病變組織的結構特征和變化，以便為學習臨床課程，服務于患者打下堅實的基礎。但人體離體牙受傳統觀念等客觀因素的影響數量少，加上醫學形態學標本的陳舊等問題，影響了醫學形態學的教學質量。引導學生對牙片、CBCT以及3D打印進行對比觀察；結合實際病例對3D打印講解;參觀治療過程。結果：學生在短時間內了解并掌握了治療方案及治療技巧。結論：3D打印輔助教學模式引入牙體牙髓病教學實踐，提高牙體牙髓病的教學質量及解決臨床實際問題的能力。3D打印對口腔牙體牙髓病學教學是一種有效教學方式，值得口腔科教師使用并推廣。

3D打印；醫學形態學；教學方法；人才培養

口腔醫生需要掌握的全科專科理論和臨床實踐知識很多，合格的牙體牙髓專科醫生需要更長的培養時間，如何在更短的時間內培養出優秀的牙體牙髓科醫生，是教學醫院的臨床指導教師需要認真思考的問題。

1.3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的應用

引導學生對牙片、CBCT以及3D打印實體進行對比觀察；結合實際病例對3D打印講解;參觀治療過程。

1.1 難度遞進授課美國牙髓病學會(AAE)建立了包括17個項目的牙髓治療難度評估系統，按照普通難度、中等難度、高度難度3D標本遞進培訓等不同培訓要求的專科生、本科生、碩士研究生、博士研究生、實習生、輪轉生、進修生、規培生、初級醫生、中級醫生教學。劃分普通難度、中等難度、高度難度3D打印技術實物模型難度遞進授課。

1.2 難度相同考核3D打印技術輔助下按照相同的難度考核同時參加的考生的理論和實踐知識，實現專科技能考核、臨床教學質量評價的規范化和標準化。解決了以往根管培訓學員只能有什么離體牙用什么牙，無法真正體會復制根管操作的問題。老師，學員均使用統一的3D打印仿真牙齒操作，培訓做到了真正的標準化規范化、現代根管治療。

2.3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的實施效果

學生在短時間內了解并掌握了治療方案及治療技巧，并普遍反映教學效果良好。以往難以掌握的知識點，通過該教學方法能熟很快識并加以應用，提高了教學效率和效果。

3.3D打印技術在口腔牙體牙髓病學教學中的特點

既往多媒體教學只能看圖，不能觸摸；X線片和CT需要學生具有良好的空間想象能力；3D打印快捷復制教學標本，提高形態學標本數量，讓學生直觀學習。等比、高精度、無差異化3D打印醫學形態學標本，能緩解不斷增長的教學需求和標本老化破損不足的矛盾，對提高醫學形態學教學質量將起到重要作用。

3D打印個體化病例庫：因為個體差異，每個病例都是一本復雜的醫學教科書。3D打印技術給醫學生和培訓醫師展示不同的教學病例資料，在短時間內更有效率地接觸大量不同種類的病例，并為少見病例(牙中牙牙髓治療)提供操作訓練。

3D打印技術和相應的3D掃描技術可以對現有的離體牙標本數字化管理。

將浸泡在福爾馬林中的大體病理標本轉化為觸手可及的實物標本，改善教學環境，減少接觸福爾馬林的機會。同時對病理解剖的展示更為立體生動，實現資源共享[1]。不受地域、時間限制的教學模式，更加豐富教學資源。

3D打印具有可放大的優點。設想把髓石、根尖孔等微小結構仿生材料等比放大，方便學習，直觀觀察。

4.討論

4.1 牙體牙髓教學現狀

4.1.1 目前教學教具情況，來源和制作及應用

目前口腔教學承擔著繁重的實踐教學任務，包括每學年碩士研究生、博士研究生、博士后、實習生、輪轉生、進修生、規培生、繼續教育班學員的臨床教學。操作課提供給學生的離體牙其牙位、牙長度、根管彎曲度、鈣化程度、根管數目、根尖孔直徑、根尖周病損大小和根管彎曲程度等難度系數很難統一。受傳統觀念等客觀因素的影響，人體離體牙數量少，教學標本稀缺，在一定程度上制約了口腔實踐教學的發展，影響了教學效果。因此，急需有效辦法以解決標本數量減少與保障教學效果之間的矛盾。

4.1.2 操作用教具要求和目前教具制作問題

規范牙體牙髓治療技術標準、專科技能考核、臨床教學質量評價，越來越受到各國牙髓病學專家極大的重視。1999年，美國牙髓病學會(AAE)建立了包括17個項目的牙體牙髓治療難度評估系統，目的便于篩選病人，方便學生教學。在危險因素難度分級評分和最終難度系數的判定上，直觀、簡單、可操作性和適用性強。17個項目之一患牙診斷和治療因素中牙位、牙冠形態、根管和牙根形態非常重要。根管彎曲因素包含：彎曲方向、彎曲角度、彎曲半徑、彎曲長度以及彎曲的根管數目。

而老年人的離體牙多為口腔外科門診收集的殘根殘冠，客觀因素導致標本參次不齊。為保證現有條件下的教學質量，課前需要大量的時間去挑選離體牙，費時費力。不斷增多的學生人數和標本缺乏的現實，使學生學習掌握疑難牙體牙髓治療的困難增加，嚴重影響了教與學的效果。

4.2 3D打印制作口腔醫學教具

4.2.1 3D打印技術在醫學領域應用的現狀

出現在20世紀90年代中期的3D打印，又稱增材制造(Additive Manufacturing，AM)，屬于快速成型(Rapid Prototyping，RP)技術的一種，通過計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)軟件或逆向工程重建三維設計模型，對模型分層設計，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，逐層打印，在3D打印機上“打印”疊加，最終整體成形[2]。

3D打印機與普通打印機原理基本相同材料不同。3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等材料，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置，最終把計算機上的藍圖變成實物。加工速度快、產品生產成本低、生產周期短、加工精密度高。從誕生到現在，已應用在教育、建筑、工程、施工、汽車、國防和醫學等領域。

如今在0.01mm單層厚度上實現600dpi精細分辨率的3D打印技術,在整形、組織工程、醫學設備以及醫學模型制造領域顯現出強勁優勢。目前在醫學領域主要包括選擇性激光燒結技術(SLA)、選區激光融化技術(SLM)、熔融沉積制造(FDM)、三維噴印(3DP)和直接攜帶細胞的生物打印[3]等。

4.2.2 應用3D打印制作口腔醫學教具情況

頜面外科、種植、修復、正畸開展了3D打印技術臨床應用，頜面外科和種植已將3D打印技術應用于教學領域。

①3D打印技術在口腔頜面外科教學領域的應用：3D打印技術在頜面外科手術訓練[4-6]、頜面-頭頸腫瘤外科教學應用潛力巨大[7]，為手術教學模式帶來了顛覆性革新[8-10]。

術前應用3D打印形態學模型術前討論、手術方案制訂、向患者及家屬充分解釋手術程序，比傳統二維圖片手術示教直觀地顯示口腔頜面外科復雜的解剖結構。在咬合功能保留的基礎上，人們對美學的要求越來越高。2004年Lo等[11]3D打印人體結構和假體進行頜面外傷重建術前演練，同時打印出假體，術后面部輪廓重建的對稱性和美感均達到了預期的目標。2004年Suzuki等[12]CT掃描顳骨，CAD方式轉化數據，3D打印SLS技術制作人類顳骨模型練習解剖和手術。

術中提高手術精確度：個性化骨板缺乏主要原因是成本高和制造過程繁瑣。3D打印技術快速成型，顯著降低成本和制作時間，為個性化骨板缺乏這一全球性的問題提供了有效的解決方案。2002年Ciocca等激光燒結金屬鈦粉制作多孔個性化骨板修復下頜骨缺損，避免了術中修改調整，減少了術后松動、斷裂，最大程度恢復了下頜骨外形，減少了術中時間同時術后并發癥[13]。3D打印技術將緩解康復醫學界假體的需求缺口[14]。

②3D打印技術在口腔頜面外科臨床領域的應用：2007年Paeng等[15]利用3D打印技術修補頜骨缺損。2010年Cao等[16]3D打印骨塊與骨缺損需要修復的面部完美匹配，術后面部整體上對稱，患者對治療結果滿意。在3D打印幫助下，外科醫師們完成了看似不可能完成的任務。功能解剖的復雜性決定了手術精細程度要求極高，2013年Bullock等[17]完成了一例侵犯了顳骨、蝶骨大小翼、眼眶的腦膜瘤手術，完好地保留了患者的視功能。2013年Rohner等[18]完成一例腫瘤合并放療損傷且有多次手術史的頜面部重建手術，3D打印對皮瓣移植和骨板接合有重要的指導意義。國內學者3D打印頜面缺損修復體、個性化手術導板、手術固定裝置等。3D打印修復上頜骨、下頜骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等頜面部缺損，促進了硬組織外科植入術的設計和制造；3D打印個性化導板進行顴骨骨折錯位愈合手術定位；3D打印鈦板固定頜面部創傷贗復體等[19]。CT掃描頜面部骨折或外傷的患者，掃描的數據存儲為DICOM格式，導入Mimics軟件，利用分割及重建功能，設計三維解剖模型。將設計好的三維數據導入3D打印處理軟件中設計，利用3D打印設備制作人體骨骼部件成品[20]。

③3D打印技術在口腔種植教學領域的應用：3D打印制作形狀不規則、尺寸不同、表面粗糙度不同的種植體。

CT掃描患者；三維重建骨骼、神經、血管等組織；根據骨骼及神經條件，設計種植的位置；模擬測量種植體與下齒槽神經的間距，留出安全距離；模擬種植體在牙槽骨的位置，生產種植導板的三維設計數據；3D打印個性化種植導板確定種植體尺寸、位置、角度，簡便精準[21-22]。

④3D打印技術在口腔修復臨床領域的應用：傳統義齒修復制作周期長、精度難保證、返修率高。以切削為主的計算機輔助設計與制造(CAD/ CAM)浪費材料、制作的修復體種類單一、不能批量生產。3D打印技術可以基于CAD數據，進行增材制作，CAM過程打印不同的修復體，同時加工多個冠[23]。降低了修復成本，縮短了制作周期[24]。

⑤3D打印技術在口腔正畸臨床領域的應用：3D打印個性化舌側托槽：錐束CT和牙頜模型掃描儀獲得數據，CAD軟件設計個性化舌側托槽，與牙齒舌側面精密吻合的舌側托槽通過轉換托盤粘接在預先設計的位置上[25]，消除傳統舌側托槽依賴粘接劑厚度補償的弊端[26]。Liu等[27]3D打印生物力學特性與人體口腔相似的口腔模型，較準確地預測了牙齒矯正力度，獲得了較理想的牙齒矯正效果。

4.2.3 牙體牙髓教具制作對3D打印的要求

3D打印精度高、原材料利用率高、成本低、可觸化、能夠滿足口腔復雜的個性化要求，并快速制作出成品。鈦和鈦合金無毒、質輕、強度高、生物相容性優良，成為口腔頜面修復、牙體修復、種植體制造理想醫用金屬材料[28]。

4.2.4 對于牙體牙髓教具制作3D技術、材料等方面目前的不足3D打印技術在醫學領域凸顯了無可比擬的優勢。但臨床應用尚處于初級階段，需要不斷地完善。發展過程中面臨的諸多問題還有待研究和解決。

①原材料有限：醫用材料對原材料的種類、理化特性、組織相容性、成型過程中材料變化有嚴格的控制，復制品標本難達到與真實形態學標本的觸感無差異。尋找更多的適合醫用的3D打印原材料是一項艱巨的任務[29]。

②費用較高：規模生產設計完成的三維模型需要花費大量財力。

③缺乏專業技術人才：CT或MRI采集的數據不包含顏色數據；需要專業人員數據轉換和操作大型3D打印機，普通臨床醫生大都不具備這種專業技能。

④無法制作復雜模型：目前3D打印器官比較微型和相對簡單，不具備血管、神經、淋巴、肌肉系統，只能通過主血管的擴散獲得營養，如果打印厚度超過150-200mm，會因距離過遠無法實現與血管之間的氣體交換。3D打印多細胞結構和脈管系統器官尚未實現[30-31]。

5.結語

隨著科技的創新和進步，這些問題將一一化解。隨著3D打印技術的進步，數字化牙體牙髓教學平臺是今后口腔醫學技術探索及發展將成為最有前景的領域之一。

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Prospects of 3D printing technology applied in operative dentistry and endodontics teaching

WANG Yi,CHEN Peng,FENG Jin,YAO Hong-xiang,CHAI Li-yuan,LI Jing,LI Ying-chao,SHI Zhi-yun,CAO Jun-kai (Department of stomotology,General Hospital of the PLA,Beijing 100853,China)

Objective:To make a preliminary exploration of 3D printing technology applied in operative dentistry and endodontics teaching.Methods:Operative dentistry and endodontics is an important stomatology curriculum Students should gain understanding of the structure of normal human tooth in vitro as well as structural characteristics and changes in pathological conditions by studying many human pulp cavity and root canal specimens so that they can lay solid foundation for future studying of clinical courses and serving patients better.However,human tooth in vitro is practiced less and less due to the influence of the traditional concept.The quality of medical morphology teaching is also affected by the old medical teaching methods.We instructed the students to observe X-ray,CBCT and 3D printing entities,explaianed 3D printing entities with actual cases,and then demonstrated the operation proceduces.Results:In a short period of time,the students understood and mastered the treatment strategies and techniques.Conclusion:3D printing technique introduced into teaching of operative dentistry and endodontics improve the teaching quality and.the ability to solve practical problems.3D is an effective teaching method in operative dentistry and endodontics teaching clinical teaching;thus it is worth stomatology teachers using and population.

3D printing;operative dentistry and endodontic;teaching methods;cultivation of talents

R781

A

1672-2973(2017)04-0243-05

2017-03-19)

北京市科技新星培養計劃(項目編號：xxjh2015105)

王懿解放軍總醫院口腔科副主任醫師北京100853

陳鵬解放軍總醫院口腔科副主任醫師北京100853

馮晉解放軍總醫院口腔科主治醫師北京100853

姚洪祥解放軍總醫院南樓放射診斷科副主任醫師北京100853柴荔媛解放軍總醫院口腔科護師北京100853

李晶解放軍總醫院口腔科護士北京100853

李穎超解放軍總醫院口腔科副主任醫師北京100853

史志蕓解放軍總醫院口腔科碩士生北京100853

曹均凱通訊作者解放軍總醫院口腔科主任醫師北京100853