3D打印技術在口腔臨床醫學中的診斷及應用研究

凡亞強，張 艷，李美華*

(1.吉林大學第二醫院 口腔科，吉林 長春130041；2.吉林大學中日聯誼醫院 口腔科,吉林 長春130033)

“數字化醫學”的提出與發展使臨床醫學技術發生革命化變化，3D打印技術作為數字化醫學的重要組成部分已被臨床醫生廣為應用和研究。同時，3D打印在口腔修復及口腔頜面部外科等方面的應用目前也已成為口腔臨床醫生研究的熱點。本文將對3D打印技術在口腔修復及頜面外科中的應用情況進行綜述。

3D打印(three-dimensional printing)又稱三維打印或增材制造，是指以數字信息為基礎，通過分層疊加制造的方式，創建三維立體模型的一系列新型數字化成形技術[1]，因其快速,便捷,實用性強等特點,逐漸被運用于軍事，航空航天，建筑等行業[2]。其首次被應用于醫學領域可追溯至20世紀90年代，醫生通過3D打印技術將顱骨的CT掃描數據轉化為實物模型[3]。在口腔醫學領域，3D打印技術制作的個性化外科導板，個性化修復體，人工顳下頜關節等目前已逐漸運用于臨床，并展現了良好的效果。

1 3D打印個性化外科導板

1.1 3D打印個性化外科導板在種植修復中的應用現狀

3D打印個性化外科導板是輔助種植醫生將術前設計的虛擬手術方案轉移到種植區域的重要裝置，其目前廣泛應用在無牙頜種植，微創種植等口腔種植領域。

1.1.13D打印導板在無牙頜種植中的應用 隨著種植技術的不斷進步，種植修復已逐漸成為無牙頜患者的首選修復方式，而3D打印種植導板的應用為種植體的精確植入及即刻負載奠定了條件。Vieira[4]等曾在3D打印導板的輔助下對14名無牙頜患者進行了62顆種植體的植入，術中無重要解剖結構的損傷且種植體就位準確，術后達到了較理想的種植修復效果。耿威等[5]運用3D打印種植外科導板，并聯合Pick-up技術對無牙頜患者進行了種植體的即刻負載修復，取得了良好效果。與傳統無牙頜種植相比，3D打印種植導板的使用使手術操作過程更加簡化，同時縮短了修復治療周期，避免了長期缺牙給患者帶來的痛苦。

1.1.23D打印導板在微創種植外科中的應用 隨著微創種植理念及精準醫療概念的提出，3D打印制作的個性化種植導板受到越來越多的種植醫生的關注。借助3D打印外科導板，醫生可以進行不翻瓣種植手術，實現微創種植。Van[6]等利用3D打印種植導板對8名牙列缺損患者進行不翻瓣種植手術，與術前計劃相比：種植體平均角度偏差為2.7°，尖端平均線性偏差為1.0 mm，滿足臨床要求。Ganz[7,8]把影像學數據與3D打印技術相結合，將3D打印頜骨模型，軟組織模型及種植導板應用于微創種植術前模擬中，方便了術前溝通，簡化了手術過程，減少了手術損傷，取得了良好的效果。

1.2 3D打印個性化外科導板的應用效果評價

雖然3D打印外科導板給種植操作帶來了很多便利，但在一些病例中，特別是微創種植病例中的導板定位精度仍有待進一步提高。Di等[9]曾在導板輔助下實施微創種植并進行30個月的隨訪，發現植體偏移較大，臨床效果欠佳。而在臨床工作中，我們也曾發現在微創種植手術時發生骨板穿孔的問題，因此，微創種植手術不能僅依靠3D打印導板及數字化設計，還需要醫生對術中的實際情況進行評估，根據不同的情況，做出相應的應急對策。另外，因運用打印導板而導致治療費用的增高及X線投照次數的增加可能成為此裝置臨床推廣的主要障礙。

2 各類3D打印修復體

2.1 暫時修復體

暫時修復體對于患者咬合功能恢復，美觀保持，牙周軟組織改建具有重要意義[10]。在傳統的口腔診療中，暫時修復體常由醫師手工制作，雖成本較低，但質量與醫師臨床經驗相關性較大。自3D打印技術應用于口腔治療后，不斷有學者嘗試利用此技術進行暫時修復體的制作，并評估其適合性及邊緣特點。Lee等[11]對CAD/CAM切削，手工法，3D打印法各完成的40顆暫時冠對比發現：三種方法在冠邊緣適合性方面無明顯差別，但3D打印組的內部適合性最好。Alharbi等[12]通過設計刃狀，凹槽狀，肩臺，帶斜坡肩臺四種修復體邊緣形式，并對3D打印及數控切削制作的各20個暫時修復體進行比較，亦發現打印組的四類邊緣設計的修復體平均預留間隙較理想。

2.2 永久性修復體

2.2.1固定修復體 對于金屬冠，既可以利用3D打印技術直接制作，也可以通過打印鑄造蠟型進行輔助鑄造，而對于制作出的金屬冠，學者常對其適合性及機械性能進行評估。在冠的適合性上，有研究[13]通過四點分析法(咬合面，軸面，邊緣間隙，邊緣差異點)對比通過數控切削，失蠟鑄造，3D打印三種方法所制蠟型翻制的金屬冠，打印組咬合面和邊緣間隙較另兩組差。在冠的機械性能方面，Nils等學者[14]將3D打印技術制作的12個金屬單冠與失蠟鑄造，CAD/CAM切削制作的金屬單冠對比，發現三者的抗拉力測試強度相同，均符合臨床應用要求。在烤瓷冠橋方面，有研究發現，運用3D打印方法制作的鈷鉻合金烤瓷內冠其邊緣密合性與傳統鑄造工藝相似[15]，金-瓷結合結合能力與傳統工藝相當[16]。陳克南等[17]運用三點彎曲測試法對3D打印純鈦冠與失蠟鑄造純鈦冠的金-瓷結合結合力進行對比亦發現，3D打印純鈦與Noritake Ti22瓷粉的金瓷結合強度35.19(±2.77)MPa與鑄造純鈦36.73(±1.40)MPa無明顯差別(P>0.05)。但也有學者認為[18]，三單位3D打印鈷鉻烤瓷基底冠邊緣適合性較失蠟鑄造法差，無法滿足臨床要求。在全瓷冠方面，3D打印全瓷冠制造工藝較切削工藝能夠節省大量原材料，但由于其技術敏感性高，修復體的體積收縮較大，內部微裂[19]等原因，應用于臨床的3D打印全瓷冠還比較少見。

2.2.2活動修復體 對于可摘局部義齒支架，既可通過3D打印工藝直接制作，也可通過打印樹脂鑄件輔助鑄造。有學者發現樹脂鑄件與傳統蠟型鑄件相比，前者制作出的支架表面光潔度，強度，硬度，與工作模型的適合性均較優[20]。也有學者利用3D打印技術直接制作可摘局部義齒的鈷鉻合金支架，隨訪顯示患者對其臨床效果較為滿意[21]。在全口義齒方面，目前常使用打印鑄件進行輔助制作。Deng[22]采用3D打印工藝進行下頜全口義齒聚乳酸蠟型的打印，并分析其精度及組織面適合性，發現打印組可滿足臨床使用需要。Chen[23]等亦通過對3D打印全口義齒蠟型的測量分析認為：打印蠟型與傳統蠟型無明顯差別，均符合臨床應用要求。

2.3 3D打印修復體的應用效果評價

3D打印制作的多類修復體已基本滿足臨床應用需要，但多單位橋體及全瓷冠的制作工藝還有待更多更深入的研究。另外，應用成本較高可能成為3D打印修復體臨床推廣的主要障礙。所以，相關學者需加大對3D打印設備，設計軟件及打印材料的國產化研發力度，不斷降低其應用成本。

3 3D打印人工顳下頜關節

3.1 3D打印人工顳下頜關節的應用現狀

顳下頜關節是頜面部唯一的可動關節，其解剖生理結構復雜，具有支持吞咽，咀嚼，言語等重要功能。對于顳下頜關節強直，關節不可復位性骨折，部分關節腫瘤等疾病，人工關節置換術是其重要的治療方法之一。目前，較成熟的人工顳下頜關節多為切削生產，如美國TMJ Concepts/Techmedica、Biomet/Lorenz個性化人工顳下頜關節假體，雖臨床效果良好但造價昂貴[24]。近年來不斷有學者探索3D打印技術在人工關節制造中的應用，Deshmukh[25]將FDM法制作的個性化顳下頜關節置換入患者體內，在隨訪的兩年時間內，人工關節顯示了良好的功能作用。我國學者陳建宇等也曾利用3D打印技術制作個性化的純鈦髁突并進行力學分析，證實純鈦髁突的性能符合外科臨床植人標準[26]。另外，上海九院于2015年對我國首個3D打印技術制作完成的國產個性化人工顳下頜關節實施成功置換，術后患者恢復了正常開口度及口腔功能[27]。

3.2 3D打印人工顳下頜關節的應用效果評價

3D打印個性化顳下頜關節不僅臨床適用性較好，而且便于醫生在設計環節劃定組織切除范圍，使手術時間縮短并且減少不必要的損傷。雖然國產人工打印關節應用例數仍較少，病例隨訪年限較短，但相信隨著3D打印技術的不斷發展，國產化顳下頜關節會越來越好。

[1]Derby B.Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J].Science.2012,338(6109):921.

[2]李小麗,馬劍雄,李 萍,等.3D 打印技術及應用趨勢[J].自動化儀表,2014,35(1):1.

[3]Mankovich NJ，Cheesem an AM，Stoker NG．The display of three- dimensional anatomy with stereolithographic models[J].J Digit Imaging，1990，3(3):200.

[4]Vieira DM,Sotto-Maior BS,Barros CA,et al,Francischone CE.Clinical accuracy of flapless computer-guided surgery for implant placement in edentulous arches[J].Int J Oral Maxillofac Implants.2013,28(5):47.

[5]耿 威.數字化外科導板在口腔種植修復中的臨床應用 [D].吉林：吉林大學，2015.

[6]Van Assche N,van Steenberghe D,Quirynen M,et al.Accuracy assessment of computer-assisted flapless implant placement in partial edentulism[J].J ClinPeriodontol.2010,37(4):398.

[7]Ganz SD.Cone beam computed tomography-assisted treatment planning concepts[J].Dent Clin North Am.2011,55(3):515.

[8](意)Marco Rinaldi,(美)Scott D.Ganz著.計算機引導技術在牙種植，骨移植及修復重建中的應用[M].邵現紅等譯.北京：化學工業出版社，2016.

[9]Di Giacomo GA,da Silva JV,da Silva AM,et al.Accuracy and complications of computer-designed selective laser sintering surgical guides for flapless dental implant placement and immediate definitive prosthesis installation[J].J Periodontol.2012,83(4):410.

[10]Burns DR,Beck DA,Nelson SK.A review of selected dental literature on contemporary provisional fixed prosthodontic treatment:report of the committee on research in fixed prosthodontics of the academy of fixed prosthodontics[J].J Prosthet Dent,2003,90(5):474.

[11]Lee WS,Lee DH,Lee KB.Evaluation of internal fit of interim crown fabricated with CAD/CAM milling and 3D printing system[J].The Journal of Advanced Prosthodontics,2017,9(4):265.

[12]Alharbi N,Alharbi S,Cuijpers VMJI,et al.Three-dimensional evaluation of marginal and internal fit of 3D-printed interim restorations fabricated on different finish linedesigns[J].J Prosthodont Res，2017,09：2.

[13]Fathi HM,Al-Masoody AH,EI-Ghezawi N，et al.The Accuracy of Fit of Crowns Made From Wax Patterns Produced Conventionally (Hand Formed) and Via CAD/CAM Technology[J].Eur J ProsthodontRestor Dent.2016,24(1):10.

[14]Lovgren N,Roxner R,Klemendz S,et al.Effect of production method on surface roughness,marginal and internal fit,and retention of cobalt-chromium single crowns[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2017,118(1):95.

[15]Zhuoli Huang,Lu Zhang,Jingwei Zhu,et al.Clinical marginal and internal fit of metal ceramic crowns fabricated with a selective laser melting technology[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2015,113(6):623.

[16]劉 潔,劉 洋,孫 榮,等.選區激光溶化鈷鉻合金-瓷結合強度初探[J].中華口腔醫學雜志,2013,48(3):170.

[17]陳克南.SLM 3D打印純鈦冠金瓷結合與適合性的基礎與臨床研究[D].西安：第四軍醫大學，2016.

[18]Nesse H，ulstein DM，Vaage MM，et al．Intemal and marginal fit of cobalt-chromium fixed dental prostheses fabricated with 3 different techniquees[J]．J Prosthet Dent，2015，114(5)：686.

[19]Shahzad K，Deckers J，Zhang ZY，et al．Additive manufacturing of zirconia parts by indirect selective laser sintering[J].J Eur Ceram Soc，2014，34(1)：81.

[20]Amal Ali Swelem,Ayman A,Abdelnobi MH,et al.Surface roughness and internal porosity of partial removable dental prosthesis frameworks fabricated from conventional wax and light-polymerized patterns:A comparative study[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2014,111(4),335.

[21]williams RJ，Bibb R，Eggbeer D，et al．Use of CAD/CAM technology to fabricate a removable partial denture framework [J]．J Pmsthet Dent，2006，96(2)：96.

[22]Deng KH,Wang Y,Chen H,et al.Quantitative evaluation of printing accuracy and tissue surface adaptation of mandibular complete denture polylactic acid pattern fabricated by fused deposition modeling technology [J].Zhonghua Kou Qiang Yi XueZaZhi.2017,52(6):342.

[23]Chen H,Wang H,Lv P,et al.Quantitative Evaluation of Tissue Surface Adaption of CAD-Designed and 3D Printed Wax Pattern of Maxillary Complete Denture[J].Biomed Res Int.2015,2015:1.

[24]Wolford LM,Pitta MC，Franco PF,et al.TMJ Concepts/Techmedica custom-made TMJ total joint prosthesis:5-year follow-up study [J].Int J Oral Maxillofac Surg.2003,32(3):268.

[25]Deshmukh TR,Kuthe AM,Chaware SM,et al.A novel rapid prototyping and finite element method-based development of the patient-specific temporomandibular joint implant[J].Comput Methods Biomech Biomed Engin,2012,15(4):363.

[26]Chen J,Luo C,Zhang C,et al.Design and fabrication of the custom-made titanium condyle by selective laser melting technology [J].Chinese Journal of Stomatology.2014,49(10):625.

[27]鄭吉駟，張善勇.國產3D 打印個性化全顳下頜關節的臨床初步應用[N].上海交通大學學報：醫學版，2016,36(9):1287.