3D打印技術在口腔頜面外科的應用

周洋

摘要：近年來，隨著信息技術的不斷發展，人類社會逐漸進入了數字化時代，數字化技術在各個領域的普及和應用日漸廣泛。3D打印技術便誕生于這一時代背景下，該技術在現代醫學研究領域和治療中的廣泛應用，大大改變了傳統的口腔頜面外科治療管理方式和觀念。本文主要就3D打印技術在口腔頜面外科教學和治療中的應用做一綜述。

關鍵詞：口腔頜面外科;3D打印技術;3維模型;教學

中圖分類號：R782 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.17.012

文章編號：1006-1959（2020）17-0040-04

Abstract：In recent years， with the continuous development of information technology， human society has gradually entered the digital age， and the popularization and application of digital technology in various fields has become increasingly widespread. 3D printing technology was born in this era. The wide application of this technology in modern medical research and treatment has greatly changed the traditional oral and maxillofacial surgery management methods and concepts. This article mainly reviews the application of 3D printing technology in oral and maxillofacial surgery teaching and treatment.

Key words：Oral and maxillofacial surgery;3D printing technology;3D model;Teaching

3D打印技術（3D printing technology）又稱三維快速打印成型技術、增材三維制造打印技術，本質上是一系列新型的數字化快速打印成型的技術，最早誕生于20世紀80年代末期，并逐步改進、發展和完善。該技術以三維數字信息打印機為主要技術基礎，利用各種專業的軟件快速抓取三維數據，將實體分割開來形成三維層狀，通過3D三維打印機，以各種分層或者疊加方式制造的三維打印方式，創建三維實體模型[1]。與其他傳統打印技術相比，3D三維打印技術在其制作的過程中完全避免了煩瑣的三維打印工藝和步驟，實現了產品個性化的定制，有效地節省了人力、物力及財力，大大縮短了加工過程耗費的時間，提高了精確性，因此逐漸被廣泛運用于軍事、航空航天、船舶制造、工程建筑等重工業領域[2]。研究表明[3]，3D打印技術制造出來的三維模型產品，其打印精度甚至可直接達到原物體的±200 μm。20世紀90年代，臨床醫學領域首次嘗試引入了3D打印相關技術，醫生使用該技術將顱骨CT掃描模型中的數據直接轉化為顱骨的實物掃描模型，與采用傳統打印技術精密加工制作的實物掃描模型產品相比，該技術制作的模型掃描精確度明顯更高[4]。21世紀以來，隨著精密加工技術的發展，3D打印技術在臨床醫學領域的重要性明顯提高，應用日益廣泛。本文將對3D打印技術在口腔頜面外科教學及手術等諸方面的應用情況進行綜述。

1口腔頜面外科教學

當前在口腔頜面外科理論及實踐的教學中仍以傳統的教科書、局部解剖圖譜、手術操作圖譜教學為主，多媒體教學、標本解剖、標本操作技術教學為輔。由于局部解剖圖譜、手術操作圖譜、多媒體教學資料無法精確地模擬正常及病變后的人體解剖結構，且標本來源有限、成本偏高，制作標本的過程導致細微組織結構不清晰、存在解剖組織結構的變異等，學生們對口腔頜面部的人體解剖結構關系、病變后軟硬組織的具體結構、相對位置關系、各自的狀態及手術操作過程難以深刻理解。而3D打印技術所具有的精確性高、直觀性強、可以放大等特點，彌補了傳統教學手段的不足[5]。

1.1局部解剖教學 ?3D打印及相關技術的應用有助于學生充分了解真實的顳骨解剖結構，特別是細微結構、三維結構。Suzuki M等[6]使用3D打印技術加工制作等比例雙倍放大的顳骨模型，作為教授顱底局部解剖的教具，學生可以從各個方位、各個角度觀察顳骨的細微結構。吳顏延等[7]使用3D打印技術制作顱骨模型用于顱底解剖教具，26名學生中有88%的學生認為該方法增加了他們學習的興趣，96%的學生認為相比于傳統教學方法，使用該方法學習更加直觀，有助于他們對空間解剖關系的理解。姚志濤等[8]使用口腔頜面部外傷患者的三維打印頜骨模型，對隨機選擇的學生進行口腔頜面部骨折的解剖教學及測驗，結果顯示，相比于使用傳統方法教學的學生，這些學生對于口腔頜面部創傷病人的解剖情況的認識更加準確、完整。

1.2手術教學 ?口腔頜面部的解剖結構復雜，重要血管、神經、導管分布密集，走行情況變異較多，手術醫生的視野相對狹窄和局限，操作困難較大。在傳統的培養模式中，青年口腔頜面外科醫生在獨立手術前，需先經歷較多臺次的手術觀摩，而后在經驗豐富的口腔外科醫生的指導下，挑選適合的病例進行手術操作，機會相對有限，培養的周期相對較長。而借助3D打印技術，Canellas JV等[9]在3D打印頭顱模型上精確模擬了口腔頜面外科麻醉經常涉及的神經和血管，特別是三叉神經及其分支，并制作了神經阻滯麻醉操作的視頻，提供給130名青年醫生及醫學生學習麻醉操作技術，100%的參與者認為，與傳統教學方式相比，該教學方式提高了他們對口腔頜面外科麻醉技術的理解和掌握。Olszewski R等[10]指導青年醫生在3D打印頭顱模型上模擬手術過程，結果提示進行模擬手術有助于在實際的手術操作中有效避開上頜竇、牙根及重要的血管神經等結構。趙雪竹等[11]指導學生在3D打印頜骨模型上模擬正頜手術過程，并制作手術導板，進行3～5次模擬操作之后，再進行實際的手術操作，100%的學生認為先在仿真的模型上進行模擬正頜手術，有助于制作更加合適的正頜手術導板。借助3D打印技術，上述研究顯示，在手術操作的教學中，可以挑選合適的病例，以3D打印技術制作手術模型，用于模擬手術操作。此種教學方法大大增加了青年口腔頜面外科醫生參與手術操作的機會，縮短了培養時間，可以盡快幫助他們熟悉并掌握手術的操作。

2口腔頜面外科手術

2.1頜面部骨折手術 ?頜面部骨折一般由于交通事故、高處墜落、工傷、打架斗毆等多種原因引起，多導致患者面部形態異常、咬合關系紊亂、張閉口受限，嚴重影響患者的咀嚼、吞咽、言語、呼吸等身體機能，嚴重危害了患者的身心健康和生活質量[12]。頜面部骨骼數目眾多，形態各異，骨折情況復雜，曲面斷層片、CT等傳統檢查技術難以準確地反映骨折斷端的移位情況及骨折斷端的空間位置關系[13]。傳統骨折手術中，內固定材料的塑型、骨折復位情況的判斷、固定方式的選擇等主要是取決于口腔頜面外科醫生的臨床經驗與手工操作，缺乏量化的指標，導致部分骨折手術效果欠佳。而通過應用3D打印技術制作骨折的模型，在模型上模擬手術中骨折復位的過程，選擇合適的內固定材料，并予預塑形，在此基礎上指導后續的實際手術操作。此方法大幅度降低了骨折手術的難度，提高了精準度，明顯地縮短了手術的時長，在手術中實現了個性化、微創化、精準化。

呂繼連等[14]的研究發現，在下頜骨骨折切開復位內固定術中應用3D打印技術，制作患者骨折模型，模擬骨折復位的過程，根據骨折復位后的模型設計內固定裝置并進行預彎塑形，術中對齊骨折斷端，恢復咀嚼關系，固定內固定裝置。與采用傳統手術方式的對照組相比，實驗組手術耗時明顯減少，咀嚼關系的恢復更加令患者滿意。歐邦賓等[15]、李立峰 等[16]的研究發現，在顴骨顴弓復合骨折患者的手術中應用3D打印技術，與采用傳統手術方式的對照組相比，骨折復位效果更好，骨折斷端愈合更快，降低了手術并發癥的危險性和發生率，這一優勢在顴骨顴弓粉碎性骨折、骨折斷端移位明顯者等復雜骨折病例的手術中體現的尤為明顯。夏超等[17]研究發現，在全面部多發骨折的患者的手術中通過應用3D打印技術，術前進行模型手術，制作復位導板，在一定程度上有效解決了全面部多發骨折手術中，骨折斷端復位缺少明確的參考標準的問題，在一定程度上降低了手術的難度，縮短了手術的時間，減少了手術的創傷，提高了手術的精確性。

2.2頜骨缺損修復 ?頜骨缺損的常見原因有嚴重的頜面部外傷、嚴重的先天性頜骨發育異常、頜面部腫瘤切除術后等，多伴有周圍重要器官和組織結構的嚴重破壞和功能缺失，對患者的咀嚼、吞咽、呼吸、語音及骨骼的運動、感覺功能造成嚴重的影響，給患者身體健康、心理健康帶來了沉重打擊，大大降低了患者的生存質量。

目前修復患者頜面部骨組織的缺損，多選擇采取游離骨移植、人工軟骨替代物如鈦板等方式，修復患者頜面部軟組織的缺損，多選擇采取帶蒂皮瓣、血管化腓骨移植等方式。上述缺損修復的方法不但導致手術耗時明顯增加，而且通常難以做到精準修復缺損部位的形態，患者的張口、咀嚼、咬合等功能恢復欠佳，術后患者需要很長一段時間的恢復和改建的過程。而通過應用3D打印技術，能夠更加直觀、清晰的還原患區組織缺損情況，快速、簡單的為患者設計出最適合的個性化修復和治療方案。

郝申申等[18]研究發現，在下頜骨成釉細胞瘤切除植骨重建術中，術前采用3D打印技術制作腫瘤患者頜骨模型，進行手術規劃，設計切除范圍，以此為標準確定腓骨的截骨范圍，最終確定手術方案，可以明顯簡化手術的操作、降低手術的難度，達到了精準化、個性化的治療，術后患者術區形態、功能恢復效果良好。王文迪等[19]研究發現，在上頜骨的缺損的修復中，術前采用3D打印技術制作病變部位的模型，初步確定病變部位的截骨范圍，在此基礎上制備3D打印的鈦網修復體，術后面部外形輪廓良好，功能滿意。林崇翔等[20]在臨床研究中嘗試了3D打印個性化鈦網聯合頰脂墊和前臂皮瓣的“三明治技術”，術后可完全封閉術區口鼻瘺，患者患側外形與健側基本對稱，語音、咀嚼、吞咽、呼吸等功能恢復效果良好。此外，杜寶霞等[21]研究發現，對于因各種原因導致無法在手術中同期進行修復的上頜骨缺損患者，采用3D打印技術制作上頜骨組織缺損模型，術前為患者量身制作個性化的上頜骨預制贗復體，可有效保護患者的手術創面，維持上頜骨組織的外形，減輕恢復期患者身體和心理的負擔，為后續永久性上頜骨修復手術提供良好的基礎。

2.3正頜手術 ?傳統的正頜手術多依賴石膏模型指導手術，術中使用手工制作的咬合導板通過頜間固定，將手術計劃中的咬合關系轉移到術中，這一過程是上下頜骨重新定位的關鍵。該方法過程復雜，環節較多，容易積累誤差，而且存在三維方向移動控制精度不足的問題[22]。應用3D打印技術制作個性化精準手術導板，做到了精準化、個性化治療，與傳統方式相比具有明顯優勢。何錦泉等[23]研究發現，在上頜骨畸形的LefortⅠ型截骨術中，在3D打印模型上模擬手術，制作截骨導板，避免了由于下頜骨不穩定導致的可能的手術誤差，有效地提高了正頜手術的精度。蔡鳴等[24]研究發現，在偏頜畸形的手術治療中，在3D打印模型上模擬手術，制作截骨導板，可以為手術提供精準的截骨位置，有效控制上下頜骨的移動，特別是在三維方向上的移動，相比于傳統手術的導板，有效地提高了手術的精確性，縮短了手術的時間。

3其他

3.1埋伏牙拔除 ?埋伏牙可以發生于上下頜骨的任何位置，如不及時將其拔除，可能會造成其余牙齒的移位、扭轉、間隙過大、鄰牙牙根的發育異常，甚至可能形成頜骨囊腫、頜骨腫瘤等。部分的埋伏牙位于鼻腔、上頜竇等的非生牙部位，位置較深[25]，傳統檢查方式精確度有限，無法準確地了解埋伏牙與周圍的解剖結構的關系，導致手術操作難度增大，創傷較大，容易嚴重損傷鄰牙牙根、血管神經束，術后恢復的時間較長。而充分利用3D打印技術，可以大大提高埋伏牙拔除手術的操作安全性、微創性、精準性。王泰等[26]研究發現，在上頜骨埋伏牙拔除術中應用3D打印技術，明確患牙的位置及毗鄰的關系，可以做到精準定位患牙，避開周圍的重要組織結構。與傳統的手術方式相比，術中術區出血少，視野清晰，操作簡單，安全性高，手術耗時短，術后不良反應小，患者恢復快。

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收稿日期：2020-04-29;修回日期：2020-05-31

編輯/肖婷婷