3D打印技術(shù)在口腔種植導板制作中的應用

湯雨龍，惠瑞宗，曹志強，柳云恩，張曉東，侯明曉

種植義齒因固位支持效果理想、美觀舒適、對鄰牙無傷害等優(yōu)點，逐漸成為牙列缺損和缺失患者口腔修復的首選方法［1-2］。然而，傳統(tǒng)的牙種植手術(shù)種植體植入的角度和位置常需在手術(shù)中翻開黏骨膜瓣后，根據(jù)局部骨組織情況來確定，受手術(shù)視野、骨內(nèi)重要神經(jīng)血管解剖結(jié)構(gòu)、頜骨生理或病理性吸收等條件限制，種植體植入位置和術(shù)前預期位置會發(fā)生偏差，且種植體一旦植入，其位置很難進行微調(diào)校正，因此帶來諸多手術(shù)和修復并發(fā)癥［3-4］。近年來，以修復為導向的牙種植理念的提出，要求種植體的方向、位置、深度應具有一定準確度從而符合最佳修復要求，并獲得種植體長期穩(wěn)定性，加之為消除患者恐懼、減少出血、減輕術(shù)后腫脹和減少牙槽骨吸收，近年來出現(xiàn)了微創(chuàng)不翻瓣牙種植技術(shù)［5-6］，都對術(shù)者準確掌控種植體植入三維位置提出了更苛刻的要求。種植手術(shù)導板是種植術(shù)前應用計算機設(shè)計和制作的輔助工具，用于術(shù)中引導種植窩預備，是種植體位置、方向、角度等信息的載體，是術(shù)前設(shè)計與實際操作相聯(lián)系的橋梁［7］。傳統(tǒng)的種植手術(shù)導板多采用在石膏模型上的熱壓膜技術(shù)，雖能兼顧上部修復效果，但卻無法精準控制種植體位置，很大程度上依賴醫(yī)生的臨床經(jīng)驗［8］，偏差也較大。基于口腔錐形束 CT(cone beam CT，CBCT)［9-10］的3D 打印種植手術(shù)導板，則可將包括精準種植體三維位置、最終修復體輪廓、重要頜骨內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)等信息轉(zhuǎn)移到術(shù)中［11］，從而減少手術(shù)并發(fā)癥，以期獲得理想的種植修復效果。本文著重介紹3D打印技術(shù)的原理及在口腔種植導板制作中的應用。

1 概述

3D打印技術(shù)是以計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)以及新材料技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種基于計算機三維數(shù)字成像技術(shù)和多層次連續(xù)打印技術(shù)制造實體模型的方法［12］。根據(jù)制造方法不同可分為光固化成型(stereo lithography appearance，SLA)、選擇性激光燒結(jié)(selective laser sintering，SLS)、熔融沉積成型(fused deposition modeling，F(xiàn)DM)、分層實體制造(laminated object manufacturing，LOM)和噴墨打印技術(shù)。其工作原理是:首先進行三維數(shù)據(jù)的采集，包括軟件設(shè)計、機械掃描、光學掃描和放射學掃描4種方式;在20世紀80年代首先應用于工程領(lǐng)域，利用重建的三維數(shù)字模型分割成層狀逐層堆積成實體模型［13］。其次是將獲得的三角網(wǎng)格數(shù)據(jù)(STL格式)導入三維重建軟件進行處理;最后在計算機程序的控制下采用逐層疊加的方式打印出3D實物模型。目前3D打印技術(shù)已在生物醫(yī)學領(lǐng)域得到廣泛應用，如術(shù)中導航、醫(yī)學模型制造、器官打印等，其突出特點是不受傳統(tǒng)制造工藝的外形限制，可依據(jù)計算機設(shè)計圖紙進行個性化產(chǎn)品快速制作。通過CBCT的放射學參數(shù)及術(shù)前軟件設(shè)計信息，快速制作出能夠協(xié)助精確定位種植體植入位置與方向的種植手術(shù)導板［14］就是其技術(shù)實體化的最好體現(xiàn)。自1987年Edge等［15］率先設(shè)計和制作了第1個種植外科導板后，3D打印種植導板得到快速發(fā)展［16-19］。

2 在口腔種植導板制作中的應用

2.1 3D打印種植手術(shù)導板的制作過程 因CBCT常不能一次性獲取精確的牙齒及軟組織表面形態(tài)數(shù)據(jù)，2008年Steenberghe等［20］首先提出二次CT掃描程序:第1次掃描時患者需佩戴含有散在顯影點的放射導板，掃描時確保其在正確位置上完全就位;第2次將放射導板單獨固定在CBCT機上進行掃描，使前后兩次導板的位置和方向一致，再利用顯影點影像重合技術(shù)將兩者重合，圖像導入三維圖像設(shè)計軟件中，這樣就能在電腦中實現(xiàn)患者骨組織和軟組織的三維重建;然后，在設(shè)計軟件中描繪出重要的神經(jīng)血管解剖結(jié)構(gòu)，進行模擬種植設(shè)計，確定手術(shù)方案和種植體類型及植入位置、方向、深度，并確定種植導板開孔的位置及高度;最后，打印制作出最終的種植手術(shù)導板，通過樹脂層層固化堆疊，形成一個帶有圓柱孔洞的樹脂導板，再將金屬鈦套環(huán)輕擊固定于孔洞內(nèi)，即完成導板制作。這種手術(shù)導板制作方法被學者們廣泛認可，取得了良好的臨床效果，已有大量的關(guān)于此類導板應用的研究報道［21-28］。

2.2 3D打印種植手術(shù)導板類型 3D打印種植外科導板按支持形式可分3種類型:①牙支持式導板:手術(shù)導板直接固定于缺牙區(qū)鄰牙上，用于單個或少量牙齒缺失患者，可進行微創(chuàng)不翻瓣種植手術(shù)，適合于初學者和小間隙種植;②黏膜支持式導板:在充分了解骨量和黏膜情況的前提下，將導板直接固定于缺牙區(qū)牙槽嵴頂黏膜上，適用于連續(xù)多牙缺失的患者，通過導板的引導經(jīng)黏膜鉆孔，用以確定種植體的精確位置，環(huán)切牙齦后逐級備洞，最終植入種植體，可減少手術(shù)時間和術(shù)后反應，適用無牙牙合患者或不翻瓣種植手術(shù);③骨支持式導板:導板組織面直接固定于缺牙區(qū)頜骨骨面上，適用于缺牙多、有骨缺損或不確定的病例，需要常規(guī)翻瓣，應采用此類手術(shù)導板可減少誤差，并及時進行骨增量手術(shù)，且常需側(cè)方皮質(zhì)骨釘進行輔助固位。此外，為增加手術(shù)導板穩(wěn)定性，除精密要求外，還需跨度長，且金屬管長度及黏膜厚度應預知，以確定擴孔鉆鉆骨深度。

2.3 3D打印種植手術(shù)導板的優(yōu)點 3D打印手術(shù)導板在制作前通過專用軟件對CBCT的DICOM原始數(shù)據(jù)導入，可在術(shù)前對種植區(qū)解剖結(jié)構(gòu)進行分析。術(shù)者通過CT信息的三維重建可充分了解患者種植區(qū)域的骨量和重要的組織位置［29］，測出嵴頂距離上頜竇和下牙槽神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)具體情況設(shè)計手術(shù)方案，決定翻瓣類型和是否同期行骨增量手術(shù)，比較幾種術(shù)式的優(yōu)劣，以期達到最佳修復效果;然后進行模擬手術(shù)，放置所需合適種類和尺寸的種植體，觀察其植入位置和方向，上部修復空間及其與對頜牙和鄰牙的關(guān)系。通過這樣詳盡個性化的術(shù)前規(guī)劃，便于良好的醫(yī)患溝通，可將術(shù)者思路可視化地向患者及其家屬展示，獲得最大的理解和配合［30］，同時也簡化了手術(shù)步驟，縮短了手術(shù)時間，在一定程度上減少了術(shù)中的技術(shù)依賴及手術(shù)風險，提高種植的成功率［31-32］。此外，通過CBCT數(shù)據(jù)分析可直觀地了解術(shù)區(qū)骨密度情況，骨密度過低時種植體初期穩(wěn)定性略小，骨密度過高時對于種植備洞有一定影響。同時，設(shè)計軟件還可通過調(diào)節(jié)上部修復結(jié)構(gòu)，確定上下咬合關(guān)系以及牙合力分布狀況［33］，以期獲得最佳的修復功能與美學效果。根據(jù)以上參數(shù)設(shè)計并打印制作出的種植導板，主要適用于種植體需避開重要神經(jīng)血管者、多顆種植體要求種植角度一致者、骨量不足又不接受植骨者及需種植即刻修復者，增加了種植義齒的適應證范圍［23］。

2.4 3D打印種植導板的缺點 3D打印種植導板的設(shè)計、加工和制作需采用設(shè)計軟件和特殊機器，過程煩瑣，每個環(huán)節(jié)的偏差均可影響種植導板就位及穩(wěn)定性，而各種誤差相互影響和疊加，會在種植體根部逐步放大，最終直接影響種植體實際植入的精確度［34-37］。其中模型的三維重建、CT數(shù)據(jù)與二次掃描的數(shù)據(jù)配準更是直接影響到種植導板的快速加工和技術(shù)應用［38］。Verhamme 等［39］將其用于無牙牙合患者發(fā)現(xiàn)，該方法引導種植體植入后的實際位置與術(shù)前計劃的種植體位置基本一致，但頰舌向的偏差相對明顯，可能是由于口腔內(nèi)黏膜等軟組織具有可讓性的原因，從而導致實際種植導板在戴入時出現(xiàn)頰舌向的微動移位，造成實際與虛擬植入位置存在差異。Pettersson等［36］研究結(jié)果顯示，種植體肩臺平均誤差為0．80 mm，根部平均誤差為1．09 mm，角度平均誤差為 2．26°。Schneider等［22］研究發(fā)現(xiàn)，種植體頸部平均誤差為 1．07 mm，根部平均誤差為1．63 mm。因此，無論何種原因?qū)е碌木臀患胺€(wěn)定性欠佳，最先受到影響的就是種植體整體角度的偏離。當種植導板前段就位欠佳時，種植體植入后近遠中向的誤差會明顯增大;導板在頰舌向就位欠佳時，種植體植入后頰舌向的誤差會較明顯;深度的控制以擴孔鉆的標記點為參考，種植導板就位欠佳時會導致種植體植入深度不足。值得一提的是Komiyama等［40］研究結(jié)果顯示準確度最好的是深度。

此外，種植手術(shù)導板會阻礙種植鉆頭水冷降溫效果，Yong等［21］研究應用種植外科導板術(shù)后早期并發(fā)癥發(fā)現(xiàn)，種植失敗多發(fā)生在種植體長度超過10 mm的病例，可能是因為戴入導板不利于種植窩預備時熱量的散發(fā)，使過深部位冷卻不足，導致頜骨過熱壞死而造成種植失敗。另外，受張口度的限制，后牙種植導板會妨礙鉆頭的操作，加之種植總體費用的增加、患者對CT的放射劑量的顧慮等諸多因素使得3D打印種植導板目前還不能做到常規(guī)應用。

3 展望

3D打印種植導板提高了種植體植入的精確度，簡化了手術(shù)方案，既減小了手術(shù)風險、縮短了手術(shù)時間，又保證了修復體的咬合功能和美學效果，尤其是對于復雜且植入要求較高的患者來說更有使用價值，但同時也應看到其精確度確有不足，故至少應保證2 mm安全區(qū)以避免傷及重要解剖結(jié)構(gòu)。隨著近年來口內(nèi)掃描的應用和數(shù)據(jù)精確度的提高，種植專用軟件的不斷更新以及高精度的快速成型設(shè)備的研發(fā)，種植手術(shù)導板的設(shè)計制作精確度不斷提高。目前，3D打印種植導板的設(shè)計與制作技術(shù)主要由國外專業(yè)公司壟斷并已商品化，而國內(nèi)多處于開發(fā)和研究階段，絕大多數(shù)的種植手術(shù)還僅憑術(shù)者經(jīng)驗或僅依靠傳統(tǒng)簡易種植導板引導手術(shù)，因此需積極自主研發(fā)3D種植導板打印技術(shù)，并進一步提高導板的精確性，推動國內(nèi)牙種植技術(shù)的發(fā)展和普及，讓更多的患者受益。

［1］ 劉寶林．口腔種植學［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，2011．

［2］ 李海霞．種植義齒在口腔修復中的臨床應用［J］．局解手術(shù)雜志，2013，22(5):524-525．

［3］ Alhassani A A，AlGhamdi A S．Inferior alveolar nerve injury in implant dentistry:diagnosis，causes，prevention，and management［J］．J Oral Implanol，2010，36(5):401-407．

［4］ 鄧春富，趙寶紅，張士劍．種植義齒修復中常見問題原因分析及處理方法［J］．中國實用口腔雜志，2009，2(11):656-659．

［5］ Brodala N．Flapless surgery and its effect on dental implant outcomes［J］．Int JOral Maxillofac Implants，2009，24(Suppl):118-125．

［6］ Nikzad S，Azari A，Ghassemzadeh A．Modifiled flapless dental implant surgery for plannning treatment in a maxilla including sinus lift augmentation through use of virtual surgical planning and a 3-dimensional model［J］．J Oral Maxillofac Surg，2010，68(9):2291-2298．

［7］ D＇Souza K M，Aras M A．Types of implant surgical guides in dentistry:A review［J］．J Oral Implantol，2012，38(5):643-652．

［8］ Hultin M，Svensson K G，Trulsson M．Clinical advantages of computer-guided implant placement:a systematic review［J］．Clin Oral Implants Res，2012，23(Suppl 6):124-135．

［9］ 劉格兵，曹慶堂．CBCT在口腔種植學中的應用［J］．內(nèi)蒙古醫(yī)學雜志，2013，45(5):566-568．

［10］楊臣杰，錢玉芬，陳振琦．錐形束CT在口腔領(lǐng)域的應用［J］．現(xiàn)代口腔醫(yī)學雜志，2010，24(3):224-227．

［11］林俊生．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在口腔種植學領(lǐng)域的應用［J］．當代醫(yī)學，2011，17(28):7-8．

［12］ Cantoni T，Giovanni P．Implant treatment planning in fresh extraction sockets:use of a novel radiographic guide and CAD/CAM technology［J］．Quintessence Int，2009，40(9):773-781．???????

［12］ Sinn D P，Cillo J E，Miles B A．Stereolithography for craniofacial surgery［J］．JCraniofac Surg，2006，17(5):869-875．

［13］ Benjamin L S．The evolution of multiplanar diagnostic imaging:predictable transfer of preoperative analysis to the surgical site［J］．JOral Implantol，2002，28(3):135-144．

［14］諸森陽，蔡玉惠．快速原型技術(shù)在口腔醫(yī)學中的應用進展［J］．口腔醫(yī)學，2012，32(12):755-756．

［15］ Edge M J．Surgical placement guide for use with osseointegrated implants［J］．J Prosthet Dent，1987，57(6):719-722．

［16］ Rosenfeld A L，Mandelaris G A，Tardieu PB．Prosthetically directed implant placement using computer software to ensure precise placement and predictable prosthetic outcomes．Part 2:rapid-prototype medical modeling and stereolithographic drilling guides requiring bone exposure［J］．Int J Periodontics Restorative Dent，2006，26(4):347-353．

［17］ Nokar S，Moslehifard E，Bahman T，et al．Accuracy of implant placement using a CAD/CAM surgical guide:an in vitro study［J］．Int J Oral Maxillofac Implants，2011，26(3):520-526．

［19］ Abboud M，Wahl G，Guirado JL，et al．Application and success of two stereolithographic surgical guide systems for implant placement with immediate loading［J］．Int J Oral Maxillofac Implants，2012，27(3):634-643．

［20］ Vercruyssen M，Jacobs R，Van Assche N，et al．The use of CT scan based planning for oral rehabilitation by means of implants and its transfer to the surgical field:a critical review on accuracy［J］．JOral Rehabil，2008，35(6):454-474．

［21］ Yong L T，Moy P K．Complications of computer-aided-design/computer-aided-machining-guided(NobelGuide)surgical implant placement:an evaluation of early clinical results［J］．Clin Implant Dent Relat Res，2008，10(3):123-127．

［22］ Schneider D，Marquardt P，Zwahlen M，et al．A systematic review on the accuracy and the clinical outcome of computer-guided template-based implant dentistry［J］．Clin Oral Implants Res，2009，20(Suppl 4):73-86．

［23］白石柱，劉寶林，陳小文，等．種植導板的制作及CADCAM 技術(shù)的應用［J］．實用口腔醫(yī)學雜志，2011，27(1):138-142．

［24］ Lopes A，Malo P，de Araujo Nobre M，et al．The Nobel-Guide(R)All-on-4(R)Treatment Concept for Rehabilitation of Edentulous Jaws:A Prospective Report on Medium-and Long-Term Outcomes［J］．Clin Implant Dent Relat Res，2014(Sep 5):［Epub ahead of print］．

［25］ Vasak C，Kohal R J，Lettner S，et al．Clinical and radiological evaluation of a template-guided(NobelGuide)treatment concept［J］．Clin Oral Implants Res，2014，25(1):116-123．

［26］ Maloney K，Bastidas J，F(xiàn)reeman K，et al．Cone beam computed tomography and SimPlant materialize dental software versus direct measurement of the width and height of the posterior mandible:an anatomic study［J］．J Oral Maxillofac Surg，2011，69(7):1923-1929．

［27］ Polizzi G，Cantoni T．Five-year follow-up of immediate fixed restorations of maxillary implants inserted in both fresh extraction and healed sites using the NobelGuide system［J］．Clin Implant Dent Relat Res，2015，17(2):221-233．

［28］ Nocini P F，Castellani R，Zanotti G，et al．The use of computer-guided flapless dental implant surgery(Nobel-Guide)and immediate function to support a fixed full-arch prosthesis in fresh-frozen homologous patients with bone grafts［J］．J Craniofac Surg，2013，24(6):e551-e558．

［29］Van de Velde T，Sennerby L，De Bruyn H．The clinical and radiographic outcome of implant placed in the posterior maxilla a guided flapless approach and immediately restored with a provisional rehabilitation:a randomized clinical tria［J］．Clin Imp Res，2010，21(11):1223-1233．

［30］賀剛，陳峰，陳治清．數(shù)字化醫(yī)患溝通在復雜種植病例中的應用［J］．中國口腔種植學雜志，2012，17(3):120-123．

［31］Valente F，Schiroli G，Sbrenna A．Accuracy of computeraided oral implant surgery:a clinical and radiographic study［J］．Int J Oral Maxillofac Implants，2009，24(2):234-242．

［32］ Sohmura T，Kusumoto N，Otani T，et al．CAD/CAM fabrication and clinical application of surgical template and bone model in oral implant surgery［J］．Clin Oral Implants Res，2009，20(1):87-93

［33］ Sarment D P，Al Shammari K，Kazor C E．Stereolithographic surgical templates for placement of dental implants in complex cases［J］．Int JPeriodontics Restorative Dent，2003，23(3):287-295．

［34］ Komiyama A，Pettersson A，Hultin M，et al．Virtually planned and template-guided implant surgery:an experimental model matching approach［J］．Clin Oral Implants Res，2011，22(3):308-313．

［35］ Brief J，Edinger D，Hassfeld S，et al．Accuracy of image-guided implantology［J］．Clin Oral Implants Res，2005，16(4):495-501．

［36］ Pettersson A，Komiyama A，Hultin M，et al．Accuracy of virtually planned and template guided implant surgery on edentate patients［J］．Clin Implant Dent Relat Res，2012，14(4):527-537．

［37］ Behneke A，Burwinkel M，Knierim K，et al．Accuracy assessment of cone beam computed tomograohy-derived laboratory-based surgical templates on partially edentulous patients［J］．Clin Oral Implants Res，2012，23(2):137-143．

［38］ Block M S，Chandler C．Computed tomography-Guided surgery:Complications associated with scanning，processing，surgery，and prosthetics［J］．J Oral Maxillofac Surg，2009，67(11 Suppl):13-22．

［39］ Verhamme L M，Meijer G J，Boumans T，et al．A clinically relevant accuracy study of computer-planned implant placement in the edentulous maxilla using mucosa-supported surgical templates［J］．Clin Implant Dent Relat Res，2015，17(2):343-352．

［40］ Komiyama A，Pettersson A，Hultin M，et al．Virtually planned and template-guidedimplant surgery:an experimental model matching approach［J］．Clin Oral Impl Res，2011，22(3):308-313．