口腔3D 打印模型與傳統(tǒng)石膏模型精確性對比研究

馮全勝 馬 笮 徐文秀 楊 璐

隨著社會的日益發(fā)展，各種工作逐漸進入數字化已成為必然趨勢，醫(yī)院的各項工作也逐漸數字化。3D 打印技術是快速成型技術(rapid prototy-ping，RP)之一，在20 世紀80 年代首先在工程領域應用，它利用重建的三維數字模型，將其分割成層狀，然后逐層堆積成實體模型［1］。3D 打印是通過使用三維數據來制造實體模型的一種方法，屬于快速成型技術［2］。三維重建數據的采集是制作3D 模型的重要一步，現在臨床上常用的采集方式主要有軟件設計、光學掃描、機械式掃描和放射學掃描四種方式［3，4］。3D 打印技術應用廣泛，例如2012年時比利時Hasselt 大學生物醫(yī)學研究所使用3D 打印技術為一位83 歲患者制作了一副鈦合金的下頜骨，患者術后1 天就恢復語言和吞咽功能。在國內，曹川利用計算機軟件重建并制造充填模型，最后再按照充填模型進行雕刻制作出植入體，成功矯正并治療了下頜骨的不對稱畸形。筆者為明確口腔3D 打印模型與傳統(tǒng)石膏模型的精確性差別，進行了如下研究。

1.材料與方法

1.1 材料 選擇2013 年4 月至2014 年3 月在本醫(yī)院口腔科完成常規(guī)正畸治療后的石膏模型40 副。納入標準為:①模型清晰完整;②第二磨牙納入矯治。將這40 副模型隨機分為兩組，每組20 副模型，A 組采取3D 打印模型來制作模型，B組采取傳統(tǒng)石膏模型來制作模型，比較兩組模型的精確性。而且兩組模型的一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P ＞0.05)，具有可比性。

1.2 方法 對兩組模型要求如下:①不允許有乳牙滯留;②不允許有牙齒畸形或牙列缺損;③不允許有牙冠齲損未充填或充填不良;④不允許有牙冠有修復體。采用三維激光掃描儀3Shape D810(3Shape，丹麥)對石膏模型進行一系列數字掃描(掃描精度為100%)，形成數字化模型，應用于三維數字模型測量;石膏模型經修整后制作成標準模型，用于傳統(tǒng)石膏模型測量。測量項目包括7 項，即牙齒排列、邊緣嵴、頰舌向傾斜、咬合接觸、咬合關系、覆蓋和鄰接關系，并根據測量結果計算每項標準的得分及總得分。所有測量均由本院口腔科的同一名醫(yī)生來完成，具體方法為先進行數字模型測量，3 周后進行重復測量1 次，數字測量結束3 周后進行石膏模型測量，同樣于3 周后重復測量1 次。用Wilcoxon 法檢驗和比較兩種方法的可精確性，并比較兩種方法的測量結果。

2.結果

3D 打印模型與石膏模型兩次測量差值評分的比較詳見表1，其中在牙齒排列、頰舌向傾斜、總分比較，差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05)。3D 打印模型與石膏模型兩次測量評分結果均值的比較詳見表2，在牙齒排列、咬合接觸、覆蓋、總分上比較差異具有統(tǒng)計學意義(P ＜0.05)。

表1 3D 打印模型與石膏模型兩次測量差值評分的比較(分，x)

表2 3D 打印模型與石膏模型兩次測量評分結果均值的比較(分，x)

3.討論

3D 打印技術在醫(yī)學領域的首次應用是在1990 年，當時該發(fā)明者采用3D 打印技術把CT 掃描獲取的顱骨解剖數據成功復制出顱骨解剖模型。經過20 多年的發(fā)展，現已在口腔種植［5］、神經外科［6］、骨科、頜面部贗復體的制造等手術中廣泛應用。在口腔醫(yī)學領域，3D 打印技術因為其獨有的優(yōu)勢逐漸被應用于各個專業(yè)，3D 打印技術逐漸普及在口腔醫(yī)學的頜面外科、修復科、口腔內科及正畸科。

本研究結果顯示，對兩種方法可重復性的比較發(fā)現，三維數字模型測量在牙齒排列(Z=-3.158，P=0.002)、頰舌向傾斜(Z=-2.555，P=0.011)和咬合接觸(Z=-3.150，P=0.002)三項標準的測量差值評分及總得分(Z=-2.217，P=0.027)的差值小于傳統(tǒng)石膏模型測量;比較兩種方法的測量結果發(fā)現，三維數字模型測量在牙齒排列(Z=-3.105，P=0.002)、咬合接觸(Z=-2.415，P=0.016)、覆蓋(Z=-2.818，P=0.005)三項標準的測量評分結果均值比較和總得分(Z=-4.149，P=0.001)高于傳統(tǒng)石膏模型測量。在牙齒排列的測量方面，傳統(tǒng)石膏模型測量難度較大，特別是相鄰牙的接觸點同時偏離正常位置時，就更加難于準確測量其偏離的距離;而3D 打印模型測量在弓形的輔助下，不但可以更加直觀清楚地發(fā)現異常排列的牙齒，而且可以準確地測量出它偏離正常位置的距離。對于頰舌向傾斜的測量，傳統(tǒng)石膏模型測量主要通過兩側同名牙尖確定的平面來作為參考平面，該平面易隨著觀測角度的不同而發(fā)生變化，而且由于測量的牙尖與作為參考平面的牙尖并不在同一直線上，所以測量結果可能會受到不同程度的影響;而3D 打印模型測量以平面作為參考平面，并通過點面距離的變化來準確定位牙尖，因而具有更高的精確性。對于咬合接觸的測量，傳統(tǒng)石膏模型測量易受到牙尖交錯的影響和視覺角度局限的影響，很難獲得精準的測量結果;而3D 打印模型測量采則用咬合分析系統(tǒng)進行咬合記錄，充分地利用了三維咬合記錄高準確性和精確性的特點［7～9］。

使用傳統(tǒng)石膏模型在臨床工作中存在一系列的難題，包括存儲的負擔、損壞和斷裂的危險、沉重的重量等問題，與此同時也不方便與同行專業(yè)人士和患者進行溝通交流。3D 打印模型的出現大大地解決了這些難題，與傳統(tǒng)石膏模型相比，3D 打印模型的數據測量具有很高的精確性。在如今臨床工作中3D 打印模型因其快速、精確及價格優(yōu)勢使用率已超出傳統(tǒng)的石膏模型。在臨床工作中，通過獲取數字模型，并配合相關軟件進行數字模型分析，不僅解決了傳統(tǒng)石膏模型方式給患者帶來的不便，也可根據需要打印模型，方便數據的存儲與使用。

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