三維打印技術(shù)在口腔正畸臨床教學(xué)中的應(yīng)用和展望

潘永初 李丹丹 孫雯 王華 張衛(wèi)兵 嚴(yán)斌

[摘 要]近年來(lái)，隨著數(shù)字化技術(shù)和工程制造技術(shù)的發(fā)展，三維打印已經(jīng)成功地應(yīng)用于各個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域，在口腔正畸領(lǐng)域的應(yīng)用包括咬合模型，個(gè)性化托槽、間接粘結(jié)托盤(pán)和種植體手術(shù)導(dǎo)板等，而廣泛的正畸臨床的應(yīng)用帶來(lái)教學(xué)變革的迫切需求，三維打印模型不僅方便了臨床的教學(xué)和訓(xùn)練，也為面向數(shù)字化的口腔正畸教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)。該文涵蓋了3D打印技術(shù)以及相關(guān)的正畸臨床應(yīng)用的進(jìn)展，以及對(duì)于教學(xué)領(lǐng)域的思考和展望，旨在將臨床需求與教學(xué)訓(xùn)練更好的結(jié)合。

[關(guān)鍵詞]三維打印;口腔正畸學(xué);教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] R783.5;G353.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）48-0-03 [收稿日期] 2020-07-25

三維打印（亦稱(chēng)3D打印）在牙科的所有主要學(xué)科中都具有很高的教學(xué)潛力。它可以使口腔正畸醫(yī)生更好地觀(guān)察骨骼和牙齒，學(xué)生能夠形成更清晰的主觀(guān)感受印象和訓(xùn)練出更強(qiáng)實(shí)踐操作能力[1]。在過(guò)去的幾年中，在口腔醫(yī)學(xué)學(xué)生和專(zhuān)業(yè)醫(yī)生接受的技能訓(xùn)練方面，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)變，教學(xué)上開(kāi)始使用基于通過(guò)患者口腔內(nèi)掃描獲得的數(shù)據(jù)，形成更真實(shí)的3D打印模型。

如今，3D打印可以滿(mǎn)足多種口腔臨床和教學(xué)的需求，包括從簡(jiǎn)單的模型，蠟?zāi)?，有色臨時(shí)牙齒和手術(shù)導(dǎo)板到更復(fù)雜的金屬和陶瓷假體以及數(shù)字化全口義齒。目前能夠選擇的材料種類(lèi)包括玻璃、陶瓷，鈷鉻合金，聚合物，鈦，氧化鋯，未來(lái)將有更多材料可供選擇。各種打印材料范圍的擴(kuò)展為牙科3D打印的臨床應(yīng)用和教學(xué)開(kāi)辟了新的可能性。

一、咬合模型

傳統(tǒng)的制作石膏模型方法是，通過(guò)托盤(pán)，盛放藻酸鹽或者硅橡膠材料，在患者口內(nèi)待其固化取得陰模，然后將石膏粉或者超硬石膏粉，加水混合后澆在藻酸鹽或硅橡膠材料制作的咬合陰模，增加底座，待其硬化后，再分別手工打磨成型。相比于傳統(tǒng)的托盤(pán)采集口內(nèi)陰模的方法，數(shù)字化采集口內(nèi)形態(tài)的方法，可以避免患者不適，尤其是對(duì)于難以配合的兒童和部分張口受限的患者。比如，通過(guò)數(shù)字化的口內(nèi)掃描儀，或者CBCT的三維重建，可以得到可供打印的數(shù)字化文件，然后3D打印機(jī)打印出相應(yīng)的三維咬合模型，其數(shù)字化的文件更有利于儲(chǔ)存和遠(yuǎn)程分享。

3D打印技術(shù)制作實(shí)體模型所需時(shí)間，要遠(yuǎn)小于臨床上常見(jiàn)的制作石膏或者超硬石膏咬合模型的時(shí)間。石膏咬合模型，其對(duì)空氣的濕度要求較高，當(dāng)保存在濕度較大的地方，很容易受潮霉變，導(dǎo)致模型變形。在臨床實(shí)踐過(guò)程中，由于頻繁地拿取模型以及石膏的強(qiáng)度較低，增加了模型損壞的概率;在灌注過(guò)程中，容易出現(xiàn)空泡，而且脫模時(shí)容易出現(xiàn)牙齒的斷裂，斷裂經(jīng)常發(fā)生在過(guò)度唇傾或舌傾的個(gè)別上前牙和下前牙，從而使模型失去參考價(jià)值。

目前已經(jīng)有研究表明，在口腔正畸學(xué)領(lǐng)域通過(guò)CBCT重建得到的口內(nèi)三維打印的模型，其準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)的石膏模型相差無(wú)幾，可以替代傳統(tǒng)的石膏灌注模型。這對(duì)口腔正畸教學(xué)幫助巨大，學(xué)生們可利用正畸數(shù)字模型進(jìn)行牙齒、牙弓的分析測(cè)量，對(duì)患者進(jìn)行診斷和矯治設(shè)計(jì)，克服傳統(tǒng)模型易破損、難儲(chǔ)存的問(wèn)題，有利于學(xué)生更深入地理解正畸學(xué)內(nèi)容。

在本科和研究生教育的實(shí)驗(yàn)課上，可以增加制作數(shù)字化三維打印模型的課程，方便學(xué)生更好的學(xué)習(xí)數(shù)字化文件的處理，以及通過(guò)數(shù)字化的方式對(duì)模型進(jìn)行測(cè)量、修整以及打印。通過(guò)三維打印技術(shù)，可以將牙齒模型的牙根同樣打印出來(lái)。3D打印模型可以用來(lái)評(píng)估拔牙/不拔牙正畸治療與牙槽突變化之間的關(guān)系[2]。埋伏牙的間隙分配，通過(guò)單獨(dú)打印各個(gè)牙齒，進(jìn)行排牙實(shí)驗(yàn)。

二、個(gè)性化托槽和間接粘結(jié)托盤(pán)

使用固定的托槽矯正的正畸治療是一個(gè)非常耗時(shí)的過(guò)程。而使用間接粘結(jié)技術(shù)可以減少治療時(shí)間和減少預(yù)約復(fù)診的次數(shù)，這不僅對(duì)患者正常生活有利，而且從牙齒健康的角度來(lái)說(shuō)，較短的治療時(shí)間可以防止牙齒脫礦和牙根吸收[3]。使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的間接粘結(jié)托盤(pán)，能夠把托槽與牙齒之間接觸的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。通過(guò)對(duì)牙齒托槽位置的數(shù)字化設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)使用3D打印的間接粘結(jié)的轉(zhuǎn)移托盤(pán)，將托槽精確定位到各個(gè)牙齒表面[4]，最終可以縮短治療過(guò)程的整體時(shí)間，同時(shí)獲得理想的治療效果。

目前已經(jīng)有一些公司開(kāi)發(fā)了商用的基于采用3D打印技術(shù)的固定矯正器正畸治療數(shù)字化方案，比如唇側(cè)個(gè)性化托槽的間接粘結(jié)系統(tǒng)Insignia以及3M公司舌側(cè)個(gè)性化托槽比如Incognito系統(tǒng)。它們通過(guò)制造了定制的弓絲和定制的托槽來(lái)有序的移動(dòng)牙齒到理想的位置。兩套系統(tǒng)，均采用了個(gè)性化定制的托槽和弓絲，通過(guò)3D打印出定制弓絲的模型，然后鑄成合金。托槽通過(guò)一個(gè)間接粘結(jié)托盤(pán)粘接在牙齒的唇側(cè)或舌側(cè)，以此將理想的托槽的位置轉(zhuǎn)移到患者的口腔中，形成了一個(gè)特定的彎曲的弓形，然后，通過(guò)定制的序列弓絲分別入槽，達(dá)到弓絲序列治療的目的。通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步，相信3D打印的托槽將能夠更好地服務(wù)臨床，滿(mǎn)足醫(yī)生和患者對(duì)于舒適便捷診療的需求，而且現(xiàn)在的3D打印機(jī)可以直接在牙科實(shí)驗(yàn)室和正畸醫(yī)生的辦公室，直接生產(chǎn)相對(duì)便宜的間接粘結(jié)托盤(pán)。

在臨床教學(xué)過(guò)程中，可以適當(dāng)增加學(xué)生對(duì)間接粘結(jié)技術(shù)的嘗試，增加數(shù)字化托槽定位的訓(xùn)練，相比于傳統(tǒng)的依靠醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)定位的方法，該方法能夠極大的降低帶教老師對(duì)于學(xué)生托槽定位不準(zhǔn)的擔(dān)憂(yōu)，盡可能地保證托槽設(shè)計(jì)的位置就是最后粘貼的位置，提高粘接的準(zhǔn)確性。通過(guò)三維數(shù)字化牙齒模型，在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確的定位托槽位置，而且數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)，能夠保證牙根平行度，所以托槽位置更加準(zhǔn)確，從而提高了矯正的效率，節(jié)省了正畸治療后期重新調(diào)整托槽位置進(jìn)行精細(xì)咬合調(diào)整的時(shí)間。

三、種植支抗導(dǎo)板

目前正畸治療過(guò)程中需要植入臨時(shí)種植體時(shí)，最常用的是參考X線(xiàn)（X-ray）片，對(duì)于治療前拍攝過(guò)錐形束計(jì)算機(jī)體層掃描（Cone-beam computed tomography，CBCT）的患者，可能會(huì)參考其治療前的CBCT，然后依靠醫(yī)生的判斷和經(jīng)驗(yàn)決定種植體，位置和角度，根據(jù)旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)的醫(yī)生的手感和患者的感受，推測(cè)種植體是否碰觸到牙根，再?zèng)Q定是否改變種植體的植入角度。該方法存在很高的技術(shù)門(mén)檻，有賴(lài)于臨床醫(yī)生的長(zhǎng)期實(shí)踐。

而數(shù)字化3D打印的種植導(dǎo)板可以很大程度上解決這一問(wèn)題，通過(guò)良好的術(shù)前設(shè)計(jì)，采集口內(nèi)軟組織掃描和CBCT硬組織數(shù)據(jù)，能夠很好地保持種植體與周?chē)栏?1.5mm的安全距離，與牙長(zhǎng)軸保持60-90°的角度。

在臨床教學(xué)中，應(yīng)該適當(dāng)普及種植導(dǎo)板，其設(shè)計(jì)方法直觀(guān)，制作準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)便，非常適合本科生及研究生學(xué)習(xí)種植支抗的臨床實(shí)際操作時(shí)，在帶教老師的指導(dǎo)下使用。

四、其他方面

成人中顳下頜關(guān)節(jié)（Temporomandibular joint，TMJ）功能障礙的發(fā)生率在25%至50%之間，患者更容易出現(xiàn)牙齒不齊，這些會(huì)導(dǎo)致牙齒過(guò)度磨損，并伴有咀嚼肌疼痛。由于這些牙列錯(cuò)位的患病率很高，因此需要進(jìn)一步研究和改善咬合導(dǎo)板的制作[5]。對(duì)于TMJ功能障礙患者，設(shè)計(jì)咬合導(dǎo)板時(shí)候，為了避免單個(gè)牙齒的早接觸造成的創(chuàng)傷，需要患者帶上咬合分離的導(dǎo)板之后，花非常久的時(shí)間在椅旁進(jìn)行調(diào)磨，而通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)的咬合板，可以非常精準(zhǔn)地讓大部分牙齒均勻的接觸，有研究描述了在患有顳下頜關(guān)節(jié)功能障礙的患者制造咬合導(dǎo)板中使用3D打印的方法[6]。另外，對(duì)于夜磨牙的患者，同樣可以根據(jù)精確的3D打印，調(diào)整咬合，避免因早接觸點(diǎn)導(dǎo)致的咬合創(chuàng)傷。采用快速成型技術(shù)可以改善咀嚼肌的張力。此外，這種方法通過(guò)減少整個(gè)過(guò)程中的手動(dòng)步驟數(shù)量，節(jié)省醫(yī)患雙方椅旁就診和操作的時(shí)間，并提高了精度[6]。在正畸診療中還會(huì)遇到一些較嚴(yán)重的偏頜畸形的患者，需要在治療過(guò)程中使用咬合導(dǎo)板，重新對(duì)咬合進(jìn)行定位。

隨著廣泛的臨床應(yīng)用，3D打印成為口腔教育和培訓(xùn)的理想的工具，可以進(jìn)行手術(shù)模擬，特定的外科手術(shù)的手術(shù)導(dǎo)板已近采用3D打印，并用于牙齦切除術(shù)和微笑設(shè)計(jì)[7]。這樣的模板以其個(gè)性化和準(zhǔn)確性而著稱(chēng)[8]。近年來(lái)，隱適美（Invisalign）率先使用連續(xù)牙齒位置的三維打印模型，在該模型上制造了透明的正畸矯正器。

在科研領(lǐng)域，對(duì)復(fù)雜的口腔組織樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行生物打印可以揭示正畸力所產(chǎn)生的生物學(xué)反應(yīng)，這些模型可以一定程度上替代當(dāng)前正在使用的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[9，10]。

五、討論

最近這些年來(lái)，人們已經(jīng)認(rèn)可了3D數(shù)據(jù)在正畸和顱面疾病中的重要性。石膏模型現(xiàn)已被數(shù)三維數(shù)據(jù)所取代[11]。這不僅解決了正畸醫(yī)生經(jīng)常遇到的模型存儲(chǔ)問(wèn)題，而且為教育和研究開(kāi)辟了新的視野。三維打印在教育和培訓(xùn)中正在不斷發(fā)展，讓口腔醫(yī)學(xué)的學(xué)生來(lái)訓(xùn)練其固定矯治和活動(dòng)矯治的正畸技術(shù)，幫助學(xué)生獲得更好的技能[12]。

迄今為止，正畸學(xué)中的3D打印主要用于生產(chǎn)矯正牙齒的正畸矯正器的過(guò)程中，包括可摘的活動(dòng)矯正器和固定矯正器。活動(dòng)矯正器比如無(wú)托槽透明矯正器，患者可以隨時(shí)摘除這些矯正器，并且在大多數(shù)情況下，它們只需要簡(jiǎn)單的清洗來(lái)維護(hù)[13]。比如一些簡(jiǎn)單的牙齒角度的矯正，通過(guò)快速的3D打印出活動(dòng)矯正器，就能夠簡(jiǎn)單方便的滿(mǎn)足患者的需求[14]。固定的個(gè)性化托槽和弓絲，同樣會(huì)采用3D打印的方法打印出模具，制造正畸矯正器[15]?？焖?D打印技術(shù)的進(jìn)步，遲早會(huì)取代傳統(tǒng)的正畸材料生產(chǎn)方式。包括可3D打印的金屬，雖然目前可供3D打印的金屬種類(lèi)不多，但是例如使用CoCr粉末合金，就可以通過(guò)在燒結(jié)過(guò)程中添加更多或更少的氧氣來(lái)改變性能，以改變最終產(chǎn)品的硬度，現(xiàn)在可以直接使用生物相容性的材料來(lái)直接進(jìn)行打印，例如手術(shù)中使用的固定鈦板，無(wú)須打印制造模型，而直接3D打印個(gè)性化鈦板，省卻了中間3D打印制造鑄模的步驟。

三維打印技術(shù)也存在著一些不足。選擇合適的打印系統(tǒng)時(shí)，必須考慮材料的可用性、材料的醫(yī)療特性、所需的時(shí)間、打印對(duì)象的所需分辨率、以及打印速度和打印后處理的復(fù)雜性。需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題是可用材料種類(lèi)的局限性，特別是當(dāng)其超越常規(guī)的聚合物時(shí)的生物相容性。

隨著正畸矯治個(gè)性化的發(fā)展，3D打印技術(shù)也在不斷進(jìn)步，相信不久的將來(lái)，我們能夠在診室現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和打印各個(gè)正畸托槽和弓絲。在這種情況下，我們將能夠自定義托槽的轉(zhuǎn)矩，傾斜度，甚至是制成的材料，還能夠進(jìn)行弓絲的彎制。此外，這項(xiàng)技術(shù)可使我們通過(guò)3D模型，在安裝弓絲之前，就預(yù)覽弓絲和最近打印的矯正器產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。醫(yī)生將能夠制造自己的矯正器，并在每次復(fù)診時(shí)生產(chǎn)新的矯正器，幫助牙齒產(chǎn)生持續(xù)的移動(dòng)。屆時(shí)，掌握3D打印技術(shù)將是正畸醫(yī)生的一項(xiàng)必備技能，為了邁向新的數(shù)字化正畸的大門(mén)，更早的開(kāi)始納入數(shù)字化正畸的概念到研究生甚至是本科教育，將是一項(xiàng)重要而且迫切的任務(wù)?？傮w而言，基于3D打印的技術(shù)具有巨大的潛力，可以改變研究，治療方法和口腔教育，從而改善全民口腔保健。

參考文獻(xiàn)

[1]Dawoo.A，Mart.BM，Sauret-Jackso.V，Darwoo.A.3.Printin.i.Dentistry. Britis.Denta.Journa.2015;219：521-9.

[2]Konvalinkov.M，Urbanov.W，Langov.K，Kotov.M.Usin.Three-dimensiona. Digita.Model.t.Establis.Alveola.Morphotype.Foli.Morphologic. 2018;77：536-42.

[3]Abell.F，Riba.F，Roi.M，Gonzále.Sánche.JA，Durán-Sindre.F. Outcom.o.Autotransplantatio.o.Matur.Thir.Molar.Usin.3-dimensional-printe.Guidin.Template.an.Dono.Toot.Replicas.Journa.o.Endodontic. 2018;44：1567-74.

[4]Creekmor.TD，Kuni.RL.Straigh.Wire.Th.Nex.Generation.America.Journa.o.Orthodontic.an.Dentofacia.Orthopedic.1993.104：8-20.

[5]Carlsso.GE，Magnusso.T，Egermar.I.Predictio.o.Deman.fo.Treatmen.o.Temporomandibula.Disorder.Base.o..20-yea.follow-u.Study.Journa.o.Ora.Rehabilitatio.2004;31：511-7.

[6]Salm.M，Paloheim.K-S，Tuom.J，Ingma.T，M?kiti.A..Digita.Proces.fo.Additiv.Manufacturin.o.Occlusa.Splints..Clinica.Pilo.Study.Journa.o.th.Roya.Societ.Interfac.2013;10：20130203.

[7]Hugge.A，Hugge.S，Kordas.B.Denta.Educatio.i.Germany.Ne.Concept.fo.th.Denta.Curriculum.Bundesgesundheitsblat.Gesundheitsforschun.Gesundheitsschut.2011;54：1046-51.

[8]Torre.K，Sta?kiewic.G，?nie?yńsk.M，Dro.A，Maciejewsk.R.Applicatio.o.Rapi.Prototypin.Technique.fo.Modellin.o.Anatomica.Structure.i.Medica.Trainin.an.Education.Foli.Morphologic.2011;70：1-4.

[9]Li.Y，Son.F，W.S，e.al.Protei.an.mRN.Expression.o.IL-.an.It.Ke.Signalin. Factor.unde.Orthodonti.Force.i.Mice.A.In-viv.Study.America.Journa.o.Orthodontic.an.Dentofacia.Orthopedic.2017;152：654-62.

[10]Seif.M，Kazem.B，Kabir.S，Badie.M.Analysi.o.Transformin.Growt.Factor.β.Expressio.i.Resorptiv.Lacuna.Followin.Orthodonti.Toot.Movemen.i.A.Anima.Model.Cel..2017;19：278-82.

[11]Rische.RJ，Breunin.KH，Bronkhors.EM，Kuijpers-Jagtma.AM.Record.Neede.fo.Orthodonti.Diagnosi.an.Treatmen.Planning.Systemati.Review.PLo.ON.2013;8：e74186.

[12]Wer.SM，Zeichne.SJ，Ber.B-I，Zeilhofe.H-F，Thieringe.F.3.Printe.Surgica.Simulatio.Model.a.Educationa.Too.b.Maxillofacia.Surgeons.Europea.Journa.o.Denta.Educatio.2018.22：e500-5.

[13]Dodziu.H.Application.o.3.Printin.i.Healthcare.Kardiochi.Torakochirurgi.Po.2016;13：283-93.

[14]Salm.M，Tuom.J，Sirkkane.R，Ingma.T，M?kiti.A.Rapi.Toolin.Metho.fo.Sof.Customize.Removabl.Ora.Appliances.Ope.Den..2012;6：85-9.

[15]Martorell.M，Gerbin.S，Giudic.M，Ausiell.P..Compariso.Betwee.Customize.Clea.an.Removabl.Orthodonti.Appliance.Manufacture.Usin. R.an.CN.Techniques.Denta.Material.2013.29：e1-10.