3D 打印技術(shù)應(yīng)用于義齒的研究

郭亞秋 周家欣 鄭敏 陳明 ＊ 杜志斌

1 河北省藥品職業(yè)化檢查員總隊(duì) （河北 石家莊 050024）

2 河北省藥品醫(yī)療器械檢驗(yàn)研究院 （河北 石家莊 050024）

3 河北醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院 （河北 石家莊 050000）

4 河北省藥品審評中心 （河北 石家莊 050024）

內(nèi)容提要：3D打印技術(shù)具有靈活的個(gè)性化定制的特點(diǎn)，在醫(yī)療行業(yè)，特別是口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不僅可以提高修復(fù)效果，還可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體差異化的修復(fù)與治療，有著巨大的發(fā)展空間。該技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，在義齒制作行業(yè)的應(yīng)用逐漸增加，相比較于傳統(tǒng)的義齒制作工序它具有成型速度快、耗時(shí)短、耗材少、精準(zhǔn)度高等特點(diǎn)。文章總結(jié)了3D打印技術(shù)的原理、技術(shù)特點(diǎn)以及在義齒中的應(yīng)用。

隨著世界人口老齡化的進(jìn)程和生活水平的提高，現(xiàn)階段不僅僅是老人出現(xiàn)牙列缺失和缺損的現(xiàn)象，許多小孩及青少年也面臨換牙或補(bǔ)牙的情形，不但影響日常生活還影響人的形象，這種現(xiàn)象不僅對義齒的適用性有所要求，對義齒的美觀性也提高了標(biāo)準(zhǔn)。3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)新型快速成形技術(shù)，已逐漸被應(yīng)用于口腔修復(fù)領(lǐng)域的臨床治療中，是重要的組成部分之一，也成為了不斷研究的熱點(diǎn)。

1.3 D打印技術(shù)的原理與特點(diǎn)

3D打?。?D Printing，3DP）技術(shù)成形于20世紀(jì)80年代的美國，屬于快速成形技術(shù)的一種，它是利用光固化和紙層疊等技術(shù)，以數(shù)字化模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用塑料、陶瓷或粉末狀金屬等可黏性材料，通過快速成型設(shè)備對其逐層成型然后堆疊累積的方式來構(gòu)造物理實(shí)體的技術(shù)，其特點(diǎn)在于幾乎可以造出任意形狀的物體。我國在2000年前后將該工藝從實(shí)驗(yàn)室研究逐步轉(zhuǎn)向工程化、產(chǎn)品化，過去該技術(shù)常用于進(jìn)行模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在已逐漸用于醫(yī)療用品的直接制造，例如硬組織（骨骼、牙齒等）、器官（肝臟、心臟、人耳等）等[1-3]。

3D打印技術(shù)按照打印材料和成型特點(diǎn)可分為以下幾種：①熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，F(xiàn)DM），首先利用高溫將熱熔性材料融化，通常是將原材料加熱至臨界狀態(tài)，使其呈現(xiàn)半流體狀，然后利用可移動的噴嘴將原材料在立體空間上噴擠出一個(gè)個(gè)很小的球狀顆粒，原材料顆粒被噴出后立即固化沉積排列成型形成物體，該技術(shù)因相對容易實(shí)現(xiàn)，目前應(yīng)用最為廣泛。②光固化成型（Stereo Lithography Appearance，SLA），將物體的三維模型進(jìn)行切片分層，以各分層截面的輪廓為軌跡，通過計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光對液態(tài)光敏樹脂進(jìn)行連點(diǎn)掃描，使其發(fā)生聚合反應(yīng)，從而固化形成三維模型，該技術(shù)在制造形狀復(fù)雜及精密的物體時(shí)有較大優(yōu)勢；③選擇性激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS），其原理與光固化成型技術(shù)相似，但是將紫外激光束換成了紅外激光束，材料則變成了塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末，在高強(qiáng)度激光照射下將原材料粉末燒結(jié)在一起逐層累積形成物體。目前該技術(shù)在塑料和蠟制品中應(yīng)用較為廣泛；④3D噴墨印刷（3D Inkjet Printing）也稱黏合噴射、三維印刷，依據(jù)物體的三維數(shù)字建模，通過噴頭噴出的黏結(jié)劑將原材料粉末逐層黏結(jié)累積成整體來制作零部件，該技術(shù)可直接用于打印生物活性物體，如核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞等；⑤低溫沉積建模（Low-Temperature Deposition Modeling，LDM），其原理和FDM相似，但也有不同，LDM是通過低溫冷卻操作來實(shí)現(xiàn)物體成型，也稱作冷凍形式方法[4,5]。

近年來，計(jì)算機(jī)掃描技術(shù)、快速成型技術(shù)、成像技術(shù)等數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，使得3D打印成型技術(shù)日益成熟。數(shù)字化掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Design and Manufacture，CAD/CAM）等數(shù)字化技術(shù)在義齒修復(fù)的臨床預(yù)備及設(shè)計(jì)加工中有了大量的研究與應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，瑞士蘇黎世大學(xué)Mormann第一次將CAD/CAM和口內(nèi)掃描技術(shù)結(jié)合運(yùn)用于口腔修復(fù)，3D打印技術(shù)在其中發(fā)揮重要作用。依據(jù)臨床檢查后設(shè)計(jì)的方案預(yù)備牙體，傳統(tǒng)方法是通過印模材料取模，暫時(shí)冠制作轉(zhuǎn)移咬合，再熔爐制作包埋鑄造，最后試戴調(diào)整；應(yīng)用3D打印法則是通過數(shù)字化取模、重建、3D打印，再試戴調(diào)整即可，通過掃描技術(shù)獲得數(shù)字化的模型信息，再設(shè)置計(jì)算機(jī)參數(shù)與之匹配，進(jìn)行3D建模并打印，可實(shí)現(xiàn)模型的高精度及高契合度；與傳統(tǒng)方法比較，3D打印更簡單、省時(shí)、模型效果好、材料利用率高。3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢還在于可個(gè)性化定制，尊重人與人之間的差異性，可避免臨床醫(yī)生依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷上可能存在的不確定性。從醫(yī)學(xué)角度看，3D打印技術(shù)具有精準(zhǔn)度高、契合性好、患者適應(yīng)性好、不受數(shù)量限制的特點(diǎn)，剛好可以滿足現(xiàn)階段個(gè)體化、精準(zhǔn)化醫(yī)療的需求[6]。

2.3 D打印技術(shù)在義齒中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在許多牙科診所或?qū)嶒?yàn)室被用來制作義齒模型、可摘局部義齒支架等。黃麗娟等[7]成功運(yùn)用將該技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制作相結(jié)合制作修復(fù)體10件并成功應(yīng)用于臨床中，修復(fù)體外觀完整，義齒微調(diào)后均就位良好，適合度高、貼合性強(qiáng)，效果良好。Kurahashi等[8]用3D打印技術(shù)在患者原有義齒基礎(chǔ)上復(fù)制，取模后制作新的義齒，相比傳統(tǒng)制作過程更方便快捷，節(jié)約了就診時(shí)間和制作時(shí)間，減少患者就診次數(shù)，適用于需要更換義齒而舊義齒可直接復(fù)制或稍作修改可復(fù)制的病例。喬建勛等[9]利用3D打印技術(shù)制作活動義齒支架，其在個(gè)性化和適配性等方面比較于傳統(tǒng)活動義齒制作有明顯的優(yōu)勢，牙齒的美觀性和穩(wěn)定性都有較好的保障?，F(xiàn)如今已實(shí)現(xiàn)了3D技術(shù)直接打印義齒，在之后的發(fā)展中會提出更高的要求[10]。

此外，利用3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)牙齒的個(gè)性化種植。在口腔種植領(lǐng)域可用該技術(shù)制作種植導(dǎo)板，真正做到“以修復(fù)為導(dǎo)向的種植”，滿足個(gè)性化需求，實(shí)現(xiàn)種植牙美觀與強(qiáng)度的和諧[11]。種植導(dǎo)板在復(fù)雜病例中能夠起到很好的導(dǎo)向作用，提高了種植牙植入位置的準(zhǔn)確性，且不傷及鄰近組織，舒適感強(qiáng)[12]。Qian等[13]是利用3D打印技術(shù)制作了復(fù)合材料鈦/羥基磷灰石（Ti/hydroxyapatite，HA）種植體植入，在保持天然牙的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，更加貼合人體自身骨骼形態(tài)，修復(fù)效果良好。孫衛(wèi)莉[14]通過比較常規(guī)種植導(dǎo)板，說明3D打印種植導(dǎo)板的成功率高，種植體偏離值小，但存在需要醫(yī)師技術(shù)水平高、手術(shù)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。張秀琴等[15]也成功將3D打印技術(shù)應(yīng)用于臨床治療中，患者滿意度高。

3.小結(jié)與展望

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提升和人民生活水平的富足，人們的目標(biāo)不僅僅在于滿足日常溫飽問題，更加注重的是身體健康和外形美觀，口腔健康是其中一個(gè)重要組成部分。面對人們對美的追求和對時(shí)間的重視，3D打印技術(shù)應(yīng)用于口腔臨床治療中必不可少。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，3D打印技術(shù)優(yōu)勢明顯，但也存在尚需解決的問題。昂貴的成本，技術(shù)人員的缺乏等問題限制了該技術(shù)的廣泛推行；義齒制作材料的種類與性能也有局限性。在后續(xù)的研究中，希望隨著多學(xué)科的共同發(fā)展，能夠繼續(xù)改良3D打印技術(shù)，降低其成本，能更好地應(yīng)用到普通群眾的治療中。