３Ｄ打印技術(shù)在口腔臨床的應(yīng)用

３Ｄ打印技術(shù)是快速成型技術(shù)之一，在２０世紀(jì)８０年代首先在工程領(lǐng)域應(yīng)用，它利用重建的三維數(shù)字模型，將其分割成層 狀，然后逐層堆積成實(shí)體模型。３Ｄ打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的首次應(yīng)用是在１９９０年，當(dāng)時(shí)開發(fā)者采用該技術(shù)把ＣＴ獲取的顱骨解剖數(shù)據(jù)成功復(fù)制出顱骨解 剖模型［ 。經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，現(xiàn)已在口腔種植、神經(jīng)外科、骨科、頜面部贗復(fù)體的制造 等手術(shù)中廣泛應(yīng)用。本文著重闡述３Ｄ打印技術(shù)的原理及在口腔臨床各科室中的應(yīng)用。

１ ３Ｄ打印原理
１．１ 數(shù)據(jù)采集
三維數(shù)據(jù)的采集是模型制作的重要一步。目前常用方式有軟件設(shè)計(jì)、光學(xué)掃描、機(jī)械式掃描和放射 學(xué)掃描四種方式 。 利用設(shè)計(jì)軟件（如ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和Ｃａｔｉａ系列軟件）設(shè)計(jì)的模型不必拘泥于真實(shí)物品的尺寸，并且方便計(jì)算分析和修改編輯。光學(xué)掃描常采用三維激光掃描、投影光柵測(cè)量、莫爾條紋法或立體攝影等方法，具有較高的掃描速率和較好的精度，但復(fù)雜的形態(tài)會(huì)使掃描具有盲區(qū)，掃描數(shù)據(jù)將存在誤差。機(jī)械式掃描隨著機(jī)械探針自由度的增加可減小掃描盲區(qū)，但其掃描速率低，價(jià)格成本高。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)斷層掃描和核磁共振技術(shù)的發(fā)展，放射學(xué)診斷變得創(chuàng)傷更小，診斷也更精確，而且其高分辨率的三維圖像數(shù)據(jù)在數(shù)秒內(nèi)就可以獲得，成為理想的 三維數(shù)據(jù)獲取手段 。

１．２ 數(shù)據(jù)處理
將獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維重建軟件，一般要用專用的高性能的計(jì)算機(jī)來(lái)處理。以ＣＴ掃描出來(lái)的數(shù)據(jù)為例，將ＣＴ掃描的ＤＩＣＯＭ格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件Ｍｉｍｉｃｓ或Ｇｅｏｍａｇｉｃ、Ｉｍａｇｅｗａｒｅ１１．０中，這幾種軟件可以讀取ＤＩＣＯＭ格式的數(shù)據(jù)，設(shè)置不同密度組織的閾值，構(gòu)建出形態(tài)曲面，重建三維模型。保存數(shù)據(jù)格式為ＳＴＬ格式，這種三維重建圖形是由近似三角形的“碎片”拼接出來(lái)，三維重建模型中，三角形“碎片”越多，也就是每塊三角形“碎片”越小，將使得重建模型越精細(xì)，圖形越平滑。ＳＴＬ格式的數(shù)據(jù)是３Ｄ打印機(jī)所識(shí)別的數(shù)據(jù)，最終３Ｄ打印機(jī)將模型打印出來(lái)。

１．３ ３Ｄ打印
３Ｄ打印是使用三維數(shù)據(jù)制造實(shí)體模型的一種方法，屬于快速成型技術(shù)  。根據(jù)制造方法的種類 不同可分為：
①光固化成型，是使用光聚合物通過(guò)紫外激光照射來(lái)固化。

②選擇性激光燒結(jié)，是用小顆粒的熱塑性材料（包括尼龍等聚合物，青銅合金、鈦合金等金屬，以及陶瓷和玻璃）粉末用高功率激光來(lái)融合（如ＥＯＳＧｍｂＨ，Ｍｕｎｉｃｈ，德國(guó)）。
③熔融沉積成型，是噴出熔融的熱塑性材料或共晶金屬粉末，立即使其凝固。
④分層實(shí)體制造，是使用膠水把紙張或塑料膜粘在一起，然后用激光塑形。
⑤噴墨打印技術(shù)，是將不同種類的細(xì)粉末打出來(lái)以后，涂上粘接劑，然后打印下一層。噴墨打印技術(shù)還可以通過(guò)同時(shí) 打印活體細(xì)胞和生物材料來(lái)構(gòu)建一個(gè)含有不同組織 的三維生物支架，甚至活體器官 。

２ ３Ｄ打印技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)的應(yīng)用
２．１ 口腔頜面外科學(xué)
３Ｄ打印技術(shù)的應(yīng)用使外科手術(shù)由傳統(tǒng)的純經(jīng)驗(yàn)方式向數(shù)字化和精確化發(fā)展。頜面部外傷、腫瘤會(huì)造成頜面部骨折和骨缺損，恢復(fù)頜面部正常解剖形態(tài)，維持良好的咬合關(guān)系及語(yǔ)言功能，對(duì)提高生活質(zhì)量意義重大。但頜面部解剖復(fù)雜，又有顱腦等重要臟器毗鄰，個(gè)體差異性更使診治難度增加。傳統(tǒng)的頜面部手術(shù)在診斷和制定計(jì)劃時(shí)應(yīng)用二維的Ｘ光片無(wú)法提供精確的解剖信息，錐形束ＣＴ的廣泛運(yùn)用，可重建三維頜面部解剖，顯著提高了診療質(zhì)量。

２０世紀(jì)９０年代，國(guó)外學(xué)者即開始嘗試把３Ｄ打印技術(shù)應(yīng)用于顱頜面外科的術(shù)前評(píng)估，制定手 術(shù)計(jì)劃及模擬。有學(xué)者研究證明，３Ｄ打印技術(shù)的應(yīng)用，診斷正確率提高２９．６０％，操作準(zhǔn)確度提高３６．２３％，手術(shù)時(shí)間縮短１７．６３％。進(jìn)入２１世紀(jì)，３Ｄ 打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于正頜外科測(cè)量及評(píng)估，頜面部大面積缺損重建及修復(fù)，復(fù)雜性骨折的術(shù)前診 斷、評(píng)估及制定手術(shù)計(jì)劃。國(guó)內(nèi)曹川利用計(jì)算機(jī)軟件重建并制造充填模型，最后按照充填模型雕刻出植入體，成功矯正下頜骨不對(duì)稱畸形。孫 玉華等 對(duì)復(fù)雜的顴骨骨折患者，術(shù)前準(zhǔn)確評(píng)估，設(shè)計(jì)手術(shù)入路和復(fù)位方向。

２０１２年比利時(shí)Ｈａｓｓｅｌｔ大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究所采用３Ｄ打印技術(shù)為一位８３歲患者制作了一副鈦合金的下頜骨，患者術(shù)后一天 就恢復(fù)語(yǔ)言和吞咽功能。Ｃｉｏｃｃａ等在腓骨瓣移植修復(fù)下頜骨部分切除術(shù)中用ＣＡＤ／ＣＡＭ技術(shù)制作模型，并用模型制作了用于指導(dǎo)下頜骨切除位置的裝置和腓骨瓣固定鈦板。他們認(rèn)為現(xiàn)在用鈦板固定，也許未來(lái)可以直接制作再生支架用于骨缺損的修復(fù)。

２．２ 口腔種植學(xué)
２０世紀(jì)八十年代，種植技術(shù)還處于早期發(fā)展階段，種植體植入的角度和位置需要在手術(shù)中翻開粘骨膜瓣后，根據(jù)局部骨組織情況來(lái)確定，手術(shù)出現(xiàn)植入位置不正等不良結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)比較大。之后，口腔醫(yī)師提出新的理念：就是在術(shù)前通過(guò)確定修復(fù)體的位置指導(dǎo)種植體的位置，使得修復(fù)體能夠恢復(fù)患者 良好的功能和美觀 。

運(yùn)用３Ｄ打印技術(shù)便可在術(shù)前對(duì)種植區(qū)的解剖進(jìn)行分析，并制作種植導(dǎo)板將術(shù) 前種植體的設(shè)計(jì)位置轉(zhuǎn)化到手術(shù)患者種植區(qū) 。 種植軟件可以評(píng)估種植區(qū)骨量，測(cè)出距離上頜竇和下牙槽神經(jīng)管等重要解剖結(jié)構(gòu)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，甚至設(shè)計(jì)出種植體種類、尺寸、最佳位置和方向。同時(shí)，根據(jù)以上參數(shù)設(shè)計(jì)并用３Ｄ打印技術(shù)制作出種植導(dǎo)板，主要適用于種植體需避開重要解剖結(jié)構(gòu)的患者，多個(gè)植入體需獲得一致種植角度的患者，需要完成即刻義齒修復(fù)的患者，骨量不充足又不接受植骨的患者，增加 了種植義齒的適應(yīng)證 。

２．３ 口腔修復(fù)學(xué)
國(guó)內(nèi)修復(fù)學(xué)應(yīng)用３Ｄ打印技術(shù)較早，金樹人等 早在２００３年即摸索出制作口腔修復(fù)體的技術(shù)路線，他用ＣＮＣ鐳射掃描系統(tǒng)掃描全冠的蠟型，再應(yīng)用逆向工程軟件形成全冠的數(shù)字模型，最終利用ＳＰＳ２５０激光快速成型機(jī)成功制作出樹脂全冠。后期經(jīng)過(guò)數(shù)年發(fā)展，其在掃描精度和建模的快捷性上 都進(jìn)步許多 。

現(xiàn)有技術(shù)不止已經(jīng)可以直接利用 激光精確快速地制作純鈦冠 ，還可利用逆向工程 技術(shù)和３Ｄ打印技術(shù)制作出個(gè)性化的樁核 。目前德國(guó)貝格（ＢＥＧＯ）公司采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)進(jìn)行冠橋的３Ｄ打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)業(yè)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，成為臨床常規(guī)修復(fù)手段。３Ｄ打印技術(shù)不僅可以制作 冠橋，呂培軍課題組 還利用自主開發(fā)的設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行數(shù)字化模型觀測(cè)及可摘局部義齒支架設(shè)計(jì)及制作，該技術(shù)不僅具有制作方便、快捷、精度高等優(yōu)點(diǎn)，還有效地避免了傳統(tǒng)加工方式原材料浪費(fèi)等缺點(diǎn)。

在贗復(fù)體制作上，趙銥民課題組研究較早，他們通過(guò)激光掃描患者缺損部石膏模型，利用軟件反求獲取缺損部鏡像，并重建模型，再利用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)復(fù)合蠟粉，制作出鼻部缺損蠟型，并進(jìn)一步制作出鼻部硅橡膠贗復(fù)體。使用該技術(shù)可以準(zhǔn)確、逼真再現(xiàn)患者缺損部形象，減少醫(yī)生工作強(qiáng)度，同時(shí)，當(dāng)贗復(fù)體出現(xiàn)老化現(xiàn)象時(shí)，可以直接調(diào)取數(shù) 據(jù)，制作蠟型和硅橡膠贗復(fù)體。

２．４ 口腔內(nèi)科學(xué)
完善根管治療的前提是熟悉牙齒髓腔和根管系統(tǒng)的解剖特征，傳統(tǒng)研究根管系統(tǒng)常用到片切法、透明牙模型法、Ｘ線法。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維影像重建技術(shù)已開始應(yīng)用于根管形態(tài)學(xué)研究。重建后的圖像可從各個(gè)角度觀察根管形態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)量和分析，以了解并總結(jié)根管系統(tǒng)的解剖特征和變異。通過(guò)３Ｄ打印技術(shù)將重建出來(lái)的模型實(shí)體化后，還可以廣泛應(yīng)用于口腔教學(xué)和臨床復(fù)雜根 管的術(shù)前診斷及模擬手術(shù)。Ｋｆｉｒ等 遇到１例復(fù)雜三類牙內(nèi)陷的患者，為了保護(hù)牙髓的活力，他們通過(guò)ＣＴ獲得牙體根管的解剖，然后制作出樹脂模型，在樹脂模型上制定手術(shù)計(jì)劃，并模擬操作，最終成功在未破壞髓腔情況下填充內(nèi)陷的空腔。

２．５ 口腔正畸學(xué)
正畸矯正過(guò)程中照片和石膏模型是監(jiān)測(cè)和記錄治療過(guò)程的金標(biāo)準(zhǔn)，模型可以準(zhǔn)確提供病人的原始記錄，包括牙齒的位置、尺寸等。但是，使用石膏模型在臨床工作中存在許多的難題，包括存儲(chǔ)的負(fù)擔(dān)、損壞或斷裂的危險(xiǎn)、沉重的重量，同時(shí)也不方便與同行專業(yè)人士和患者交流。以３Ｄ打印為基礎(chǔ)的數(shù)字模型的出現(xiàn)大大解決這些難題，與石膏模型相比，數(shù)字模型的數(shù)據(jù)測(cè)量同樣具有很高的精確性。Ｌｅｉｆｅｒｔ等 研究發(fā)現(xiàn)數(shù)字模型與石膏模型之間平均測(cè)量差異小于０．５ｍｍ。

Ｗｈｅｔｔｅｎ等比較數(shù)字化模型和石膏模型，認(rèn)為數(shù)字化模型完全可以提供制定計(jì)劃所需要的各種術(shù)前數(shù)據(jù)，可以成為石膏模型的一種替代。不僅如此，數(shù)字模型在需要時(shí)也可以制成實(shí)體模型。Ｋａｓｐａｒｏｖａ等 通過(guò)英力士掃描儀掃描石膏模型獲得數(shù)字模型，再用３Ｄ打印機(jī)制作出３Ｄ打印模型，通過(guò)選取幾個(gè)點(diǎn)對(duì)比二者的精密度，最終得出結(jié)論：３Ｄ打印模型因?yàn)槠淇焖佟⒕�確及價(jià)格優(yōu)勢(shì)可以取代傳統(tǒng)的石膏模型。在臨床中，通過(guò)光學(xué)獲取數(shù)字模型，配合相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)字模型分析，不僅解決傳統(tǒng)取模方式給患者帶來(lái)的不適，也可根據(jù)需要打印模型，方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與調(diào)用。 當(dāng)前，無(wú)托槽隱形矯治技術(shù)處于快速發(fā)展階段，３Ｄ打印技術(shù)在其中也扮演重要的角色。它的核心技術(shù)包括以下三部份：

首先，三維重建出牙頜數(shù)字模型；
然后，利用計(jì)算機(jī)輔助診斷及設(shè)計(jì)，模擬牙齒移動(dòng)，確定方案后利用３Ｄ打印技術(shù)打印出模擬后的牙頜模型；
最后，利用熱壓膜成型技術(shù)制作出隱形矯治器。隨著３Ｄ打印技術(shù)的成熟，能制作出更精確的牙頜模型，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，對(duì)隱形矯治技術(shù)的推廣，具有明顯促進(jìn)作用。

３ 展 望
目前支持３Ｄ打印的材料還比較有限，主要是液態(tài)樹脂、蠟、金屬粉末等，但我們可以展望，在口腔數(shù)字化的大趨勢(shì)下，口腔三維成像技術(shù)、３Ｄ打印的組織工程支架、冠橋、個(gè)性化托槽等進(jìn)一步的研究，不僅給我們觀念帶來(lái)革命，同時(shí)對(duì)于口腔臨床也會(huì)帶來(lái)顛覆性的發(fā)展。

編輯：南極熊
作者：孫 成，于金華 （南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)研究所）