激光熔融3D打印能推動(dòng)國產(chǎn)種植體實(shí)現(xiàn)彎道超車嗎？

來源： 通快

牙種植體在全球有著巨大的消費(fèi)市場，近年來中國每年牙種植體銷量都呈現(xiàn)上漲趨勢，隨著對生活質(zhì)量的不斷提升，人們對口腔問題也會(huì)越來越重視。

為了讓讀者更全面地了解牙種植體的相關(guān)知識，本文對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

要點(diǎn)歸納

• 國產(chǎn)牙種植體的現(xiàn)狀及局限性
• 激光熔融 3D 打印牙種植體的優(yōu)勢及應(yīng)用
• 國內(nèi)科研單位利用 3D 打印在牙種植體上的探索和創(chuàng)新

市場容量的不斷擴(kuò)大會(huì)帶來國產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)的躍升嗎? 以技術(shù)要求最高的牙科種植體為例。國外種植牙產(chǎn)品（系統(tǒng)）知名度較高的企業(yè)有丹納赫 Nobel Biocare AB、BEGO、ITI Straussmann 等，他們產(chǎn)品售價(jià)高，利潤厚，占有國內(nèi)市場的大壁江山。相比之下，國產(chǎn)種植牙產(chǎn)品發(fā)展尚處于初期階段，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也以借鑒國外產(chǎn)品為主，精密車削加工在 CAD-CAM 應(yīng)用實(shí)例中表現(xiàn)和費(fèi)效比并不完善，加上設(shè)計(jì)專利的短板，國產(chǎn)廠商在牙種植體設(shè)計(jì)制造方面始終無法突出重圍，價(jià)格戰(zhàn)策略也自然不可能奏效。事實(shí)上，雖然國產(chǎn)種植體單價(jià)只有同類進(jìn)口產(chǎn)品的一半甚至更低，但長年以來市場份額始終徘徊在 10% 左右，國產(chǎn)替代的前景甚不明朗。

△左圖：瑞士 Nobel biocare Nobelactive 種植體 來源：Danaher Nobel biocare 的官網(wǎng)

右圖：瑞士 ITI Straussmann 瑞鋯系列種植體 來源：ITI Straussmann 的官網(wǎng)

牙種植體雖然看上去與普通小螺釘無異，但實(shí)際上技術(shù)含量卻非常高，涉及到材料技術(shù)、數(shù)字模擬，機(jī)械設(shè)計(jì)，生物學(xué)、生物力學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科。

牙種植體與普通螺絲區(qū)別最大的一點(diǎn)是它的使用環(huán)境， 即它是一根釘入人體牙槽嵴的特種螺釘。人類骨組織的維持對它承載的應(yīng)力有著苛刻的要求。具體來說，種植體對周圍骨組織必須施加適當(dāng)?shù)募羟辛? 壓應(yīng)力，輔之以骨粉/骨膜以誘發(fā)成骨過程來修復(fù)種植手術(shù)所造成的骨量損失。種植體周圍骨組織所受剪切力/壓應(yīng)力始終保持在植骨界面應(yīng)力屏蔽的閾值之上(一般認(rèn)為是 2MPa)，否則骨組織沒有足夠承載壓力就會(huì)被吸收萎縮。但同時(shí)扭力又不能過大防止引起骨損傷（一般認(rèn)為是 60MPa），造成種植體周圍發(fā)炎，種植體周圍骨組織的持續(xù)流失。最終這根牙種植體也就搖搖欲墜，患者不得不再一次承受重新手術(shù)的痛苦。

△二段分離潛入式牙種植過程示意圖（單顆牙種植）

為了在種植體剪切和張拉動(dòng)作對周圍骨組織所施加的應(yīng)力影響的狹小窗口中尋找最佳平衡，設(shè)計(jì)的訣竅是如何在粗糙孔隙表面的基礎(chǔ)上通過表面設(shè)計(jì)獲取最大植骨接觸（Bone Implant Contact，BIC），最終達(dá)到最高的種植體的穩(wěn)定系數(shù)（Implant Stability Quotient， ISQi）。在過去的幾代種植體設(shè)計(jì)中，不斷改變種植體柱體壁錐形度、螺紋密度、螺距、螺深、螺形、切削口寬度，植體頸部紋路的嘗試都無法徹底解決應(yīng)力屏蔽和骨吸收的問題。如果想設(shè)計(jì)更復(fù)雜的造型，那么當(dāng)前的車削工藝就顯露出較差的費(fèi)效比。而這時(shí)候增材制造就充分顯示出其定制化的優(yōu)勢了。

△以色列 A.B. Dental 公司 3Di 系列種植體  圖片來源：A.B. dental 的官網(wǎng)

以色列 A.B. Dental 公司與 University of Delaware 大學(xué)的 Zvi Schwartz 教授聯(lián)合發(fā)布了激光選區(qū)熔融 3D 打印 3Di 個(gè)性化種植體系列（Ti6Al4V-ELI基材）。其粗糙孔隙表面模擬了自然骨的形態(tài)增加了 BIC，配合其親水性表面增了強(qiáng)骨整合效果。該產(chǎn)品正在進(jìn)行廣泛的體外及臨床測試，預(yù)計(jì)很快將獲得注冊并上市銷售。

△激光熔融3D打印制造多孔支架牙種植 SEM 結(jié)果，MC3T3-E1 細(xì)胞在種植體多孔支架表面粘附熒光顯微鏡結(jié)果

圖片來源：Yang F, Chen C, Zhou Q, Gong Y, Li R, Li C, Klämpfl F, Freund S, Wu X, Sun Y, Li X, Schmidt M, Ma D, Yu Y. Laser beam melting 3D printing of Ti6Al4V based porous structured dental implants: fabrication, biocompatibility analysis and photoelastic study. Sci Rep. 2017 Mar 28;7:45360.

國內(nèi)的科研單位在激光熔融 3D 打印種植體方面也頗有建樹。在 2017 年，復(fù)旦大學(xué)中山醫(yī)院口腔科余優(yōu)成教授研究發(fā)表了激光熔融 3D 打印支架結(jié)構(gòu)牙種植體相關(guān)論文，旨在通過在鈦合金種植體柱體上打印 100-500 微米左右的多孔支架來降低局部彈性模量，從而降低應(yīng)力屏蔽的風(fēng)險(xiǎn)并優(yōu)化植體軸向的應(yīng)力分散。事實(shí)表明，多孔支架能夠通過改變應(yīng)力傳遞對細(xì)胞信號道施加影響，提速成骨細(xì)胞的粘附和增殖效率，最后達(dá)到提高骨整合效率的效果。更多來自吉林大學(xué)、上海交通大學(xué)等科研單位的的研究表明，激光熔融 3D 打印在未來的應(yīng)用是大勢所趨。

那激光熔融 3D 打印能推動(dòng)國產(chǎn)種植體實(shí)現(xiàn)彎道超車嗎? 答案是一定的。在解決種植體表面處理、內(nèi)徑螺絲加工的問題后，各種形態(tài)的種植體將會(huì)不斷涌現(xiàn)。同時(shí)激光增材制造鈦鋯合金和其他生物陶瓷正在成為下一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。只要把握住這個(gè)技術(shù)風(fēng)口，國產(chǎn)種植體在臨床表現(xiàn)上戰(zhàn)勝進(jìn)口種植體就指日可待！

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