論文：3D打印在口腔種植學(xué)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

作者：陳洪剛，剡亞妹，第四軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院五大隊十七隊；高婧，第四軍醫(yī)大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科

1.3D打印技術(shù)的原理和分類

3D打印技術(shù)又稱增材制造技術(shù)，屬于快速成型技術(shù)的一種。3D打印技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)的“減材制造技術(shù)”，是一種依托于數(shù)字掃描、精密機械及材料學(xué)等多學(xué)科發(fā)展起來的增材技術(shù)。通過重建數(shù)字化模型，對模型進(jìn)行加工處理，最終在3D打印機上通過“層層疊加”加工形成整體。

1.1 3D打印技術(shù)的原理

3D打印的核心為將計算機、控制、機械集為一體，通過計算機進(jìn)行模型重建，傳輸控制指令及打印機打印目標(biāo)物來實現(xiàn)模型的實體化。3D打印前，根據(jù)材料的不同選擇不同的打印方法。打印機在打印時，先通過計算機獲取實體模型，然后通過專用軟件將模型轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)文件，再將數(shù)據(jù)文件傳輸給3D打印機。打印機根據(jù)指令驅(qū)動打印頭按照預(yù)定軌跡進(jìn)行打印，形成固化層。第一層打印后，打印頭會重新移動到第二層開始的位置，重復(fù)上述動作，循環(huán)往復(fù)堆疊成目標(biāo)實體。

1.2 3D打印技術(shù)的分類

3D打印技術(shù)主要有：（1）分層制造（laminated object manufacturing，LOM）；（2）熔融沉積成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）；（3）選擇性激光燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）；（4）立體光刻技術(shù)（stereolithography appearance，SLA）；（5）噴墨打印技術(shù)；（6）選擇性激光熔覆（selective laser melting，SLM）等。自20世紀(jì)80年代研發(fā)至今，隨著科技及材料學(xué)的發(fā)展，3D打印已廣泛應(yīng)用于制造、設(shè)計、醫(yī)學(xué)、建筑、航天及生物工程等領(lǐng)域。

2.3D打印技術(shù)在口腔種植學(xué)中的應(yīng)用

2.1種植區(qū)骨增量的應(yīng)用

在種植體界面的骨質(zhì)及骨量影響種植體系統(tǒng)初期的穩(wěn)定性。有數(shù)據(jù)顯示，大約＞50%的種植患者需要在種植前和種植過程中進(jìn)行骨增量手術(shù)。傳統(tǒng)的骨增量手術(shù)操作復(fù)雜，成功率較低，需要施術(shù)者有豐富的臨床及操作經(jīng)驗。同時患者可能需要接受多次骨增量手術(shù)后才能符合種植體周圍骨量及骨質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，費時費力。但3D打印的應(yīng)用使這一情況出現(xiàn)了改觀。3D打印在種植骨增量中的應(yīng)用主要包括打印骨重建模型，打印個性化支架，打印骨移植物等。

袁帥等對43例行3D打印個性化鈦網(wǎng)進(jìn)行骨增量治療的患者術(shù)后進(jìn)行觀察。除1例患者術(shù)后愈合不良外，其余患者均出現(xiàn)明顯的骨改建且術(shù)后未出現(xiàn)明顯骨吸收，有著顯著的骨增量效果。白麗云通過動物實驗得出3D打印的個性化鈦網(wǎng)力學(xué)性能達(dá)標(biāo)，具有形態(tài)佳、簡單方便、精準(zhǔn)度高等優(yōu)點，實驗顯示骨增量效果可靠，且術(shù)后暴露率低，具備臨床可行性。

Bartnikowski等運用可吸收醫(yī)用材料打印出的符合缺損區(qū)骨形態(tài)的支架，能夠促進(jìn)缺損區(qū)骨再生，并且方法簡單，可重復(fù)，精確度高。Park等利用3D打印技術(shù)打印出適應(yīng)動物模型骨缺損區(qū)的三維聚己內(nèi)酯（PCL）支架，結(jié)合β-磷酸三鈣粉植入骨缺損區(qū)。PCL支架成功地維持了骨缺損部位的物理空間，并促進(jìn)了術(shù)后健康骨的再生，無炎癥或感染反應(yīng)。

Manzano等利用3D打印復(fù)制了13例患者骨缺損區(qū)的模型并進(jìn)行了手術(shù)設(shè)計，根據(jù)模型選擇合適的植入材料和植入途徑，加快了引導(dǎo)骨再生和手術(shù)的進(jìn)程，且有利于患者的溝通和理解。Hwang等將聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乳酸－羥基乙酸（PLGA）和β-磷酸三鈣（β-TCP）以4∶4∶2的比例混合后，利用3D打印技術(shù)制備PCL/PLGA/β-TCP顆粒狀骨移植物，并與非膠原蛋白混合形成復(fù)合骨移植物，進(jìn)行動物實驗與傳統(tǒng)的雙相磷酸鈣（BCP）相比，得出二者的成骨性能基本相同，但3D打印顆粒狀骨移植物能夠更好的維持骨缺損和支持屏障膜，但無相應(yīng)的臨床試驗支撐。因此，在一定范圍內(nèi)，PCL/PLGA/β-TCP復(fù)合骨移植塊有成為臨床使用的合成骨移植替代品的潛能。

目前，大部分研究主要致力于各種生物活性支架在骨增量中的作用，而3D打印骨移植物替代品的研究較少，且大部分為體外研究，只能說明3D打印骨移植物有成為臨床替代品的潛力，需要臨床進(jìn)一步研究和應(yīng)用。

2.2打印種植體的應(yīng)用

種植體為種植修復(fù)中的根基，且種植手術(shù)成功的關(guān)鍵之一就是種植體能否長期穩(wěn)定的存在于牙槽骨中。自Branemark教授提出骨結(jié)合理論至今，為了獲得更好的骨結(jié)合率，科學(xué)家對種植體采取多種處理，均取得了較好的效果。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)加快了種植體的發(fā)展，使種植體的制作向著安全、精準(zhǔn)、簡潔、個性的方向發(fā)展。

王驊等利用MTT比色實驗得出，通過3D打印制作的鈦合金種植體細(xì)胞毒性為0級，滿足口腔種植材料的臨床應(yīng)用要求。Cheng等利用3D打印技術(shù)賦予種植體特殊的三維結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不僅能提高表面粗糙度，還能促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化。這項研究表明，三維結(jié)構(gòu)可以增強種植體在體內(nèi)的骨整合，且與機械制造相比，3D打印所需的材料及時間更少并能夠提供更好的三維結(jié)構(gòu)控制。

Bollman等設(shè)計了一種具有相互連接的3D管狀結(jié)構(gòu)的種植體，加入SDF-1α后，該結(jié)構(gòu)能夠更長時間的保留SDF-1α對干細(xì)胞的招募作用，以增強骨整合。為解決即刻種植中常規(guī)種植體不能與拔牙窩相吻合并獲得良好的初期穩(wěn)定性及種植失敗后面臨著嚴(yán)重的骨吸收這兩大問題，多孔類骨小梁鈦種植體及個性化根性種植體逐漸發(fā)展起來。3D打印可以打印出更復(fù)雜的種植體結(jié)構(gòu)，如與骨表面形態(tài)更加接近的種植體。

Chang等通過3D打印制作出一種可以適應(yīng)骨缺損結(jié)構(gòu)的、具有多孔結(jié)構(gòu)及優(yōu)良表面性能的種植體，該種植體與商用種植體相比，實驗中有更多新骨形成。實驗表明該種種植體具有良好的骨再生和常規(guī)種植失敗后修復(fù)大面積骨缺損的前景。

Figliuzzi等對一名上前牙拔牙術(shù)后即刻種植個性化根形種植體患者隨訪，得出種植體具有良好的功能和美學(xué)融合，沒有出現(xiàn)明顯骨吸收或軟組織衰退。且與常規(guī)螺釘狀種植體相比，個性化根形種植體在牙槽骨中具有更好的應(yīng)力分布。臨床中每位患者的狀況是不同的，部分患者在牙缺失后，牙槽骨流失嚴(yán)重，出現(xiàn)牙槽嵴萎縮，不能滿足臨床種植的需求。

有關(guān)研究顯示除了進(jìn)行骨增量手術(shù)外，對于某些牙槽骨高度足夠，但寬度欠缺的患者，還可使用3D打印制造的窄徑種植體，以滿足患者對種植修復(fù)的需求，但使用該種種植體前，需要對患者進(jìn)行綜合評估，使種植體具有良好的初期穩(wěn)定性及避免咬合負(fù)荷過大，防止種植體失敗。

2.3打印口腔種植導(dǎo)板的應(yīng)用

傳統(tǒng)的口腔種植手術(shù)大部分依靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗，對年輕醫(yī)生的挑戰(zhàn)性較高，種植體的位置容易出現(xiàn)偏差，患者所需承擔(dān)的風(fēng)險也較大。3D打印種植導(dǎo)板可有效地解決這些問題。臨床常用的種植導(dǎo)板主要有牙支持式導(dǎo)板，黏膜支持式導(dǎo)板及混合支持式導(dǎo)板三大類。種植導(dǎo)板的應(yīng)用提高了種植位置的精確度，縮短手術(shù)時間，降低了手術(shù)風(fēng)險。

與傳統(tǒng)熱塑性種植導(dǎo)板相比，使用3D打印種植導(dǎo)板可以使種植體的位置更加精準(zhǔn)。Schneider等通過模型實驗得出與傳統(tǒng)的植入方法相比，3D打印模板引導(dǎo)下的種植似乎提供了更高的準(zhǔn)確性和精度，但該研究有待臨床實驗進(jìn)一步證明。

孫瑤等記錄的一例椅旁牙支持式導(dǎo)板引導(dǎo)下的種植體植入，在固位良好的導(dǎo)板引導(dǎo)下，種植體獲得了較好的術(shù)后效果，種植體位置偏差也在大數(shù)據(jù)偏差范圍內(nèi)。黏膜支持式導(dǎo)板因為黏膜彈性對導(dǎo)板的種植精確度有負(fù)面影響，會增加種植體位置的偏差，但仍處于臨床可接受的準(zhǔn)確性水平。

雖然種植導(dǎo)板的應(yīng)用提高了種植手術(shù)的精度，但術(shù)中偏差仍然存在，且不同打印機所打印的數(shù)字化導(dǎo)板的精度也存在差異，需要臨床醫(yī)生掌握一定的臨床經(jīng)驗及綜合考慮所有因素。而且有部分研究的得出，通過增材制造所得種植導(dǎo)板與銑削所制造的種植體在精確度上并沒有顯著差異，但增材制造所需材料更少，縮短制造時間，效能更高。

除上述應(yīng)用外，3D打印在種植領(lǐng)域也有其他方面的運用。通過制作3D打印鉆孔導(dǎo)板來解決修復(fù)體基臺螺釘松動的情況。通過這種方法，螺釘進(jìn)入通道可以被精確定位，可以較好的保存現(xiàn)有冠。還可以利用數(shù)字化導(dǎo)板在非翻瓣情況下去除骨移植物的固定螺釘，后進(jìn)行種植體植入。

Londono等將3D打印技術(shù)用于制造種植體支持的保護移植軟組織的支架，以確保移植軟組織與種植體周圍的骨膜密切接觸，促進(jìn)軟組織愈合，以獲得良好的軟組織封閉。

3.總結(jié)

隨著3D打印的使用，口腔種植學(xué)正大步向前發(fā)展，口腔種植與3D打印技術(shù)結(jié)合愈加密切。但3D打印解決種植中個性化、少量化、精準(zhǔn)化需求的同時還存在部分問題，如成本較高，個別打印過程較為復(fù)雜，仍然存在偏差等。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及材料學(xué)的進(jìn)展，3D打印技術(shù)在口腔臨床種植中將發(fā)揮更重要的作用。


來源：陳洪剛,剡亞妹,高婧.3D打印在口腔種植學(xué)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].實用口腔醫(yī)學(xué)雜志,2021,37(03):419-422.