種植體與牙槽骨外層一體式種植牙中的3D打印“智慧”

口腔種植體已廣泛應(yīng)用于牙列缺損和牙列缺失的修復(fù)，以幫助人們恢復(fù)美觀和牙齒的功能。在口腔種植領(lǐng)域中，純鈦金屬(或鈦合金)因其良好的生物相容性，力學(xué)性能和抗腐蝕性能，而廣泛應(yīng)用在種植牙的生產(chǎn)中。3d打印在幾年也普遍用于口腔醫(yī)療，南極熊覺(jué)得，一旦克服了技術(shù)障礙，在未來(lái)幾十年內(nèi)，3D打印技術(shù)在牙科領(lǐng)域?qū)⒊蔀橐豁?xiàng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

選擇性激光熔化（SLM）3D打印技術(shù)逐漸被應(yīng)用在鈦或鈦合金種植牙的制造中。與原有的種植牙制造方式相比，3D打印技術(shù)有哪些特殊優(yōu)勢(shì)？這些優(yōu)勢(shì)是否有利于提升國(guó)產(chǎn)種植牙的質(zhì)量？

原有制造方法
通過(guò)噴砂、酸蝕等方式制造仿生骨組織孔隙結(jié)構(gòu)
在口腔種植領(lǐng)域中，純鈦金屬(或合金)因其良好的生物相容性，力學(xué)性能和抗腐蝕性能，而得到廣泛應(yīng)用。但是，存在的問(wèn)題是鈦種植體多為全致密型，其彈性模量是天然骨質(zhì)的十多倍，力學(xué)相容性差，因此在植入后與骨組織界面產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)力遮擋，降低種植體的成功率和遠(yuǎn)期壽命。那么，比較常見(jiàn)的提升種植成功率和壽命的方法是什么呢？

當(dāng)前的種植體制造方式通過(guò)物理結(jié)構(gòu)改變和化學(xué)組成這兩個(gè)方面模擬天然骨組織結(jié)構(gòu)，從而提高種植體表面的生物相容性，但是與天然骨組織的三維孔隙結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)仍有較大區(qū)別。物理結(jié)構(gòu)處理方式，例如對(duì)種植體進(jìn)行噴砂、酸蝕處理雖可較好地增加種植體表面粗糙度，但形成的粗糙表面形態(tài)往往不規(guī)則，表面應(yīng)力分布不均。如果加工過(guò)程中的殘留微粒在牙種植體植入后釋放到周圍的人體組織中，將影響種植體的骨結(jié)合。此外，如果制備工藝不清潔、不環(huán)保，對(duì)于加工人員健康也存在危害。

種植體表面超微結(jié)構(gòu)改性的化學(xué)方式主要是通過(guò)羥基磷灰石這一骨仿生材料促進(jìn)早期骨整合。羥基磷灰石涂層的制備工藝主要包括等離子噴涂法、溶膠-凝膠法、離子束輔助沉積技術(shù)、電化學(xué)沉積法、激光法、仿生法等。以等離子噴涂法為例，該方法可以加強(qiáng)種植體和骨的機(jī)械結(jié)合力并分散種植體與骨界面的應(yīng)力。但是存在基底表面涂層不均勻和無(wú)法加工復(fù)雜形狀基材的表面涂層等問(wèn)題，并且在制備中的處于超高溫環(huán)境下，隨后在進(jìn)行冷卻時(shí)涂層與基底間殘留的界面應(yīng)力易使涂層松動(dòng)或剝落，高溫也容易使HA分解產(chǎn)生非晶HA等雜相，從而影響涂層的生物性能。

流水線大規(guī)模生產(chǎn)
現(xiàn)有種植體大多是流水線生產(chǎn)，形狀、尺寸和彈性模量均為固定范圍，常用的牙科種植體為螺紋狀和柱狀結(jié)構(gòu)的單牙根回轉(zhuǎn)型種植體，由于成品種植體與拔牙后的牙槽窩形狀和組織結(jié)構(gòu)不一致，如果在拔牙后即刻將種植體進(jìn)行植入，那么種植體與骨組織間常存在間隙，從而影響創(chuàng)傷的快速愈合。

在這種情況下種植牙手術(shù)需要在拔牙之后，醫(yī)生會(huì)做一個(gè)種植前手術(shù)，包括：軟組織成形術(shù)、牙槽成形術(shù)等。而種植體的植入手術(shù)通常要在3-6個(gè)月之后才能進(jìn)行，這種方式一來(lái)無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)患者口腔的美觀性，二來(lái)將增加骨量流失和制備種植窩過(guò)程對(duì)骨組織的手術(shù)創(chuàng)傷，由于拔牙后未能即刻修復(fù)，導(dǎo)致在拔牙窩愈合過(guò)程中可能發(fā)生頜牙的伸長(zhǎng)移位和鄰牙的傾斜移位，影響后期修復(fù)效果。 此外，治療周期的延長(zhǎng)也會(huì)增加患者的痛苦和治療費(fèi)用�，F(xiàn)有種植體多為進(jìn)口，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的種植系統(tǒng)，由于費(fèi)用過(guò)高，難以造福廣大缺牙患者。

3D打印種植體

種植體本體與牙槽骨外層是一體的
天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院采用數(shù)字化個(gè)性化設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)研發(fā)了一種新型種植牙，在該種植牙中種植體本體和仿生牙槽骨組織外層是一體的，仿生人工牙槽骨外層的厚度為0.2-3.0毫米。

個(gè)體化設(shè)計(jì)與制造
制造3D打印一體式種植牙的過(guò)程是：獲取患者余留牙根和牙槽骨組織結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)，并從獲取的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)中提取出設(shè)計(jì)仿生牙根組織以及其周圍牙槽骨組織外層結(jié)構(gòu)所需要的數(shù)據(jù)，建立三維模型，對(duì)三維數(shù)字模型進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，格式轉(zhuǎn)化后的設(shè)計(jì)文件傳輸至3D打印設(shè)備進(jìn)行實(shí)體制造。使用的3D打印技術(shù)為選擇性激光熔化，打印材料為鈦合金粉末。

仿生骨組織孔隙結(jié)構(gòu)直接“生長(zhǎng)”在種植體表面
3D打印一體式種植牙的優(yōu)勢(shì)在于可以根據(jù)患者的牙齒缺損情況進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，以及直接3D打印出表面的三維多孔結(jié)構(gòu)，免去了噴砂、酸蝕等處理環(huán)節(jié)。

除此之外，3D打印一體式種植牙還將改善現(xiàn)有牙科植入物所存在的拔牙和種植分期治療問(wèn)題，在拔牙后即刻將預(yù)先制作的個(gè)體化仿生種植體植入拔牙窩，縮短患者治療周期，第一時(shí)間恢復(fù)咀嚼和美觀，同時(shí)有效預(yù)防拔牙和種植手術(shù)分期進(jìn)行時(shí)所發(fā)生的骨量流失、對(duì)種植窩的手術(shù)創(chuàng)傷、伸長(zhǎng)移位和鄰牙的傾斜移位等問(wèn)題，提升種植后的愈合效果。

如果在這種植牙中添加羥基磷灰石等成分或是具有治療作用的藥物，將有望解決患有糖尿病、骨質(zhì)疏松等全身疾病的患者所容易產(chǎn)生的種植失敗問(wèn)題。

如果這一技術(shù)能夠有效避免國(guó)產(chǎn)種植體流水線生產(chǎn)所帶來(lái)的難以保證嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控導(dǎo)致種植體質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，那么對(duì)于國(guó)產(chǎn)牙科植入物質(zhì)量的提升，降低對(duì)昂貴進(jìn)口產(chǎn)品的依賴將具有重要的意義。

參考專利：
個(gè)體化仿生的牙種植體及其制作方法
Devices and methods for enhancing bone growth

來(lái)源：3d科學(xué)谷
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