3D打印技术在口腔颌面外科的应用

周洋

摘要：近年来，随着信息技术的不断发展，人类社会逐渐进入了数字化时代，数字化技术在各个领域的普及和应用日渐广泛。3D打印技术便诞生于这一时代背景下，该技术在现代医学研究领域和治疗中的广泛应用，大大改变了传统的口腔颌面外科治疗管理方式和观念。本文主要就3D打印技术在口腔颌面外科教学和治疗中的应用做一综述。

关键词：口腔颌面外科;3D打印技术;3维模型;教学

中图分类号：R782                                  文献标识码：A                                  DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.17.012

文章编号：1006-1959（2020）17-0040-04

Abstract：In recent years， with the continuous development of information technology， human society has gradually entered the digital age， and the popularization and application of digital technology in various fields has become increasingly widespread. 3D printing technology was born in this era. The wide application of this technology in modern medical research and treatment has greatly changed the traditional oral and maxillofacial surgery management methods and concepts. This article mainly reviews the application of 3D printing technology in oral and maxillofacial surgery teaching and treatment.

Key words：Oral and maxillofacial surgery;3D printing technology;3D model;Teaching

3D打印技术（3D printing technology）又称三维快速打印成型技术、增材三维制造打印技术，本质上是一系列新型的数字化快速打印成型的技术，最早诞生于20世纪80年代末期，并逐步改进、发展和完善。该技术以三维数字信息打印机为主要技术基础，利用各种专业的软件快速抓取三维数据，将实体分割开来形成三维层状，通过3D三维打印机，以各种分层或者叠加方式制造的三维打印方式，创建三维实体模型[1]。与其他传统打印技术相比，3D三维打印技术在其制作的过程中完全避免了烦琐的三维打印工艺和步骤，实现了产品个性化的定制，有效地节省了人力、物力及财力，大大缩短了加工过程耗费的时间，提高了精确性，因此逐渐被广泛运用于军事、航空航天、船舶制造、工程建筑等重工业领域[2]。研究表明[3]，3D打印技术制造出来的三维模型产品，其打印精度甚至可直接达到原物体的±200 μm。20世纪90年代，临床医学领域首次尝试引入了3D打印相关技术，医生使用该技术将颅骨CT扫描模型中的数据直接转化为颅骨的实物扫描模型，与采用传统打印技术精密加工制作的实物扫描模型产品相比，该技术制作的模型扫描精确度明显更高[4]。21世纪以来，随着精密加工技术的发展，3D打印技术在临床医学领域的重要性明显提高，应用日益广泛。本文将对3D打印技术在口腔颌面外科教学及手术等诸方面的应用情况进行综述。

1口腔颌面外科教学

当前在口腔颌面外科理论及实践的教学中仍以传统的教科书、局部解剖图谱、手术操作图谱教学为主，多媒体教学、标本解剖、标本操作技术教学为辅。由于局部解剖图谱、手术操作图谱、多媒体教学资料无法精确地模拟正常及病变后的人体解剖结构，且标本来源有限、成本偏高，制作标本的过程导致细微组织结构不清晰、存在解剖组织结构的变异等，学生们对口腔颌面部的人体解剖结构关系、病变后软硬组织的具体结构、相对位置关系、各自的状态及手术操作过程难以深刻理解。而3D打印技术所具有的精确性高、直观性强、可以放大等特点，弥补了传统教学手段的不足[5]。

1.1局部解剖教学  3D打印及相关技术的应用有助于学生充分了解真实的颞骨解剖结构，特别是细微结构、三维结构。Suzuki M等[6]使用3D打印技术加工制作等比例双倍放大的颞骨模型，作为教授颅底局部解剖的教具，学生可以从各个方位、各个角度观察颞骨的细微结构。吴颜延等[7]使用3D打印技术制作颅骨模型用于颅底解剖教具，26名学生中有88%的学生认为该方法增加了他们学习的兴趣，96%的学生认为相比于传统教学方法，使用该方法学习更加直观，有助于他們对空间解剖关系的理解。姚志涛等[8]使用口腔颌面部外伤患者的三维打印颌骨模型，对随机选择的学生进行口腔颌面部骨折的解剖教学及测验，结果显示，相比于使用传统方法教学的学生，这些学生对于口腔颌面部创伤病人的解剖情况的认识更加准确、完整。

1.2手术教学  口腔颌面部的解剖结构复杂，重要血管、神经、导管分布密集，走行情况变异较多，手术医生的视野相对狭窄和局限，操作困难较大。在传统的培养模式中，青年口腔颌面外科医生在独立手术前，需先经历较多台次的手术观摩，而后在经验丰富的口腔外科医生的指导下，挑选适合的病例进行手术操作，机会相对有限，培养的周期相对较长。而借助3D打印技术，Canellas JV等[9]在3D打印头颅模型上精确模拟了口腔颌面外科麻醉经常涉及的神经和血管，特别是三叉神经及其分支，并制作了神经阻滞麻醉操作的视频，提供给130名青年医生及医学生学习麻醉操作技术，100%的参与者认为，与传统教学方式相比，该教学方式提高了他们对口腔颌面外科麻醉技术的理解和掌握。Olszewski R等[10]指导青年医生在3D打印头颅模型上模拟手术过程，结果提示进行模拟手术有助于在实际的手术操作中有效避开上颌窦、牙根及重要的血管神经等结构。赵雪竹等[11]指导学生在3D打印颌骨模型上模拟正颌手术过程，并制作手术导板，进行3～5次模拟操作之后，再进行实际的手术操作，100%的学生认为先在仿真的模型上进行模拟正颌手术，有助于制作更加合适的正颌手术导板。借助3D打印技术，上述研究显示，在手术操作的教学中，可以挑选合适的病例，以3D打印技术制作手术模型，用于模拟手术操作。此种教学方法大大增加了青年口腔颌面外科医生参与手术操作的机会，缩短了培养时间，可以尽快帮助他们熟悉并掌握手术的操作。

2口腔颌面外科手术

2.1颌面部骨折手术  颌面部骨折一般由于交通事故、高处坠落、工伤、打架斗殴等多种原因引起，多导致患者面部形态异常、咬合关系紊乱、张闭口受限，严重影响患者的咀嚼、吞咽、言语、呼吸等身体机能，严重危害了患者的身心健康和生活质量[12]。颌面部骨骼数目众多，形态各异，骨折情况复杂，曲面断层片、CT等传统检查技术难以准确地反映骨折断端的移位情况及骨折断端的空间位置关系[13]。传统骨折手术中，内固定材料的塑型、骨折复位情况的判断、固定方式的选择等主要是取决于口腔颌面外科医生的临床经验与手工操作，缺乏量化的指标，导致部分骨折手术效果欠佳。而通过应用3D打印技术制作骨折的模型，在模型上模拟手术中骨折复位的过程，选择合适的内固定材料，并予预塑形，在此基础上指导后续的实际手术操作。此方法大幅度降低了骨折手术的难度，提高了精准度，明显地缩短了手术的时长，在手术中实现了个性化、微创化、精准化。

吕继连等[14]的研究发现，在下颌骨骨折切开复位内固定术中应用3D打印技术，制作患者骨折模型，模拟骨折复位的过程，根据骨折复位后的模型设计内固定装置并进行预弯塑形，术中对齐骨折断端，恢复咀嚼关系，固定内固定装置。与采用传统手术方式的对照组相比，实验组手术耗时明显减少，咀嚼关系的恢复更加令患者满意。欧邦宾等[15]、李立峰 等[16]的研究发现，在颧骨颧弓复合骨折患者的手术中应用3D打印技术，与采用传统手术方式的对照组相比，骨折复位效果更好，骨折断端愈合更快，降低了手术并发症的危险性和发生率，这一优势在颧骨颧弓粉碎性骨折、骨折断端移位明显者等复杂骨折病例的手术中体现的尤为明显。夏超等[17]研究发现，在全面部多发骨折的患者的手术中通过应用3D打印技术，术前进行模型手术，制作复位导板，在一定程度上有效解决了全面部多发骨折手术中，骨折断端复位缺少明确的参考标准的问题，在一定程度上降低了手术的难度，缩短了手术的时间，减少了手术的创伤，提高了手术的精确性。

2.2颌骨缺损修复  颌骨缺损的常见原因有严重的颌面部外伤、严重的先天性颌骨发育异常、颌面部肿瘤切除术后等，多伴有周围重要器官和组织结构的严重破坏和功能缺失，对患者的咀嚼、吞咽、呼吸、语音及骨骼的运动、感觉功能造成严重的影响，给患者身体健康、心理健康带来了沉重打击，大大降低了患者的生存质量。

目前修复患者颌面部骨组织的缺损，多选择采取游离骨移植、人工软骨替代物如钛板等方式，修复患者颌面部软组织的缺损，多选择采取带蒂皮瓣、血管化腓骨移植等方式。上述缺损修复的方法不但导致手术耗时明显增加，而且通常难以做到精准修复缺损部位的形态，患者的张口、咀嚼、咬合等功能恢复欠佳，术后患者需要很长一段时间的恢复和改建的过程。而通过应用3D打印技术，能够更加直观、清晰的还原患区组织缺损情况，快速、简单的为患者设计出最适合的个性化修复和治疗方案。

郝申申等[18]研究发现，在下颌骨成釉细胞瘤切除植骨重建术中，术前采用3D打印技术制作肿瘤患者颌骨模型，进行手术规划，设计切除范围，以此为标准确定腓骨的截骨范围，最终确定手术方案，可以明显简化手术的操作、降低手术的难度，达到了精准化、个性化的治疗，术后患者术区形态、功能恢复效果良好。王文迪等[19]研究发现，在上颌骨的缺损的修复中，术前采用3D打印技术制作病变部位的模型，初步确定病变部位的截骨范围，在此基础上制备3D打印的钛网修复体，术后面部外形轮廓良好，功能满意。林崇翔等[20]在临床研究中尝试了3D打印个性化钛网联合颊脂垫和前臂皮瓣的“三明治技术”，术后可完全封闭术区口鼻瘘，患者患侧外形与健侧基本对称，语音、咀嚼、吞咽、呼吸等功能恢复效果良好。此外，杜宝霞等[21]研究发现，对于因各种原因导致无法在手术中同期进行修复的上颌骨缺损患者，采用3D打印技术制作上颌骨组织缺损模型，术前为患者量身制作个性化的上颌骨预制赝复体，可有效保护患者的手术创面，维持上颌骨组织的外形，减轻恢复期患者身体和心理的负担，为后续永久性上颌骨修复手术提供良好的基础。

2.3正颌手术  传统的正颌手术多依赖石膏模型指导手术，术中使用手工制作的咬合导板通过颌间固定，将手术计划中的咬合关系转移到术中，这一过程是上下颌骨重新定位的关键。该方法过程复杂，环节较多，容易积累误差，而且存在三维方向移动控制精度不足的问题[22]。应用3D打印技术制作个性化精准手术导板，做到了精準化、个性化治疗，与传统方式相比具有明显优势。何锦泉等[23]研究发现，在上颌骨畸形的LefortⅠ型截骨术中，在3D打印模型上模拟手术，制作截骨导板，避免了由于下颌骨不稳定导致的可能的手术误差，有效地提高了正颌手术的精度。蔡鸣等[24]研究发现，在偏颌畸形的手术治疗中，在3D打印模型上模拟手术，制作截骨导板，可以为手术提供精准的截骨位置，有效控制上下颌骨的移动，特别是在三维方向上的移动，相比于传统手术的导板，有效地提高了手术的精确性，缩短了手术的时间。

3其他

3.1埋伏牙拔除  埋伏牙可以发生于上下颌骨的任何位置，如不及时将其拔除，可能会造成其余牙齿的移位、扭转、间隙过大、邻牙牙根的发育异常，甚至可能形成颌骨囊肿、颌骨肿瘤等。部分的埋伏牙位于鼻腔、上颌窦等的非生牙部位，位置较深[25]，传统检查方式精确度有限，无法准确地了解埋伏牙与周围的解剖结构的关系，导致手术操作难度增大，创伤较大，容易严重损伤邻牙牙根、血管神经束，术后恢复的时间较长。而充分利用3D打印技术，可以大大提高埋伏牙拔除手术的操作安全性、微创性、精准性。王泰等[26]研究发现，在上颌骨埋伏牙拔除术中应用3D打印技术，明确患牙的位置及毗邻的关系，可以做到精准定位患牙，避开周围的重要组织结构。与传统的手术方式相比，术中术区出血少，视野清晰，操作简单，安全性高，手术耗时短，术后不良反应小，患者恢复快。

[16]李立峰，屠军波，侯成群，等.3D打印技术在单侧粉碎性颧骨颧弓骨折治疗中的应用[J].上海口腔医学，2019，28（2）：154-157.

[17]夏超，李志刚，吕俊，等.计算机辅助3D打印技术用于全面部骨折手术9例临床分析[J].人民军医，2019，62（8）：752-754.

[18]郝申申，刘志斌，王飞，等.3D打印技术在下颌骨成釉细胞瘤切除植骨重建术中的初步应用[J].医疗卫生设备，2018，39（1）：66-68，76.

[19]王文迪，李小兵，刘光晶，等.3D打印个性化钛网植入修复面部骨性缺损的临床应用[J].黑龙江医学，2018，43（4）：343-345.

[20]林崇翔，屠呈威，郑顺友，等.3D打印技术辅助个性化钛网联合颊脂垫和前臂皮瓣修复上颌骨缺损[J].温州医科大学学报，2018，48（6）：429-432.

[21]杜宝霞，王晓容，尹国相，等.3D打印预制赝复体即刻修复上颌骨前部缺损[J].口腔医学研究，2018，34（1）：56-59.

[22]Sharifi A，Jones R，Ayoub A，et al.How accurate is model planning for orthognathic surgery[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2008，37（12）：1089-1093.

[23]何锦泉，黄珞，欧阳可雄，等.3D打印技术在上颌LeFortI型截骨术中的应用[J].口腔医学研究，2018，34（8）：881-884.

[24]蔡鸣，杨育生，王旭东，等.三维打印精准手术导板与传统咬合导板在偏颌畸形治疗中的对比研究[J].中华整形外科杂志，2018，34（6）：417-421.

[25]HM Hema，A Preetha.Regional odontodysplasia-an unusual case occurring along with supernumerary teeth[J].Indian Journal of Dentistry，2012，3（1）：29-32.

[26]王泰，张淑红，赵文艳，等.3D打印技术在上颌骨埋伏牙拔除术中的临床应用[J].宁夏医学杂志，2019，41（1）：78-80，97.

[27]Wolford LM，Pitta MC，Reiche-Fischel O，et al.TMJ Concepts/Techmedica custom-made TMJ total joint prosthesis：5-year follow-up study[J].Int J oral Maxillofac Surg，2003，32（3）：268-274.

[28]Deshmukh TR，Kuthe AM，Chaware SM，et al.A novel rapid prototyping and finite element method-based development of the patient-specific temporomandibular joint implant[J].Comput Methods in Biomech Biomed Engin，2012，15（4）：363-370.

[29]陈建宇，罗崇岱，张春雨，等.计算机辅助设计及激光快速成形的纯钛髁突对重建颞下颌关节可行性探讨[J].中华口腔医学杂志，2014，49（10）：625-630.

[30]鄭吉驷，张善勇.国产3D打印个性化全颞下颌关节的临床初步应用[J].上海交通大学学报（医学版），2016，36（9）：1287-1291.

收稿日期：2020-04-29;修回日期：2020-05-31

编辑/肖婷婷