3D打印技术在口腔颌面外科治疗中的应用进展

屠盖雪 ，羊书勇 ，2

1 川北医学院口腔医学系，四川南充 637007；2 中国人民解放军西部战区总医院口腔科

近年来，数字医学技术的发展日新月异，广泛应用于临床并深刻地改变了医学模式。3D 打印技术又称增材制造技术，是快速成型技术的一种，是用建模软件如 Mimics、Amira、Rhino 等，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、陶瓷或塑料等可粘合材料，通过与3D 打印机间的协同作用，以逐层打印的方式来构造实体的技术。经过几十年的发展与不断改进，3D 打印技术已经从最早的光固化工艺，发展出熔融沉积成型技术、选择性激光烧结技术等多种制作快速成型产品的方法［1］。随着人们对3D 打印技术的日益关注，其在生物医学、组织工程和研究中的应用已成为医学界研究的热点。目前，应用3D打印技术可以打印出人体骨骼、血管、气管、心脏、耳、义齿等构件，在口腔医学领域，3D 打印技术已经成功应用于口腔颌面缺损修复、个性化面部手术、相关固定装置的制作等。现将3D 打印技术在口腔颌面外科中的应用进展综述如下。

1 3D打印在口腔颌面部缺损修复中的应用

口腔颌面部解剖结构复杂，当发生外伤、缺损、畸形等可导致咬合紊乱、面部不对称，严重影响咀嚼、语言、呼吸等正常功能。其治疗需要从形态、结构、功能等方面尽可能完美地恢复，尤其是美观性要求较高，这给口腔颌面外科医师带来了巨大挑战。随着3D 打印技术在口腔颌面外科方面的应用和发展，上述问题可以得到较好的解决方案。

1.1 下颌骨缺损的修复 下颌骨是颜面部最大的骨骼及外形的主要支撑结构，其缺损畸形常见于外伤、发育异常、肿瘤切除术后等，多伴有周围神经、血管等重要组织的异位、畸形与缺损。多数患者面部对称性差且功能受损，严重者还会产生心理问题，影响其生活质量。

目前修复软组织缺损的方式多为自体组织瓣移植，重建骨组织的方式主要为自体骨组织移植、赝复体修复、人工生物材料植入等，存在效率不高、精度不强等不足，修复效果主要依靠外科医师的临床经验，缺乏客观参照，患者术后功能恢复欠佳。与3D打印技术结合的下颌骨重建技术可以在术前获得术区的精确数据，使用软件模拟分析以精确测量手术范围，通过3D 打印机准确打印出所需植入体，不仅使手术简单易行，减少了手术时间，还能精确恢复缺损区。3D 打印的成本优势目前尚不明显，精准修复是其最大的优势。有研究表明，用3D打印技术制造出来的三维模型产品，其打印精度可达到原物体的±200 µm［2］。

目前，以血管化腓骨皮瓣为代表的血管化骨组织瓣重建颌骨缺损已经成为颌骨缺损修复的主要方法［3］。SERUYA 等［4］将传统的游离腓骨瓣修复颌面部缺损的手术方式与应用3D 打印截骨导板及计算机辅助技术的手术方式进行比较，结果显示后者手术总时间明显缩短，皮瓣平均缺血时间由170 min缩短至120 min，同时因皮瓣缺血造成的术后并发症也明显减少。MAJOR 等［5］认为，尽管血管化自体骨移植反映了当前的黄金标准，但可供移植的骨部分有限，随后的大剂量抗癌化疗、放疗可导致局部组织坏死。该团队的研究集中在替代治疗技术上，通过3D打印高分子Ti6Al7Nb 粉末颗粒为基底进行颌面部组织重建，以促进骨组织生长。他们认为，有计划地在患者体内植入血管化骨作为“生物反应器”是组织工程学中最安全的方法，与3D 打印结合，更能够进行微观组织优化，增加精确度。另外，有团队首次报道了成功运用由100% β-磷酸三钙组成的3D 生物活性陶瓷支架修复兔下颌骨节段性缺损［6］，证明了定制生物活性陶瓷支架在填充模型中的效用，可以产生显著的成骨再生作用，更有利于却缺损区愈合。

3D 打印技术能够充分满足临床上修复复杂多样化的下颌骨缺损个性化要求，并且可以缩短术前评估时间，快速进行术前模型打印。但由于其材料的限制，如产生应力屏蔽、机械强度不足、易老化等，使得临床应用不够广泛，打印材料是目前影响其发展的主要约束［7］。

1.2 耳缺损的修复 耳缺损或畸形是由先天发育异常、外伤、感染及其他原因导致，由于耳组织结构复杂，细节较丰富，体积小且位于美观区，是颌面部整复的难点。ZHOU 等［8］使用 CT 扫描结合 3D 打印制造耳廓假体的方法，以创建耳廓模板。修复单侧耳廓缺损一般的处理选择是将健康的耳朵镜像到缺损侧，但如果双侧耳缺损，没有一个健康的耳朵通过对称反映将给临床医生带来重大挑战。FAROOK等［9］认为，有必要建立一个数字数据库，根据最佳匹配来选择一只耳朵。选定的耳朵可以被镜像到另一边，两个成品可以通过直接或间接的方法进行3D打印。镜像获取对侧耳轮廓后结合3D 打印技术的应用，在一定程度上缩短了围手术期时间。

1.3 鼻缺损的修复 鼻部损伤一般为不规则缺损，其修复不像单侧耳缺损那样可以结合3D 打印的方法通过镜像技术快速、精确恢复。鼻缺损的重建必须兼顾美学和功能，准确复制鼻衬、鼻腔呼吸的支撑和覆盖以及鼻腔的形状和质地都是至关重要的。ZOPF 等［10］用聚己内酯（PCL）材料制作鼻部支架，植入实验猪的体内并成功存活，具有良好的生物性能，但并未完全达到融合性软骨覆盖，其力学特性还有待进一步研究。NUSEIR 等［11］报道 1 例完全集成数字技术构建鼻假体的完整数字工作流程，运用分析软件切割患者面部CT，以获得软硬组织、皮肤色泽数据，导入Z-brush 软件分析，设计鼻假体后导出并使用3D 打印技术结合TangoPlus 材料，打印出3D 鼻假体，虽然省时省力节约存储空间，可以随时设计、打印，鼻假体边缘与邻近的缺损组织无缝融合，但使用时颜色和结构会发生变化，需要终身维护。

鼻部缺损无规律可循，不像耳、眼眶缺损修复时可参考镜像，但结合缺损部位的CT 数据、专用工程软件，运用3D 打印技术仍能够有效恢复，可见3D 打印的普遍性。

1.4 牙槽骨缺损的修复 3D 打印技术可用于牙槽嵴增高术。在无牙颌或颌骨缺损等导致牙槽骨缺少不利于修复的病例中，最常使用的方法为牵张成骨、引导骨再生术、植骨术，耗时长、创伤较大且术后骨量恢复可能不理想。3D 打印结合CAD/CAM 进行数字化重建和牙槽嵴增高的移植手术以其详尽的术前计划、最佳适应性与稳定性、较短的手术时间、创伤小等优势，被应用于各种类型的牙槽嵴缺损的修复重建，且移植材料可为自体骨。有研究发现，3D打印的生物陶瓷材料CSI-Mg10 支架具有相互连接的三维多孔结构、较高的机械强度、良好的生物活性和生物降解性，用于兔牙槽骨缺损修复几乎无排异反应、浪费材料少，精确恢复骨量且实验兔预后良好［12-14］，有望作为颌面部或颅面条件下的骨重建的生物材料。

2 3D打印在个性化面部手术中的应用

2.1 术前模拟 手术方案的制定与实施离不开术前对手术各个细节的讨论与模拟。以往医师只能根据术前资料如CT、CBCT、MRI 等来模拟手术过程，耗时费力，且与预想的精确性有一定偏差，患者对手术情况的了解程度也会降低。3D 打印技术能够快速建立手术部位的数字化实体模型，使医生在术前更加了解术区的解剖定位，直观且精细，节约时间；可以反复模拟手术过程，熟悉每一个细节，提高手术精确性［15］，并充分准备所需器械材料；让医生和患者在术前与术区解剖部位进行接触，利于医患沟通，并增强医生对手术的信心；帮助患者在术前理解手术策略，看到治疗效果；代替需要在口内制作模型的步骤，根据三维数据与口外成型，避免患者因咽反射重、肿瘤切除后唇部有疤痕而影响张口的情况［16］。研究显示，3D 打印的精度可达±3%，与传统的制造技术相比，3D 打印能够再现解剖结构复杂的代表性结构，可用于术前规划［2］。目前国内外用于术前规划的设计软件如Nobel Guide、Simplant、Surgi Guide、Dentiq Guide等，均广泛应用并逐渐成熟。

在术前模拟中，眼眶手术很具有代表性。眼眶手术之复杂不仅在于其解剖结构，还在于颌面外科医生在手术时由于眼部空间有限，眶底手术的视野和通道也会受到影响。LICHTENSTEIN 等［17］发明了第一台基于3D打印的眼眶手术仿真装置，该模型可用于软硬组织操作的常规操作训练。此外，还有可能整合外科导航系统的应用。由于3D 打印的多功能性，该设备还可以用于个性化的复杂眼眶手术过程的模拟。一旦有更合适的材料运用，其模式也可以扩展到眼眶软组织的手术培训。

很多颌面部手术可以通过镜像技术从健侧获取数据，以此为参考对患侧进行手术，但面部左右两侧并不是完全对称，所以此方法在应用于眼眶部位的手术时要更为慎重。VEHMEIJER 等［18］推荐对样条插值的使用，以周围的健康骨结构为参考，修复眼眶缺损。但创建一个精确的样条为基础的模具需要使用大型9数据库，结合计算机和模式算法，以自动重建创伤患者患区复杂的解剖形态。XIAO 等［19］应用3D 打印技术行Le FortⅠ型截骨术，首先打印出手术模板、特异性植入物以及做好术前设计，然后确定颌骨的新位置，先进行截骨术，最后沿着术前模板标记进行精确打磨；手术全过程仅需2～3 h，无神经、血管和肌肉损伤，术后无明显感染、面瘫、骨坏死和骨移位。

3D 打印在术前模拟的应用非常广泛，结合术前规划的软件，将使手术达到更为理想的效果，如缩短手术时间、增加患者满意度、减少医生术中操作量等。

2.2 术中应用 3D 打印技术在术前模拟的基础上多用于颌面部手术的辅助导板、导航等方面。在植入手术前，医师不仅需要精确掌握手术部位的解剖结构，还需要借助一些方法来辅助定位植入物的方向、深度、与邻近组织的关系等，近年来，CBCT、CAD/CAM 与3D 打印技术的结合，使得植入物的微创与预见性得到更加精确的体现。

自体牙移植可替换先天性缺失的牙齿或因外伤而脱落的牙齿，对于儿童或青少年患者而言，自体牙移植相较于钛种植体可能是一个较好的治疗选择；但手术中需要精确完整取出供体牙，后植入受区且能够存活，不仅要求截取组织过程中误差极小，也要求受区预留空间匹配，植入过程尽量缩短以利牙周愈合。STRBAC 等［20］结合 3D 打印模板术中引导供体取出及受区移植，有效提高了移植牙的成功率，且疗效确切，成为引导自体牙移植手术的最新方案。当患者无条件进行上述移植方案时，还可以选择种植牙以修复缺失牙。与自体牙移植不同，种植牙不涉及供区取出的精确性，而是需要提高植入位置的精确性、合理性、高效性。近年来，种植导板的引入不仅增加了手术的精确性，还具有减少对周围解剖组织的损伤、制作简单、患者主观感受良好等优点。

无牙颌患者失牙时通常存在牙槽骨垂直或水平骨吸收，不利于后期的种植修复。BHERING 等［21］提出的All-on-six 技术应用于中度萎缩无牙颌修复，并将其与All-on-four 进行比较，前者可有效解决牙槽骨量不足，倾斜种植体的应用也能提高其生物力学上的优势，无瓣程序更是减少了手术创伤，结合术前3D 打印手术导板，大幅提高了植入植体的精确度，有利于术者将植体植入理想的位置。运用3D 打印出的静态导板与动态导航技术的结合应用可以在术中调整手术方案，并且实时可视化监控种植手术进程，提高了可视性、安全性、精确性和灵活性。HERFORD 等［22］应用 3D 打印与重建于术前打印导板并于术中结合计算机导航技术为1例眼眶骨折患者精确复位，降低了医源性损伤周围重要神经血管的风险，提高了手术效率，降低了长时间手术的并发症，患者满意度较高。

3D 打印定位导板还可以辅助温控射频治疗原发性三叉神经痛第二、三支，与徒手穿刺相比更准确，位置放置准确且并发症少，患者满意度和复发率均优于徒手穿刺［23］。

3D 打印在术中的应用主要是作为定位导板及具有导航的作用，使手术更加方便快捷，对医生的临床操作要求不高，对年轻医生来说，可以作为挑战疑难手术的有效辅助。

3 3D打印在相关固定装置制作中的应用

3D 打印技术辅助修复体制作既可克服传统修复体制作流程中难以用美学分析和设计结果指导最终修复体制作的缺点，又可避免减材制作的加工缺陷，节约制作成本，延长修复体的使用寿命。因龋坏、发育不全、外伤等导致的牙体缺损多制作全冠修复以恢复咬合，采用3D打印技术制备的氧化锆冠满足真实度要求，适用于氧化锆冠的制备。LEE 等［24］报道，与CAD/CAM 铣削方法相比，3D 打印技术的冠修复体的边缘适合性和内部适合性更好。

下颌节段性切除后需要依靠植入物重建，而植入时固定缺损两端产生的误差不可避免。有团队提出，运用3D打印个性化的重新定位模板可以提高固定时的准确性，但模板放置时能否与骨面充分接触、位置的不惟一性、过程中人为的偏差等缺点都需要进一步调整。LOUVRIER 等［25］首次报道了 3D 打印的下颌外固定器，包括定位器与钻孔导向，其目的为固定三年前接受过放射治疗的舌鳞状细胞癌患者的感染性下颌假关节，轻盈、平衡、放置简单、准确，有最小的侵入性。MZAID 等［26］结合 3D 打印技术改进了张嘴压舌口腔放射支架的制作流程，与CT扫描下的支架相比，更加真实、准确、可重复。

综上所述，3D 打印技术广泛用于口腔颌面部修复、个性化面部手术、相关固定装置的制作等方面，使口腔颌面部疾病的治疗更加精确、高效，以其可重复操作、可视化模拟等优势在医学领域占有一席之地。但3D打印技术目前也存在着耗材成本较高、生产效率低、制作时间较长等不足，需要进一步研究和改进。