3D打印技术在口腔医学领域中的应用

陈欢

摘 要：随着医疗技术的发展，对外科疾病的治疗方案正逐渐走向微创化、个性化、精细化，这对临床医师、医用材料提出了更高的要求。医生期望针对某一患者提供个性化的治疗方案、个体特异性的医用材料以达到最佳的治疗效果，而3D打印技术的不断发展和在医学领域的应用，让这一理想即将成为现实。因此，本文对3D打印技术在口腔医学领域中的应用进行分析。

关键词：3D打印技术；口腔医学领域；应用

3D打印技术是一种将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，具有很高科技含量的综合性应用技术。目前该项技术已经应用在航空航天、军工、汽车和电子制造、生物工程和医学、建筑、日常用品等多个领域，尤其在一些交叉学科领域中，如生物医学领域等。3D打印技术具有的快速性、准确性，以及对复杂形状实体的完成特性使其展现出非常广泛的应用前景。

1 3D打印技术概况

3D打印技术，利用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过增加材料逐层打印的方式来生成三维实体，所以又被称为增材制造技术。该技术工作原理为：第一需使用建模软件对物体建模，将模型数据以STL格式文件导入到计算机系统中，然后将建成的三维模型分成若干层二维平面数据，通过计算机系统的控制，使打印机开始逐层打印，通过层层叠加的方式制造出三维实体造型，最终把计算机上的蓝图变成实物。根据使用原料和成形技术的不同大致可分为以下几类：熔融沉积成形，选择性激光烧结，光固化立体印刷，三维喷印等。

1984年，Hull等首次利用计算机建模并打印出三维实体，标志着3D打印技术的诞生。1986年，美国出现了世界上第一家生产3D打印设备的公司，吸引了无数学者的访问，其中包括清华大学颜永年教授，回国后建立了清华大学激光快速成形中心，后来被认为是中国快速成形技术的先驱人物之一。

2 3D打印技术的定义及成型类型

3D打印技术又称“添加制造技术”，是一种由计算机辅助设计三维数字模型，通过成型设备将材料逐层累积形成一个实体对象的新型数字化成型技术。就目前而言，主要有以下几种成型技术。

2.1 3D喷印

其原理为先在工作台上均匀的铺上单位厚度的粉末材料，再由计算机辅助设计的三维模型数据引导打印喷头，按指定路径喷出液态粘结剂使粉末粘结，之后打印平台下移一个单位平面，重复上诉过程，逐层叠加最终生成3D打印产品。

2.2光固化立体印刷

该成型技术利用紫外激光照射液态光敏树脂使其发生聚合、交联反应而固化的原理，同样由计算机按3D模型数据控制激光在某一单位平面运动轨迹，使该层光敏树脂材料聚合固化，之后在该固化的树脂上再覆盖一层液態树脂，重复扫描固化直至模型打印完成。

2.3选择性激光烧结

与光固化立体印刷不同，该项技术利用的是激光束产生高温，使粉末类的材料熔融，冷却后再固化的原理。由计算机控制激光束运动轨迹以设定的速度和能量密度进行扫描，该层扫描完成固化后移至下一单位层面，最终形成所需模型实体。

2.4熔融沉积成型

其使用材料为丝状的热熔性材料，成型原理与光固化立体印刷类似，但是在打印之前需要将材料加热至半流体状态。由计算机控制喷头在3D模型该层截面轮廓处喷出熔融状态材料，之后材料迅速冷却凝固。如此层层反复进行至模型打印成型。

3 3D打印技术在口腔医学领域中的应用

3.1口腔颌面外科领域的应用

3D打印技术在口腔颌面外科领域中可以用于打印颌面缺损部位修复体、手术个性化导板、手术固定装置等。金属3D打印技术促进了硬组织外科植入手术的设计和制造，如口腔颌面部缺损可以利用3D打印上颌骨、下颌骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等修复体；颧骨骨折错位愈合手术可以利用3D打印的个性化导板进行定位；颌面部创伤修复手术可以利用3D打印的钛板固定相关赝附体等。该过程先对颌面部骨折或外伤的患者进行CT扫描，扫描后将获得的数据存储为DICOM格式，然后导入Mimics软件中，利用分割及重建等功能，设计出三维解剖模型。将设计好的三维数据导入3D打印处理软件中进行设计，并利用3D打印设备制作出人体骨骼部件成品，整个过程不需要任何胶水或粘结剂。

3.2口腔修复领域的应用

3D打印技术在口腔修复领域中可以用于打印不同的修复体。计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术多以切削为主，这种方式不但造成材料的浪费，也使得制作的修复体种类单一，而且不可以批量生产。快速成型技术可以基于CAD数据，进行增材制作，完成口腔修复领域中的CAM过程，该过程可以同时加工多个金属冠。此外，还可以打印不规则形状、尺寸和表面粗糙度要求不同的修复体。

3.3口腔正畸领域的应用

3.3.1取代石膏模型

现已有用3D打印技术打印数字模型取代正畸矫正过程中的石膏模型。该3D模型更具个性化与真实性，不仅解除了印模材料给患者带来的恶心感，还减少了制作过程中可能产生的形变，同时也解决了石膏模型不易储存的问题。

3.3.2个性化托槽

用选区激光熔化直接成型技术，把个性化舌侧托槽模型直接制成金属的舌侧托槽，该技术采用增加材料的方法成型零件。结果显示该个性化舌侧托槽底板能够与患者牙齿的舌侧面精密吻合，为牙齿矫正提供了一种新型的美观又快捷的方法。

3.3.3正颌外科手术导板

在正颌外科术前，医生用电脑设计并制作个性化外科导板，包括Le Fort截骨部位和上颌骨复位部位，术中利用这些导板指导手术，不仅缩减了手术时间，而且使上颌骨复位的误差降到1mm以下，同时，获得面容的美观性更符合患者自身情况，增加了患者的满意度。

3.4口腔种植领域的应用

3.4.1个性化种植体

由于每个患者的牙槽骨表现不同，且对种植外科的精确性和功能恢复性要求的增高，“个性化种植义齿”被提出。目前，个性化的种植体大多使用SLS打印，其制作的种植体具有较高强度及精确度。同时也大幅减少了进口成品种植体的时间与金钱。

3.4.2种植导板

有学者用3D打印技术设计制备树脂或金属的种植导板，该导板可以简化并引导种植手术。他们将激光表面扫描、锥形束计算机断层扫面、计算机辅助设计和制造、3D打印相结合，制备带有植入孔、支抗孔、支抗钉、不可翻瓣区和可翻瓣区的导板。术中导板戴入口内，可精确指导术者植入种植体。

3.5口腔内科学的应用

完善根管治疗的前提是熟悉牙齿髓腔和根管系统的解剖特征，传统研究根管系统常用到片切法、透明牙模型法、x线法。随着影像学技术的发展，三维影像重建技术已开始应用于根管形态学研究。重建后的图像可从各个角度观察根管形态，并对其进行综合测量和分析，以了解并总结根管系统的解剖特征和变异。通过3D打印技术将重建出来的模型实体化后，还可以广泛应用于口腔教学和临床复杂根管的术前诊断及模拟手术。

结束语：

随着口腔医学水平的发展，个性化与美观性的要求越来越高，3DP以其明显优势在口腔科的应用越来越成熟。目前支持3D打印的材料有限，且生物打印研究还处于实验室阶段，但我们可以展望，相信3DP将给口腔医学带来颠覆性的发展。

参考文献：

[1]3D打印技术及其在口腔修复学领域的应用[J].肖凌浩，高平，孙迎春.口腔颌面修复学杂志.2015（06）

[2]3D打印技术在口腔临床的应用[J].孙成，于金华.口腔生物医学.2014（01）

[3]金属3D打印技术在口腔医学应用前景[J].赵冰净，胡敏.口腔颌面外科杂志.2015（04）