３Ｄ打印技术在口腔临床的应用

３Ｄ打印技术是快速成型技术之一，在２０世纪８０年代首先在工程领域应用，它利用重建的三维数字模型，将其分割成层 状，然后逐层堆积成实体模型。３Ｄ打印技术在医学领域的首次应用是在１９９０年，当时开发者采用该技术把ＣＴ获取的颅骨解剖数据成功复制出颅骨解 剖模型［ 。经过二十多年的发展，现已在口腔种植、神经外科、骨科、颌面部赝复体的制造 等手术中广泛应用。本文着重阐述３Ｄ打印技术的原理及在口腔临床各科室中的应用。

１ ３Ｄ打印原理
１．１ 数据采集
三维数据的采集是模型制作的重要一步。目前常用方式有软件设计、光学扫描、机械式扫描和放射 学扫描四种方式 。 利用设计软件（如ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和Ｃａｔｉａ系列软件）设计的模型不必拘泥于真实物品的尺寸，并且方便计算分析和修改编辑。光学扫描常采用三维激光扫描、投影光栅测量、莫尔条纹法或立体摄影等方法，具有较高的扫描速率和较好的精度，但复杂的形态会使扫描具有盲区，扫描数据将存在误差。机械式扫描随着机械探针自由度的增加可减小扫描盲区，但其扫描速率低，价格成本高。在医学领域，随着计算机断层扫描和核磁共振技术的发展，放射学诊断变得创伤更小，诊断也更精确，而且其高分辨率的三维图像数据在数秒内就可以获得，成为理想的 三维数据获取手段 。

１．２ 数据处理
将获得的数据导入三维重建软件，一般要用专用的高性能的计算机来处理。以ＣＴ扫描出来的数据为例，将ＣＴ扫描的ＤＩＣＯＭ格式的数据导入软件Ｍｉｍｉｃｓ或Ｇｅｏｍａｇｉｃ、Ｉｍａｇｅｗａｒｅ１１．０中，这几种软件可以读取ＤＩＣＯＭ格式的数据，设置不同密度组织的阈值，构建出形态曲面，重建三维模型。保存数据格式为ＳＴＬ格式，这种三维重建图形是由近似三角形的“碎片”拼接出来，三维重建模型中，三角形“碎片”越多，也就是每块三角形“碎片”越小，将使得重建模型越精细，图形越平滑。ＳＴＬ格式的数据是３Ｄ打印机所识别的数据，最终３Ｄ打印机将模型打印出来。

１．３ ３Ｄ打印
３Ｄ打印是使用三维数据制造实体模型的一种方法，属于快速成型技术  。根据制造方法的种类 不同可分为：
①光固化成型，是使用光聚合物通过紫外激光照射来固化。

②选择性激光烧结，是用小颗粒的热塑性材料（包括尼龙等聚合物，青铜合金、钛合金等金属，以及陶瓷和玻璃）粉末用高功率激光来融合（如ＥＯＳＧｍｂＨ，Ｍｕｎｉｃｈ，德国）。
③熔融沉积成型，是喷出熔融的热塑性材料或共晶金属粉末，立即使其凝固。
④分层实体制造，是使用胶水把纸张或塑料膜粘在一起，然后用激光塑形。
⑤喷墨打印技术，是将不同种类的细粉末打出来以后，涂上粘接剂，然后打印下一层。喷墨打印技术还可以通过同时 打印活体细胞和生物材料来构建一个含有不同组织 的三维生物支架，甚至活体器官 。

２ ３Ｄ打印技术在口腔医学的应用
２．１ 口腔颌面外科学
３Ｄ打印技术的应用使外科手术由传统的纯经验方式向数字化和精确化发展。颌面部外伤、肿瘤会造成颌面部骨折和骨缺损，恢复颌面部正常解剖形态，维持良好的咬合关系及语言功能，对提高生活质量意义重大。但颌面部解剖复杂，又有颅脑等重要脏器毗邻，个体差异性更使诊治难度增加。传统的颌面部手术在诊断和制定计划时应用二维的Ｘ光片无法提供精确的解剖信息，锥形束ＣＴ的广泛运用，可重建三维颌面部解剖，显著提高了诊疗质量。

２０世纪９０年代，国外学者即开始尝试把３Ｄ打印技术应用于颅颌面外科的术前评估，制定手 术计划及模拟。有学者研究证明，３Ｄ打印技术的应用，诊断正确率提高２９．６０％，操作准确度提高３６．２３％，手术时间缩短１７．６３％。进入２１世纪，３Ｄ 打印技术被广泛应用于正颌外科测量及评估，颌面部大面积缺损重建及修复，复杂性骨折的术前诊 断、评估及制定手术计划。国内曹川利用计算机软件重建并制造充填模型，最后按照充填模型雕刻出植入体，成功矫正下颌骨不对称畸形。孙 玉华等 对复杂的颧骨骨折患者，术前准确评估，设计手术入路和复位方向。

２０１２年比利时Ｈａｓｓｅｌｔ大学生物医学研究所采用３Ｄ打印技术为一位８３岁患者制作了一副钛合金的下颌骨，患者术后一天 就恢复语言和吞咽功能。Ｃｉｏｃｃａ等在腓骨瓣移植修复下颌骨部分切除术中用ＣＡＤ／ＣＡＭ技术制作模型，并用模型制作了用于指导下颌骨切除位置的装置和腓骨瓣固定钛板。他们认为现在用钛板固定，也许未来可以直接制作再生支架用于骨缺损的修复。

２．２ 口腔种植学
２０世纪八十年代，种植技术还处于早期发展阶段，种植体植入的角度和位置需要在手术中翻开粘骨膜瓣后，根据局部骨组织情况来确定，手术出现植入位置不正等不良结果的风险比较大。之后，口腔医师提出新的理念：就是在术前通过确定修复体的位置指导种植体的位置，使得修复体能够恢复患者 良好的功能和美观 。

运用３Ｄ打印技术便可在术前对种植区的解剖进行分析，并制作种植导板将术 前种植体的设计位置转化到手术患者种植区 。 种植软件可以评估种植区骨量，测出距离上颌窦和下牙槽神经管等重要解剖结构的详细数据，甚至设计出种植体种类、尺寸、最佳位置和方向。同时，根据以上参数设计并用３Ｄ打印技术制作出种植导板，主要适用于种植体需避开重要解剖结构的患者，多个植入体需获得一致种植角度的患者，需要完成即刻义齿修复的患者，骨量不充足又不接受植骨的患者，增加 了种植义齿的适应证 。

２．３ 口腔修复学
国内修复学应用３Ｄ打印技术较早，金树人等 早在２００３年即摸索出制作口腔修复体的技术路线，他用ＣＮＣ镭射扫描系统扫描全冠的蜡型，再应用逆向工程软件形成全冠的数字模型，最终利用ＳＰＳ２５０激光快速成型机成功制作出树脂全冠。后期经过数年发展，其在扫描精度和建模的快捷性上 都进步许多 。

现有技术不止已经可以直接利用 激光精确快速地制作纯钛冠 ，还可利用逆向工程 技术和３Ｄ打印技术制作出个性化的桩核 。目前德国贝格（ＢＥＧＯ）公司采用选择性激光烧结技术进行冠桥的３Ｄ打印技术在国内业已实现商业化，成为临床常规修复手段。３Ｄ打印技术不仅可以制作 冠桥，吕培军课题组 还利用自主开发的设计软件，进行数字化模型观测及可摘局部义齿支架设计及制作，该技术不仅具有制作方便、快捷、精度高等优点，还有效地避免了传统加工方式原材料浪费等缺点。

在赝复体制作上，赵铱民课题组研究较早，他们通过激光扫描患者缺损部石膏模型，利用软件反求获取缺损部镜像，并重建模型，再利用选择性激光烧结技术烧结复合蜡粉，制作出鼻部缺损蜡型，并进一步制作出鼻部硅橡胶赝复体。使用该技术可以准确、逼真再现患者缺损部形象，减少医生工作强度，同时，当赝复体出现老化现象时，可以直接调取数 据，制作蜡型和硅橡胶赝复体。

２．４ 口腔内科学
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。Ｋｆｉｒ等 遇到１例复杂三类牙内陷的患者，为了保护牙髓的活力，他们通过ＣＴ获得牙体根管的解剖，然后制作出树脂模型，在树脂模型上制定手术计划，并模拟操作，最终成功在未破坏髓腔情况下填充内陷的空腔。

２．５ 口腔正畸学
正畸矫正过程中照片和石膏模型是监测和记录治疗过程的金标准，模型可以准确提供病人的原始记录，包括牙齿的位置、尺寸等。但是，使用石膏模型在临床工作中存在许多的难题，包括存储的负担、损坏或断裂的危险、沉重的重量，同时也不方便与同行专业人士和患者交流。以３Ｄ打印为基础的数字模型的出现大大解决这些难题，与石膏模型相比，数字模型的数据测量同样具有很高的精确性。Ｌｅｉｆｅｒｔ等 研究发现数字模型与石膏模型之间平均测量差异小于０．５ｍｍ。

Ｗｈｅｔｔｅｎ等比较数字化模型和石膏模型，认为数字化模型完全可以提供制定计划所需要的各种术前数据，可以成为石膏模型的一种替代。不仅如此，数字模型在需要时也可以制成实体模型。Ｋａｓｐａｒｏｖａ等 通过英力士扫描仪扫描石膏模型获得数字模型，再用３Ｄ打印机制作出３Ｄ打印模型，通过选取几个点对比二者的精密度，最终得出结论：３Ｄ打印模型因为其快速、精确及价格优势可以取代传统的石膏模型。在临床中，通过光学获取数字模型，配合相关软件进行数字模型分析，不仅解决传统取模方式给患者带来的不适，也可根据需要打印模型，方便数据存储与调用。 当前，无托槽隐形矫治技术处于快速发展阶段，３Ｄ打印技术在其中也扮演重要的角色。它的核心技术包括以下三部份：

首先，三维重建出牙颌数字模型；
然后，利用计算机辅助诊断及设计，模拟牙齿移动，确定方案后利用３Ｄ打印技术打印出模拟后的牙颌模型；
最后，利用热压膜成型技术制作出隐形矫治器。随着３Ｄ打印技术的成熟，能制作出更精确的牙颌模型，同时降低生产成本，对隐形矫治技术的推广，具有明显促进作用。

３ 展 望
目前支持３Ｄ打印的材料还比较有限，主要是液态树脂、蜡、金属粉末等，但我们可以展望，在口腔数字化的大趋势下，口腔三维成像技术、３Ｄ打印的组织工程支架、冠桥、个性化托槽等进一步的研究，不仅给我们观念带来革命，同时对于口腔临床也会带来颠覆性的发展。

编辑：南极熊
作者：孙 成，于金华 （南京医科大学口腔医学研究所）