3D打印技术在口腔科的应用

徐沈杰 吴燕岷 孙伟莲 陈莉丽

【摘要】3D 打印是近年来迅猛发展的一种新兴技术,在口腔科的应用越来越广，因此有必要进行系统分类和综合阐述。根据信息源采集、输出方式、打印材料三方面，分别对3D打印技术在口腔科应用进行分类。通过文献回顾发现，3D打印技术创新性地改变原有口腔科的医疗诊断模式，在精确手术、模型个性化制作、可替代材料等方面有着广泛的应用。未来的3D打印技术不仅从根本上改变了延续近百年的现代口腔科诊疗模式，也从深层影响了医疗领域的方方面面。

【关键词】3D打印 口腔科 应用

【中图分类号】R781.05 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949(2014)07-0518-02

引言

三维打印技术，最早由美国麻省理工学院Sachs等提出，依据“逐层打印，层层叠加”的概念，在计算机的控制下，根据物体的CAD模型或CT等数据，通过材料的堆积，快速而精确地制造具有特殊外型或复杂内部结构的物体。

3D打印作为一种通俗化名称，其实质是增材制造技术。美国材料与试验协会将增材制造技术定义为：基于3D模型数据，采用与减式制造技术相反的逐层叠加的方式生产物品的过程，通常通过电脑控制将材料逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为立体实物，是大批量制造模式向个性化制造模式发展的引领技术［1］。相对于传统大型的增材制造设备，3D打印概念着重体现了其设备的小型化、智能化及个人化特征。经过近20年的探索，3D打印技术已经有了长足进步，在打印材料、精度、速度等方面都有较大幅度的提高。目前已经能够在0．01 mm的单层厚度上实现600 dpi的精细分辨率。目前该技术可使用的材料种类非常丰富，以生物细胞为材料可打印出器官、骨骼；以沙子为材料可打印建筑；以玻璃为材料可打印玻璃制品；以金属为材料可打印机械零件等。下面主要介绍在口腔科的应用。

1应用根据信息源不同分类

1.1拍照式光学三维扫描：主要用于冠、桥、活动义齿的制作。其结构原理主要由光栅投影设备及两个工业级的CCD Camera所构成，由光栅投影在待测物上，并加以粗细变化及位移，配合CCD Camera将所撷取的数字影像透过计算机运算处理，即可得知石膏模型的实际3D外型。

1.2X线透射扫描（CT三维重建）：用于种植导板、头颅模型的制作和颌面外伤、骨折、腭裂的术前诊断。CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，每次扫描过程中由探测器接收穿过人体后的衰减X线信息，再由快速模/数(A/D)转换器将模拟量转换成数字量，然后输入电子计算机，经电子计算机高速计算，得出该层面各点的X线吸收系数值，用这些数据组成图像的矩阵。再经图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，这样该断面的解剖结构就可以清晰的显示在监视器上，主要是硬组织的表达。

2应用根据打印材料分类：

2.1热塑性塑料：一类应用最广的塑料，以热塑性树脂主要成分，并添加各种助剂而配制成塑料。在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形狀，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化。使用熔融沉积成型技术的3D 打印机通过将热塑性材料加热到半液体状态并沿计算机控制的路线进行挤压逐层构造零件。

2.2骨替代材料……

美国研究人员利用3D打印机开发骨骼打印技术，造出类似骨骼的材料。研究人员说，它可被用于骨科、牙科治疗或开发治疗骨质疏松症药物。华盛顿州立大学苏斯米塔?博斯带领研究小组，耗费4年时间开发类骨骼物质。他们发现，在生物陶瓷粉主要成分磷酸钙中添加硅和氧化锌可以使其强度提升一倍。磷酸钙生物陶瓷材料是整形外科领域一类重要的骨修复材料，可模拟人体自然骨结构，适宜细胞和骨组织的长入。

据英国《每日邮报》2月6日报道，世界上首例由3D打印技术制作的人工下颌骨移植手术细节日前公布［5］。移植手术于去年6月在荷兰进行，接受移植的病人是名患有骨髓炎的83岁女性。术后她的恢复状况良好，新的下颌骨并未影响她的语言表达和进食能力。

这项新的人造骨骼3D打印技术由比利时公司LayerWise和比利时哈瑟尔特大学的科研人员共同开发研制，而器官制作过程被称为“叠加制作法”。通过该方法，技术人员可根据移植患者的具体需求来设计骨骼部件的效果图，然后利用高精度的镭射枪来熔解钛粉，并将它们一层层地喷涂叠加起来，最终形成一个立体的人造骨骼部件成品。整个过程不需要任何的胶水或粘结剂。

3结论与展望

3D 打印的“部件”植入人体在国内外都已经有先例。北医三院骨科主任刘忠军的相关研究已进入临床观察阶段，为近 40 位患者植入了 3D 打印出的“骨骼”，用的也是钛合金材料。做一次 CT，回家等两天，牙医就会拿出一颗与你原来失去的牙一模一样的合金“3D 打印牙”，无需麻醉和手术，往牙床里一塞，种牙就完成了——3D 打印的科技浪潮已经进入口腔医学，也许在不久的将来取代现在复杂而昂贵的种牙技术。北大口腔医院主任医师唐志辉大夫已经把生物 3D 打印技术应用于补种牙等口腔修复，并进行到了动物实验阶段，2 至 3 年后有望被批准应用于人体。

随着3D打印的产品在材料、精度、方便易用性方面的不断成熟，未来的3D打印技术不仅从根本上改变了延续近百年的现代口腔科诊疗模式，也从深层影响了医疗领域的方方面面。

参考文献

［1］ 张楠，李飞.3D打印技术的发展与应用对未来产品设计的影响［J］．机械设计，2013，30(7)：97—99．

［2］吴菲菲，段国辉，黄鲁成.基于团队识别的3D打印技术发展前景分析［J］．情报杂志，2013，32(8)：62—67．

［3］马立敏,张余, 周烨, 周霞,夏虹,蓝国波.3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用［J］．中国数字医学，2013，8(8)：70—72．