口腔3D 打印模型与传统石膏模型精确性对比研究

冯全胜 马 笮 徐文秀 杨 璐

随着社会的日益发展，各种工作逐渐进入数字化已成为必然趋势，医院的各项工作也逐渐数字化。3D 打印技术是快速成型技术(rapid prototy-ping，RP)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［1］。3D 打印是通过使用三维数据来制造实体模型的一种方法，属于快速成型技术［2］。三维重建数据的采集是制作3D 模型的重要一步，现在临床上常用的采集方式主要有软件设计、光学扫描、机械式扫描和放射学扫描四种方式［3，4］。3D 打印技术应用广泛，例如2012年时比利时Hasselt 大学生物医学研究所使用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1 天就恢复语言和吞咽功能。在国内，曹川利用计算机软件重建并制造充填模型，最后再按照充填模型进行雕刻制作出植入体，成功矫正并治疗了下颌骨的不对称畸形。笔者为明确口腔3D 打印模型与传统石膏模型的精确性差别，进行了如下研究。

1.材料与方法

1.1 材料 选择2013 年4 月至2014 年3 月在本医院口腔科完成常规正畸治疗后的石膏模型40 副。纳入标准为:①模型清晰完整;②第二磨牙纳入矫治。将这40 副模型随机分为两组，每组20 副模型，A 组采取3D 打印模型来制作模型，B组采取传统石膏模型来制作模型，比较两组模型的精确性。而且两组模型的一般资料比较差异无统计学意义(P ＞0.05)，具有可比性。

1.2 方法 对两组模型要求如下:①不允许有乳牙滞留;②不允许有牙齿畸形或牙列缺损;③不允许有牙冠龋损未充填或充填不良;④不允许有牙冠有修复体。采用三维激光扫描仪3Shape D810(3Shape，丹麦)对石膏模型进行一系列数字扫描(扫描精度为100%)，形成数字化模型，应用于三维数字模型测量;石膏模型经修整后制作成标准模型，用于传统石膏模型测量。测量项目包括7 项，即牙齿排列、边缘嵴、颊舌向倾斜、咬合接触、咬合关系、覆盖和邻接关系，并根据测量结果计算每项标准的得分及总得分。所有测量均由本院口腔科的同一名医生来完成，具体方法为先进行数字模型测量，3 周后进行重复测量1 次，数字测量结束3 周后进行石膏模型测量，同样于3 周后重复测量1 次。用Wilcoxon 法检验和比较两种方法的可精确性，并比较两种方法的测量结果。

2.结果

3D 打印模型与石膏模型两次测量差值评分的比较详见表1，其中在牙齿排列、颊舌向倾斜、总分比较，差异具有统计学意义(P ＜0.05)。3D 打印模型与石膏模型两次测量评分结果均值的比较详见表2，在牙齿排列、咬合接触、覆盖、总分上比较差异具有统计学意义(P ＜0.05)。

表1 3D 打印模型与石膏模型两次测量差值评分的比较(分，x)

表2 3D 打印模型与石膏模型两次测量评分结果均值的比较(分，x)

3.讨论

3D 打印技术在医学领域的首次应用是在1990 年，当时该发明者采用3D 打印技术把CT 扫描获取的颅骨解剖数据成功复制出颅骨解剖模型。经过20 多年的发展，现已在口腔种植［5］、神经外科［6］、骨科、颌面部赝复体的制造等手术中广泛应用。在口腔医学领域，3D 打印技术因为其独有的优势逐渐被应用于各个专业，3D 打印技术逐渐普及在口腔医学的颌面外科、修复科、口腔内科及正畸科。

本研究结果显示，对两种方法可重复性的比较发现，三维数字模型测量在牙齿排列(Z=-3.158，P=0.002)、颊舌向倾斜(Z=-2.555，P=0.011)和咬合接触(Z=-3.150，P=0.002)三项标准的测量差值评分及总得分(Z=-2.217，P=0.027)的差值小于传统石膏模型测量;比较两种方法的测量结果发现，三维数字模型测量在牙齿排列(Z=-3.105，P=0.002)、咬合接触(Z=-2.415，P=0.016)、覆盖(Z=-2.818，P=0.005)三项标准的测量评分结果均值比较和总得分(Z=-4.149，P=0.001)高于传统石膏模型测量。在牙齿排列的测量方面，传统石膏模型测量难度较大，特别是相邻牙的接触点同时偏离正常位置时，就更加难于准确测量其偏离的距离;而3D 打印模型测量在弓形的辅助下，不但可以更加直观清楚地发现异常排列的牙齿，而且可以准确地测量出它偏离正常位置的距离。对于颊舌向倾斜的测量，传统石膏模型测量主要通过两侧同名牙尖确定的平面来作为参考平面，该平面易随着观测角度的不同而发生变化，而且由于测量的牙尖与作为参考平面的牙尖并不在同一直线上，所以测量结果可能会受到不同程度的影响;而3D 打印模型测量以平面作为参考平面，并通过点面距离的变化来准确定位牙尖，因而具有更高的精确性。对于咬合接触的测量，传统石膏模型测量易受到牙尖交错的影响和视觉角度局限的影响，很难获得精准的测量结果;而3D 打印模型测量采则用咬合分析系统进行咬合记录，充分地利用了三维咬合记录高准确性和精确性的特点［7～9］。

使用传统石膏模型在临床工作中存在一系列的难题，包括存储的负担、损坏和断裂的危险、沉重的重量等问题，与此同时也不方便与同行专业人士和患者进行沟通交流。3D 打印模型的出现大大地解决了这些难题，与传统石膏模型相比，3D 打印模型的数据测量具有很高的精确性。在如今临床工作中3D 打印模型因其快速、精确及价格优势使用率已超出传统的石膏模型。在临床工作中，通过获取数字模型，并配合相关软件进行数字模型分析，不仅解决了传统石膏模型方式给患者带来的不便，也可根据需要打印模型，方便数据的存储与使用。

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4 Ma L，Xu T，Lin J.Validation of a three-dimensional facial scan-ning system based on structured light techniques［J］.ComputMethodsPrograms Biomed，2009，94(3):290-298.

5 Rosenfeld AL，Mandelaris GA，Tardieu PB.Prosthetically directedimplant placement using computer software to ensure precise place-ment and predictable prosthetic outcomes.Part 3:stereolithographicdrilling guides that do not require bone exposure and the immediatedelivery of teeth［J］.Int J Periodontics Restorative Dent，2012，26 (5):493-499.

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7 赵一姣，王勇，吕培军.一种基于数字化牙颌模型的三维咬合分析方法［J］.北京大学学报(医学版)，2008，40(1):109-111.

8 Abizadeh N，Moles DR，O’Neill J，et al.Digital versus plasterstudy models:how accurate and reproducible are they?［J］.JOrthod，2012，39(3):151-159.

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