3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的应用*

王懿陈鹏冯晋姚洪祥柴荔媛李晶李颖超史志芸曹均凯

3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的应用*

王懿陈鹏冯晋姚洪祥柴荔媛李晶李颖超史志芸曹均凯

目的：对3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的应用进行初步探索。方法：牙体牙髓病学是一门重要的口腔医学课程，学习者要通过大量的人体离体牙标本掌握正常人体髓腔和根管的组织结构、病变组织的结构特征和变化，以便为学习临床课程，服务于患者打下坚实的基础。但人体离体牙受传统观念等客观因素的影响数量少，加上医学形态学标本的陈旧等问题，影响了医学形态学的教学质量。引导学生对牙片、CBCT以及3D打印进行对比观察；结合实际病例对3D打印讲解;参观治疗过程。结果：学生在短时间内了解并掌握了治疗方案及治疗技巧。结论：3D打印辅助教学模式引入牙体牙髓病教学实践，提高牙体牙髓病的教学质量及解决临床实际问题的能力。3D打印对口腔牙体牙髓病学教学是一种有效教学方式，值得口腔科教师使用并推广。

3D打印；医学形态学；教学方法；人才培养

口腔医生需要掌握的全科专科理论和临床实践知识很多，合格的牙体牙髓专科医生需要更长的培养时间，如何在更短的时间内培养出优秀的牙体牙髓科医生，是教学医院的临床指导教师需要认真思考的问题。

1.3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的应用

引导学生对牙片、CBCT以及3D打印实体进行对比观察；结合实际病例对3D打印讲解;参观治疗过程。

1.1 难度递进授课美国牙髓病学会(AAE)建立了包括17个项目的牙髓治疗难度评估系统，按照普通难度、中等难度、高度难度3D标本递进培训等不同培训要求的专科生、本科生、硕士研究生、博士研究生、实习生、轮转生、进修生、规培生、初级医生、中级医生教学。划分普通难度、中等难度、高度难度3D打印技术实物模型难度递进授课。

1.2 难度相同考核3D打印技术辅助下按照相同的难度考核同时参加的考生的理论和实践知识，实现专科技能考核、临床教学质量评价的规范化和标准化。解决了以往根管培训学员只能有什么离体牙用什么牙，无法真正体会复制根管操作的问题。老师，学员均使用统一的3D打印仿真牙齿操作，培训做到了真正的标准化规范化、现代根管治疗。

2.3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的实施效果

学生在短时间内了解并掌握了治疗方案及治疗技巧，并普遍反映教学效果良好。以往难以掌握的知识点，通过该教学方法能熟很快识并加以应用，提高了教学效率和效果。

3.3D打印技术在口腔牙体牙髓病学教学中的特点

既往多媒体教学只能看图，不能触摸；X线片和CT需要学生具有良好的空间想象能力；3D打印快捷复制教学标本，提高形态学标本数量，让学生直观学习。等比、高精度、无差异化3D打印医学形态学标本，能缓解不断增长的教学需求和标本老化破损不足的矛盾，对提高医学形态学教学质量将起到重要作用。

3D打印个体化病例库：因为个体差异，每个病例都是一本复杂的医学教科书。3D打印技术给医学生和培训医师展示不同的教学病例资料，在短时间内更有效率地接触大量不同种类的病例，并为少见病例(牙中牙牙髓治疗)提供操作训练。

3D打印技术和相应的3D扫描技术可以对现有的离体牙标本数字化管理。

将浸泡在福尔马林中的大体病理标本转化为触手可及的实物标本，改善教学环境，减少接触福尔马林的机会。同时对病理解剖的展示更为立体生动，实现资源共享[1]。不受地域、时间限制的教学模式，更加丰富教学资源。

3D打印具有可放大的优点。设想把髓石、根尖孔等微小结构仿生材料等比放大，方便学习，直观观察。

4.讨论

4.1 牙体牙髓教学现状

4.1.1 目前教学教具情况，来源和制作及应用

目前口腔教学承担着繁重的实践教学任务，包括每学年硕士研究生、博士研究生、博士后、实习生、轮转生、进修生、规培生、继续教育班学员的临床教学。操作课提供给学生的离体牙其牙位、牙长度、根管弯曲度、钙化程度、根管数目、根尖孔直径、根尖周病损大小和根管弯曲程度等难度系数很难统一。受传统观念等客观因素的影响，人体离体牙数量少，教学标本稀缺，在一定程度上制约了口腔实践教学的发展，影响了教学效果。因此，急需有效办法以解决标本数量减少与保障教学效果之间的矛盾。

4.1.2 操作用教具要求和目前教具制作问题

规范牙体牙髓治疗技术标准、专科技能考核、临床教学质量评价，越来越受到各国牙髓病学专家极大的重视。1999年，美国牙髓病学会(AAE)建立了包括17个项目的牙体牙髓治疗难度评估系统，目的便于筛选病人，方便学生教学。在危险因素难度分级评分和最终难度系数的判定上，直观、简单、可操作性和适用性强。17个项目之一患牙诊断和治疗因素中牙位、牙冠形态、根管和牙根形态非常重要。根管弯曲因素包含：弯曲方向、弯曲角度、弯曲半径、弯曲长度以及弯曲的根管数目。

而老年人的离体牙多为口腔外科门诊收集的残根残冠，客观因素导致标本参次不齐。为保证现有条件下的教学质量，课前需要大量的时间去挑选离体牙，费时费力。不断增多的学生人数和标本缺乏的现实，使学生学习掌握疑难牙体牙髓治疗的困难增加，严重影响了教与学的效果。

4.2 3D打印制作口腔医学教具

4.2.1 3D打印技术在医学领域应用的现状

出现在20世纪90年代中期的3D打印，又称增材制造(Additive Manufacturing，AM)，属于快速成型(Rapid Prototyping，RP)技术的一种，通过计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)软件或逆向工程重建三维设计模型，对模型分层设计，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，逐层打印，在3D打印机上“打印”叠加，最终整体成形[2]。

3D打印机与普通打印机原理基本相同材料不同。3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等材料，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置，最终把计算机上的蓝图变成实物。加工速度快、产品生产成本低、生产周期短、加工精密度高。从诞生到现在，已应用在教育、建筑、工程、施工、汽车、国防和医学等领域。

如今在0.01mm单层厚度上实现600dpi精细分辨率的3D打印技术,在整形、组织工程、医学设备以及医学模型制造领域显现出强劲优势。目前在医学领域主要包括选择性激光烧结技术(SLA)、选区激光融化技术(SLM)、熔融沉积制造(FDM)、三维喷印(3DP)和直接携带细胞的生物打印[3]等。

4.2.2 应用3D打印制作口腔医学教具情况

颌面外科、种植、修复、正畸开展了3D打印技术临床应用，颌面外科和种植已将3D打印技术应用于教学领域。

①3D打印技术在口腔颌面外科教学领域的应用：3D打印技术在颌面外科手术训练[4-6]、颌面-头颈肿瘤外科教学应用潜力巨大[7]，为手术教学模式带来了颠覆性革新[8-10]。

术前应用3D打印形态学模型术前讨论、手术方案制订、向患者及家属充分解释手术程序，比传统二维图片手术示教直观地显示口腔颌面外科复杂的解剖结构。在咬合功能保留的基础上，人们对美学的要求越来越高。2004年Lo等[11]3D打印人体结构和假体进行颌面外伤重建术前演练，同时打印出假体，术后面部轮廓重建的对称性和美感均达到了预期的目标。2004年Suzuki等[12]CT扫描颞骨，CAD方式转化数据，3D打印SLS技术制作人类颞骨模型练习解剖和手术。

术中提高手术精确度：个性化骨板缺乏主要原因是成本高和制造过程繁琐。3D打印技术快速成型，显著降低成本和制作时间，为个性化骨板缺乏这一全球性的问题提供了有效的解决方案。2002年Ciocca等激光烧结金属钛粉制作多孔个性化骨板修复下颌骨缺损，避免了术中修改调整，减少了术后松动、断裂，最大程度恢复了下颌骨外形，减少了术中时间同时术后并发症[13]。3D打印技术将缓解康复医学界假体的需求缺口[14]。

②3D打印技术在口腔颌面外科临床领域的应用：2007年Paeng等[15]利用3D打印技术修补颌骨缺损。2010年Cao等[16]3D打印骨块与骨缺损需要修复的面部完美匹配，术后面部整体上对称，患者对治疗结果满意。在3D打印帮助下，外科医师们完成了看似不可能完成的任务。功能解剖的复杂性决定了手术精细程度要求极高，2013年Bullock等[17]完成了一例侵犯了颞骨、蝶骨大小翼、眼眶的脑膜瘤手术，完好地保留了患者的视功能。2013年Rohner等[18]完成一例肿瘤合并放疗损伤且有多次手术史的颌面部重建手术，3D打印对皮瓣移植和骨板接合有重要的指导意义。国内学者3D打印颌面缺损修复体、个性化手术导板、手术固定装置等。3D打印修复上颌骨、下颌骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等颌面部缺损，促进了硬组织外科植入术的设计和制造；3D打印个性化导板进行颧骨骨折错位愈合手术定位；3D打印钛板固定颌面部创伤赝复体等[19]。CT扫描颌面部骨折或外伤的患者，扫描的数据存储为DICOM格式，导入Mimics软件，利用分割及重建功能，设计三维解剖模型。将设计好的三维数据导入3D打印处理软件中设计，利用3D打印设备制作人体骨骼部件成品[20]。

③3D打印技术在口腔种植教学领域的应用：3D打印制作形状不规则、尺寸不同、表面粗糙度不同的种植体。

CT扫描患者；三维重建骨骼、神经、血管等组织；根据骨骼及神经条件，设计种植的位置；模拟测量种植体与下齿槽神经的间距，留出安全距离；模拟种植体在牙槽骨的位置，生产种植导板的三维设计数据；3D打印个性化种植导板确定种植体尺寸、位置、角度，简便精准[21-22]。

④3D打印技术在口腔修复临床领域的应用：传统义齿修复制作周期长、精度难保证、返修率高。以切削为主的计算机辅助设计与制造(CAD/ CAM)浪费材料、制作的修复体种类单一、不能批量生产。3D打印技术可以基于CAD数据，进行增材制作，CAM过程打印不同的修复体，同时加工多个冠[23]。降低了修复成本，缩短了制作周期[24]。

⑤3D打印技术在口腔正畸临床领域的应用：3D打印个性化舌侧托槽：锥束CT和牙颌模型扫描仪获得数据，CAD软件设计个性化舌侧托槽，与牙齿舌侧面精密吻合的舌侧托槽通过转换托盘粘接在预先设计的位置上[25]，消除传统舌侧托槽依赖粘接剂厚度补偿的弊端[26]。Liu等[27]3D打印生物力学特性与人体口腔相似的口腔模型，较准确地预测了牙齿矫正力度，获得了较理想的牙齿矫正效果。

4.2.3 牙体牙髓教具制作对3D打印的要求

3D打印精度高、原材料利用率高、成本低、可触化、能够满足口腔复杂的个性化要求，并快速制作出成品。钛和钛合金无毒、质轻、强度高、生物相容性优良，成为口腔颌面修复、牙体修复、种植体制造理想医用金属材料[28]。

4.2.4 对于牙体牙髓教具制作3D技术、材料等方面目前的不足3D打印技术在医学领域凸显了无可比拟的优势。但临床应用尚处于初级阶段，需要不断地完善。发展过程中面临的诸多问题还有待研究和解决。

①原材料有限：医用材料对原材料的种类、理化特性、组织相容性、成型过程中材料变化有严格的控制，复制品标本难达到与真实形态学标本的触感无差异。寻找更多的适合医用的3D打印原材料是一项艰巨的任务[29]。

②费用较高：规模生产设计完成的三维模型需要花费大量财力。

③缺乏专业技术人才：CT或MRI采集的数据不包含颜色数据；需要专业人员数据转换和操作大型3D打印机，普通临床医生大都不具备这种专业技能。

④无法制作复杂模型：目前3D打印器官比较微型和相对简单，不具备血管、神经、淋巴、肌肉系统，只能通过主血管的扩散获得营养，如果打印厚度超过150-200mm，会因距离过远无法实现与血管之间的气体交换。3D打印多细胞结构和脉管系统器官尚未实现[30-31]。

5.结语

随着科技的创新和进步，这些问题将一一化解。随着3D打印技术的进步，数字化牙体牙髓教学平台是今后口腔医学技术探索及发展将成为最有前景的领域之一。

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Prospects of 3D printing technology applied in operative dentistry and endodontics teaching

WANG Yi,CHEN Peng,FENG Jin,YAO Hong-xiang,CHAI Li-yuan,LI Jing,LI Ying-chao,SHI Zhi-yun,CAO Jun-kai (Department of stomotology,General Hospital of the PLA,Beijing 100853,China)

Objective:To make a preliminary exploration of 3D printing technology applied in operative dentistry and endodontics teaching.Methods:Operative dentistry and endodontics is an important stomatology curriculum Students should gain understanding of the structure of normal human tooth in vitro as well as structural characteristics and changes in pathological conditions by studying many human pulp cavity and root canal specimens so that they can lay solid foundation for future studying of clinical courses and serving patients better.However,human tooth in vitro is practiced less and less due to the influence of the traditional concept.The quality of medical morphology teaching is also affected by the old medical teaching methods.We instructed the students to observe X-ray,CBCT and 3D printing entities,explaianed 3D printing entities with actual cases,and then demonstrated the operation proceduces.Results:In a short period of time,the students understood and mastered the treatment strategies and techniques.Conclusion:3D printing technique introduced into teaching of operative dentistry and endodontics improve the teaching quality and.the ability to solve practical problems.3D is an effective teaching method in operative dentistry and endodontics teaching clinical teaching;thus it is worth stomatology teachers using and population.

3D printing;operative dentistry and endodontic;teaching methods;cultivation of talents

R781

A

1672-2973(2017)04-0243-05

2017-03-19)

北京市科技新星培养计划(项目编号：xxjh2015105)

王懿解放军总医院口腔科副主任医师北京100853

陈鹏解放军总医院口腔科副主任医师北京100853

冯晋解放军总医院口腔科主治医师北京100853

姚洪祥解放军总医院南楼放射诊断科副主任医师北京100853柴荔媛解放军总医院口腔科护师北京100853

李晶解放军总医院口腔科护士北京100853

李颖超解放军总医院口腔科副主任医师北京100853

史志芸解放军总医院口腔科硕士生北京100853

曹均凯通讯作者解放军总医院口腔科主任医师北京100853