3D打印技术在口腔临床医学中的诊断及应用研究

凡亚强，张 艳，李美华*

(1.吉林大学第二医院 口腔科，吉林 长春130041；2.吉林大学中日联谊医院 口腔科,吉林 长春130033)

“数字化医学”的提出与发展使临床医学技术发生革命化变化，3D打印技术作为数字化医学的重要组成部分已被临床医生广为应用和研究。同时，3D打印在口腔修复及口腔颌面部外科等方面的应用目前也已成为口腔临床医生研究的热点。本文将对3D打印技术在口腔修复及颌面外科中的应用情况进行综述。

3D打印(three-dimensional printing)又称三维打印或增材制造，是指以数字信息为基础，通过分层叠加制造的方式，创建三维立体模型的一系列新型数字化成形技术[1]，因其快速,便捷,实用性强等特点,逐渐被运用于军事，航空航天，建筑等行业[2]。其首次被应用于医学领域可追溯至20世纪90年代，医生通过3D打印技术将颅骨的CT扫描数据转化为实物模型[3]。在口腔医学领域，3D打印技术制作的个性化外科导板，个性化修复体，人工颞下颌关节等目前已逐渐运用于临床，并展现了良好的效果。

1 3D打印个性化外科导板

1.1 3D打印个性化外科导板在种植修复中的应用现状

3D打印个性化外科导板是辅助种植医生将术前设计的虚拟手术方案转移到种植区域的重要装置，其目前广泛应用在无牙颌种植，微创种植等口腔种植领域。

1.1.13D打印导板在无牙颌种植中的应用 随着种植技术的不断进步，种植修复已逐渐成为无牙颌患者的首选修复方式，而3D打印种植导板的应用为种植体的精确植入及即刻负载奠定了条件。Vieira[4]等曾在3D打印导板的辅助下对14名无牙颌患者进行了62颗种植体的植入，术中无重要解剖结构的损伤且种植体就位准确，术后达到了较理想的种植修复效果。耿威等[5]运用3D打印种植外科导板，并联合Pick-up技术对无牙颌患者进行了种植体的即刻负载修复，取得了良好效果。与传统无牙颌种植相比，3D打印种植导板的使用使手术操作过程更加简化，同时缩短了修复治疗周期，避免了长期缺牙给患者带来的痛苦。

1.1.23D打印导板在微创种植外科中的应用 随着微创种植理念及精准医疗概念的提出，3D打印制作的个性化种植导板受到越来越多的种植医生的关注。借助3D打印外科导板，医生可以进行不翻瓣种植手术，实现微创种植。Van[6]等利用3D打印种植导板对8名牙列缺损患者进行不翻瓣种植手术，与术前计划相比：种植体平均角度偏差为2.7°，尖端平均线性偏差为1.0 mm，满足临床要求。Ganz[7,8]把影像学数据与3D打印技术相结合，将3D打印颌骨模型，软组织模型及种植导板应用于微创种植术前模拟中，方便了术前沟通，简化了手术过程，减少了手术损伤，取得了良好的效果。

1.2 3D打印个性化外科导板的应用效果评价

虽然3D打印外科导板给种植操作带来了很多便利，但在一些病例中，特别是微创种植病例中的导板定位精度仍有待进一步提高。Di等[9]曾在导板辅助下实施微创种植并进行30个月的随访，发现植体偏移较大，临床效果欠佳。而在临床工作中，我们也曾发现在微创种植手术时发生骨板穿孔的问题，因此，微创种植手术不能仅依靠3D打印导板及数字化设计，还需要医生对术中的实际情况进行评估，根据不同的情况，做出相应的应急对策。另外，因运用打印导板而导致治疗费用的增高及X线投照次数的增加可能成为此装置临床推广的主要障碍。

2 各类3D打印修复体

2.1 暂时修复体

暂时修复体对于患者咬合功能恢复，美观保持，牙周软组织改建具有重要意义[10]。在传统的口腔诊疗中，暂时修复体常由医师手工制作，虽成本较低，但质量与医师临床经验相关性较大。自3D打印技术应用于口腔治疗后，不断有学者尝试利用此技术进行暂时修复体的制作，并评估其适合性及边缘特点。Lee等[11]对CAD/CAM切削，手工法，3D打印法各完成的40颗暂时冠对比发现：三种方法在冠边缘适合性方面无明显差别，但3D打印组的内部适合性最好。Alharbi等[12]通过设计刃状，凹槽状，肩台，带斜坡肩台四种修复体边缘形式，并对3D打印及数控切削制作的各20个暂时修复体进行比较，亦发现打印组的四类边缘设计的修复体平均预留间隙较理想。

2.2 永久性修复体

2.2.1固定修复体 对于金属冠，既可以利用3D打印技术直接制作，也可以通过打印铸造蜡型进行辅助铸造，而对于制作出的金属冠，学者常对其适合性及机械性能进行评估。在冠的适合性上，有研究[13]通过四点分析法(咬合面，轴面，边缘间隙，边缘差异点)对比通过数控切削，失蜡铸造，3D打印三种方法所制蜡型翻制的金属冠，打印组咬合面和边缘间隙较另两组差。在冠的机械性能方面，Nils等学者[14]将3D打印技术制作的12个金属单冠与失蜡铸造，CAD/CAM切削制作的金属单冠对比，发现三者的抗拉力测试强度相同，均符合临床应用要求。在烤瓷冠桥方面，有研究发现，运用3D打印方法制作的钴铬合金烤瓷内冠其边缘密合性与传统铸造工艺相似[15]，金-瓷结合结合能力与传统工艺相当[16]。陈克南等[17]运用三点弯曲测试法对3D打印纯钛冠与失蜡铸造纯钛冠的金-瓷结合结合力进行对比亦发现，3D打印纯钛与Noritake Ti22瓷粉的金瓷结合强度35.19(±2.77)MPa与铸造纯钛36.73(±1.40)MPa无明显差别(P>0.05)。但也有学者认为[18]，三单位3D打印钴铬烤瓷基底冠边缘适合性较失蜡铸造法差，无法满足临床要求。在全瓷冠方面，3D打印全瓷冠制造工艺较切削工艺能够节省大量原材料，但由于其技术敏感性高，修复体的体积收缩较大，内部微裂[19]等原因，应用于临床的3D打印全瓷冠还比较少见。

2.2.2活动修复体 对于可摘局部义齿支架，既可通过3D打印工艺直接制作，也可通过打印树脂铸件辅助铸造。有学者发现树脂铸件与传统蜡型铸件相比，前者制作出的支架表面光洁度，强度，硬度，与工作模型的适合性均较优[20]。也有学者利用3D打印技术直接制作可摘局部义齿的钴铬合金支架，随访显示患者对其临床效果较为满意[21]。在全口义齿方面，目前常使用打印铸件进行辅助制作。Deng[22]采用3D打印工艺进行下颌全口义齿聚乳酸蜡型的打印，并分析其精度及组织面适合性，发现打印组可满足临床使用需要。Chen[23]等亦通过对3D打印全口义齿蜡型的测量分析认为：打印蜡型与传统蜡型无明显差别，均符合临床应用要求。

2.3 3D打印修复体的应用效果评价

3D打印制作的多类修复体已基本满足临床应用需要，但多单位桥体及全瓷冠的制作工艺还有待更多更深入的研究。另外，应用成本较高可能成为3D打印修复体临床推广的主要障碍。所以，相关学者需加大对3D打印设备，设计软件及打印材料的国产化研发力度，不断降低其应用成本。

3 3D打印人工颞下颌关节

3.1 3D打印人工颞下颌关节的应用现状

颞下颌关节是颌面部唯一的可动关节，其解剖生理结构复杂，具有支持吞咽，咀嚼，言语等重要功能。对于颞下颌关节强直，关节不可复位性骨折，部分关节肿瘤等疾病，人工关节置换术是其重要的治疗方法之一。目前，较成熟的人工颞下颌关节多为切削生产，如美国TMJ Concepts/Techmedica、Biomet/Lorenz个性化人工颞下颌关节假体，虽临床效果良好但造价昂贵[24]。近年来不断有学者探索3D打印技术在人工关节制造中的应用，Deshmukh[25]将FDM法制作的个性化颞下颌关节置换入患者体内，在随访的两年时间内，人工关节显示了良好的功能作用。我国学者陈建宇等也曾利用3D打印技术制作个性化的纯钛髁突并进行力学分析，证实纯钛髁突的性能符合外科临床植人标准[26]。另外，上海九院于2015年对我国首个3D打印技术制作完成的国产个性化人工颞下颌关节实施成功置换，术后患者恢复了正常开口度及口腔功能[27]。

3.2 3D打印人工颞下颌关节的应用效果评价

3D打印个性化颞下颌关节不仅临床适用性较好，而且便于医生在设计环节划定组织切除范围，使手术时间缩短并且减少不必要的损伤。虽然国产人工打印关节应用例数仍较少，病例随访年限较短，但相信随着3D打印技术的不断发展，国产化颞下颌关节会越来越好。

[1]Derby B.Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J].Science.2012,338(6109):921.

[2]李小丽,马剑雄,李 萍,等.3D 打印技术及应用趋势[J].自动化仪表,2014,35(1):1.

[3]Mankovich NJ，Cheesem an AM，Stoker NG．The display of three- dimensional anatomy with stereolithographic models[J].J Digit Imaging，1990，3(3):200.

[4]Vieira DM,Sotto-Maior BS,Barros CA,et al,Francischone CE.Clinical accuracy of flapless computer-guided surgery for implant placement in edentulous arches[J].Int J Oral Maxillofac Implants.2013,28(5):47.

[5]耿 威.数字化外科导板在口腔种植修复中的临床应用 [D].吉林：吉林大学，2015.

[6]Van Assche N,van Steenberghe D,Quirynen M,et al.Accuracy assessment of computer-assisted flapless implant placement in partial edentulism[J].J ClinPeriodontol.2010,37(4):398.

[7]Ganz SD.Cone beam computed tomography-assisted treatment planning concepts[J].Dent Clin North Am.2011,55(3):515.

[8](意)Marco Rinaldi,(美)Scott D.Ganz著.计算机引导技术在牙种植，骨移植及修复重建中的应用[M].邵现红等译.北京：化学工业出版社，2016.

[9]Di Giacomo GA,da Silva JV,da Silva AM,et al.Accuracy and complications of computer-designed selective laser sintering surgical guides for flapless dental implant placement and immediate definitive prosthesis installation[J].J Periodontol.2012,83(4):410.

[10]Burns DR,Beck DA,Nelson SK.A review of selected dental literature on contemporary provisional fixed prosthodontic treatment:report of the committee on research in fixed prosthodontics of the academy of fixed prosthodontics[J].J Prosthet Dent,2003,90(5):474.

[11]Lee WS,Lee DH,Lee KB.Evaluation of internal fit of interim crown fabricated with CAD/CAM milling and 3D printing system[J].The Journal of Advanced Prosthodontics,2017,9(4):265.

[12]Alharbi N,Alharbi S,Cuijpers VMJI,et al.Three-dimensional evaluation of marginal and internal fit of 3D-printed interim restorations fabricated on different finish linedesigns[J].J Prosthodont Res，2017,09：2.

[13]Fathi HM,Al-Masoody AH,EI-Ghezawi N，et al.The Accuracy of Fit of Crowns Made From Wax Patterns Produced Conventionally (Hand Formed) and Via CAD/CAM Technology[J].Eur J ProsthodontRestor Dent.2016,24(1):10.

[14]Lovgren N,Roxner R,Klemendz S,et al.Effect of production method on surface roughness,marginal and internal fit,and retention of cobalt-chromium single crowns[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2017,118(1):95.

[15]Zhuoli Huang,Lu Zhang,Jingwei Zhu,et al.Clinical marginal and internal fit of metal ceramic crowns fabricated with a selective laser melting technology[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2015,113(6):623.

[16]刘 洁,刘 洋,孙 荣,等.选区激光溶化钴铬合金-瓷结合强度初探[J].中华口腔医学杂志,2013,48(3):170.

[17]陈克南.SLM 3D打印纯钛冠金瓷结合与适合性的基础与临床研究[D].西安：第四军医大学，2016.

[18]Nesse H，ulstein DM，Vaage MM，et al．Intemal and marginal fit of cobalt-chromium fixed dental prostheses fabricated with 3 different techniquees[J]．J Prosthet Dent，2015，114(5)：686.

[19]Shahzad K，Deckers J，Zhang ZY，et al．Additive manufacturing of zirconia parts by indirect selective laser sintering[J].J Eur Ceram Soc，2014，34(1)：81.

[20]Amal Ali Swelem,Ayman A,Abdelnobi MH,et al.Surface roughness and internal porosity of partial removable dental prosthesis frameworks fabricated from conventional wax and light-polymerized patterns:A comparative study[J].The Journal of Prosthetic Dentistry,2014,111(4),335.

[21]williams RJ，Bibb R，Eggbeer D，et al．Use of CAD/CAM technology to fabricate a removable partial denture framework [J]．J Pmsthet Dent，2006，96(2)：96.

[22]Deng KH,Wang Y,Chen H,et al.Quantitative evaluation of printing accuracy and tissue surface adaptation of mandibular complete denture polylactic acid pattern fabricated by fused deposition modeling technology [J].Zhonghua Kou Qiang Yi XueZaZhi.2017,52(6):342.

[23]Chen H,Wang H,Lv P,et al.Quantitative Evaluation of Tissue Surface Adaption of CAD-Designed and 3D Printed Wax Pattern of Maxillary Complete Denture[J].Biomed Res Int.2015,2015:1.

[24]Wolford LM,Pitta MC，Franco PF,et al.TMJ Concepts/Techmedica custom-made TMJ total joint prosthesis:5-year follow-up study [J].Int J Oral Maxillofac Surg.2003,32(3):268.

[25]Deshmukh TR,Kuthe AM,Chaware SM,et al.A novel rapid prototyping and finite element method-based development of the patient-specific temporomandibular joint implant[J].Comput Methods Biomech Biomed Engin,2012,15(4):363.

[26]Chen J,Luo C,Zhang C,et al.Design and fabrication of the custom-made titanium condyle by selective laser melting technology [J].Chinese Journal of Stomatology.2014,49(10):625.

[27]郑吉驷，张善勇.国产3D 打印个性化全颞下颌关节的临床初步应用[N].上海交通大学学报：医学版，2016,36(9):1287.