3D打印技术制作修复科义齿的精准度的研究进展

崔雅楠 张亨国

安徽医科大学口腔医学院，安徽医科大学附属口腔医院1修复科，2种植科、安徽省口腔疾病研究重点实验室（合肥 230032）

在口腔修复领域，传统工艺制作口腔义齿的过程繁琐，易出现铸件变形、义齿边缘粗糙等质量问题，且加工周期长，影响义齿的最终修复效果［1］。3D打印技术，又称增材制造技术（additive manufacturing，AM），是基于计算机辅助设计（computeraided design，CAD）的数字模型，通过特定的自动过程逐层添加标准化材料，最终创建个性化3D对象的新型制造技术［2-3］，具有快速、高效、便捷、可重复和节约材料等优点。数字化3D打印技术改变了牙科的实践方式［4-5］，借助口内扫描仪、锥形束计算机断层扫描（cone beam computed tomography，CBCT）和CAD即可实现口腔义齿的椅旁制作和完成，逐渐取代部分传统义齿的制作技术，为临床医师提供了新思路及新方法。修复体的精准度包括固定修复体冠边缘及冠内部的适合性、活动义齿与口腔黏膜的贴合度及封闭性、种植义齿的植入位置及适合性［6］，对修复义齿的长期临床效果至关重要。3D打印修复体的精准度受到多种因素的影响，但尚未系统总结，本文就近年来国内外3D打印义齿的精准度的进展予以综述，为该技术更好地制作修复体提供参考。

1 3D打印制作义齿方法

3D打印技术制作义齿包含3个基本步骤：一是数字化扫描仪器（口内扫描仪或CBCT）进行数字模型的采集；二是相关CAD软件进行修复模型的设计及数据加工；三是3D打印及终处理［7］。

1.1 数字模型的采集口内扫描仪可记录口腔内表面的几何形貌，分为接触式及非接触式，临床多用非接触式。非接触式口扫按照扫描原理分为激光三维扫描、拍照式三维扫描［8］。常见的口内扫描仪有Shape Trios （3 Shape公司，丹麦 ）、iTero（Align Technology公司，美国）、Fusion Scanner（朗视仪器，中国）、Aoralscan（先临三维，中国）、i700（Medit公司，韩国）、CS3600（Carestream公司，美国）。无论使用何种口扫仪，遵循扫描策略可提高扫描精准度，即先扫描咬合面，然后颊面，最后舌面；推荐扫描单科牙、跨度短的牙弓［9］。此外，扫描系统的物理分辨率、传输数据的软件、扫描时间均可影响扫描精准度［10］。CBCT可记录口腔硬组织，国内外均已开发并使用了技术成熟的CBCT，如：德国西诺德和卡瓦、意大利NewTom公司、中国安科、郎视仪器公司，其扫描无盲区。主要用于种植义齿及活动义齿，因存在辐射，在制作固定义齿时无须也不推荐使用［11］。

1.2 修复模型的设计及数据加工CAD软件设计获取的数字模型，常用的软件有：3 shape公司的Dental systems、Exocad公司的Exocad Matera、Nemotec公司的NemoStudio，这些软件可以基本满足固定修复的要求［12］。打印前，需将设计的数据转化为3D打印设备可识别的文件格式，其中最普遍的为STL文件格式，STL分辨率越高，打印物体越能展现出更精细的细节，但需要的储存空间大、打印时间更长［13］。建议专业的口腔医师或技师充分了解CAD软件的特征后再设计操作，方可确保最终修复体的整体质量。

1.3 3D打印及终处理3D打印根据义齿单层创建及堆叠的原理不同，可分为6种类型：立体光固化成型（steriolithography，SLA/SL），数字光处理（digital light processing，DLP），选择性激光烧结（selective laser sintering，SLS），选择性激光熔化（selective laser melting，SLM），熔融沉积成形（fused deposition modeling，FDM），光聚合物喷射（photopolymer jetting，PPJ）。不同打印方式的总结比较见表1。

表1 不同3D打印优缺点、修复材料应用及精度调控方法Tab.1 Advantages and disadvantages，application and accuracy regulatory methods of various 3D printing technologies

2 3D打印制作各类修复义齿的精准度及影响因素

数字化3D打印技术在修复科的应用逐渐广泛，可制作冠桥及贴面或嵌体、可摘局部义齿金属支架、全口义齿蜡型及基托、种植导板及种植个性化托盘、树脂牙模型。深入研究各类义齿的精准度及影响因素有助于优化治疗的最终效果。

2.1 固定义齿及固定桥传统制取患者口内印模后，灌注石膏模型，用失蜡铸造法或切削法制作固定冠桥，精度易受到患者口腔情况及石膏模型等影响，而3D打印通过口内扫描直接采集基牙数据，精度受到材料、几何形状及打印构建的方向、层厚度参数的影响［9］。张杰等［22］用DLP技术打印树脂单冠，发现层厚度设置在100 μm时，冠的精密度更优越。陶瓷材料强度及美观性俱佳，临床上制作全瓷冠桥已普及，WANG等［23］研究了3D打印制作氧化锆陶瓷冠的外表面、组织面及边缘准确性，得出结论：SLA技术制作的全瓷单冠准确度均不低于切削制作的单冠，且符合临床的准确度要求，通过设置最小的表面递进参数、选择精度高的扫面头及提前校准软件进一步提高牙冠精准度。为了进一步探索不同3D打印方式制作冠桥的精准度是否不同，LI等［24］分析了两种SLA制作的氧化锆陶瓷牙冠的边缘和内部适合性，发现设计支柱支撑的氧化锆冠内部和边缘精度较低，仍需改进。而设计全支撑底座SLA的氧化锆冠因提供更好的支撑，移除后无残留，具有良好的三维外形和临床可接受的适应性。因此推荐设计全支撑底座SLA制备氧化锆全瓷冠。LÜCHTENBORG等［25］比较了SLA、DLP及PPJ法制作四单位氧化锆全瓷桥，发现SLA及PPJ制作的修复体精度误差＜ 100 μm，符合临床要求（＜ 120 μm），但精度尚低于传统减材技术，可能由于后处理时陶瓷产生微裂纹、变形，可缩短后处理的时间提高精度。树脂材料由于美学性能突出、弹性模量更接近牙本质、且对对牙损伤小，后牙咬合力较小的牙面及前牙可采用该材料进行修复。LIM等［26］在修复Ⅱ类洞时，采用3D打印技术（DLP）制作树脂嵌体，预先设计较大尺寸的样本来弥补树脂聚合收缩带来的误差，从而获得优异边缘适合度和精准度的嵌体。SAMPAIO等［27］研究了3D打印不同材料制作贴面和全冠的适应性，认为3D打印树脂贴面具有良好的内部适应性。因树脂材料的聚合收缩，不同树脂材料会影响临时冠的精确度，可选用聚合收缩小、产热及气泡少的树脂如多功能甲基丙烯酸酯构成的玻璃填料类材料。综上，目前3D打印技术临床上可制作龈上边缘的贴面、嵌体、单冠及固定桥，且显现出良好的临床效果。如何进一步实现临床标准化应用，改变传统的固定修复体制作模式，是需要解决的问题。

2.2 可摘局部义齿支架可摘局部义齿支架与口腔黏膜的贴合度，对于义齿的固位和稳定至关重要。3D打印可摘局部义齿支架已应用于临床，但由于口扫数据无法复制出软组织的可让性，3D打印尚未普及。义齿多用钴铬或纯钛类金属支架，其中SLM技术直接制作可摘局部义齿支架的研究日趋完善。WILLIAMS等［28］展示了用SLM技术直接制作支架修复两侧末端游离牙缺失的病例报告，支架适应性符合临床要求，直接制作金属支架由于避免包埋过程导致部件轻微移位变形，精度良好。同样，ALABDULLAH等［29］和GAO等［30］分别用SLM打印制作钴铬支架和钛支架，其边缘适合性良好。也有学者用3D打印技术先制作可熔融的树脂，再间接铸造成金属支架。ROKHSHAD等［31］发现传统取模铸造法和DLP打印树脂熔模法制作的钴铬合金支架均有临床可接受的短期边缘适合性，须进一步研究精度的长期稳定性。此外，建议使用的数据处理软件可对获取的数字模型进行观测分析、获取就位道及填倒凹处理，提前建立好可摘局部义齿各组件的数据库以便设计支架。TASAKA等［32］比较了3D打印树脂熔模法和SLS直接法制作的可摘局部义齿金属支架的精度，发现间接法制作的支架舌杆连接处精度较低，可通过打印后快速铸造避免金属形变，增加精度；而直接法制作的支架舌杆中心处观察到局部差异，须研究烧结条件如调整最适合的温度、压强及湿度来减小金属形变应力。3D打印树脂熔模法和SLS直接法制作的金属支架的精准度由于特定结构组件的不同而呈现差异。近年来越来越多的学者研究新型材料聚醚醚酮（poly-etheretherketone，PEEK）制作可摘局部义齿的理化性质，NEGM等［33］探讨直接和间接CAD/计算机辅助制造（computer-aided design manufacturing，CAM）技术制备上颌PEEK可摘局部义齿支架的贴合度，得出结论：直接铣削PEEK和间接增材制造（树脂印刷结合失蜡PEEK热压技术）在整体贴合度上有显著差异，但在临床可接受范围内。其中，直接技术制作的支架显示出更好的整体贴合度。综上，建议采用直接3D打印法制作可摘局部义齿支架，既可获得良好的精准度，又可节约制作时间及成本。但是注意在设计阶段和制作阶段均要考虑到减少材料的形变。

2.3 全口义齿对于全口义齿，义齿基托和黏膜的贴合性是义齿固位和长期修复成功的关键［34］。有研究［35］用标准无牙模型模拟患者上颌无牙，DLP打印上颌全口义齿基托，评估了构建方向与单层厚度对义齿基托精度的影响，结果表明沿45°和90°方向打印的义齿精度最高，层厚度为50 μm和100 μm仅改变打印时间，精度无统计学差异。另一研究［36］测试了3种方法制作全口义齿基托：注射制模、铣削及3D打印技术，比较模型与上颌全口义齿基托在第二前磨牙和第二磨牙跨腭中缝区域的匹配精度，得出结论：传统方法由于聚合收缩及内部应力具有更大形变，3D打印组平均偏差最低，其次是铣削和注射印模技术。WANG等［37］对3D打印全口义齿的准确度进行了综述，亦发现：3D打印义齿基托的精度（0.058 ～ 0.29 mm）与传统技术制作的义齿基托（0.105 ～ 0.30 mm）相似。因此，建议使用高精度口扫仪获取数据，美国AvaDent系统处理数据，调整打印过程中的光强、打印角度及方向、层数，选择稳定的支持结构，缩短后处理时间来获得较高精度的义齿。综上，3D打印制作全口义齿的临床应用和研究不多，因黏膜具有弹性，记录转移位关系复杂，口扫无法获取黏膜及咬合的动态数据，该技术有待突破，目前可在临床3D打印制作并试戴义齿支架后，制取功能性印模，灌制终模型，再3D打印终义齿，该方法可减少医技操作时间，研究前景广阔。

2.4 种植义齿种植义齿由于固位力强、舒适度高及不损伤邻牙特点逐渐成为牙列缺损患者修复的主流方式［38］。而自由手种植修复的精准度受限于医生的经验和操作，种植导板和3D打印个性化托盘应运而生。

新型导板结合CBCT、口内扫描和计算机辅助设计获得数字文件，通过3D打印得出，可精准定位，简化义齿修复过程，目前有资质的医院均可开展3D导板种植技术，且技术较为成熟。MEHRDAD等［39］推荐3D打印层厚度设置为50 μm，此条件下备洞位置、深度及方向最准确。YEUNG等［40］使用3D打印导板时，测量了不同种植体系植入位置及方向的精准度，指出：3D导板引导植入的植体位置及角度均满足临床要求，不同种植体系各有优劣，这可能与植体的形状、自攻性及表面处理方式有关，有待深入研究。SHI等［41］认为3D打印的牙支持式导板精度最高，无牙患者使用导板固定螺丝可获得更精准的植入位点、方向及深度，尽量减少导环与骨的距离可减少种植偏差，使用塑料导环精度更高。此外，引导方案（全程或半程导板）、种植体位置（上颌或下颌、前牙或后牙）、种植体大小、骨质量均可能影响导板精度，有待进一步研究。综上，3D打印技术用于缺牙少的种植手术已能取得较好的精准度，缺牙多或无牙时，精准度仍有待提高。

准确的无牙印模是保证种植修复体具有良好的支撑力、固位、稳定性、修复功能和保护口腔组织健康能力的基础［42］。精准稳定的托盘可以为压模材料提供均匀厚度和足够空间，3D打印个性化托盘由于可以很好地控制印模材料的预留空间、提高精度和印模再现性，成为研究热点［38，42］。有测试结果［42］表明，与传统手工制作的托盘相比，3D托盘可更精确地记录种植体位置，具有足够的延伸范围和更均匀的三维空间。有文献［43］介绍了一项技术：在全牙列种植印模过程中，3D打印出个性化托盘和修复的金属支架，该方法的主要优点是完全控制了每个种植体印模基台周围印模材料的空间，使印模精准度显著提高。

2.5 牙模型牙模型对于临床诊疗和教学十分重要，记录模型的精确度影响牙间间距、牙弓形状及尺寸，目前教学及临床上的牙模型多由3D打印制作。有研究［44］证明：PPJ打印技术如设置最精确的打印参数，其打印出的模型与石膏模型无临床统计学差异。SHERMAN等［45］发现3D打印（DLP）制作口腔模型具有高度可重复性；打印出的模型无论实心或空心，均具有临床可接受的准确度；打印精度在50和100 μm时，其准确度最高。因此3D打印比传统制作模型更节约材料，需要使用大批量模型时，推荐采用3D打印空心模型的方法。JANG等［46］为制作三单位固定桥，发现3D打印制作的模型边缘和内部适合性在临床可接受的准确性范围（120 μm）之内。PARK等［47］比较了不同3D打印技术打印出的模型，认为与DLP、PPJ和SLA相比，FDM打印出的全口口腔模型精度最低，SLA精度最高。YOUNG KIM等［48］评价了FDM、DLP和SLA打印出的模型精度，同样发现SLA打印的模型在解剖细节和三维精度上表现更佳，且边缘平滑、圆钝。综上，3D打印模型已用于教学或记存模型，可定性比较治疗前后的口腔变化，但其精度仍有待提高；若定量比较治疗前后的变化、或利用模型制作治疗性义齿时，使用前需进行质量控制。由于模型会变形并显示出表面缺陷，如层间线、锯齿状边缘和缺乏清晰度，临床医师应了解目前各个3D打印机的局限性，从而选择最合适的打印方式、设置最优参数来打印模型，目前推荐使用SLA方式。

3 小结与展望

目前，多种3D打印技术制作的各类义齿及模型的精准度大多符合临床要求，制作过程亦更加简易快捷。该技术由于数据获取、处理软件及打印仪器的设置参数、后处理时间及环境等不同，打印出的修复体精准度各有差异；此外，打印方式、打印材料的性质及打印的组件部位亦影响修复体精准度。学者须进一步研究影响3D打印修复体机械性能的因素及最佳精准度参数，在保证修复体强度及韧性的前提下，选择最合适的打印方式及仪器、设置最优参数，提供可靠的理论支持，使得该技术的应用更加规范化、统一化。该技术如何在修复领域更广泛更高效地应用，值得研究和探讨。