3D打印技术在口腔医学应用的国内外现状和趋势针筒式滤膜过滤器
胡洪成;卢松鹤
【摘 要】本文主要介绍了国内外3D打印技术在口腔颌面外科、种植、修复和正畸等方面的应用和趋势,为3D打印技术在口腔领域的进一步推广和发展提供参考.
【期刊名称】《中国医疗器械信息》
【年(卷),期】2017(023)003
【总页数】6页(P6-10,21)
【关键词】3D打印;口腔;应用;趋势
【作 者】胡洪成;卢松鹤
【作者单位】北京大学口腔医院第二门诊部 北京 100101;口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 北京 100081;北京大学口腔医院第二门诊部 北京 100101;口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室 北京 100081
【正文语种】中 文
【中图分类】R318.08吸音墙
口腔医学行业是3D打印增长最快的市场之一。据统计，2012年美国牙科3D打印设备产值1.1亿美元，3D打印牙冠、牙桥产值达21亿美元，预计未来年增长速度可达50%以上[3]。
3D打印在口腔医学的应用主要包括以下几个方面：
1.1 口腔颌面外科
（1）打印颌骨模型、手术导板
口腔颌面部由于肿瘤切除、外伤等原因，形成软硬组织缺损，往往需要进行缺损的重建以恢复颌面部的功能和美观。传统方法主要是重建钛板和自体骨块的移植。采用3D打印技术，可以术前根据CT图像打印好颌骨缺损的模型，模拟术中肿瘤切除的范围，预先在体外弯制好钛板；或者打印好骨缺损修复体的模型，以此为参照休整自体骨块，或者3D打印截骨导板，精确截取移植的自体骨块。相比传统方法，不仅手术更加直观，省时省力，且
美观对称性更好，也避免了术中反复弯制钛板造成钛板强度下降，降低了手术的难度和风险[4]。
（2）直接打印金属植入物
洗衣机面板3D金属打印技术还可以直接打印上、下颌骨、眶骨、鼻骨、耳骨等骨缺损植入物，用于缺损的重建。2012年比利时Hasselt大学生物医学研究所采用3D打印技术为一位83岁患者制作了一副钛合金的下颌骨，术中摘除下颌骨后即刻植入新的“下颌骨”（图1），取得了较好的功能和美观效果[5]。国内一些医院也在进行钛合金3D打印植入物的尝试，但是由于尚未获得国家食品药品监督管理部门的批准，正式临床应用还需等待。 （3）金属骨小梁结构
除了设计和制作与缺损的外部形态相适应的植入体之外，3D打印技术还可以设计和制作植入物的内部结构，即“金属骨小梁”，例如意大利Leader系列种植体的“钛骨”结构。电子束熔融技术制作的骨小梁金属也已经广泛应用在了骨科、关节等植入物的设计中。设计骨小梁结构可以引导骨组织长入植入物中，还可以降低植入体的弹性模量、减少植入物的重量， 增加其摩擦系数和植入后的稳定性；同时以此作为支架加入生长因子或者细胞等，可进一步促进成骨（图2）。
1.2 牙种植
据第三次全国口腔流行病学调查结果，40～70岁的中国人有缺失牙的占40%，而65岁以上高达86.1%，中国目前60岁以上人口有1.7亿，人均失牙8颗，有大量的缺失牙需要修复。种植修复是目前美观和功能性最好的牙列缺损修复方式之一。2015年全世界范围植入种植体数目1800万颗，其中美国550万，巴西150万，韩国100万颗，而人口占世界约1/5的中国大陆只有40万颗。因此，中国的种植市场潜力巨大。
3D打印在口腔种植方面的应用主要包括：
（1）制作常规形态的种植体
意大利Leader公司已经采用选择性激光束熔融技术制作出了商业传统形态种植体（Tixos钛骨种植体）。采用3D打印技术制作种植体，不仅节约原料、降低成本，而且无需复杂的表面处理，自带100～200um的表面孔隙（图3）。动物实验显示，直接激光打印表面的骨结
合率与酸蚀喷砂表面相似，均显著优于光滑纯钛的表面[6]。
（2）制作个性化根形种植体
2011年Moin等人提出采用CBCT和选择性激光熔融技术（SLM）制作钛合金的个性化根形种植牙的方法，并且评估了制作的精度[7]。2012年Mangano及Fighituzzi等人的临床病例报道显示，经过2～2.5年的随访观察，个性化根形种植体无松动，周围牙龈无红肿疼痛，影像学上的牙槽骨未见明显吸收，种植体周围也未见低密度透射影[8,9]（图4）。
2013年，Mangano等人回访了15例采用选择性激光熔融技术制造的个性化根形种植体即刻患者，1年成功率为100%，证实SLM技术制造的个性化根形牙种植体可以成功地应用于临床实践[10]。
在国内，北京大学口腔医院唐志辉教授课题组于2012年至今，一直致力研究3D打印个性化根形种植牙的设计制作、有限元分析、表面处理和相关动物实验。2012年申请的“个性化解剖型牙根种植体”发明专利（专利号ZL201210240826.6）已获授权批准（图5），并申请获得北京市科技计划课题和国家科技部重点专项立项支持。课题组采用CBCT获取牙根影像
数据，电子束熔融技术制作个性化根形种植牙，其制作精度可达0.2mm以内[11]，扫描电镜显示大量类似骨小梁状的球状突起，并有约100～200μm的沟隙结构（图6），酸蚀后亲水性大大增加，亲水接触角接近零度。将电子束熔融技术制作的圆柱形种植体植入小型猪的胫骨中，一月后，组织切片显示大量的新生骨与种植体表面形成骨结合，且长入种植体表面的沟隙中，骨结合率可达40～50%（图7）。
广州中国科学院先进技术研究所陈贤帅博士的团队、浙江工业大学彭伟教授的团队也在进行3D打印的个性化根形种植牙的研发，并在有限元分析和初期稳定性方向进行了相关研究[12,13]。
（3）制作种植体手术导板
3D打印的种植导板，可以将术前在CBCT影像上设计的种植体植入的位置、方向和深度，准备地转移到患者口内，辅助完成种植手术，可以显著降低种植的难度，提高种植成功率，减少手术创伤，缩短手术时间，并能帮助完成复杂的种植手术，尤其是在无牙合的“All-on-4”种植中，导板制作至关重要。
1.3 修复
3D打印在修复领域主要可以用来制作个性化的可摘局部义齿的支架、金属内冠、全冠、固定桥和桩核，可分为3D打印蜡型结合传统铸造和直接金属3D打印制作两种技术路线。与传统制造方法比较，采用3D打印技术方法工序简单，加工时间短，材料利用率高，精密度更高。
胡江和韩彦峰等用SLS技术制作镍铬合金及纯钛金属基底冠，发现基底冠各点隙均小于120 μm，达到临床标准[14,15]。吴江等利用SLS技术制造了全口义齿钛基托与口腔组织贴合良好[16]。德国BEGO公司采用SLS技术进行冠桥制作的增材制造技术在国内已实现商业化应用[17]。
此外，3D打印技术还可以辅助制作口腔颌面部阻塞器、赝复体，制作义鼻、义耳和三维打印的人面部等[18～20]。
1.4 正畸
3D打印技术可以制作与患者牙面贴合、美观效果较好的个性化舌侧托槽。临床随机对照试验发现，3D打印技术制造的托槽与牙面吻合度高，粘接定位准确，操作简便，且从临床远
期可行性来看，不容易脱落，大大简化了程序[21]。华南理工大学杨永强教授的团队，已实现量产3D打印个性化舌侧牙齿托槽。
无托槽的压膜隐形矫正技术，由于其无托槽、压膜透明、美观、舒适、有利口腔卫生维护等特点，在国内外特别受欢迎。压膜矫正品牌Invisalign（隐适美）等就是采用3D打印技术辅助制作出来的，但3D打印主要是用在牙列模型的制作，最终的隐形矫治器则是通过传统的压膜技术制作，直接打印的矫治器限于制作精度、强度及其表面特性和透明度等影响，尚无法直接用于临床。
1.5 其他
3D打印的开髓导板、根尖手术导板可以辅助牙体牙髓病的。3D打印技术还可以制作口腔颌面部、牙列以及牙体髓腔的模型，用于教学、科研及医患交流。
2.1 高精度及桌面化的3D打印设备的研发
虽然口腔修复体及植入物直接金属3D打印成型具有诸多优势，但受限于3D打印设备的成型精度和表面特性难以媲美传统工艺，而口腔植入物及修复体又具有体积较小、结构精密、
对制件的精度和表面粗糙度要求较高的特点，目前口腔修复体、正畸托槽等精密小部件的制作过程中，3D打印技术大部分时候仍然只用在蜡型的制作，而最终修复体和托槽仍是用传统铸造技术制作，且需要复杂的后处理工艺。因此，开发小尺寸、高精度、高表面特性、方便椅旁使用的桌面型3D打印机，是日后应用于口腔领域的3D打印设备的一个发展方向。
2.2 生物3D打印和新型3D打印材料的研发
生物3D打印分为四个层次：
（1）打印无生物相容性要求的材料；
（2）打印具有生物相容性，但不可降解的材料；
宽带接入服务器（3）打印具有生物相容性，且可降解的材料；
（4）打印活性组织、细胞、蛋白以及其他细胞外基质等。
变速箱试验台
不同层次的变化主要体现在3D打印材料本身的差别上。
目前生物3D打印在口腔医学主要对应前两个层次的应用，包括模型、导板、修复体、正畸附件等非植入物的制作，以及不可降解金属的植入物的制作。主要的3D打印材料有光固化树脂、钴铬合金、纯钛及其合金等。这些材料虽能满足临床应用的需求，但也有相应的问题。例如，目前，大多数商业化种植体均以纯钛或钛合金为原材料加工制造而成，此种种植体与人体组织有良好的生物相容性，但是在种植体与牙龈交界处往往存在金属颜的暴露，尤其是在出现不同程度的种植体周围炎症的情况下，美观问题更是显著；同时钛金属引起的宿主免疫反应，Al和V等金属元素的释放等问题也令人担忧。
陶瓷材料具有优秀美观效果和生物相容性，但在激光直接快速烧结时液相表面张力大，在快速凝固过程中会产生较大的热应力，从而形成较多微裂纹。目前，陶瓷直接快速成形工艺尚未成熟，国内外正处于研究阶段，还没有实现商品化。
钛锆合金作为一种新型钛合金材料，弥补了传统钛种植体机械强度方面的不足，且抗腐蚀性和生物相容性更佳，不含可能对人体有害的Al和V等成分，在口腔种植领域具有广阔的应用前景。目前机加工的钛锆合金窄直径种植体已初步应用于临床，但可用于3D打印的商品化的钛锆合金粉末材料却尚未上市。
单板层积材可降解材料和活体细胞的3D打印，也是日后3D打印在口腔医学领域应用探索的一个重要方向。
2005年Leukers等用3D打印的方式打印出羟基磷灰石支架用于骨组织缺损修复[22]；2007年Khalyfa等用磷酸钙粉末进行3D打印，制备组织工程骨支架材料，来修复骨组织缺损[23]；2013年Cecchini等用3D打印技术制备鼠的唾液腺，从而实现了唾液腺的再生[24]。Konopnicki等利用3D生物打印技术将β-磷酸三钙结合聚乙酸内酯打印出三维立体结构，并在该结构上种上猪的骨髓干细胞后成功地进行猪的下颌骨早期修复[25]。国内吕培军团队在研究人牙髓细胞共混物三维生物打印技术，为牙齿再生研究提供实验依据[26]。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议