口腔種植中3D打印種植導板的運用范文

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［關鍵詞］牙種植；口腔外科手術；3D打印

20世紀60年代骨結合理論的發現為口腔種植技術的形成奠定了理論基礎，它的關鍵性概念是純鈦與骨組織不存在排異反應，可以形成骨性結合［1］。隨著口腔種植學研究的不斷深入和發展，口腔種植技術日趨成熟。3d打印技術所制作的種植手術導板彌補了傳統導板的不足，以其精準的優勢廣泛應用于臨床。現就3D打印導板在口腔種植中的應用綜述如下。

13D打印導板的發展歷史及概述

伴隨著人們生活水平的提高和壽命的增長，全民口腔保健意識在不斷加強，牙齒健康逐漸受到大家的重視，牙齒缺失后選擇種植修復的方式成為口腔修復的主流。而3D打印技術是目前發展較為成熟的一種快速成型技術，在其工作原理的基礎上生產制作出的數字化牙齒種植外科手術導板，不僅可以幫助口腔種植醫生在種植手術過程中對種植體的定位，還可以降低口腔種植失敗的概率，減少術后并發癥。目前口腔醫學領域里最常用的打印工藝方法是光固化成型（stereolithigraphyapparatus，SLA）和熔融沉積（fuseddepositionmodeling，FDM）技術［2－3］。其中SLA技術是采用紫外光或其他光源以液態光敏樹脂為材料，在材料的表面進行掃描，并且從底部開始逐層固化而后形成物體本身。而FDM這種技術則是以加熱并溶化低熔點材料，并擠出固化成型的一種物體成型方式，可以實現三維方向上的重現，并且不需要價格過于昂貴的設備。隨著種植量的不斷增加，口腔種植技術也日漸成熟，種植修復已經逐漸開始代替烤瓷橋和活動支架等傳統修復方式。這樣不僅避免了對缺失牙區域相鄰牙齒的傷害，而且最大限度地恢復了缺失牙區域口腔的咀嚼功能（傳統固定橋修復需要破壞鄰牙的完整性，活動義齒修復會降低修復區域的咀嚼效率）。當口腔種植醫生致力于取得牙齒種植體遠期成功率和良好的美學修復效果時，就需要在種植手術前仔細檢查患者口腔全口牙列中牙齒缺失相應部位牙槽嵴的高度、寬度、骨密度及周圍重要解剖結構，包括上頜區域上頜竇和下頜的下牙槽神經管及頦孔位置，并且依據這些檢查結果，以及對缺牙區牙槽骨三維方向的數據測量，作出對患者最佳和最為合理的種植設計方案及治療計劃，最關鍵的是將種植術前理想的設計方案準確轉移到患者口內［4］。

盡管口腔種植臨床經驗非常豐富的醫生能夠僅依據患者口腔X射線檢查結果，即可在口腔種植手術中比較準確地把握種植體的近遠中位置、頰舌向方向和種植體需要植入的深度，但由于人類上下頜骨的解剖結構存在較大的個體差異，手術過程中術者的體位和手術視野的限制等原因，牙齒種植體的實際植入位置與預測種植位置很容易發生偏差，從而造成種植體近遠中向、頰舌向或種植體角度的偏斜，進而引起種植體植入區域骨穿孔、鄰近重要解剖結構的損傷及種植修復后美觀性較差等術后并發癥的發生［5－6］。因此，輔助口腔種植技術的口腔種植導板應運而生。伴隨著現代醫學影像學和影像診斷學的高速發展，錐體束CT掃描設備的精準度逐漸先進化，計算機輔助設計和計算機輔助制造技術已開始在口腔領域中應用。3D打印技術屬于工業技術中的一種，主要特點是快速成型［7］，它的原材料是呈現極其細微粉末狀態的金屬或者合成樹脂，指導成型的文件是掃描后得到的數據，原材料均為可黏接聚合的材料。3D打印的成型方式是逐層疊加原材料，每層原材料間有一層特有的“膠水”黏接，這種制造技術不同于以往的制作方式，因此又稱為添加制造。3D打印技術有2種方式：一種是分層加工，另一種是逐層疊加原材料成型。通過2種形態的物體相互疊加，最終實體模型被“打印”成型，打印完畢后，周圍會殘留一些原材料，清除即可。3D打印技術其內容涵蓋了產品的生命周期前端的“快速成型”和整個生產周期的“快速制造”相關的所有打印技術工藝、技術、設備類別和應用，綜合了多個學科高端的技術，包括數字建模、機電控制等［8］，具有很高的科技含量。目前3D打印技術已被廣泛應用于工業設計、機械制造、航空航天、生物醫學等領域，其中在醫學術中導航、醫學模型制造、醫學器官打印等方面應用廣泛［9］。

2數字化3D打印口腔種植手術導板的制作方法及應用要點

與傳統種植導板相似，3D打印的導板需要先制作放射導板，然后采用二次CT掃描程序［10］，分別掃描帶有放射導板的模型和單獨的放射導板，在Mimics軟件中根據閾值的不同進行三維重建，使前后2次分別掃描的導板擺放位置和方向保持相對一致，然后利用有效顯影點的影像重合技術將2個導板進行重合，目的是將放射導板準確匹配到模型上。再將重合精準的圖像數據全部導入三維圖像設計軟件中，利用軟件進行導板周圍骨組織和相應軟組織的三維影像重建。重建完成后，在設計軟件中準確描繪出種植區域周圍重要的神經血管等解剖結構，模擬種植體植入牙槽骨內，并且預先設定好具體的位置，以便設定最終口內使用的導板相應開孔區域，將設定好的數據傳入3D打印機形成可打印文件并打印出成型的口內使用的種植指導導板［11－18］。口腔種植導板的設計同樣需要依據口內環境，更要結合根據口腔后續的修復方式進行設計。口腔種植導板的口內支持方式以黏膜為主時，主要應用于全口多顆牙缺失甚至是無牙頜患者，種植后修復的牙冠和基托等直接覆蓋于整個牙槽嵴，種植手術過程不需翻瓣，但在使用過程中往往自身的固位效果較差，常常需要增加輔助固位釘來增加導板在口內的固位。導板支持固位方式以牙為主時則多用于個別牙或少數牙體缺失的情況，穩定性較好，精確度較高。臨床上，根據口腔內缺牙區骨條件、缺失牙的位置和數量、缺失牙周圍的牙體牙周情況等選擇合適類型的導板，以便更好地指導手術。盡管口腔種植導板有其特有的優勢，但同時也存在一定的局限性。首先，3D打印種植導板使用過程中對患者張口度要求較高，尤其是后牙區，對于手術視野受限、張口度不足的患者有一定的局限性。其次，種植導板在一定程度上阻擋了種植窩洞備洞過程中的散熱，備洞過程中需要反復提拉及大量冷卻的生理鹽水沖洗降溫。

3種植體植入精確度評價及原因分析

種植手術進行前CT設計與實際手術操作是通過種植外科導板實現的，通過影像學信息和計算機種植輔助設計軟件進行［19］。在患者口內進行種植手術之前需要進行精準的三維動畫模擬設計種植體植入的位置、角度、方向，以確保種植體植入到患者自身狀況相對最佳的位置，尤其是患者自身種植條件較差、植入區牙槽骨骨量缺乏的情況下，術前診斷和設計植入位置顯得更為重要。3D打印種植手術導板是將口腔手術前設計和模擬植入到牙槽骨的位置準確轉移到患者口腔內，故最終牙種植體植入位置的準確度就成為手術成功的要點，也是種植導板制作的核心內容［20］。目前，口腔領域國內外對口腔種植手術導板精確度評價的研究和報道日漸增多，但對導板精度的評價存在差異。莫輝等［21］選擇了23例牙缺失患者，全部在3D打印技術制作的新型種植外科導板的輔助下，共植入患者口內52枚口腔種植體，而后觀測所有種植體1年后的存活率，結果顯示所有植入的種植體中48枚較準確無偏差地進入3D導板預先設定的植入位置，僅有4枚種植體頸部與其相應的3D設計的預定位置比較出現了偏移，但所有的偏移范圍均不超過2mm。馬竟［22］對比研究利用3D打印種植導板方法植入種植體和常規手術方法植入種植體，結果表明3D導板口腔種植手術組在控制種植體植入方向、手術操作精確性方面明顯優于常規手術組。D′haese等［23］研究顯示，種植體頸部的偏離數據與種植體低部的偏差數據相比較小。vanAssche等［24］對NobelGuide系統的精確度進行數據分析和評估，種植體頸部和尖端的偏離值分別為（1．1±0．7）mm和（2．0±0．7）mm，角度偏離值為（2．0±0．8）°。Brief等［25］研究顯示，植入骨內的種植體的長軸偏離原3D設計軟件設定的最終植入角度，其偏離數據平均值為4．21°。Verhamme等［26］將3D打印設計的種植導板應用于全口缺失的口腔種植患者后發現，利用這種方法指導口腔醫生在患者口內植入種植體后，種植體最終在患者口內的實際位置與原軟件設計的種植體最佳種植位置，除去頰舌向的偏差外，其余各個方向上的位置數據無明顯差異。Pettersson等［27］研究結果顯示，種植體肩臺部位的平均誤差為0．80mm，其根部平均誤差則為1．09mm，種植體長軸角度上的平均誤差為2．26°。利用3D打印導板輔助口腔醫師進行口腔種植手術時，種植體植入患者口內的過程中離開原設定軌道的原因是：①掃描前口內制取印模出現誤差，后期在灌注最終石膏模型的過程中出現輕微誤差，進一步影響了數據放射導板和最終3D種植導板的精確度；②CT掃描的誤差，CT設備本身的精準度，患者在掃描口內影像過程中的微動，均影響數據的精準和質量；③三維影像重組重建過程和2個模型重新匹配過程中，匹配閾值的選擇和組織影像提取過程中產生誤差；④制作工藝方式的選擇會直接影響種植導板的精確性，如在SLA工藝進行過程中，光敏樹脂在光固化過程中產生的固化收縮會直接影響到最終的樹脂模型的精確度；⑤對于患者口內情況為黏膜支持式和混合支持式修復方式時，種植手術導板在制作過程中，口內缺乏相對穩定的組織、黏膜等特有的彈性和可讓性，會直接導致數據與口內實際狀況的誤差，進一步影響最終口內種植體植入的位置與軟件設計終末位置之間的差異。以上所有環節中出現的偏差量化后，其數值會成倍增加，致使患者口內種植體實際植入位置的偏差值逐級放大，從而導致相應問題的出現［28－30］。

4展望

在口腔錐形束CT技術不斷發展進步的今天，數字化的種植導板，完全可以比較精準地將口腔種植體在各個方向上的位置及種植區域重要頜骨內解剖結構轉移到患者的口腔種植手術當中去［31］，從而提高種植體植入的精準度，并使種植牙的遠期成功率、口腔種植修復體的咬合功能和美學效果進一步得到保證［32］，尤其是對于牙槽骨骨量條件較差的復雜病例，其種植輔助優勢體現得更加顯著［33］。但3D打印導板輔助的種植手術仍存在精確度不足的問題，實際植入位置上的偏差仍存在。在實踐應用中，口腔手術醫師應該充分了解利用3D打印導板指導種植手術中可能產生的偏差量與可能出現的并發癥，并且能夠及時采取積極的預防措施。目前，我國國內的3D種植打印導板逐步應用于臨床，臨床醫生在使用中應盡量利用其優點，規避其缺點，不斷完善3D打印導板的臨床使用，并不斷總結經驗，以便讓其服務于更多需要種植修復的患者。

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作者：趙曉軍（綜述）;胡永權（審校） 單位：河北省石家莊市第二醫院口腔科