3D打印技术在口腔临床中的应用

单验博，何 鑫 综述 温 宁 审校

3D(3 dimension)打印技术又称增材制造，是基于离散堆积的思想，以数字模型文件为基础，将建成的三维模型离散成二维切片，再将数据文件传输至打印机，以粉末状材料，逐层打印、循环往复来构造物体的快速成型技术。目前，常用的打印材料包括金属材料(Ti、Mg)、高分子材料(PLA、PCL、PEEK)、陶瓷材料(钙磷灰石、生物活性玻璃)及生物墨水等，在打印开始前需根据目标产物的特性选择合适的打印材料。3D打印技术类型可归纳为以下5类：分层实体制造、熔融沉积成形、选择性激光烧结、立体光刻和喷墨打印技术。本文对3D打印技术在口腔种植学、口腔颌面外科学和口腔修复学等领域的最新应用研究进展进行综述，以期为后续科学研究和临床工作提供新的思路。

3D打印技术在口腔种植学中的应用主要有种植导板、种植体，以及种植区骨增量手术。种植导板可以保证种植位置和角度的精确性，最大程度减少由于术者自身经验或技术原因引起的偏差。De Sales等发现，与传统植入方式比较，3D打印导板引导下种植位点更理想，而且可以缩短手术时间，减轻患者不适。3D打印制造个性化根形种植体可以促进种植体与牙槽骨之间形成稳固的骨结合，且更好地模拟天然牙的应力分布，提高初期稳定性。黄硕等初步评估3D打印个性化根形钛合金种植体在下颌磨牙区即刻种植的临床效果，随访1年，未见种植体周围骨吸收或软组织退缩。3D打印个性化骨移植物、个性化钛网和骨重建导板等方式增加骨量，使种植区骨量不足者种植手术成功率大大提高。Lee等将PCL、TCP、bdECM混合并注入脂肪干细胞，制作出3D打印骨移植支架，植入比格犬下颌骨缺损区，结果显示成骨效果良好，为临床应用提供可靠的实验基础。3D打印技术虽然已取得满意的临床疗效，但是其设计过程复杂、制作步骤繁琐，各个环节误差的累计会影响种植手术的精确性，同时由于黏膜的可让性，如何准确模拟黏膜支持性导板的实际植入位置仍有待解决。此外，3D打印口腔植入物的生物安全性和成骨效果评估尚处于实验阶段，临床应用前还需要更大样本量、更长观察时间的研究验证。

2.1 外科手术导板 借助3D打印技术制作颌骨模型和手术导板，模拟手术方案，有助于提高手术的精确性，获得令人满意的手术效果。李怀奇等比较常规方法与3D打印技术辅助手术两种方式进行下颌骨缺损修复重建手术的效果，发现后者在术中失血量、手术时间、术后外形恢复等方面优势明显。Wu等在3D打印聚乳酸导板的辅助下实施下颌骨部分切除，同时行腓骨移植重建下颌骨，可有效简化手术操作，获得理想的下颌骨连续性。在颌骨重建中应用3D打印技术最大的优势在于彻底摒弃了传统手术依赖个人经验的弊端，在计算机辅助下实现了数字化设计、精准化切除和个性化修复。

2.2 骨修复体 由先天性疾病、外伤、肿瘤等因素造成的颌面部软硬组织缺损是颌面外科常见病，颌骨结构、毗邻关系复杂，修复难度高。现阶段骨缺损的主要修复方式为自体骨移植、异体骨移植以及人工合成替代物等，由于以上方法受到移植物来源和生物相容性的限制，近年来以生物材料为原料的3D打印技术得到越来越多的关注。来庆国和唐晓明采用3D打印个性化钛金属植入物修复下颌骨缺损病例，两年后随访，患者咬合关系正常，3D 金属打印技术还可以直接打印骨缺损植入物用于缺损的重建，有效解决了自体骨移植的取骨量有限、第二术区创伤等问题。随着再生医学和组织工程的进步，利用生物材料进行3D打印，诱导自体组织再生促进缺损区域重建也成为可能。Smeets等将聚丙交酯/β-磷酸三钙材料制作成多孔径支架以修复大鼠颅颌骨缺损，其成骨作用优于自体骨修复的对照组，临床应用前景良好。Ahn等报道，在唇腭裂患者的牙槽裂重建中，利用3D打印技术制作聚己内酯支架并整合骨髓间充质干细胞，移植后 6 个月，新生骨的骨体积约为缺损总体积的45%，骨密度约为周围骨的75%，表明3D打印生物支架具有良好的骨传导性。除常见的金属、无机物、陶瓷等材料外，研发出具有生物活性的可降解材料，复合生物组织或者生长因子，从而诱导自身组织再生以修复缺损区域，是未来科学研究的发展方向之一。

3D打印技术可用于制作金属全冠、固定桥和可摘局部义齿的支架等，该技术具有加工时间短、材料利用率高、精密度高等优点。Hu等报道，采用口内扫描获得数字模型，3D打印直接制作上颌RPD金属支架(Kennedy I类)，该个性化钛支架与组织面贴合且匹配精准，临床疗效理想。可摘局部义齿支架各个区域有不同的性能需求，目前3D打印支架主要采用均质化一体加工的方式，不能赋予卡环、支托、连接体等结构各自所需的机械性能，如何实现支架的区别化加工是值得深入探索的发展方向。柳玉晓等通过3D扫描、数字设计、3D打印结合复制义齿技术，对15例无牙颌患者进行全口义齿修复，能够明显缩短疗程，实现无牙颌的快速修复，但是3D打印义齿基托材料的颜色和实际牙龈尚有差别，其强度也有待提高。文献[21]将数字化印模结合3D打印技术，修复前牙，仿真效果和遮色能力表现理想。3D打印技术也用于临时修复体制作，缩短了椅旁操作时间，并能即刻满足力学性能的需要。Lee等比较了CAD/CAM切削、手工制作、3D打印技术制作临时冠的边缘密合性，结果表明三种方法在冠边缘适合性方面无明显差别, 但3D打印临时冠的内部适合性最好。3D打印技术在口腔美学修复中同样具有突出优势，相比于传统的美学分析和设计方法，3D打印美学诊断模型可以避免在翻制模型和手工制作蜡型时信息传递的误差，全程精准指导最终修复体的制作，但是该方法前期投入成本较高，且对于涉及咬合改变的情况无法准确设计。目前用于3D打印制作修复体的材料主要是树脂和石蜡，二者的机械性能和美学属性还有待改进，因此，探索在美观性、耐磨性和尺寸精度方面更加优异的打印原材料和工艺是3D打印技术发展的关键。3D打印技术凭借其个性化、数字化和精确度高的特点，在口腔修复领域受到了广泛关注，有望替代大部分传统修复技术，在修复体制作、辅助美学修复等方面应用前景良好。

在口腔正畸学领域，3D打印技术已被应用于制作石膏模型、个性化托槽和隐形矫治器等，可根据患者口内不同情况进行定制，满足正畸治疗对精确度、舒适度和个性化的需求。Kim等发现，相比于传统的石膏印模，基于口内扫描数字化模型和光固化成型3D打印技术制作的树脂模型精度和强度更高。个性化定制托槽可以提高托槽的贴合度，减少口内不适感，刘云峰等采用选择性激光熔化工艺制造个性化托槽，托槽与牙面贴合度高、厚度薄、所需粘接剂少, 已成功应用于患者的正畸矫正中。无托槽隐形矫治也是近年兴起的主要正畸技术，Jindal等尝试使用牙科LT树脂直接打印隐形矫治器，其高精度、高抗载荷、低变形的特点为后续安全可靠的正畸材料的研发提供新的思路。与传统热压膜技术相比，直接3D打印制作的隐形矫治器具有边缘平滑、附件数量少的优势，但是也存在生物安全性较差、颜色不稳定等问题，目前尚无可用于直接制作隐形矫治器的生物材料通过批准上市。因此，研发具有优良的生物相容性，可以稳定、安全、长期应用于口腔环境中的3D打印隐形矫治器材料是当前的研究热点。

3D打印技术在牙体牙髓病学领域的应用主要包括引导开髓通路、辅助钙化根管定位、制作根尖外科导板等，可显著提高操作准确性和牙髓再生成功率，但还需要长期随访来验证其临床效果。Torres等报道，在上颌侧切牙根尖周炎且根管闭塞的病例中，利用CBCT数据制作的3D打印导板引导，实现了直达根管中部的微创入路，大大缩短了椅旁操作时间，降低了医源性牙根损伤的风险。Ackerman等证实，3D打印导板引导的牙髓根尖手术定位的准确率更高，能完全实现病变部位的精准切除，避免对周围骨组织的损伤。Patel等采用3D打印技术制作个性化软组织牵引器，术野清晰，精确辅助根管口定位，临床效果满意。此外，3D 打印技术还可以制作牙体髓腔模型，用于牙体解剖理论教学或者临床操作技能培训，解决离体牙数量不足、不可复制的问题。3D打印技术的应用实现了“可视化”的根管治疗，尤其对于复杂的牙体牙髓病例有重要意义，为微创牙髓治疗带来了希望，但是该项技术在临床实践中尚存在计算机数据处理复杂、后牙导板限制开口度、精确度有待提高等问题。

3D打印技术所体现的增材制造理念与传统方式完全不同，其具有个性化、精度高、可批量生产等优势，为口腔临床诊疗工作带来了颠覆性的影响，已在口腔种植学、颌面外科学、口腔修复学等领域应用并取得突破性进展。但3D打印在口腔临床中应用的局限性主要表现在以下三个方面：(1)技术设计与制作过程复杂，临床应用成本较高，不利于推广；
(2)产品的精确度仍有待提高，尤其是在预测模型中累及软组织、咬合等情况；
(3)3D打印原材料的多样性不足，难以满足各种临床应用场景的需求。

现阶段常用的3D打印原材料包括金属、高分子和无机材料，随着口腔材料学、组织工程学和制备工艺等多学科的交融与发展，未来将通过技术革新研发并优化新型材料，使其在具备优异的生物相容性和安全性的基础上，能够满足不同诊疗用途的需求，比如美学修复体、隐形正畸矫治和骨内种植体等。此外，在颌面外科领域，3D生物打印也是未来研究的热门方向，利用具有特定生物活性和功能的支架诱导器官或组织的重建，以获得更佳的组织缺损修复效果。随着安全稳定口腔新材料的研发、精准快速打印设备的应用、临床医师操作技能的提高，3D打印技术在口腔临床诊疗中的应用将有更为广阔的前景。