3D打印技术在口腔种植导板制作中的应用_汤雨龙

3D Printing Technique in Application of the Dental Implant Surgery Guide TANG Yu-longa ，HUI Ｒui-zonga ，CAO Zhi-qiangb ，LIU Yun-enb ，ZHANG Xiao-donga ，Hou Ming-xiaob （ a． Department of Stomatology，b． Laboratory of Severe Trauma Ｒescue Center，General Hospital of Shenyang Military Area Command， Shenyang 110016，China）
［关键词］ 3D 打印技术； 牙种植； 种植导板； 口腔锥体束 CT； 计算机辅助设计与制作 ［中国图书资料分类号］ Ｒ318． 19 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2095-140X（ 2015） 11-0032-04 ［DOI］ 10． 3969 / j． issn． 2095-140X． 2015． 11． 010
［Abstract］ The 3-dimensional （ 3D） printing technology is a technology of rapid prototyping． The digital guiding plates of dental-implantation surgery has been performed based on the technology，and it has advantages such as good control of the implanted direction，angle and depth，decreasing the operative risk，shortening the operative time and enabling minimally invasive and flapless implantation，but it also has shortcomings such as poor precision． The paper summarizes the production process，clinical classification and precision evaluation of digital 3D printing implanted guiding plates．
1 概述
3D 打印技术是以计算机辅助设计 /计算机辅助 制造（ CAD / CAM） 技术、激光技术、计算机数控技术 以及新材料技术为基础发展起来的一种基于计算机 三维数字成像技术和多层次连续打印技术制造实体 模型的方法［12］。 根 据 制 造 方 法 不 同 可 分 为 光 固 化 成型（ stereo lithography appearance，SLA） 、选择性激 光烧结（ selective laser sintering，SLS） 、熔融沉积成 型（ fused deposition modeling，FDM） 、分层实体制造 （ laminated object manufacturing，LOM） 和喷墨打印
［Key words］ 3D printing technology； Dental implantation； Implanted guiding plate； Oral cone-beam CT； Computer-aided design and manufacture
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种植义齿因固位支持效果理想、美观舒适、对邻 牙无伤害等优点，逐渐成为牙列缺损和缺失患者口 腔修复的首选方法［1-2］。然而，传统的牙种植 手 术 种植体植入的角度和位置常需在手术中翻开黏骨膜 瓣后，根据局部骨组织情况来确定，受手术视野、骨 内重要神经血管解剖结构、颌骨生理或病理性吸收 等条件限制，种植体植入位置和术前预期位置会发 生偏差，且种植体一旦植入，其位置很难进行微调校 正，因此带来诸多手术和修复并发症［3-4］。近年来， 以修复为导向的牙种植理念的提出，要求种植体的 方向、位置、深度应具有一定准确度从而符合最佳修 复要求，并获得种植体长期稳定性，加之为消除患者 恐惧、减少出血、减轻术后肿胀和减少牙槽骨吸收， 近年来出 现 了 微 创 不 翻 瓣 牙 种 植 技 术［5-6］，都 对 术 者准确掌控种植体植入三维位置提出了更苛刻的要 求。种植手术导板是种植术前应用计算机设计和制
解放军医药杂志 2015 年 11 月 第 27 卷 第 11 期 Med ＆ Pharm J Chin PLA，Vol． 27，No． 11，Nov． 2015
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技术。其工作原理是： 首先进行三维数据的采集，包 括软件设计、机械扫描、光学扫描和放射学扫描 4 种 方式； 在 20 世纪 80 年代首先应用于工程领域，利用 重建的三维数字模型分割成层状逐层堆积成实体模 型［13］。其次是将获得的三角网格数据（ STL 格式） 导入三维重建软件进行处理； 最后在计算机程序的 控制下采用逐层叠加的方式打印出 3D 实物模型。 目前 3D 打印技术已在生物医学领域得到广泛应 用，如术中导航、医学模型制造、器官打印等，其突出 特点是不受传统制造工艺的外形限制，可依据计算 机设计图纸进行个性化产品快速制作。通过 CBCT 的放射学参数及术前软件设计信息，快速制作出能 够协助精确定位种植体植入位置与方向的种植手术 导板［14］就是其技术实体化的最好体现。自 1987 年 Edge 等［15］率先设计和制作了第 1 个种植外科导板 后，3D 打印种植导板得到快速发展［16-19］。
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3D 打印技术在口腔种植导板制作中的应用
汤雨龙，惠瑞宗，曹志强，柳云恩，张晓东，侯明晓
［摘要］ 3D 打印技术是一种快速成型技术，基于该技术原理制作的数字化牙种植外科导板，具有能很好控制种 植体植入方向、角度、深度，降低手术风险，减少手术时间，并可实现微创不翻瓣种植等优势，但也存在精确度欠佳等问 题。本文就 3D 打印种植导板制作过程、临床分类、精确性评估等进行综述。
可减少手术时间和术后反应，适用无牙牙合患者或不 翻瓣种植手术； ③骨支持式导板： 导板组织面直接固 定于缺牙区颌骨骨面上，适用于缺牙多、有骨缺损或 不确定的病例，需要常规翻瓣，应采用此类手术导板 可减少误差，并及时进行骨增量手术，且常需侧方皮 质骨钉进行辅助固位。此外，为增加手术导板稳定 性，除精密要求外，还需跨度长，且金属管长度及黏 膜厚度应预知，以确定扩孔钻钻骨深度。 2. 3 3D 打印种植手术导板的优点 3D 打印手术 导板在制作前通过专用软件对 CBCT 的 DICOM 原 始数据导入，可在术前对种植区解剖结构进行分析。 术者通过 CT 信息的三维重建可充分了解患者种植 区域的骨量和重要的组织位置［29］，测出嵴顶距离上 颌窦和下牙槽神经管等重要解剖结构的数据，再根 据具体情况设计手术方案，决定翻瓣类型和是否同 期行骨增量手术，比较几种术式的优劣，以期达到最 佳修复效果； 然后进行模拟手术，放置所需合适种类 和尺寸的种植体，观察其植入位置和方向，上部修复 空间及其与对颌牙和邻牙的关系。通过这样详尽个 性化的术前规划，便于良好的医患沟通，可将术者思 路可视化地向患者及其家属展示，获得最大的理解 和配合［30］，同时 也 简 化 了 手 术 步 骤，缩 短 了 手 术 时 间，在一定程度上减少了术中的技术依赖及手术风 险，提高种植的成功率［31-32］。此外，通过 CBCT 数据 分析可直观地了解术区骨密度情况，骨密度过低时 种植体初期稳定性略小，骨密度过高时对于种植备 洞有一定影响。同时，设计软件还可通过调节上部 修复 结 构，确 定 上 下 咬 合 关 系 以 及 牙合 力 分 布 状 况［33］，以期获得最佳的修复功能与美学效果。根据 以上参数设计并打印制作出的种植导板，主要适用 于种植体需避开重要神经血管者、多颗种植体要求 种植角度一致者、骨量不足又不接受植骨者及需种 植即刻修复者，增加了种植义齿的适应证范围［23］。 2. 4 3D 打印种植导板的缺点 3D 打印种植导板 的设计、加工和制作需采用设计软件和特殊机器，过 程烦琐，每个环节的偏差均可影响种植导板就位及 稳定性，而各种误差相互影响和叠加，会在种植体根 部逐步放大，最终直接影响种植体实际植入的精确 度［34-37］。其中模型的三维重建、CT 数据与二次扫描 的数据配准更是直接影响到种植导板的快速加工和 技术应用［38］。Verhamme 等［39］将其用 于 无 牙牙合 患 者发现，该方法引导种植体植入后的实际位置与术 前计划的种植体位置基本一致，但颊舌向的偏差相 对明显，可能是由于口腔内黏膜等软组织具有可让 性的原因，从而导致实际种植导板在戴入时出现颊
2 在口腔种植导板制作中的应用
2. 1 3D 打印种植手术导板的制作过程 因 CBCT 常不能一次性获取精确的牙齿及软组织表面形态数 据，2008 年 Steenberghe 等［20］首先提出二次 CT 扫描 程序： 第 1 次扫描时患者需佩戴含有散在显影点的 放射导板，扫描时确保其在正确位置上完全就位； 第 2 次将放射导板单独固定在 CBCT 机上进行扫描， 使前后两次导板的位置和方向一致，再利用显影点 影像重合技术将两者重合，图像导入三维图像设计 软件中，这样就能在电脑中实现患者骨组织和软组 织的三维重建； 然后，在设计软件中描绘出重要的神 经血管解剖结构，进行模拟种植设计，确定手术方案 和种植体类型及植入位置、方向、深度，并确定种植 导板开孔的位置及高度； 最后，打印制作出最终的种 植手术导板，通过树脂层层固化堆叠，形成一个带有 圆柱孔洞的树脂导板，再将金属钛套环轻击固定于 孔洞内，即完成导板制作。这种手术导板制作方法 被学者们广泛认可，取得了良好的临床效果，已有大 量的关于此类导板应用的研究报道［21-28］。 2. 2 3D 打印种植手术导板类型 3D 打印种植外 科导板按支持形式可分 3 种类型： ①牙支持式导板： 手术导板直接固定于缺牙区邻牙上，用于单个或少 量牙齿缺失患者，可进行微创不翻瓣种植手术，适合 于初学者和小间隙种植； ②黏膜支持式导板： 在充分 了解骨量和黏膜情况的前提下，将导板直接固定于 缺牙区牙槽嵴顶黏膜上，适用于连续多牙缺失的患 者，通过导板的引导经黏膜钻孔，用以确定种植体的 精确位置，环切牙龈后逐级备洞，最终植入种植体，
［基 金 项 目］ 总 后 卫 生 部 重 大 项 目 新 上 项 目 （ AMS14L008） ； 辽宁省博士启动基金（ 20141176） ［作者单位］ 110016 沈阳，沈阳军区总医院口腔内科（ 汤雨 龙、惠瑞宗、张晓东） ，重症（ 战） 创伤救治中心实验室（ 曹志 强、柳云恩、侯明晓） ［通讯作者］ 侯明晓，E-mail： houmingxiao188@ 163． com； 张 晓东： E-mail： zxd99233@ 163． com
作的辅助工具，用于术中引导种植窝预备，是种植体 位置、方向、角度等信息的载体，是术前设计与实际 操作相联 系 的 桥 梁［7］。 传 统 的 种 植 手 术 导 板 多 采 用在石膏模型上的热压膜技术，虽能兼顾上部修复 效果，但却无法精准控制种植体位置，很大程度上依 赖医生的临床经验［8］，偏差也较大。基于口腔锥形 束 CT（ cone beam CT，CBCT） 的 ［9-10］ 3D 打印种植手 术导板，则可将包括精准种植体三维位置、最终修复 体轮廓、重 要 颌 骨 内 解 剖 结 构 等 信 息 转 移 到 术 中［11］，从而减少 手 术 并 发 症，以 期 获 得 理 想 的 种 植 修复效果。本文着重介绍 3D 打印技术的原理及在 口腔种植导板制作中的应用。