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深度:3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)中的應(yīng)用

魔猴君  行業(yè)資訊   2114天前

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3D打印技術(shù)可完成結(jié)構(gòu)復(fù)雜物體的打印,在口腔修復(fù)領(lǐng)域已有一定應(yīng)用,未來(lái)有望替代大部分傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)。在口腔美學(xué)修復(fù)中如何保證分析設(shè)計(jì)階段初設(shè)的輪廓外形與顏色等與病人得到的最終修復(fù)體一致,一直是困擾口腔醫(yī)師和技師的難題。3D打印的蠟型、樹(shù)脂冠橋等可用于美學(xué)修復(fù)的美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出預(yù)告,一對(duì)一地傳遞并指導(dǎo)最終修復(fù)體的設(shè)計(jì)和制作。3D打印的目標(biāo)修復(fù)體導(dǎo)板(TRSguide)既為美學(xué)修復(fù)制定了可預(yù)覽的修復(fù)藍(lán)圖,讓口腔醫(yī)師和技師能檢測(cè)病人重建的口腔功能和美學(xué)的相關(guān)信息;又能指導(dǎo)實(shí)施符合牙體保存和活髓保護(hù)理念的理想牙預(yù)備,做到真正的全程精準(zhǔn)與微創(chuàng)。這些新的數(shù)字化技術(shù)進(jìn)展使得美學(xué)修復(fù)煥然一新。本文對(duì)3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

深度:3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)中的應(yīng)用


引言

3D打印(additive manufacturing)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design,CAD)軟件或逆向工程重建三維數(shù)字模型,并將其分割為層切數(shù)據(jù)文件,在3D打印設(shè)備上按每層數(shù)據(jù)進(jìn)行材料的逐層疊加[1],最終形成物體實(shí)體的一種分層制造技術(shù)。20世紀(jì)90年代3D打印技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域復(fù)雜模型的制作[2-3]。目前3D打印技術(shù)也逐步應(yīng)用于口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,按照成型方式分類主要包括立體光固化成型(stereolithography,SLA)、選擇性激光熔覆(selective laser melting,SLM)、熔融沉積成型(fused deposition modeling,F(xiàn)DM)和噴墨打印[4],用于制作種植導(dǎo)板、修復(fù)體熔模蠟型、活動(dòng)和固定義齒金屬支架、頜面部修復(fù)體以及全口義齒等[5]??谇幻缹W(xué)修復(fù)路徑可分為前期的分析設(shè)計(jì)階段和后期的臨床實(shí)施階段[6-7]。采用SLA技術(shù)打印蠟型或樹(shù)脂冠橋等進(jìn)行美學(xué)要素的分析、查找、設(shè)計(jì)并制定相應(yīng)的治療計(jì)劃,明確美學(xué)修復(fù)方案。臨床實(shí)施中通過(guò)3D打印的TRS導(dǎo)板開(kāi)展精準(zhǔn)牙體預(yù)備,有利于精準(zhǔn)的量形控制,檢測(cè)指導(dǎo)最終修復(fù)體數(shù)字化設(shè)計(jì)及實(shí)體轉(zhuǎn)化,完成整個(gè)精準(zhǔn)修復(fù)過(guò)程。


一、 3D 打印在美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段的臨床應(yīng)用路徑
在口腔修復(fù)過(guò)程中,目標(biāo)修復(fù)體空間(target restoration space,TRS)是擬定的修復(fù)后各種修復(fù)體所占據(jù)的最小空間[8]。TRS導(dǎo)板是指在醫(yī)—患—技三方確認(rèn)的美學(xué)設(shè)計(jì)方案后,使用硅橡膠、牙科透明膜片或者3D打印等方法制備TRS導(dǎo)板,用于空間分析設(shè)計(jì)、牙體制備、種植手術(shù)及修復(fù)體制作等。因此,美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段的目的在于醫(yī)師與病人、技師需共同根據(jù)生物學(xué)、材料學(xué)和美學(xué)等影響因素完成目標(biāo)修復(fù)體空間的設(shè)計(jì),并將虛擬設(shè)計(jì)的TRS藍(lán)圖通過(guò)不同階段的實(shí)體預(yù)告技術(shù)準(zhǔn)確地傳遞到臨床實(shí)施階段。充分的交流和溝通依賴于美學(xué)修復(fù)治療的美學(xué)修復(fù)預(yù)告,傳統(tǒng)的預(yù)告技術(shù)包含三個(gè)階段:一級(jí)預(yù)告為數(shù)字美齒設(shè)計(jì);二級(jí)預(yù)告為美學(xué)診斷蠟型;三級(jí)預(yù)告為口內(nèi)診斷飾面[9]。按照數(shù)字化程度與TRS傳遞的精準(zhǔn)性可將口腔修復(fù)治療美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段分為傳統(tǒng)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)、半數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)、全數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì),每種臨床路徑如圖1所示,下面將進(jìn)行詳細(xì)闡述。

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1.1傳統(tǒng)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)傳統(tǒng)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑
通過(guò)美學(xué)修復(fù)預(yù)告,醫(yī)師、技師和病人在可視的基礎(chǔ)上共同參與治療計(jì)劃的制定。病人初診時(shí)采集面部和口內(nèi)照片,并根據(jù)病人自身情況,結(jié)合美學(xué)、功能等需求制定TRS,并將所采集二維影像信息用于一級(jí)預(yù)告中的數(shù)字化美學(xué)分析設(shè)計(jì)(圖2A)[8]。根據(jù)一級(jí)預(yù)告中數(shù)字化美學(xué)分析設(shè)計(jì)的目標(biāo)修復(fù)體形態(tài)手工制作反映未來(lái)修復(fù)體空間的美學(xué)診斷蠟型,完成二級(jí)預(yù)告(圖2B)。根據(jù)已經(jīng)做好的美學(xué)診斷蠟型翻制TRS導(dǎo)板,進(jìn)行口內(nèi)診斷飾面制作,完成三級(jí)預(yù)告(圖2C)。

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傳統(tǒng)的美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑,只需要照片收集和數(shù)字化美學(xué)分析工具即可以完成一級(jí)美學(xué)預(yù)告技術(shù),操作簡(jiǎn)單,在臨床使用廣泛,技術(shù)成熟,成本較低。但同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn),首先,由于一級(jí)美學(xué)預(yù)告技術(shù)需要將面部照片和口內(nèi)照片進(jìn)行匹配,以完成二者信息的結(jié)合,綜合進(jìn)行面部和口內(nèi)美學(xué)分析,但二者的拍攝角度要求一致,操作難度大。再者一級(jí)美學(xué)預(yù)告所得的二維美學(xué)分析設(shè)計(jì)結(jié)果很難準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為二級(jí)美學(xué)預(yù)告技術(shù)中的三維蠟型,這將增加傳遞TRS信息的誤差,影響最終修復(fù)效果。最后,手工制作美學(xué)診斷蠟型需要技術(shù)嫻熟的技師來(lái)完成且需要大量制作時(shí)間。


1.2半數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)
數(shù)字化口腔技術(shù)已經(jīng)能夠進(jìn)行口內(nèi)和面部美學(xué)信息獲取,以及集美學(xué)分析設(shè)計(jì)、美學(xué)診斷蠟型設(shè)計(jì)于一體的數(shù)字化美學(xué)方案設(shè)計(jì)[13]。通過(guò)3D打印技術(shù)將美學(xué)分析和設(shè)計(jì)的數(shù)字化結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)體,作為美學(xué)修復(fù)預(yù)告和精準(zhǔn)實(shí)施的重要手段,減少模型制取和美學(xué)診斷蠟型手工制作等步驟,有效減少了翻制模型及手工制作蠟型時(shí)造成的TRS傳遞誤差,有效提高診療效率和病人舒適度。

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半數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程將數(shù)字化美學(xué)診斷蠟型設(shè)計(jì)技術(shù)和3D打印技術(shù)引入分析設(shè)計(jì)過(guò)程中。病人初診采集面部和口內(nèi)照片(圖3A),掃描石膏模型并將頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移到虛擬牙合架上,結(jié)合病人的面部信息直接在軟件中進(jìn)行美學(xué)分析設(shè)計(jì)、美學(xué)診斷蠟型設(shè)計(jì),進(jìn)行一級(jí)預(yù)告(圖3B、C)。3D打印設(shè)計(jì)好的美學(xué)診斷模型,用于二級(jí)預(yù)告(圖3D)。在3D打印的美學(xué)診斷模型上制作TRS導(dǎo)板,進(jìn)行口內(nèi)診斷飾面制作,完成三級(jí)預(yù)告。

半數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑將傳統(tǒng)一級(jí)預(yù)告的分析設(shè)計(jì)、二級(jí)預(yù)告的美學(xué)診斷蠟型制作整合為一次性的數(shù)字化設(shè)計(jì)步驟。整個(gè)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段分為數(shù)字化設(shè)計(jì)和3D打印兩步,簡(jiǎn)化了美學(xué)分析和設(shè)計(jì)的步驟,縮短了醫(yī)生和技師的操作時(shí)間。但過(guò)程中仍需進(jìn)行口內(nèi)印模制取和翻制石膏模型,病人舒適度未得到改善。在數(shù)字化設(shè)計(jì)擬合過(guò)程中,將二維的病人面部照與三維的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,同樣存在傳遞TRS過(guò)程的誤差,因此難度較大且不準(zhǔn)確。


1.3全數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)
全數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑在半數(shù)字化路徑的基礎(chǔ)上用口內(nèi)掃描和面部掃描數(shù)據(jù)代替模型收集和照片收集步驟。病人初診時(shí)口內(nèi)掃描制取數(shù)字化模型,面部掃描采集面部和唇齒關(guān)系等信息(圖4A、B)。然后將面部掃描數(shù)據(jù)直接與病人的數(shù)字化模型數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,根據(jù)病人的三維形貌和咬合關(guān)系等信息進(jìn)行美學(xué)診斷蠟型設(shè)計(jì),完成一級(jí)預(yù)告(圖4C)。3D打印設(shè)計(jì)好的美學(xué)診斷模型,用于二級(jí)預(yù)告(圖4D)。在3D打印的美學(xué)診斷模型上制作TRS導(dǎo)板,進(jìn)行口內(nèi)診斷飾面制作,完成三級(jí)預(yù)告。

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全數(shù)字化美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑直接運(yùn)用數(shù)字化方式采集病人口內(nèi)和面部信息,簡(jiǎn)化了操作步驟,縮短了操作時(shí)間,完全避免了由于翻制模型及手工制作蠟型所導(dǎo)致的TRS傳遞誤差,大大提高了TRS信息傳遞的準(zhǔn)確性及病人的舒適度。數(shù)字化設(shè)計(jì)將三維的面部掃描數(shù)據(jù)和口內(nèi)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,過(guò)程簡(jiǎn)單,結(jié)果準(zhǔn)確可靠[14-15]。但全數(shù)字化過(guò)程還不能進(jìn)行病人頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移,對(duì)于涉及咬合改變的情況還沒(méi)有辦法準(zhǔn)確進(jìn)行咬合設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)路徑成本較低、方法成熟,雖然很難做到精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和臨床實(shí)施,但可以讓初學(xué)者快速進(jìn)行口腔美學(xué)修復(fù)操作。數(shù)字化路徑設(shè)計(jì)準(zhǔn)確,但前期投入的設(shè)備和軟件成本較高,目前還很難廣泛地應(yīng)用于修復(fù)臨床。不管哪種美學(xué)分析和設(shè)計(jì)路徑,都要根據(jù)臨床實(shí)際情況進(jìn)行方法的選擇,醫(yī)技患充分溝通用最合適的方式進(jìn)行修復(fù)治療。


二、3D 打印在口腔美學(xué)修復(fù)臨床實(shí)施階段的應(yīng)用

在口腔美學(xué)修復(fù)的后期臨床實(shí)施階段,醫(yī)師常需進(jìn)行不可逆的有創(chuàng)操作,以完成牙體預(yù)備或種植體植入。由于牙體預(yù)備的目標(biāo)與實(shí)質(zhì)是在人體最硬的器官上得到與所選修復(fù)體材料及工藝準(zhǔn)確適合的TRS[16],同時(shí)技師根據(jù)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果制作最終修復(fù)體,因此數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果如實(shí)地傳遞至最終修復(fù)體提供了有效的解決方案。


2.13D打印TRS導(dǎo)板在牙體制備中的應(yīng)用
TRS導(dǎo)板可用硅橡膠、牙科透明膜片或者3D打印等方法進(jìn)行制備。用于備牙時(shí),TRS導(dǎo)板也可叫備牙導(dǎo)板。傳統(tǒng)的方式是使用硅橡膠翻制美學(xué)診斷蠟型,得到硅橡膠備牙導(dǎo)板,該方法簡(jiǎn)便但硅橡膠不透明,沒(méi)有辦法精確測(cè)量備牙導(dǎo)板到基牙之間的距離且臨床操作復(fù)雜。牙科透明膜片制作備牙導(dǎo)板是將美學(xué)診斷蠟型翻制成石膏模型,壓膜而成,制作過(guò)程稍復(fù)雜。3D打印制作備牙導(dǎo)板可以直接在數(shù)字化美學(xué)診斷蠟型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)數(shù)字化導(dǎo)板,再通過(guò)SLA技術(shù)打印出備牙導(dǎo)板,方法簡(jiǎn)便(圖5)。在專業(yè)設(shè)計(jì)軟件中導(dǎo)入分析設(shè)計(jì)階段完成的美學(xué)診斷蠟型數(shù)據(jù)(圖5A),在此數(shù)據(jù)上直接進(jìn)行“抽殼”操作,將備牙導(dǎo)板的厚度設(shè)置為0.8 mm(圖5B),只保留需要進(jìn)行牙體預(yù)備的幾個(gè)牙位完成TRS備牙導(dǎo)板設(shè)計(jì)(圖5C),最后3D打印TRS備牙導(dǎo)板,并指導(dǎo)口內(nèi)牙體預(yù)備(圖5D)。

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TRS導(dǎo)板的制作過(guò)程為美學(xué)修復(fù)制定了修復(fù)藍(lán)圖,讓口腔醫(yī)師能全面檢測(cè)病人的美學(xué)相關(guān)信息;同時(shí),備牙導(dǎo)板保證了預(yù)備體符合目標(biāo)修復(fù)體的空間要求,在保證微創(chuàng)預(yù)備的同時(shí)為最終修復(fù)體的制作和粘接提供了良好的基礎(chǔ)。


2.23D打印制作臨時(shí)修復(fù)體
對(duì)于進(jìn)行二次修復(fù)或過(guò)小牙等完全利用體外TRS的美學(xué)修復(fù)病人,可將數(shù)字化美學(xué)分析設(shè)計(jì)與3D打印技術(shù)結(jié)合進(jìn)行美學(xué)預(yù)告并直接打印臨時(shí)修復(fù)體。具體操作如下:病人初診時(shí)采集面部照片或進(jìn)行面部掃描,取印模、翻制石膏模型并掃描石膏模型將頜位關(guān)系轉(zhuǎn)移到虛擬牙合架上,結(jié)合病人面部信息進(jìn)行數(shù)字化美學(xué)分析設(shè)計(jì)目標(biāo)修復(fù)體形態(tài)(圖6A、B)。3D打印設(shè)計(jì)好的目標(biāo)修復(fù)體,進(jìn)行口內(nèi)預(yù)告并可直接作為備牙后的臨時(shí)修復(fù)體使用(圖6C、D)。該方法同時(shí)完成了美學(xué)診斷蠟型、口內(nèi)預(yù)告的美學(xué)診斷飾面和備牙后的臨時(shí)修復(fù)體的制作,大大簡(jiǎn)化了操作步驟,節(jié)約了操作時(shí)間和資源。

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2.33D打印輔助口腔修復(fù)體制作

美學(xué)修復(fù)治療過(guò)程中如何讓最終的修復(fù)體表達(dá)美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段的美學(xué)效果,即最初分析設(shè)計(jì)所得TRS能準(zhǔn)確
傳遞到最終修復(fù)體的制作是美學(xué)修復(fù)的關(guān)鍵步驟。傳統(tǒng)的修復(fù)體制作流程均為手工制作,包括制作模型或代型、制作底冠蠟型、包埋鑄造、上瓷、修整外形和上釉完成。由于手工制作過(guò)程不能將美學(xué)診斷蠟型與工作模型進(jìn)行擬合,很難將美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果一對(duì)一如實(shí)地傳遞至最終修復(fù)體。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)制作修復(fù)體,首先需通過(guò)模型掃描或口內(nèi)掃描將預(yù)備后的牙體表面信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化工作模型,再將美學(xué)分析和設(shè)計(jì)階段已確定好的TRS信息與數(shù)字化工作模型重疊,用以指導(dǎo)修復(fù)體的設(shè)計(jì)和制作(圖7)。

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目前,應(yīng)用于美學(xué)修復(fù)體制作的3D打印技術(shù)主要為SLA,比較成熟的工藝流程是用3D打印技術(shù)制作底冠蠟型,之后包埋鑄造完成修復(fù)體制作。具體步驟如圖8所示:將美學(xué)診斷蠟型與工作模型擬合,指導(dǎo)設(shè)計(jì)最終修復(fù)體;3D打印底冠蠟型;完成修復(fù)體制作。3D打印技術(shù)輔助修復(fù)體制作既可解決傳統(tǒng)修復(fù)體制作流程中難以用美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果指導(dǎo)最終修復(fù)體制作的缺點(diǎn),又可避免減材制作的加工缺陷,節(jié)約制作成本,延長(zhǎng)修復(fù)體的使用壽命。

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三、3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用的局限性和展望
目前3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用的局限性表現(xiàn)為成本較傳統(tǒng)技術(shù)高,打印原材料還不多,影響廣泛應(yīng)用。而SLA成型技術(shù)所用的材料為樹(shù)脂和蠟,這兩種材料的強(qiáng)度低、顏色與天然牙不匹配,都不適合制作最終修復(fù)體,因此目前在美學(xué)修復(fù)中必需將3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合才能達(dá)到預(yù)期的美學(xué)修復(fù)效果。學(xué)者已開(kāi)始研發(fā)可以直接進(jìn)行陶瓷打印的3D打印工藝,即用美學(xué)分析和設(shè)計(jì)結(jié)果確定最終修復(fù)體設(shè)計(jì)后,直接3D打印完成陶瓷底冠或最終修復(fù)體,可使瓷美學(xué)修復(fù)體的制作過(guò)程更加簡(jiǎn)化和精確。3D打印在口腔美學(xué)修復(fù)領(lǐng)域?qū)?huì)前途無(wú)限。

來(lái)源:中國(guó)3D打印網(wǎng)

文章來(lái)源:(華西口腔醫(yī)學(xué)雜志)
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