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    论文:3D打印在口腔种植学中的应用研究进展

    2022-04-26来源:网络

      1.3D打印技术的原理和分类   3D打印技术又称增材制造技术,属于快速成型技术的一种。3D打印技术区别于传统的“减材制造技术”,是一种依托于数字扫描、精密机械及材料学等多学科发展起来的增材技术。通过重建数字化模型,对模型进行加工处理,最终在3D打印机上通过“层层叠加”加工形成整体。

      1.1 3D打印技术的原理

      3D打印的核心为将计算机、控制、机械集为一体,通过计算机进行模型重建,传输控制指令及打印机打印目标物来实现模型的实体化。3D打印前,根据材料的不同选择不同的打印方法。打印机在打印时,先通过计算机获取实体模型,然后通过专用软件将模型转化为数据文件,再将数据文件传输给3D打印机。打印机根据指令驱动打印头按照预定轨迹进行打印,形成固化层。第一层打印后,打印头会重新移动到第二层开始的位置,重复上述动作,循环往复堆叠成目标实体。

      1.2 3D打印技术的分类

      3D打印技术主要有:(1)分层制造(laminated object manufacturing,LOM);(2)熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM);(3)选择性激光烧结(selectivelaser sintering,SLS);(4)立体光刻技术(stereolithography appearance,SLA);(5)喷墨打印技术;(6)选择性激光熔覆(selective laser melting,SLM)等。自20世纪80年代研发至今,随着科技及材料学的发展,3D打印已广泛应用于制造、设计、医学、建筑、航天及生物工程等领域。

      2.3D打印技术在口腔种植学中的应用

      2.1种植区骨增量的应用

       在种植体界面的骨质及骨量影响种植体系统初期的稳定性。有数据显示,大约>50%的种植患者需要在种植前和种植过程中进行骨增量手术。传统的骨增量手术操作复杂,成功率较低,需要施术者有丰富的临床及操作经验。同时患者可能需要接受多次骨增量手术后才能符合种植体周围骨量及骨质的标准,费时费力。但3D打印的应用使这一情况出现了改观。3D打印在种植骨增量中的应用主要包括打印骨重建模型,打印个性化支架,打印骨移植物等。

       袁帅等对43例行3D打印个性化钛网进行骨增量治疗的患者术后进行观察。除1例患者术后愈合不良外,其余患者均出现明显的骨改建且术后未出现明显骨吸收,有着显著的骨增量效果。白丽云通过动物实验得出3D打印的个性化钛网力学性能达标,具有形态佳、简单方便、精准度高等优点,实验显示骨增量效果可靠,且术后暴露率低,具备临床可行性。

      Bartnikowski等运用可吸收医用材料打印出的符合缺损区骨形态的支架,能够促进缺损区骨再生,并且方法简单,可重复,精确度高。Park等利用3D打印技术打印出适应动物模型骨缺损区的三维聚己内酯(PCL)支架,结合β-磷酸三钙粉植入骨缺损区。PCL支架成功地维持了骨缺损部位的物理空间,并促进了术后健康骨的再生,无炎症或感染反应。

      Manzano等利用3D打印复制了13例患者骨缺损区的模型并进行了手术设计,根据模型选择合适的植入材料和植入途径,加快了引导骨再生和手术的进程,且有利于患者的沟通和理解。Hwang等将聚己内酯(PCL)、聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)和β-磷酸三钙(β-TCP)以4∶4∶2的比例混合后,利用3D打印技术制备PCL/PLGA/β-TCP颗粒状骨移植物,并与非胶原蛋白混合形成复合骨移植物,进行动物实验与传统的双相磷酸钙(BCP)相比,得出二者的成骨性能基本相同,但3D打印颗粒状骨移植物能够更好的维持骨缺损和支持屏障膜,但无相应的临床试验支撑。因此,在一定范围内,PCL/PLGA/β-TCP复合骨移植块有成为临床使用的合成骨移植替代品的潜能。

       目前,大部分研究主要致力于各种生物活性支架在骨增量中的作用,而3D打印骨移植物替代品的研究较少,且大部分为体外研究,只能说明3D打印骨移植物有成为临床替代品的潜力,需要临床进一步研究和应用。

      2.2打印种植体的应用

       种植体为种植修复中的根基,且种植手术成功的关键之一就是种植体能否长期稳定的存在于牙槽骨中。自Branemark教授提出骨结合理论至今,为了获得更好的骨结合率,科学家对种植体采取多种处理,均取得了较好的效果。3D打印技术的出现加快了种植体的发展,使种植体的制作向着安全、精准、简洁、个性的方向发展。

       王骅等利用MTT比色实验得出,通过3D打印制作的钛合金种植体细胞毒性为0级,满足口腔种植材料的临床应用要求。Cheng等利用3D打印技术赋予种植体特殊的三维结构,该结构不仅能提高表面粗糙度,还能促进人骨髓间充质干细胞的成骨分化。这项研究表明,三维结构可以增强种植体在体内的骨整合,且与机械制造相比,3D打印所需的材料及时间更少并能够提供更好的三维结构控制。

      Bollman等设计了一种具有相互连接的3D管状结构的种植体,加入SDF-1α后,该结构能够更长时间的保留SDF-1α对干细胞的招募作用,以增强骨整合。为解决即刻种植中常规种植体不能与拔牙窝相吻合并获得良好的初期稳定性及种植失败后面临着严重的骨吸收这两大问题,多孔类骨小梁钛种植体及个性化根性种植体逐渐发展起来。3D打印可以打印出更复杂的种植体结构,如与骨表面形态更加接近的种植体。

      Chang等通过3D打印制作出一种可以适应骨缺损结构的、具有多孔结构及优良表面性能的种植体,该种植体与商用种植体相比,实验中有更多新骨形成。实验表明该种种植体具有良好的骨再生和常规种植失败后修复大面积骨缺损的前景。

      Figliuzzi等对一名上前牙拔牙术后即刻种植个性化根形种植体患者随访,得出种植体具有良好的功能和美学融合,没有出现明显骨吸收或软组织衰退。且与常规螺钉状种植体相比,个性化根形种植体在牙槽骨中具有更好的应力分布。临床中每位患者的状况是不同的,部分患者在牙缺失后,牙槽骨流失严重,出现牙槽嵴萎缩,不能满足临床种植的需求。

       有关研究显示除了进行骨增量手术外,对于某些牙槽骨高度足够,但宽度欠缺的患者,还可使用3D打印制造的窄径种植体,以满足患者对种植修复的需求,但使用该种种植体前,需要对患者进行综合评估,使种植体具有良好的初期稳定性及避免咬合负荷过大,防止种植体失败。

      2.3打印口腔种植导板的应用

       传统的口腔种植手术大部分依靠医生的临床经验,对年轻医生的挑战性较高,种植体的位置容易出现偏差,患者所需承担的风险也较大。3D打印种植导板可有效地解决这些问题。临床常用的种植导板主要有牙支持式导板,黏膜支持式导板及混合支持式导板三大类。种植导板的应用提高了种植位置的精确度,缩短手术时间,降低了手术风险。

       与传统热塑性种植导板相比,使用3D打印种植导板可以使种植体的位置更加精准。Schneider等通过模型实验得出与传统的植入方法相比,3D打印模板引导下的种植似乎提供了更高的准确性和精度,但该研究有待临床实验进一步证明。

       孙瑶等记录的一例椅旁牙支持式导板引导下的种植体植入,在固位良好的导板引导下,种植体获得了较好的术后效果,种植体位置偏差也在大数据偏差范围内。黏膜支持式导板因为黏膜弹性对导板的种植精确度有负面影响,会增加种植体位置的偏差,但仍处于临床可接受的准确性水平。

       虽然种植导板的应用提高了种植手术的精度,但术中偏差仍然存在,且不同打印机所打印的数字化导板的精度也存在差异,需要临床医生掌握一定的临床经验及综合考虑所有因素。而且有部分研究的得出,通过增材制造所得种植导板与铣削所制造的种植体在精确度上并没有显著差异,但增材制造所需材料更少,缩短制造时间,效能更高。

       除上述应用外,3D打印在种植领域也有其他方面的运用。通过制作3D打印钻孔导板来解决修复体基台螺钉松动的情况。通过这种方法,螺钉进入通道可以被精确定位,可以较好的保存现有冠。还可以利用数字化导板在非翻瓣情况下去除骨移植物的固定螺钉,后进行种植体植入。

      Londono等将3D打印技术用于制造种植体支持的保护移植软组织的支架,以确保移植软组织与种植体周围的骨膜密切接触,促进软组织愈合,以获得良好的软组织封闭。

      3.总结

       随着3D打印的使用,口腔种植学正大步向前发展,口腔种植与3D打印技术结合愈加密切。但3D打印解决种植中个性化、少量化、精准化需求的同时还存在部分问题,如成本较高,个别打印过程较为复杂,仍然存在偏差等。随着现代科学技术及材料学的进展,3D打印技术在口腔临床种植中将发挥更重要的作用。

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