3D打印技術(shù)在口腔頜面外科的應(yīng)用

周洋

摘要：近年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人類社會(huì)逐漸進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的普及和應(yīng)用日漸廣泛。3D打印技術(shù)便誕生于這一時(shí)代背景下，該技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域和治療中的廣泛應(yīng)用，大大改變了傳統(tǒng)的口腔頜面外科治療管理方式和觀念。本文主要就3D打印技術(shù)在口腔頜面外科教學(xué)和治療中的應(yīng)用做一綜述。

關(guān)鍵詞：口腔頜面外科;3D打印技術(shù);3維模型;教學(xué)

中圖分類號(hào)：R782 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.17.012

文章編號(hào)：1006-1959（2020）17-0040-04

Abstract：In recent years， with the continuous development of information technology， human society has gradually entered the digital age， and the popularization and application of digital technology in various fields has become increasingly widespread. 3D printing technology was born in this era. The wide application of this technology in modern medical research and treatment has greatly changed the traditional oral and maxillofacial surgery management methods and concepts. This article mainly reviews the application of 3D printing technology in oral and maxillofacial surgery teaching and treatment.

Key words：Oral and maxillofacial surgery;3D printing technology;3D model;Teaching

3D打印技術(shù)（3D printing technology）又稱三維快速打印成型技術(shù)、增材三維制造打印技術(shù)，本質(zhì)上是一系列新型的數(shù)字化快速打印成型的技術(shù)，最早誕生于20世紀(jì)80年代末期，并逐步改進(jìn)、發(fā)展和完善。該技術(shù)以三維數(shù)字信息打印機(jī)為主要技術(shù)基礎(chǔ)，利用各種專業(yè)的軟件快速抓取三維數(shù)據(jù)，將實(shí)體分割開來形成三維層狀，通過3D三維打印機(jī)，以各種分層或者疊加方式制造的三維打印方式，創(chuàng)建三維實(shí)體模型[1]。與其他傳統(tǒng)打印技術(shù)相比，3D三維打印技術(shù)在其制作的過程中完全避免了煩瑣的三維打印工藝和步驟，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品個(gè)性化的定制，有效地節(jié)省了人力、物力及財(cái)力，大大縮短了加工過程耗費(fèi)的時(shí)間，提高了精確性，因此逐漸被廣泛運(yùn)用于軍事、航空航天、船舶制造、工程建筑等重工業(yè)領(lǐng)域[2]。研究表明[3]，3D打印技術(shù)制造出來的三維模型產(chǎn)品，其打印精度甚至可直接達(dá)到原物體的±200 μm。20世紀(jì)90年代，臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域首次嘗試引入了3D打印相關(guān)技術(shù)，醫(yī)生使用該技術(shù)將顱骨CT掃描模型中的數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)化為顱骨的實(shí)物掃描模型，與采用傳統(tǒng)打印技術(shù)精密加工制作的實(shí)物掃描模型產(chǎn)品相比，該技術(shù)制作的模型掃描精確度明顯更高[4]。21世紀(jì)以來，隨著精密加工技術(shù)的發(fā)展，3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要性明顯提高，應(yīng)用日益廣泛。本文將對(duì)3D打印技術(shù)在口腔頜面外科教學(xué)及手術(shù)等諸方面的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

1口腔頜面外科教學(xué)

當(dāng)前在口腔頜面外科理論及實(shí)踐的教學(xué)中仍以傳統(tǒng)的教科書、局部解剖圖譜、手術(shù)操作圖譜教學(xué)為主，多媒體教學(xué)、標(biāo)本解剖、標(biāo)本操作技術(shù)教學(xué)為輔。由于局部解剖圖譜、手術(shù)操作圖譜、多媒體教學(xué)資料無法精確地模擬正常及病變后的人體解剖結(jié)構(gòu)，且標(biāo)本來源有限、成本偏高，制作標(biāo)本的過程導(dǎo)致細(xì)微組織結(jié)構(gòu)不清晰、存在解剖組織結(jié)構(gòu)的變異等，學(xué)生們對(duì)口腔頜面部的人體解剖結(jié)構(gòu)關(guān)系、病變后軟硬組織的具體結(jié)構(gòu)、相對(duì)位置關(guān)系、各自的狀態(tài)及手術(shù)操作過程難以深刻理解。而3D打印技術(shù)所具有的精確性高、直觀性強(qiáng)、可以放大等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足[5]。

1.1局部解剖教學(xué) ?3D打印及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用有助于學(xué)生充分了解真實(shí)的顳骨解剖結(jié)構(gòu)，特別是細(xì)微結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)。Suzuki M等[6]使用3D打印技術(shù)加工制作等比例雙倍放大的顳骨模型，作為教授顱底局部解剖的教具，學(xué)生可以從各個(gè)方位、各個(gè)角度觀察顳骨的細(xì)微結(jié)構(gòu)。吳顏延等[7]使用3D打印技術(shù)制作顱骨模型用于顱底解剖教具，26名學(xué)生中有88%的學(xué)生認(rèn)為該方法增加了他們學(xué)習(xí)的興趣，96%的學(xué)生認(rèn)為相比于傳統(tǒng)教學(xué)方法，使用該方法學(xué)習(xí)更加直觀，有助于他們對(duì)空間解剖關(guān)系的理解。姚志濤等[8]使用口腔頜面部外傷患者的三維打印頜骨模型，對(duì)隨機(jī)選擇的學(xué)生進(jìn)行口腔頜面部骨折的解剖教學(xué)及測(cè)驗(yàn)，結(jié)果顯示，相比于使用傳統(tǒng)方法教學(xué)的學(xué)生，這些學(xué)生對(duì)于口腔頜面部創(chuàng)傷病人的解剖情況的認(rèn)識(shí)更加準(zhǔn)確、完整。

1.2手術(shù)教學(xué) ?口腔頜面部的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重要血管、神經(jīng)、導(dǎo)管分布密集，走行情況變異較多，手術(shù)醫(yī)生的視野相對(duì)狹窄和局限，操作困難較大。在傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式中，青年口腔頜面外科醫(yī)生在獨(dú)立手術(shù)前，需先經(jīng)歷較多臺(tái)次的手術(shù)觀摩，而后在經(jīng)驗(yàn)豐富的口腔外科醫(yī)生的指導(dǎo)下，挑選適合的病例進(jìn)行手術(shù)操作，機(jī)會(huì)相對(duì)有限，培養(yǎng)的周期相對(duì)較長(zhǎng)。而借助3D打印技術(shù)，Canellas JV等[9]在3D打印頭顱模型上精確模擬了口腔頜面外科麻醉經(jīng)常涉及的神經(jīng)和血管，特別是三叉神經(jīng)及其分支，并制作了神經(jīng)阻滯麻醉操作的視頻，提供給130名青年醫(yī)生及醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)麻醉操作技術(shù)，100%的參與者認(rèn)為，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，該教學(xué)方式提高了他們對(duì)口腔頜面外科麻醉技術(shù)的理解和掌握。Olszewski R等[10]指導(dǎo)青年醫(yī)生在3D打印頭顱模型上模擬手術(shù)過程，結(jié)果提示進(jìn)行模擬手術(shù)有助于在實(shí)際的手術(shù)操作中有效避開上頜竇、牙根及重要的血管神經(jīng)等結(jié)構(gòu)。趙雪竹等[11]指導(dǎo)學(xué)生在3D打印頜骨模型上模擬正頜手術(shù)過程，并制作手術(shù)導(dǎo)板，進(jìn)行3～5次模擬操作之后，再進(jìn)行實(shí)際的手術(shù)操作，100%的學(xué)生認(rèn)為先在仿真的模型上進(jìn)行模擬正頜手術(shù)，有助于制作更加合適的正頜手術(shù)導(dǎo)板。借助3D打印技術(shù)，上述研究顯示，在手術(shù)操作的教學(xué)中，可以挑選合適的病例，以3D打印技術(shù)制作手術(shù)模型，用于模擬手術(shù)操作。此種教學(xué)方法大大增加了青年口腔頜面外科醫(yī)生參與手術(shù)操作的機(jī)會(huì)，縮短了培養(yǎng)時(shí)間，可以盡快幫助他們熟悉并掌握手術(shù)的操作。

2口腔頜面外科手術(shù)

2.1頜面部骨折手術(shù) ?頜面部骨折一般由于交通事故、高處墜落、工傷、打架斗毆等多種原因引起，多導(dǎo)致患者面部形態(tài)異常、咬合關(guān)系紊亂、張閉口受限，嚴(yán)重影響患者的咀嚼、吞咽、言語、呼吸等身體機(jī)能，嚴(yán)重危害了患者的身心健康和生活質(zhì)量[12]。頜面部骨骼數(shù)目眾多，形態(tài)各異，骨折情況復(fù)雜，曲面斷層片、CT等傳統(tǒng)檢查技術(shù)難以準(zhǔn)確地反映骨折斷端的移位情況及骨折斷端的空間位置關(guān)系[13]。傳統(tǒng)骨折手術(shù)中，內(nèi)固定材料的塑型、骨折復(fù)位情況的判斷、固定方式的選擇等主要是取決于口腔頜面外科醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)與手工操作，缺乏量化的指標(biāo)，導(dǎo)致部分骨折手術(shù)效果欠佳。而通過應(yīng)用3D打印技術(shù)制作骨折的模型，在模型上模擬手術(shù)中骨折復(fù)位的過程，選擇合適的內(nèi)固定材料，并予預(yù)塑形，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)后續(xù)的實(shí)際手術(shù)操作。此方法大幅度降低了骨折手術(shù)的難度，提高了精準(zhǔn)度，明顯地縮短了手術(shù)的時(shí)長(zhǎng)，在手術(shù)中實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化、微創(chuàng)化、精準(zhǔn)化。

呂繼連等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，在下頜骨骨折切開復(fù)位內(nèi)固定術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，制作患者骨折模型，模擬骨折復(fù)位的過程，根據(jù)骨折復(fù)位后的模型設(shè)計(jì)內(nèi)固定裝置并進(jìn)行預(yù)彎塑形，術(shù)中對(duì)齊骨折斷端，恢復(fù)咀嚼關(guān)系，固定內(nèi)固定裝置。與采用傳統(tǒng)手術(shù)方式的對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組手術(shù)耗時(shí)明顯減少，咀嚼關(guān)系的恢復(fù)更加令患者滿意。歐邦賓等[15]、李立峰 等[16]的研究發(fā)現(xiàn)，在顴骨顴弓復(fù)合骨折患者的手術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，與采用傳統(tǒng)手術(shù)方式的對(duì)照組相比，骨折復(fù)位效果更好，骨折斷端愈合更快，降低了手術(shù)并發(fā)癥的危險(xiǎn)性和發(fā)生率，這一優(yōu)勢(shì)在顴骨顴弓粉碎性骨折、骨折斷端移位明顯者等復(fù)雜骨折病例的手術(shù)中體現(xiàn)的尤為明顯。夏超等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在全面部多發(fā)骨折的患者的手術(shù)中通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，術(shù)前進(jìn)行模型手術(shù)，制作復(fù)位導(dǎo)板，在一定程度上有效解決了全面部多發(fā)骨折手術(shù)中，骨折斷端復(fù)位缺少明確的參考標(biāo)準(zhǔn)的問題，在一定程度上降低了手術(shù)的難度，縮短了手術(shù)的時(shí)間，減少了手術(shù)的創(chuàng)傷，提高了手術(shù)的精確性。

2.2頜骨缺損修復(fù) ?頜骨缺損的常見原因有嚴(yán)重的頜面部外傷、嚴(yán)重的先天性頜骨發(fā)育異常、頜面部腫瘤切除術(shù)后等，多伴有周圍重要器官和組織結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞和功能缺失，對(duì)患者的咀嚼、吞咽、呼吸、語音及骨骼的運(yùn)動(dòng)、感覺功能造成嚴(yán)重的影響，給患者身體健康、心理健康帶來了沉重打擊，大大降低了患者的生存質(zhì)量。

目前修復(fù)患者頜面部骨組織的缺損，多選擇采取游離骨移植、人工軟骨替代物如鈦板等方式，修復(fù)患者頜面部軟組織的缺損，多選擇采取帶蒂皮瓣、血管化腓骨移植等方式。上述缺損修復(fù)的方法不但導(dǎo)致手術(shù)耗時(shí)明顯增加，而且通常難以做到精準(zhǔn)修復(fù)缺損部位的形態(tài)，患者的張口、咀嚼、咬合等功能恢復(fù)欠佳，術(shù)后患者需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的恢復(fù)和改建的過程。而通過應(yīng)用3D打印技術(shù)，能夠更加直觀、清晰的還原患區(qū)組織缺損情況，快速、簡(jiǎn)單的為患者設(shè)計(jì)出最適合的個(gè)性化修復(fù)和治療方案。

郝申申等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在下頜骨成釉細(xì)胞瘤切除植骨重建術(shù)中，術(shù)前采用3D打印技術(shù)制作腫瘤患者頜骨模型，進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，設(shè)計(jì)切除范圍，以此為標(biāo)準(zhǔn)確定腓骨的截骨范圍，最終確定手術(shù)方案，可以明顯簡(jiǎn)化手術(shù)的操作、降低手術(shù)的難度，達(dá)到了精準(zhǔn)化、個(gè)性化的治療，術(shù)后患者術(shù)區(qū)形態(tài)、功能恢復(fù)效果良好。王文迪等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在上頜骨的缺損的修復(fù)中，術(shù)前采用3D打印技術(shù)制作病變部位的模型，初步確定病變部位的截骨范圍，在此基礎(chǔ)上制備3D打印的鈦網(wǎng)修復(fù)體，術(shù)后面部外形輪廓良好，功能滿意。林崇翔等[20]在臨床研究中嘗試了3D打印個(gè)性化鈦網(wǎng)聯(lián)合頰脂墊和前臂皮瓣的“三明治技術(shù)”，術(shù)后可完全封閉術(shù)區(qū)口鼻瘺，患者患側(cè)外形與健側(cè)基本對(duì)稱，語音、咀嚼、吞咽、呼吸等功能恢復(fù)效果良好。此外，杜寶霞等[21]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于因各種原因?qū)е聼o法在手術(shù)中同期進(jìn)行修復(fù)的上頜骨缺損患者，采用3D打印技術(shù)制作上頜骨組織缺損模型，術(shù)前為患者量身制作個(gè)性化的上頜骨預(yù)制贗復(fù)體，可有效保護(hù)患者的手術(shù)創(chuàng)面，維持上頜骨組織的外形，減輕恢復(fù)期患者身體和心理的負(fù)擔(dān)，為后續(xù)永久性上頜骨修復(fù)手術(shù)提供良好的基礎(chǔ)。

2.3正頜手術(shù) ?傳統(tǒng)的正頜手術(shù)多依賴石膏模型指導(dǎo)手術(shù)，術(shù)中使用手工制作的咬合導(dǎo)板通過頜間固定，將手術(shù)計(jì)劃中的咬合關(guān)系轉(zhuǎn)移到術(shù)中，這一過程是上下頜骨重新定位的關(guān)鍵。該方法過程復(fù)雜，環(huán)節(jié)較多，容易積累誤差，而且存在三維方向移動(dòng)控制精度不足的問題[22]。應(yīng)用3D打印技術(shù)制作個(gè)性化精準(zhǔn)手術(shù)導(dǎo)板，做到了精準(zhǔn)化、個(gè)性化治療，與傳統(tǒng)方式相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。何錦泉等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在上頜骨畸形的LefortⅠ型截骨術(shù)中，在3D打印模型上模擬手術(shù)，制作截骨導(dǎo)板，避免了由于下頜骨不穩(wěn)定導(dǎo)致的可能的手術(shù)誤差，有效地提高了正頜手術(shù)的精度。蔡鳴等[24]研究發(fā)現(xiàn)，在偏頜畸形的手術(shù)治療中，在3D打印模型上模擬手術(shù)，制作截骨導(dǎo)板，可以為手術(shù)提供精準(zhǔn)的截骨位置，有效控制上下頜骨的移動(dòng)，特別是在三維方向上的移動(dòng)，相比于傳統(tǒng)手術(shù)的導(dǎo)板，有效地提高了手術(shù)的精確性，縮短了手術(shù)的時(shí)間。

3其他

3.1埋伏牙拔除 ?埋伏牙可以發(fā)生于上下頜骨的任何位置，如不及時(shí)將其拔除，可能會(huì)造成其余牙齒的移位、扭轉(zhuǎn)、間隙過大、鄰牙牙根的發(fā)育異常，甚至可能形成頜骨囊腫、頜骨腫瘤等。部分的埋伏牙位于鼻腔、上頜竇等的非生牙部位，位置較深[25]，傳統(tǒng)檢查方式精確度有限，無法準(zhǔn)確地了解埋伏牙與周圍的解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系，導(dǎo)致手術(shù)操作難度增大，創(chuàng)傷較大，容易嚴(yán)重?fù)p傷鄰牙牙根、血管神經(jīng)束，術(shù)后恢復(fù)的時(shí)間較長(zhǎng)。而充分利用3D打印技術(shù)，可以大大提高埋伏牙拔除手術(shù)的操作安全性、微創(chuàng)性、精準(zhǔn)性。王泰等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在上頜骨埋伏牙拔除術(shù)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，明確患牙的位置及毗鄰的關(guān)系，可以做到精準(zhǔn)定位患牙，避開周圍的重要組織結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的手術(shù)方式相比，術(shù)中術(shù)區(qū)出血少，視野清晰，操作簡(jiǎn)單，安全性高，手術(shù)耗時(shí)短，術(shù)后不良反應(yīng)小，患者恢復(fù)快。

[16]李立峰，屠軍波，侯成群，等.3D打印技術(shù)在單側(cè)粉碎性顴骨顴弓骨折治療中的應(yīng)用[J].上?？谇会t(yī)學(xué)，2019，28（2）：154-157.

[17]夏超，李志剛，呂俊，等.計(jì)算機(jī)輔助3D打印技術(shù)用于全面部骨折手術(shù)9例臨床分析[J].人民軍醫(yī)，2019，62（8）：752-754.

[18]郝申申，劉志斌，王飛，等.3D打印技術(shù)在下頜骨成釉細(xì)胞瘤切除植骨重建術(shù)中的初步應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備，2018，39（1）：66-68，76.

[19]王文迪，李小兵，劉光晶，等.3D打印個(gè)性化鈦網(wǎng)植入修復(fù)面部骨性缺損的臨床應(yīng)用[J].黑龍江醫(yī)學(xué)，2018，43（4）：343-345.

[20]林崇翔，屠呈威，鄭順友，等.3D打印技術(shù)輔助個(gè)性化鈦網(wǎng)聯(lián)合頰脂墊和前臂皮瓣修復(fù)上頜骨缺損[J].溫州醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，48（6）：429-432.

[21]杜寶霞，王曉容，尹國(guó)相，等.3D打印預(yù)制贗復(fù)體即刻修復(fù)上頜骨前部缺損[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2018，34（1）：56-59.

[22]Sharifi A，Jones R，Ayoub A，et al.How accurate is model planning for orthognathic surgery[J].Int J Oral Maxillofac Surg，2008，37（12）：1089-1093.

[23]何錦泉，黃珞，歐陽(yáng)可雄，等.3D打印技術(shù)在上頜LeFortI型截骨術(shù)中的應(yīng)用[J].口腔醫(yī)學(xué)研究，2018，34（8）：881-884.

[24]蔡鳴，楊育生，王旭東，等.三維打印精準(zhǔn)手術(shù)導(dǎo)板與傳統(tǒng)咬合導(dǎo)板在偏頜畸形治療中的對(duì)比研究[J].中華整形外科雜志，2018，34（6）：417-421.

[25]HM Hema，A Preetha.Regional odontodysplasia-an unusual case occurring along with supernumerary teeth[J].Indian Journal of Dentistry，2012，3（1）：29-32.

[26]王泰，張淑紅，趙文艷，等.3D打印技術(shù)在上頜骨埋伏牙拔除術(shù)中的臨床應(yīng)用[J].寧夏醫(yī)學(xué)雜志，2019，41（1）：78-80，97.

[27]Wolford LM，Pitta MC，Reiche-Fischel O，et al.TMJ Concepts/Techmedica custom-made TMJ total joint prosthesis：5-year follow-up study[J].Int J oral Maxillofac Surg，2003，32（3）：268-274.

[28]Deshmukh TR，Kuthe AM，Chaware SM，et al.A novel rapid prototyping and finite element method-based development of the patient-specific temporomandibular joint implant[J].Comput Methods in Biomech Biomed Engin，2012，15（4）：363-370.

[29]陳建宇，羅崇岱，張春雨，等.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及激光快速成形的純鈦髁突對(duì)重建顳下頜關(guān)節(jié)可行性探討[J].中華口腔醫(yī)學(xué)雜志，2014，49（10）：625-630.

[30]鄭吉駟，張善勇.國(guó)產(chǎn)3D打印個(gè)性化全顳下頜關(guān)節(jié)的臨床初步應(yīng)用[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)（醫(yī)學(xué)版），2016，36（9）：1287-1291.

收稿日期：2020-04-29;修回日期：2020-05-31

編輯/肖婷婷