天津市宝坻区人民医院/天津医科大学宝坻临床学院 天津市宝坻区 301800
摘要：近年来，由于我国医疗科技得到了迅猛的发展，人类社会也逐步走向了数字信息化时期。在医学领域中将数字信息化技术融入进来，完美的融合构成了数字医学这种全新的科目。然而在这种新的形势下，3D打印技术就成为了一种崭新的生产技术。3D打印技术特别是在医学口腔领域的发展最为突出，不仅将其陈旧的生产模式进行了改变，而且逐渐转变成了数字医学发展过程中的一个关键环节。基于此，本文通过详细地翻阅3D 打印技术在口腔颌面外科领域中的类似文献，对 3D 打印技术在该领域的应用进展进行了简要的叙述。
关键词：数字医学；3D打印；口腔颌面外科
3D 打印（3D printers），也称为增材生产技术，它是在80年代的后期才慢慢兴起的。它不但是一种新兴生产技术，更是数字制造技术、先进材料技术与信息网络技术密切融合的产物。它的原理就是以数字模型为前提，一层一层的进行扫描、堆积，接着慢慢成形，通过逐渐堆积层片材料的点、线、面、体，将三维实物的一种非传统加工技术迅速的生产出来。如若将计算机辅助医疗模拟技术与3D 打印技术结合在一起，依据病人的需求不同，将患者个性化需求的生物医疗用材迅速、恰当的配备好，并且可以准确的控制医疗材料的微观构造，准确地修复病变器官或者是组织。经过与计算机软件相应的辅助，来模拟操作口腔颌面外科手术等，进而创新治疗手段，提升医疗水准。3D 打印技术对早期陈旧生产模式进行了改变，它最特别的地方就是数字化，因而逐渐变成数字医学发展过程中的一个关键环节。
1.3D打印技术与医学应用
早在1988 年，一家美国 3D 公司就制造出了首台光固化工艺的 3D 打印设备，为此，逐渐变成了具有现代化意义的 3D 打印技术的标志。直到1993 年，在美国麻省理工大学中，发明了与喷墨打印机工作原理相似的 3D 打印机。经过3D打印的这种方式，直接对加工材料形成产品，尽管生产思维与早期方式相反，但是3D打印技术可以将适合不同患者需要的生物医疗用材进行迅速准确的配备与个性化定制，还可以精确地控制材料的微观构造，特别是在植入体、修复体以及人体组织支架等仿生材料的配制和外科临床医疗领域等方面，具有广阔的应用前景。3D 打印关系到三个方面的重要技术：第一个是 3D 打印工艺软件，实质就是器官计算机和人体组织精准模拟仿真系统，通过三维重建、融合以及解决多模态医学影像检查数据，来达到器官计算机与人体组织“克隆”的目的；第二个是满足于3D打印 的生物医疗材料，就是所构成的材料；第三个是 3D 打印的技术、仪器以及工艺，这三者不可或缺。
3D 打印技术与早期切削加工的方式显然不同，更与借用模具锻压、冲压、铸造等强制材料成形的工艺相悖，它属于是一种“增量”成形技术，不需要借用刀具或是模具，免去了早期工艺需要的多道加工的复杂过程。尤其是在数字医学领域中，3D 打印技术已呈现出了许多两点和繁华的应用前景。皮肤、人体模型支架、假肢，尤其是牙科模型、牙齿正畸配置的直接打印，使得临床和研究任务不断渗透，当前能够看到三个层面的共同努力：首先是制造原型辅佐医生对病情进行剖析，将详细地术中导航模板、手术方案拟定好，多和患者进行病情沟通与交流，上述方面的应用已经变得越来越成熟；接着就开始报道运用 3D 打印技术生产金属修复体植入物，尽管我国在技术上早已具有优势，但是它属于三类植入物，还需要取得有关机构的认可，因此在修复体的策划与制造方面还有待研究；第三个层面就是对生物3D打印技术的探索，生产具备生物活性的组织以及器官是我们努力的宗旨。
2.3D打印技术在口腔颌面外科领域中的应用
3D 打印属于一种比较直接的数字化生产，利用3D实体CAD 模型能够直接生产出产品，并且在目前各大口腔医学中早已有大批应用，如若根据医生的要求，将各种繁杂的个性化托槽制作出来，就可以打印出个性化的隐形义齿。早在2012年时，个别学者就借助 3D 打印制造种植体，来完成即刻种植技术。在颌面外科领域中，最初主要是模型外科以及原型制造，就根据这些将个性化修复体制作好。例如图1
ａ图是下颌骨肿瘤切除后，设计制作个性化修复体；b图是上颌骨与下颌骨肿瘤切除后，设计制作个性化修复体；c图是由于眶底、颧骨和上颌骨缺损，设计个性化修复体
图1 原型制造、模型外科辅助设计制作个性化植入物
由于颌面部骨骼形态具有不规则性，因此金属 3D 打印技术的广泛应用，不仅为硬组织外科植入物策划与生产上带来了强悍的技术支撑，还能够便捷地将各种空间构造与间隙度的多孔钛实体制作好，使得植入物的生物学多孔表面策划更加恰当，工艺更有水准，继而将铸造的早期传统模式或者是修复假体由大块实体金属材料切削进行转变，质量不重，力学性能可能与人体骨组织更为相配。
利用 3D 打印技术能够将手术导航模板制作处理，术中模板导航能够准确的辅助医生进行定位，实现术前设计的高要求，从而提升治疗成果。例如图2，导板还能够精确地指引肿瘤患者组织间放疗或是种植外科。
图ａ是颧骨骨折错位愈合；图ｂ是个性化导板引导复位及固定
图2 个性化手术导板辅助手术固定
3D 打印技术能够给口腔颌面外科领域带来的好处主要体现在以下几点：① 辅助医生手术策划与执行；②研发出新型的颌骨修复体，促使设计、优化过程越来越简化；③ 在取得同样性能的基础下，能够有效的减小金属修复体的质量；④节省医疗材料，早期昂贵金属材料的利用率低都比较低，大部分都低于 10%，尤其是在制造的时候出现大量很难再利用的废渣，而3D 打印则可以将利用率提升至60%～95%；⑤能制造以往很难加工的构造，完成性能较高的成形修复技术。
3.3D生物打印技术与口腔颌面外科
自从20 世纪以后，伴随着科学技术的飞速发展，人们对生物体的微观构造以及生命的产生机理则产生了更深层次的渗透。体外建造具备一定生物性能的器官与人体组织，来代替病损器官与人体组织的修复，已成为夺目的科学前沿。而生物3D打印是属于一种比较高级层面的3D打印技术，它需要计算机辅助制作和策划、生物材料学、细胞生物学以及组织工程等多个医学领域协同合作，最终的目的就是达到打印器官，因此这对早期传统的制造业提出了更为严格的挑战。
目前利用干细胞就能够将皮肤、骨骼或是肝脏等打印出来。生物打印的重中之重就在于其打印的有关软件或是材料，比如像各种生物大分子、细胞以及高分子材料，都是其研究的关键，为此，有关学者正在努力的应用它将具有个性化构造与性能的器官和人工组织打印出来。生物打印过程中首先必须要将支架制作好，再根据一定的排列注入干细胞与活细胞，通过一定时间的培育与生长之后，构成活组织或者是器官。3D生物打印技术攻破了早期传统、陈旧组织工程技术的局限性，不仅能够把形态、构造繁复的组织工程支架构建好，并且还可以达到不同支架材料中不同密度的种子细胞进行精确的3D定位，从局部组织转移到整体器官是我们大家共同努力的目标，而其中所关系到的细胞装配技术能分成细胞直接装配或是细胞间接装配，经过后期的培养形成活的组织器官。
结束语
综上所述，利用3D 打印将定制的、个性化的产品制造完全，不仅能够最大化地将材料的特性发挥出来，并且制作过程方便迅速，还进一步提高了原材料的利用率；与此同时3D 打印可以适应临床上各种繁复多样的个性化需求，并且迅速开始打印制作。而影响 3D 技术发展的关键要素就在于材料，部分3D 打印制品具有设计时应有的功能还不够完善，需要进一步进行加工处理。无可厚非，伴随着 3D 打印技术迅猛突进，质量较高、性能较高、价格较低材料的出现，再加之 CAD/CAM 软件的广泛应用，3D 打印技术在口腔颌面外科领域中的应用前景将愈来愈光明。
参考文献：
[1]数字医学技术在颧骨高突缩小术中的应用[J]. 袁金学，柳大烈，方驰华，祝文. 实用医学杂志. 2011（12）
[2]3D打印技术在口腔医学应用的国内外现状和趋势[J]. 胡洪成，卢松鹤. 中国医疗器械信息. 2017（03）
[3]口腔颌面外科临床进展一瞥[J]. 邱蔚六. 中国实用口腔科杂志. 2009（01）
[4]3D打印技术在口腔种植领域的应用进展[J]. 戴振宁，张宇，黄文华. 中国医学物理学杂志. 2016（09）
[5]3D打印技术在口腔修复中的进展[J]. 彭媛媛，赵彬，武峰，孟小睿. 中国医学工程. 2016（04）
[6]3D打印技术在口腔种植修复领域的应用[J]. 李瑶，牟雁东. 世界最新医学信息文摘. 2015（94）
[7]3D打印材料及在口腔医学领域中的应用[J]. 刘桂，黄俊辉. 全科口腔医学电子杂志. 2016（02）
论文作者:张建全
论文发表刊物:《中国误诊学杂志》2017年第25期
论文发表时间:2018/2/2
标签：技术论文; 外科论文; 组织论文; 材料论文; 领域论文; 口腔论文; 器官论文; 《中国误诊学杂志》2017年第25期论文;