3D打印技术在颌面部缺损修复中的应用(全文)
3D打印技术在颌面部缺损修复中的应用
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料通过逐层堆积产生的3D模型，是一种不同于传统制造方法的快速成型技术。目前，3D打印技术在工业中的运用相对成熟，随着科学技术的发展，3D打印技术已被运用于医学领域，通过磁共振成像、CT或计算机辅助设计（computeraideddesign，CAD）软件获得的图像完成研究对象假体的3D模型设计。
近年来，3D打印技术在口腔颌面外科诊断和中的应用越来越广泛，已经不仅仅局限于传统的塑造外形，更兼顾恢复软硬组织的形态和功能，因为颌面部畸形等问题会严重影响患者的生活质量和心理健康。
心理健康也是目前新医学模式（生物-心理-社会医学模式）的焦点。3D打印技术可以根据患者的个性化形状和大小来选择材料进行制作，提高了手术的质量和手术的自主性。事实上，颌面外科可能是3D打印技术最大的潜在应用领域。现就3D打印技术在颌面部缺损修复中的应用予以综述。
1.CAD与3D打印技术概况
1.1CAD技术和计算机辅助制作（computeraidedmanufacturing，CAM）技术
数字医学的主要部分是CAD，包括镜像成像、自由曲面构造、有限元分析、数据分割与构造、差分分析以及图像配准技术。CAD/CAM是快速制造技术的一种，可以系统地解读患者的图像数据，在术前规划软件的帮助下创建三维模型，更加直观立体地展示三维空间立体结构，为外科医师准确地确定切除范围及修复体精确设计提供依据，减轻了医师工作量，简化了手术流程，减少了患者的创伤，增加了患者的满意度。
1.23D打印技术概况
1984年，有学者发明了3D打印，开创了从打印纸到打印物体的新时代，通过在光固化材料表面发射具有特定波长和强度的激光来创建单层形态，待其发生凝固，然后另一层在升降平台上下移动时变得固化，经过以上步骤重复后形成三维立体结构。21世纪初，出现了3D打印的人体膀胱，并且应用于需要膀胱成形术的患者，手术效果良好。
目前，3D打印已广泛应用于骨关节外科、烧伤整形、器官移植等多个领域。3D打印首先是获取物体的3D打印图像，CT扫描尤其是锥形束CT是临床常用的方法，然后将医学图像导出
到建模软件中，将它们处理成由positivespace代表实际硬组织的模型或由negative-space代表中空组织的模型，Mimics是常用软件，最后导入打印软件打印，制作出成品3D立体模型。
2.3D打印技术在颌面外科中的应用概况
颅颌面组织是指由牙齿、骨骼、肌肉、软骨和韧带以及它们的支撑结构（如血管和神经）形成的复杂系统，担负身体的许多关键功能，这些结构协同作用才能保证机体的正常功能（如言语、呼吸）。由于颌面部解剖结构复杂，外伤、畸形或者术后缺损修复重建等对于颌面外科医师均是一巨大挑战，因此3D打印技术被引入到颌面外科领域，作为解决这类挑战的备选方案。另外，3D打印技术还可与各种支架材料和细胞兼容，因此3D打印技术也代表着颌面部仿生组织构建的前沿。
目前，3D打印技术最常应用的方向是精确模拟硬组织（如骨骼）。颌面部手术通常涉及骨手术（如截骨术、骨折手术和颌骨重建术），这为寻新兴3D打印技术的模式提供了理想的区域。除了涉及骨骼的复杂三维解剖外，颌面外科还具有对称性和功能性的要求，可以用3D打印模拟。在大多数情况下，3D打印不仅可以提高颅颌面外科手术的准确性，还可以节省手术时间，减少患者创伤。
3.颌面外科中3D打印技术的使用分类
3.1使用3D打印轮廓建模
轮廓模型是颅颌面外科中最常用的3D打印技术，轮廓模型代表正空间模型，即患者的成像解剖结构，是3D打印对象，因此3D打印可清晰直观地复制患者的特异性解剖结构，然后根据3D模型模拟术前手术计划，预先塑造钛板等硬件，比在术中塑造更为容易。有临床研究指出，采用3D建模后在模型上预弯钛板成形的手术效果较传统方式好，手术时间短且容貌改善较好。
虚拟手术计划与3D打印技术相结合，使外科医师能够在术前显示还原过程，并缩短手术时间，且复位更精确，3D打印的轮廓建模可以在复杂粉碎的下颌骨骨折方面提供更令人满意的美学效果。
3.2使用3D打印手术导航
3D打印具有精确性，使用围绕患者骨骼解剖结构的负空间来打印患者特定的模板，而该模板仅在术中适合于某些骨段，以指导精确切割钻孔或定位。通过使用3D导板，缩短了手术时间，
且获得了改善颅面外科手术的效果，这主要归功于术前3D手术模拟和使用手术导向器辅助手术的精确进行。
对于下颌骨和移植物的切除以及在肿瘤切除和重建期间重建缺失的部分，通常使用3D打印指导手术，其中一个重要的用途是指导骨瓣的制备。有研究指出，3D打印结合CAD/CAM技术制作出的腓骨切割导板能够帮助外科医师精确地分割骨瓣，而且通过3D模拟CAD/CAM技术制备的骨瓣，可以预先模拟血供情况，对于颌骨重建有着至关重要的指导作用。
颌面部异物，特别是较深部位的异物，若定位不准确，会给患者造成不必要的痛苦，3D计算机辅助导航通过计算机处理模型交互，在虚拟环境中排除重要解剖结构，动态定位，确定实际位置与目标位置的偏差，提高了手术的准确性和成功率，确保了手术准确完成。
3.3用作植入物的3D打印
3D打印植入物为骨缺损提供了解决方案，目前3D打印植入物需要的是生物相容性材料，发挥特定功能且不被排异，但未来3D打印物可能被用作工程组织的支架。目前，在颌面外科中主要使用由钛、聚甲基丙烯酸甲酯、羟基磷灰石、聚醚醚酮、环氧丙烯酸羟基磷灰石、聚丙烯-聚酯以及非特定丙烯酸树脂等组成的定制植入物。
Mangano等借助CAD/CAM技术制作了严重萎缩的下颌前牙去牙槽嵴增强磷酸钙支架，植入后与牙槽骨缺损区贴合严密，2年后，还在支架上成功种植了牙齿，患者满意度较好。因此，从目前的研究来看，3D打印作为植入物的准确性是肯定的。
4.3D打印技术在特定颌面外科手术中的应用
4.1下颌骨手术纳米技术在现实生活中的应用
头颈部癌症患者多次在术后留下面部畸形。由于复杂的3D结构，重建下颌骨特别困难。当进行下颌骨切除术、去除改变下颌骨轮廓的缺损组织时，下颌骨重建变得更具挑战性。此外，下颌骨结构排列的任何变化均可能导致咬合不良，从而引起功能障碍。3D打印是一种准确、快速的下颌骨重建技术。CAD/CAM程序越来越多地用于制造医学快速成型模型，这些模型可用于下颌骨重建外科手术。

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