行業動態
3D打印口腔領域應用盤點

國家增材制造創新中心 王晶
 
 
    編者按
    近年來,隨著增材制造(3D打。┘夹g的發展及個性化醫療需求的增長,3D打印醫療器械蓬勃發展。3D打印所具有的個性化、小批量和高精度等優勢,使醫療器械實現了“量體裁衣,度身定做”,精準切合患者需求。
    我國一直重視醫用增材制造技術在醫療領域的應用,《定制式醫療器械監督管理規定(試行)》《無源植入性骨、關節及口腔硬組織個性化增材制造醫療器械注冊技術審查指導原則》《增材制造標準領航行動計劃(2020-2022年)》等文件陸續發布。即日起,將推出“3D打印醫療器械發展縱覽”系列報道,聚焦3D打印在醫療器械領域的主要應用方向及發展現狀。
 
    目前,3D打印技術發展迅猛,其在口腔行業的應用格外引人注目。3D打印技術與口腔行業是天然匹配的,一是因為每位患者牙齒的特性各不相同,生成的三維數據也都不同,3D打印技術可以實現口腔醫療產品的個性化生產;二是因為人類的牙齒結構比較復雜,傳統工藝會導致口腔醫療產品的精度出現偏差,容易引起患者不適,而3D打印技術可以滿足口腔行業精準、復雜、量身定做的需求;三是因為大部分患者期望得到快速有效的治療,口腔醫療產品傳統的加工方式進程緩慢,而3D打印技術能夠顯著加快治療過程。
    3D打印技術在口腔修復領域中的應用主要包括可摘義齒、口腔種植體和矯治器。
 
    可摘義齒
    傳統的義齒加工離不開牙科技師們制作蠟模和鑄造牙冠的手工技能,這樣的制作方式造成了居高不下的義齒返工率,不僅降低牙科技師的工作效率,還降低患者佩戴義齒的舒適度。相比高度依賴人工的傳統義齒加工方式,數字化牙科技術以掃描、軟件、自動化加工設備替代了大量手工勞動,尤其是3D打印技術的出現,更是加快了口腔產業從傳統的勞動密集型產業向科技型產業轉型的速度。
    通過傳統手工技術制造義齒金屬內冠,首先是根據患者的口腔印模灌注出石膏模型,然后根據石膏模型制作出烤瓷牙的蠟型,接下來進入到金屬內冠的失蠟鑄造階段,這一階段主要包括鑄道安裝、包埋、失蠟、鑄造四個步驟。金屬內冠經過表面處理、飾面工藝后最終成形為烤瓷牙。
    制造蠟型的蠟在加工過程中容易收縮變形,且由于金屬內冠鑄造工藝是熱加工,容易導致金屬變形,這些因素導致的偏差會給佩戴者帶來不舒適感,而義齒返工將增加加工成本和患者的椅旁時間。傳統的義齒加工主要依靠牙科技師個人技能和經驗,屬于勞動密集型工作。
    計算機數控(CNC)加工技術讓義齒加工進入數字化制造技術階段。使用CNC加工技術制造義齒金屬內冠無需經過人工制造蠟型和失蠟鑄造牙冠的過程,取而代之的是數字化口腔模型掃描、計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)和自動化牙冠切削流程。在這一過程中,控制義齒精度的任務由數字化的掃描、設計和加工設備完成,人工不需要做過多的判斷和考慮,金屬內冠的精度得到保障,使患者能夠擁有一顆高度定制的、舒適的烤瓷牙。在加工材料方面,CNC 設備除了可以加工鈦、鈷鉻合金等金屬材料之外,還可用于加工氧化鋯、玻璃陶瓷等非金屬牙科材料。
    CNC機床在加工金屬內冠時,需要使用刀具在一塊金屬坯件上將金屬內冠銑削出來。相比CNC加工,3D金屬打印技術在牙冠生產成本和效率上的優勢更為突出。目前,包括CNC加工技術和3D打印技術在內的數字化齒科技術正成為義齒加工的主流技術。3D打印蠟;蛘哂糜谔娲災53D打印樹脂模型也被應用在牙冠的鑄造中,這些技術也帶有數字化的特點。
 
    矯治器
    3D打印技術在牙齒矯治器領域的應用主要集中在舌側矯治器和隱形透明矯治器。舌側矯治器的3D打印技術多為SLM技術,利用SLM技術打印的金屬舌側矯治器,與傳統的熔模鑄造方法相比,可實現個性化托槽的直接成型,避免空穴、空洞等鑄造缺陷。
    隱形透明矯治器多采用SLA技術、DLP技術,3D打印技術能夠實現不同矯正階段牙齒模型的批量定制化生產。
    在各大全球性隱形透明矯治器生產商已經收割了一大片市場的同時,國內也涌現出一批專業從事3D打印隱形透明矯治器的企業。3D打印是整個產品工藝流程中重要的一環,我國部分3D打印隱形透明矯治器企業已經配備了批量的3D打印設備和相關軟件,用于隱形透明矯治器的設計生產。
    3D打印技術在隱形透明矯治器領域的應用也存在局限性,除了材料門檻高之外,生產效率也是亟待突破的一環。如何優化軟件效率從而提高自動化程度,以及如何優化設計從而減少實際打印的難度和成本,是需要解決的問題。
 
    口腔種植體
    傳統口腔種植體,也就是通常所說的人工牙根,均采用統一的標準件型號,尺寸相對固定,很難與患者的拔牙窩完全吻合,而且種植手術操作非常復雜,醫生需要先在患者的牙槽骨上打一顆固定假牙用的錐柱狀種植體,待錐柱狀種植體固定后(這一過程需耗費數月),再通過二次手術戴入牙冠,整個治療周期大約需要6~8個月。
    隨著3D打印技術在定制化口腔種植體領域的應用,醫生僅需微創拔牙、植入種植體和牙冠修復等步驟就能完成種植手術。據了解,基于3D打印技術數據化理念,醫生可通過CBCT(錐形束CT)掃描及3D打印技術獲得患者牙齒、牙齦和牙槽骨等完整數據,重建患者三維頜骨模型,有利于模擬種植手術環境以設計極佳力學種植點。
    此外,3D打印口腔種植體重塑患者原來的牙齒,省去預備植牙孔、植入骨粉等步驟,不僅可以避免種植手術造成的反復創傷,還可大幅縮短治療周期。由此可見,3D打印技術在口腔醫療領域的應用,不僅可以提高患者手術過程的舒適度,減輕患者的心理負擔,還能實現患者微創、精準、快速、即刻戴牙等需求。
    3D打印口腔種植體除材料外,最核心的部分是表面處理技術。目前我國市場上的3D打印口腔種植體基本為國外產品,主要原因在于這些產品的表面處理技術好。因此,我國企業要想在3D打印口腔種植體市場中掌握話語權,必須攻克表面處理的技術難關。
    除了上述三類產品外,3D打印技術還普遍用于制作口腔模型?谇荒P褪强谇徽委煹闹匾獏⒖紭藴,傳統的石膏牙模易老化斷裂,且存儲不便,而且石膏牙模制作過程效率較低、精度不高。3D打印技術應用于實體牙模的制作,為患者正畸治療過程減輕痛苦,也為醫生提供了方便,且相較于傳統制作過程,3D打印齒科模型更高效、更經濟,具有較強的實用價值。
    3D打印技術在口腔領域是比較前沿的應用技術,正在成為該領域的主流技術。
 
(摘自中國醫藥報)
 
 
 
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