3D打印在牙体牙髓领域的研究进展与应用

    随着数字化技术的发展，锥形束CT（CBCT）在口腔治疗中的普及，结合计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）的应用，3D打印技术作为增材制造的一种技术，因满足个性化设计，节约材料，批量制作等优势在口腔领域里得到越来越多的关注和研究。本文回顾了3D打印在牙体牙髓领域的相关文献，主要应用于以下几个方面：根管通路的建立，显微根尖手术，自体牙移植以及教学模型、实验模型和诊断模型。
    1.建立根管通路
    髓腔及根管因为牙本质增龄性变厚、龋坏、正畸牵引、外伤等原因可能变窄甚至钙化阻塞。牙髓炎或者根尖周炎临床或影像学检查时，常可发现钙化根管。钙化根管治疗不仅费时费力，也容易发生髓室底穿、根管侧穿或者偏移。另外一些形态结构异常的牙体，如融合牙、结合牙、畸形中央尖、牙内陷等其髓腔及根管形态发生不规则改变，常规方法无法直接探查根管进行治疗。
    通过CBCT构建三维结构，掌握根管形态、位置、走向，CAD软件设计开髓洞型及根管通路，3D打印技术制作个性化根管定位导板精准定位复杂的根管，建立根管治疗通路，提高工作效率，降低治疗风险。Krug等报道了1例I型牙本质发育不良的青少年病例，该病例全口牙髓腔缩窄以及根管钙化阻塞，口内多颗牙出现伴根尖透明影像的慢性根尖周炎，采用传统方式探查根管出现根管侧穿，经修补后改用导板引导下建立根管通路完成根管治疗，经过1年随访影像显示根尖周透射区缩小、骨密度增加。
    Zubizarreta等对1例II类牙内陷的上颌侧切牙进行导板辅助下根管治疗，经过6个月随访也获得了良好治疗效果。为了尽可能保留牙体组织，增强牙体组织的抗折性能，近年来微创牙髓治疗的理念开始流行，强调从患牙的诊断到治疗全过程中保留更多的牙体组织，来提高患牙的长期存留率。
    利用CBCT可获得根管口的准确位置以及根管形态，掌握根管口位置和根管形态。然后通过CAD精确设计根管通路，最大程度地减少对颈部牙本质的切削，增强患牙抗折性。3D打印技术制作出开髓导板，在导板引导下完成精细开髓，减小对冠部的破坏。国内有研究显示利用设计的数字化导板开髓，开髓孔面积仅占牙合面总面积3.53%，占传统开髓面积的1/3。
    Connert等研究对比了传统开髓和导板引导开髓，发现在导板引导下，无论是治疗时间还是牙体组织去除的量，均优于传统开髓。由于牙体及根管髓腔的尺寸较小，用于建立根管通路的导板相比于种植，外科手术导板对于精确性要求更高。用于体外实验的离体牙利用导板建立根管通路后，再次进行CBCT扫描，叠加术前设计可以进行精度研究。
    Zehnder等发现利用导板建立的根管通路尖端比设计的根管通路尖端偏移0.12～0.34mm，角度偏移＜2°，偏差在球钻半径和根管半径总和的误差阈值之内。这些研究结果表明3D打印导板是一项安全有效的方法来解决根管钙化，解剖异常，或宽大修复体修复后的患牙需行根管治疗等问题。开髓导板需要有一定高度的套筒辅助开髓钻针根据特定方向进入髓腔，但后牙操作空间有限，Torres等设计无套筒辅助系统治疗根管钙化及根尖周炎。
    目前打印导板的材料主要为高分子树脂材料，有国内学者采用钴铬合金激光熔融导板用于开髓，通过2例病例测量开髓前后的位置和角度偏差，取得较好的治疗效果，采用选择性激光熔化（selectivelasermelting，SLM）钴铬合金打印技术减少了套管分离松动的风险，减少套管高度和导板厚度，增加导板强度，减少患者的不适感，为术者提供更好的视野，增加牙齿固位，开髓时为车针提供更稳定的导向方向，为钙化根管治疗提供新策略。
    2.显微根尖手术
    显微根尖外科手术是在照明及放大设备下完成根尖切除术、根尖刮治术和根尖倒充填术，相比传统方式具有更高的成功率。结合3D打印导板，精确定位去骨开窗的位置及大小，去骨窗直径3～4mm，接近截根的长度，减少骨组织的损伤、术后并发症以及缩短术后的愈合时间。
    Ye等利用3D打印导板用于辅助定位左上颌侧切牙、尖牙的根尖，Ahn等用于定位下颌颊侧厚骨板的磨牙根尖进行根尖手术治疗；目前大多数的病例报道的导板主要用于去骨的过程。Antal等通过14例根尖手术的回顾分析导板辅助下去骨截根环切一体技术，平均角度偏差3.95°，截根长度偏差0.19mm，截根深度偏差0.37mm。
    去骨截根一体截根术能根据导板设计的通路及深度直达根尖，精确快速安全，避开上颌窦、血管神经、邻牙根尖等复杂的解剖结构，提高了手术精确度，简化了手术过程，减小了手术风险，缩短了术中治疗时间。利用皮质骨环钻切除3～4mm骨环片，完成手术后将切取的骨组织复位，减轻术后并发症及不良反应。
    最近体外研究通过牙列的光学扫描数据与CBCT数据相拟合，设计牙支持式导板，沟槽形设计切口保证根尖切除长度为3mm并且垂直于牙长轴，使根尖切除术更加直观可控，体外实验结果表明角度偏差5.04～16.74°，截根长度偏差0.31～1.18mm，初步实现了根尖切除长度和角度的控制，为国产根尖切除手术导板数字化设计专用软件的开发提供了技术和方法的参考。
    3.自体牙移植
    自体牙移植是指将牙从一个位置移植到同一个体的另一位置用以修复缺失牙的手术过程。供牙健康牙周膜细胞的保存以及供牙与受牙区牙槽窝的适合性是自体牙移植术重要的考量。因此手术过程中外科操作技术，供牙离体时间、供牙试植次数，供牙牙根与新牙槽窝之间的间隙大小会显著影响再植的结果。
    传统再植技术使用移植牙来预备调整受牙区牙槽窝，通常需要多次试植以达到适合性要求，这样不仅延长了牙周膜细胞体外的时间而且提高了牙周膜机械损伤的风险。现在越来越多通过CBCT数据重建供牙的形态，设计导板，术前打印供牙模型或导板，根据模型或者导板先预备受区牙槽窝，然后再拔牙移植，显著减少供牙离体时间及试植次数从而提升了移植牙的存活率。
    关于准确性方面，通过比较立体光固化成型，熔融沉积成型，多重喷射3种打印方式发现尽管不同打印方式制作的供牙尺寸精度存在显著差异，但可以足够满足自体牙移植临床应用的要求。关于移植位点精确性方面Anssari等发现利用导板或设计的辅助性工具颈部和根尖偏移分别为1.25mm和0.89mm，角度偏移3.1°，使自体牙移植更精确、可预测。
    病例报告中最常见的移植位点是磨牙及前磨牙，也有报道了未发育完成的上颌前磨牙移植到上颌中切牙的位点再进行临时冠修复取得良好的效果。病例对照研究表明采用3D打印的自体牙移植能缩短供牙体外时间，Shahbazian等发现平均一颗牙在体外时间被缩短至1min以内，而采用传统方法的对照组需要3～10min，明显缩短手术时间。
    国内也有研究表明实验组在患者术后满意度，术后移植牙松动度，牙周探诊深度，牙根吸收等情况比较具有显著性差异。目前关于自体牙移植的相关文献限于病例报道，体外研究和病例对照研究，以上的结果仍需要更高质量的实验证据支持。
    4.教学标本、实验模型以及诊断模型
    牙体牙髓病学教学中，病变牙牙位、牙体缺损程度、病变部位、根管数目、长度、根管弯曲度、根尖孔直径等相关操作难度系数较难统一，同时各种原因很难得到足够具有典型病变离体牙，导致教学标本不足，一定程度制约口腔实践教学的发展，影响整体教学效果。
    3D打印技术可对离体牙标本快捷复制，使形态教学标本数量明显增加，对医学形态标本予以高精度、无差异，等比3D打印同时也解决了标本不足或老化、无法满足教学需求的问题。Robberecht等研究了一种疏松多孔、硬度接近牙本质的羟基磷灰石基质的打印材料，用于根管治疗的练习。学生使用锉的评价研究上，应用3D打印的商用成品磨牙来避免了初始根管轮廓的差异，这种定制设计可再重复的牙体模型能评价学生练习效果及教学质量。
    国内应用3D打印实体模型进行模拟根尖手术，包括在实体模型上进行翻瓣、去骨、切割、倒充填和固定等术式的直接操作，帮助学生更明确的反映术区三维空间关系及直观地理解术区的重要解剖位置。高精度、无差异，等比3D打印模型牙也可用于实验模型，采用三维打印的多级弯曲人工牙评价往复旋转预备根管对镍钛锉的疲劳强度影响，不同镍钛锉的应力分布情况，不同锉的切削成型能力，根管预备后的根管清洁度与根管偏移情况，不同充填技术对C形根管充填效果的研究等。
    大面积上前牙切角缺损的直接充填修复，传统采用诊断蜡型，制作硅橡胶导板进行修复。有病例报道通过口扫牙列，利用对侧同名牙及对牙合牙列重建缺损牙的数字化蜡型和咬合关系，3D打印恢复外形后的前牙，再利用硅橡胶导板比色分层充填修复缺损的上前牙，恢复完美的牙体外形以及准确的咬合关系。
    5.总结与展望
    近20年3D打印在牙科领域的发展，3D打印机的价格已经大幅下降，但存在缺少相关的技术人才，CAD和3D打印在内的术前准备周期较长、制作费用较高，配套的工具及软件仍有待完善等问题，广泛应用仍有距离。随着技术的进步、设计制作流程的完善，3D打印辅助牙体牙髓的治疗应用将更加广泛。