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数字化正颌外科的发展与应用(下)——快速成型、3D打印与数字化牙合板

 jack3376 2016-05-16

作者:沈国芳

上海交通大学附属第九人民医院口腔颌面外科


快速成形及三维打印


  快速成型技术(RP)是20世纪80年代后期发展起来的新型工业制造技术,其将计算机辅助设计零件(CAD)模型通过软件分层离散和数据成型系统重新分层、逐层叠加,完成填充物的轮廓编辑和成型,从而制造出三维实体模型。根据成形的原理和选择的基本材料不同可以分为液态光敏树脂选择性固化技术(SLA)、金属材料熔融沉积制造(FDM)、粉末材料选择性激光烧结技术(SLS)、膜状材料的分层实体制造(LOM)及三维立体打印(3DP)等十多种成形工艺。

  SLA、SIS、LOM等快速成形设备以激光作为能源,但激光系统的价格及维护费用高,而基于喷射粘结堆积成形的3DP采用相对廉价的打印头制作出三维模型,其运行过程类似于传统打印机,只不过传统打印机是把墨水打印到纸质上形成二维的平面图纸,而三维打印机是把液态光敏树脂材料、熔融的塑料丝、石膏粉等材料通过喷射粘结剂或挤出等方式实现层层堆积叠加形成三维实体。这种技术具有不需要激光、体积小,材料类型广泛、工作过程污染小,成形速度快,运行费用低且可靠性高等特点,具有良好的发展潜力和广阔的应用前景。

  1991年,RP技术中光固定化立体造型(SLA)在维也纳首次被引入口腔颌面外科的临床应用。艾赫贝利(Ahobelli)等在计算机生成的三维图像上模拟了颅面整形手术。近年来,正颌截骨导板及数字化牙合板的制作应用日益广泛,上海第九人民医院颅颌面科成立数字化颅颌面中心,数字化牙合板的制作已作为正颌外科的常规应用。


数字化牙合板
临床实际操作流程


  传统正颌手术中牙合板为上下颌分离骨块提供精确的术中就位,此外还能确保术后咬合关系稳定。但是,传统牙合板的设计和制作是基于术前二维影像和石膏模型的拼对,手工制作牙合板效率较低,过程较繁琐,耗费医务人员大量的时间和精力。数字化牙合板制作技术可以提供更简捷精确的牙合板制作,作者结合上海第九人民医院数字化口腔颅颌面中心的做法,将数字化殆板制作技术具体步骤介绍如下:患者首次就诊行CT检查并刻录光盘(DICOM格式),导入SimPlant软件,三维建模(图1);
图1 三维重建CT头模

  患者取牙列印模和咬合记录,灌制石膏模型,激光扫描仪扫描石膏模型获得牙列表面STL数据(图2)。
图2 激光扫描模型

  使用Geomagic软件把CT重建三维头模和牙列模型匹配(图3),形成增强虚拟头颅模型。
图3 增强虚拟头颅模型

  然后将增强虚拟头颅模型行正颌手术获得良好的咬合关系,在此基础上设计中间牙合板及终末牙合板以STL文件导出(图4),并传送给快速成形系统从而制作出精确的牙合板。
图4 手术设计及规划

  应用3DP技术制作正颌外科截骨导板及牙合板有很多优点:模型精确度高,大大提高了手术效果的可预见性和精度;可在模型上重复手术模拟操作并精确制作牙合板;节省术前模型外科制作时间;患者可直观了解疗效,积极配合手术,获得患者的理解与支持,有利于建立模范化的正颌手术中心,便于正颌手术技术的普及与传播,扩大优势资源的覆盖面和共享,节省医疗成本,降低医疗费用,具有极大的社会及经济价值。但当前的数字化正颌外科仍处于推广阶段,主要适用于相对简单的整块手术的正颌外科,对于复杂分块的正颌外科,设计难度和设计所需时间大大提高,其精确性有待于进一步验证。

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