口腔医学因3D打印而改变 ——广西医科大学口腔医学院副教授许胜
撰文：曾伟清
2016年，美国新泽西理工大学设计专业一位23岁的学生因一项前所未有的“壮举”登上了全球各大新闻网站头条，他在没有牙科医生的介入下，利用学校供学生自由使用的激光扫描仪和3D打印设备，自行制造出12副适用于自己的透明牙套并成功矫治了原本存在瑕疵的牙齿，整个流程分为“海藻酸钠粉末制模—扫描获取3D数字模型—3D打印矫正器模型—真空注塑透明牙套”。
然而这并非个案，类似的群体性事件正在美国轰轰烈烈地上演着，据广西医科大学口腔医学院副教授许胜介绍，在美国有一家叫做“SmileDirect Club”的牙齿美容初创公司，可以没有牙医协助下患者自己取模，然后送至加工厂，用上述的方法为患者制造出隐形牙套，并负责后期维护，整个过程完全跨过了传统牙科医生的专业设计与检查，并且将牙齿整形矫正的费用降到难以置信的程度。
姑且不论此举是否值得效仿与推广，事件背后昭示的是3D打印将对牙科乃至整个口腔医学带来的不同程度的变革。这一观点也被资深口腔医学专家兼材料学家许胜副教授所认同：“未来十年是3D打印在推动口腔医学技术的大变革，治疗的方法、流程以及医疗模式将会因为3D打印而改变。”
3D打印在口腔医学的具体应用
上世纪九十年代，许胜副教授在华西牙科大学口腔医学院（四川大学）先后完成口腔医学本科和材料学硕士的学习，然后在华西口腔种植医院工作近十年，现就职于广西医科大学口腔医院，期间先后赴德国、日本、美国进行研修留学。
这些专业学习和临床技术熏陶让许胜感觉到传统技师的手工工艺和材料技术的落后深深制约了牙科临床应用的发展，需要有新的技术和材料来推动牙科医学的进步，“我们有句话叫做‘牙科的发展不是依靠牙医自身，而依赖于其他领域技术的发展和进步’”，许胜表示，而3D打印正是这样一项先进的制造技术，它结合3D扫描和计算机软件算法等技术，可以很好地替代人工，它不仅仅大量用于制造个性化的假牙，还将在隐形矫正、手术导板、颌面修复等领域发挥出巨大的作用。
“实际上越来越多的门诊、医院、科室都开始重视3D打印和CAD/CAM技术的应用，广西医科大学口腔医院也花了几千万的经费购买了3D打印设备。”许胜透露。
据了解，目前广西医科大学口腔医院所购置的3D打印设备以进口的塑料、树脂打印材料为主，并且还购进了杭州捷诺飞的“Regenove”生物3D打印设备，为下一步研究生物3D打印技术铺垫基础，而在金属3D打印技术方面则主要和外部厂商做合作，并且和国内优秀的3D打印设备制造商广东智维立体成型科技有限公司（以下简称“广东智维”）建立起了很好的交流合作关系，双方在3D打印技术和口腔临床应用方面迸发出了非常多思维的火花。
目前，3D打印在口腔医学中的应用到底体现在哪些方面？许胜副教授以口腔医学中的科别分类为我们做了详细的介绍：
首先，3D打印目前应用的最好、印象最为深刻的牙科领域就是口腔正畸学了。3D打印已大量渗透到隐形牙套和个性化的舌侧正畸矫治器制作流程中。
以隐形牙套为例，传统的正畸治疗过程中，医生在获取患者的牙模后，以人工的方式将需要移动的牙齿部位一个个锯下来，将牙齿排列到可以移动的位置后，用热压膜成型技术直接压出透明牙套给患者佩戴，其中移动的距离可能仅为0.1毫米，不仅需要花费大量的时间和精力，对操作人员的专业知识和手工工艺的要求也非常高，而且笨重的石膏模并不便于存储、运输及医生与患者之间的交流。而3D打印则取代了其中手工排列牙模的环节，只需在计算机上将数据化的牙模通过专业软件预先排列到理想的位置，按照正畸的理论和大数据结果，用精度极高的树脂3D打印出不同阶段的树脂牙模，就可以用以前的压膜工艺压出透明牙套，其精确、快捷性自然不言而喻。
而在舌侧矫正中，可以用3D打印的方式制作出个性化的托槽，但是这种方式成本还比较高，目前医院多数走的是一个中间路线，首先用塑料或蜡3D打印出托槽形状，然后再用传统的铸造方法制造舌侧矫正器部件。
其次，通常受到最关注的的是口腔修复学领域，其本质是为患者缺失或缺损牙的部位镶复出一颗新的牙齿。许胜认为这是3D打印应用最早的领域，因为3D打印可以为患者直接量身定制打印出一颗金属或陶瓷牙，经过打磨处理，堆塑上饰面瓷即可佩戴在患者的口腔内。
目前，广西医科大学口腔医院是采用两种3D打印的模式来做，一种是打印出塑料壳，经过包埋、铸造和磨光来制造出牙冠，另外一种是直接用激光金属融熔的方式打印出金属假牙或陶瓷牙。
第三，3D打印在正颌外科中的领域也得到实际应用，患者因颌面部外伤、肿瘤等原因造成颌面部骨折和骨缺损，需要恢复颌面部的正常形态，医生可以用CBCT的方式重建三维颌面部解剖，3D打印出颅骨模型，可以非常直观地指导医生进行手术计划和模拟手术。而且，可以直接3D打印出患者颌面部的缺损部位，如金属钛的下颌支架，植入到患者下颌，可以让患者恢复正常的面貌，行使相适应的功能。
更进一步的是，广西医科大学口腔医院周诺院长的团队正在对生物3D打印研究，实验研究3D打印出骨组织和其他组织，用于治疗和恢复颌面部缺损、畸形的临床应用中。
另外，在口腔种植中，目前3D打印主要用于种植导板的制作。因为在牙齿种植术中，需要用种植软件首先分析出种植区的骨量，分辨和测量出上颌窦和下牙槽管等重要解剖特征，然后设计出种植体的的尺寸、最佳位置和方向。3D打印的导板即可精确地引导医生将种植体植入到最合适的位置，即不会对重要的组织产生伤害，又能达到种植牙恢复功能的目的。
据许胜副教授介绍，未来在牙齿种植术中将不再需要3D打印的导板，目前广西医科大学口腔医院在用VR模拟的方式培训学生使用带传感器的种植手柄，将带传感器的种植手柄和VR现实技术应用到实际的临床手术中，在无导板的情况下模拟引导医生完成精确的植入手术。
3D打印的成本制约了应用的推广
不可否认，技术的进步给了我们无限的遐想，但即使是被公认为3D打印目前最具前景的应用领域——口腔医学中，其应用推广也依旧存在很多的局限性，据许胜介绍，“目前，在义齿加工领域真正在用的其实减材制造的CAD/CAM技术，占到了20%以及更高的比例，3D打印应用到临床并不多，虽然3D打印的项目在增加，大家也很有意愿采用这种技术，但还有一些瓶颈。”
其中在义齿加工和牙套制作中最大的一个推广瓶颈就在于3D打印的成本过高，而在更加系统的应用研究中，3D打印的技术成熟度还有待提高，目前只能做比较简单单一的项目，3D打印还需要更多的技术研究和思考。
从在文章一开头我们提到了两个案例来看，美国新泽西理工大学的学生自行设计和制作了12个透明牙套，整个材料成本仅为六十美元（不到400元人民币）。2014年美国“SmileDirect Club”牙齿美容初创公司也将医院原本上万美元的收费降到难以置信的程度。听起来3D打印带来了非常乐观的成本效益。但是我们需要知道的是，目前在国内，绝大多数的民众不可能饶开医生的专业知识和时间成本来自行设计牙套，而在美国牙科医生们纷纷将“Smell Direct Club”公司告上法庭，这样的诉讼还悬而未决无从评判，因此从许胜作为一名医生的角度分析来看，3D打印的成本还是太高了，
以活动假牙的钢托为例：使用铸造方式，整个成本为40块人民币；减材切削约为150元，其中包含了刀头的磨耗，但材料浪费非常多；而采用激光融熔的3D打印技术方法，成本将近300到400元，其中还不包含设备折旧、激光头折旧的成本。考虑到成本问题，即使3D打印再好，医生更加愿意推荐考虑性价比的原因使用3D打印技术生产附加值高的纯钛钢托。
在目前3D打印应用最广的透明隐形牙套领域，以一个患者需佩戴三十副牙套为例，3D打印的临床价约为四至五万元及更高，而使用传统正畸方案进行的矫治收费约为两万元左右（因医疗单位不同而各异），据许胜分析，目前在中国，矫治牙齿的主力军为在校或刚工作、毕业的年轻人，他们其中大部分人的消费能力还不能达到这么高的水平，因此，目前成本可以说是极大地限制了这项技术的大量采用。
而3D打印技术本身的成熟度，材料的选择、颜色的多样化、性能稳定性，还没有达到医生对复杂项目的研究需求。许胜介绍，目前他正在做一个更加个性化的课题研究，就是用3D打印技术做个性化的具有美学特征的陶瓷牙，要求假牙的不同部位拥有不同的强度功能和颜色变化，“我们现在就在想办法用不同的瓷粉来打印不同的牙齿部位，让陶瓷牙呈现出3D牙齿颜色变化和不同特性的过渡，打印完毕后再进行烧结，以达到牙齿所需要的强度河颜色匹配。但是据我所了解的牙科用3D打印还做不到这么个性化的打印，这就是我们所面临的难题。”目前许胜副教授也在和各个厂商进行对接，希望能研发出这样的技术来解决牙科医生的更高美学需求。
未来3D打印为口腔医学带来的改变
未来，随着3D打印的成本的降低和工艺流程的优化，许胜认为未来五到十年的总体趋势是“3D打印一定会改变口腔医学的治疗手段和生产方式，乃至口腔医学相关理论都有可能随之改变”。
特别在牙科领域，2017年6月，美国著名市场研究机构Transparency Market Research发布一份研究报告，预测全球牙科3D打印市场至2025年将突破34亿美元。许胜也预测在牙科领域几个发展趋势是可预见的：
1、3D打印在义齿制造中的比例会一步步提升，传统义齿生产模式将受到比较大的冲击；
2、牙科门诊将越来越青睐于3D打印和CAD/CAM，如果生产成本和人才培养能紧贴门诊的需求，牙科门诊将拥有自己的假牙制造设备和牙科工作间，自己就能做出大多数所需的假牙；
3、3D打印将有可能改变牙科门诊的发展模式和方向，传统的一家一家的门诊也许将形成一种社区式的连锁门诊，而假牙数字化加工中心则是类似于中央厨房的模式存在，在收到牙科医生传送过来的数据后，很快能制造出临床所需的个性化定制式的义齿，通过快递配送，快速的送到牙科医生的手中，one time model 的服务新理念将极大的推广和应用；
4、如前所提到的，3D打印也许会对正畸科医生产生比较大的冲击，随着计算、人工机智能技术的发展，AI在专业程度上很有可能超过牙科医生的知识所能达到的极限，那么传统的牙齿矫治流程都将不得不改变。
如果说3D打印是一项能改变人们的衣食住行、惠及民生的技术，那么这个改变无疑将从改变我们口腔内的一颗小小牙齿为起点。口腔医疗特别是牙科作为3D打印最有希望实现应用落地的领域，将会因其带来什么样的巨大的变革，不仅是牙科医生在期待着，普通大众也在拭目以待。
本文来源于《3D打印世界》第34期，转载请注明来源
