資深口腔醫學專家許勝講述：10年內3D列印推動口腔醫學大變革

2016年，美國新澤西理工大學設計專業一位23歲的學生因一項前所未有的「壯舉」登上了全球各大新聞網站頭條，他在沒有牙科醫生的介入下，利用學校供學生自由使用的激光掃描儀和3D列印設備，自行製造出12副適用於自己的透明牙套並成功矯治了原本存在瑕疵的牙齒，整個流程分為「海藻酸鈉粉末制模—掃描獲取3D數字模型—3D列印矯正器模型—真空注塑透明牙套」。

然而這並非個案，類似的群體性事件正在美國轟轟烈烈地上演著，據廣西醫科大學口腔醫學院副教授許勝介紹，在美國有一家叫做「SmileDirect Club」的牙齒美容初創公司，可以沒有牙醫協助下患者自己取模，然後送至加工廠，用類似上述的方法為患者製造出隱形牙套，並負責後期維護，整個過程完全跨過了傳統牙科醫生的專業設計與檢查，並且將牙齒整形矯正的費用降到難以置信的程度。

姑且不論此舉是否值得效仿與推廣，事件背後昭示的是3D列印將對牙科乃至整個口腔醫學帶來的不同程度的變革。這一觀點也被資深口腔醫學專家兼材料學家許勝副教授所認同：「未來十年是3D列印在推動口腔醫學技術的大變革，治療的方法、流程以及醫療模式將會因為3D列印而改變。」

3D列印在口腔醫學的具體應用

上世紀九十年代，許勝副教授在華西牙科大學口腔醫學院（四川大學）先後完成口腔醫學本科和材料學碩士的學習，然後在華西口腔種植醫院工作近十年，現就職於廣西醫科大學口腔醫院，期間先後赴德國、日本、美國進行研修留學。

這些專業學習和臨床技術熏陶讓許勝感覺到傳統技師的手工工藝和材料技術的落後深深制約了牙科臨床應用的發展，需要有新的技術和材料來推動牙科醫學的進步，「我們有句話叫做『牙科的發展不是依靠牙醫自身，而依賴於其他領域技術的發展和進步』」，許勝表示，而3D列印正是這樣一項先進的製造技術，它結合3D掃描和計算機軟體演算法等技術，可以很好地替代人工，它不僅僅大量用於製造個性化的假牙，還將在隱形矯正、手術導板、頜面修復等領域發揮出巨大的作用。

「實際上越來越多的門診、醫院、科室都開始重視3D列印和CAD/CAM技術的應用，廣西醫科大學口腔醫院也花了幾千萬的經費購買了3D列印設備。」許勝透露。

據了解，目前廣西醫科大學口腔醫院所購置的3D列印設備以進口的塑料、樹脂列印材料為主，並且還購進了杭州捷諾飛的「Regenove」生物3D列印設備，為下一步研究生物3D列印技術鋪墊基礎，而在金屬3D列印技術方面則主要和外部廠商做合作，並且和國內優秀的3D列印設備製造商廣東智維立體成型科技有限公司（以下簡稱「廣東智維」）建立起了很好的交流合作關係，雙方在3D列印技術和口腔臨床應用方面迸發出了非常多思維的火花。

目前，3D列印在口腔醫學中的應用到底體現在哪些方面？許勝副教授以口腔醫學中的科別分類為我們做了詳細的介紹：

首先，3D列印目前應用的最好、印象最為深刻的牙科領域就是口腔正畸學了。3D列印已大量滲透到隱形牙套和個性化的舌側正畸矯治器製作流程中。

以隱形牙套為例，傳統的正畸治療過程中，醫生在獲取患者的牙模後，以人工的方式將需要移動的牙齒部位一個個鋸下來，將牙齒排列到可以移動的位置後，用熱壓膜成型技術直接壓出透明牙套給患者佩戴，其中移動的距離可能僅為0.1毫米，不僅需要花費大量的時間和精力，對操作人員的專業知識和手工工藝的要求也非常高，而且笨重的石膏模並不便於存儲、運輸及醫生與患者之間的交流。而3D列印則取代了其中手工排列牙模的環節，只需在計算機上將數據化的牙模通過專業軟體預先排列到理想的位置，按照正畸的理論和大數據結果，用精度極高的樹脂3D列印出不同階段的樹脂牙模，就可以用以前的壓膜工藝壓出透明牙套，其精確、快捷性自然不言而喻。

而在舌側矯正中，可以用3D列印的方式製作出個性化的托槽，但是這種方式成本還比較高，目前醫院多數走的是一個中間路線，首先用塑料或蠟3D列印出托槽形狀，然後再用傳統的鑄造方法製造舌側矯正器部件。

其次，通常受到最關注的的是口腔修復學領域，其本質是為患者缺失或缺損牙的部位鑲復出一顆新的牙齒。許勝認為這是3D列印應用最早的領域，因為3D列印可以為患者直接量身定製列印出一顆金屬或陶瓷牙，經過打磨處理，堆塑上飾面瓷即可佩戴在患者的口腔內。

目前，廣西醫科大學口腔醫院是採用兩種3D列印的模式來做，一種是列印出塑料殼，經過包埋、鑄造和磨光來製造出牙冠，另外一種是直接用激光金屬融熔的方式列印出金屬假牙或陶瓷牙。

第三，3D列印在正頜外科中的領域也得到實際應用，患者因頜面部外傷、腫瘤等原因造成頜面部骨折和骨缺損，需要恢復頜面部的正常形態，醫生可以用CBCT的方式重建三維頜面部解剖，3D列印出顱骨模型，可以非常直觀地指導醫生進行手術計劃和模擬手術。而且，可以直接3D列印出患者頜面部的缺損部位，如金屬鈦的下頜支架，植入到患者下頜，可以讓患者恢復正常的面貌，行使相適應的功能。

更進一步的是，廣西醫科大學口腔醫院周諾院長的團隊正在對生物3D列印研究，實驗研究3D列印出骨組織和其他組織，用於治療和恢復頜面部缺損、畸形的臨床應用中。

另外，在口腔種植中，目前3D列印主要用於種植導板的製作。因為在牙齒種植術中，需要用種植軟體首先分析出種植區的骨量，分辨和測量出上頜竇和下牙槽管等重要解剖特徵，然後設計出種植體的的尺寸、最佳位置和方向。3D列印的導板即可精確地引導醫生將種植體植入到最合適的位置，即不會對重要的組織產生傷害，又能達到種植牙恢復功能的目的。

據許勝副教授介紹，未來在牙齒種植術中將不再需要3D列印的導板，目前廣西醫科大學口腔醫院在用VR模擬的方式培訓學生使用帶感測器的種植手柄，將帶感測器的種植手柄和VR現實技術應用到實際的臨床手術中，在無導板的情況下模擬引導醫生完成精確的植入手術。

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3D列印的成本制約了應用的推廣

不可否認，技術的進步給了我們無限的遐想，但即使是被公認為3D列印目前最具前景的應用領域——口腔醫學中，其應用推廣也依舊存在很多的局限性，據許勝介紹，「目前，在義齒加工領域真正在用的其實減材製造的CAD/CAM技術，佔到了20%以及更高的比例，3D列印應用到臨床並不多，雖然3D列印的項目在增加，大家也很有意願採用這種技術，但還有一些瓶頸。」

其中在義齒加工和牙套製作中最大的一個推廣瓶頸就在於3D列印的成本過高，而在更加系統的應用研究中，3D列印的技術成熟度還有待提高，目前只能做比較簡單單一的項目，3D列印還需要更多的技術研究和思考。

從在文章一開頭我們提到了兩個案例來看，美國新澤西理工大學的學生自行設計和製作了12個透明牙套，整個材料成本僅為六十美元（不到400元人民幣）。2014年美國「SmileDirect Club」牙齒美容初創公司也將醫院原本上萬美元的收費降到難以置信的程度。聽起來3D列印帶來了非常樂觀的成本效益。但是我們需要知道的是，目前在國內，絕大多數的民眾不可能饒開醫生的專業知識和時間成本來自行設計牙套，而在美國牙科醫生們紛紛將「Smell Direct Club」公司告上法庭，這樣的訴訟還懸而未決無從評判.

因此從許勝作為一名醫生的角度分析來看，3D列印的成本還是太高了，以活動假牙的鋼托為例：使用鑄造方式，整個成本為40塊人民幣；減材切削約為150元，其中包含了刀頭的磨耗，但材料浪費非常多；而採用激光融熔的3D列印技術方法，成本將近300到400元，其中還不包含設備折舊、激光頭折舊的成本。考慮到成本問題，即使3D列印再好，醫生更加願意推薦考慮性價比的原因使用3D列印技術生產附加值高的純鈦鋼托。

在目前3D列印應用最廣的透明隱形牙套領域，以一個患者需佩戴三十副牙套為例，3D列印的臨床價約為四至五萬元及更高，而使用傳統正畸方案進行的矯治收費約為兩萬元左右（因醫療單位不同而各異），據許勝分析，目前在中國，矯治牙齒的主力軍為在校或剛工作、畢業的年輕人，他們其中大部分人的消費能力還不能達到這麼高的水平，因此，目前成本可以說是極大地限制了這項技術的大量採用。

而3D列印技術本身的成熟度，材料的選擇、顏色的多樣化、性能穩定性，還沒有達到醫生對複雜項目的研究需求。許勝介紹，目前他正在做一個更加個性化的課題研究，就是用3D列印技術做個性化的具有美學特徵的陶瓷牙，要求假牙的不同部位擁有不同的強度功能和顏色變化，「我們現在就在想辦法用不同的瓷粉來列印不同的牙齒部位，讓陶瓷牙呈現出3D牙齒顏色變化和不同特性的過渡，列印完畢後再進行燒結，以達到牙齒所需要的強度河顏色匹配。但是據我所了解的牙科用3D列印還做不到這麼個性化的列印，這就是我們所面臨的難題。」目前許勝副教授也在和各個廠商進行對接，希望能研發出這樣的技術來解決牙科醫生的更高美學需求。

未來3D列印為口腔醫學帶來的改變

未來，隨著3D列印的成本的降低和工藝流程的優化，許勝認為未來五到十年的總體趨勢是「3D列印一定會改變口腔醫學的治療手段和生產方式，乃至口腔醫學相關理論都有可能隨之改變」。

特別在牙科領域，2017年6月，美國著名市場研究機構Transparency Market Research發布一份研究報告，預測全球牙科3D列印市場至2025年將突破34億美元。許勝也預測在牙科領域幾個發展趨勢是可預見的：

1、3D列印在義齒製造中的比例會一步步提升，傳統義齒生產模式將受到比較大的衝擊；

2、牙科門診將越來越青睞於3D列印和CAD/CAM，如果生產成本和人才培養能緊貼門診的需求，牙科門診將擁有自己的假牙製造設備和牙科工作間，自己就能做出大多數所需的假牙；

3、3D列印將有可能改變牙科門診的發展模式和方向，傳統的一家一家的門診也許將形成一種社區式的連鎖門診，而假牙數字化加工中心則是類似於中央廚房的模式存在，在收到牙科醫生傳送過來的數據後，很快能製造出臨床所需的個性化定製式的義齒，通過快遞配送，快速的送到牙科醫生的手中，one time model 的服務新理念將極大的推廣和應用；

4、如前所提到的，3D列印也許會對正畸科醫生產生比較大的衝擊，隨著計算、人工機智能技術的發展，AI在專業程度上很有可能超過牙科醫生的知識所能達到的極限，那麼傳統的牙齒矯治流程都將不得不改變。

如果說3D列印是一項能改變人們的衣食住行、惠及民生的技術，那麼這個改變無疑將從改變我們口腔內的一顆小小牙齒為起點。口腔醫療特別是牙科作為3D列印最有希望實現應用落地的領域，將會因其帶來什麼樣的巨大的變革，不僅是牙科醫生在期待著，普通大眾也在拭目以待。

本文來源於《3D列印世界》第34期，轉載請註明來源

180頁3D列印行業應用白皮書（2017）

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