计算机数字集成技术以及3D打印技术在复杂环境口腔种植的应用

计算机数字集成技术以及3D打印技术在复杂环境口腔种植的应用

金琳韵应婷婷

金琳韵1应婷婷2（浙江省临海中医院317000）

摘要：文章介绍了计算机数字集成技术以及3D打印技术在复杂环境口腔种植的应用，首先简要分析其技术原理，然后简要结合案例进行分析，并对该技术进行了展望。

关键词：口腔种植计算机数字集成3D打印【中图分类号】R2【文献标号】A【文章编号】2095-7165（2015）15-0230-011

前言口腔种植对植入方向、角度、位置都提出较高要求，尤其在复杂口腔环境中更需要术前做充分的准备。随着三维影像成像技术和计算机技术的不断进步，数字化种植技术得到极大的发展。数字化种植技术利用计算机断层扫描，例如锥形束CTCBCT和三维种植设计软件，结合解剖结构和修复体的参数，从而获得三维数字化种植信息。同时利用3D打印技术通过优化种植体在口腔中的植入位置，减少或避免扩大创口同时有效避开危险区，缩短种植手术时间，减少术后不适、肿胀和疼痛。此外，预先设计的种植体植入位置、角度及复原后的修复结构信息帮助口腔医生更容易、更快速、更准确地实现种植即时修复虚拟实际以直观、清晰的方式为口腔医生进行手术前模拟、手术过程快速定位、手术准确导航，为口腔医生制订出科学有效的手术方案提供了必要的技术支撑。口腔医师通过VR技术，进行虚拟的手术在术前就仿真出手术过程，演示中可以不断修正，直到完成满意的手术方案。对手术口腔环境生成和结构重建，口腔医师可以自由地对根据三维CT扫描所得到的数据进行3D重建，选取到最适合于病人口腔环境和实际情况种植体植入的位置，确定种植体的数目、规格、类型、植入深度和方向。通过VR也可以对于受力情况及创面情况进行全方位的评估，减少手术对病人带来的伤害。

2BCT三维CT扫描观察组采用CBCT机治疗，进行影像学处理，提供数字化的便捷操作。种植术前先对口腔位置进行测定，如颌骨、下牙槽沟的神经组成获取全面的三维立体影像图，准确定位术区；然后对所需要种植区域进行骨密度测定是口腔种植手术最为关键的环节之一。骨密度较低极有可能直接导致手术的失败。通过CBCT的所有影像检测后进行上下颌骨结构的重建，该结构由多个平面构成，包括矢状面、冠状面和标准轴面，同时还要对序列纵断面和曲面体层视图的重建，在影像图中拟定出种植体植入深度、大小和位置，对种植体周围骨量不足的患者，设计增植骨量操作，使牙槽骨足够丰满，提高种植修复的成功率。利用国际医学影像传输标准进行数据交换，得到准确数据，从而制定相应的手术计划。

3虚拟实际技术重构通过医学图像三维重建软件进行处理,对CT影像数据进行处理获得三维数据场。对三维数据中的不同组织、器官图像进行适当的分割。对于手术关键位置建模并获得关键点，利用计算机软件生产图像再实现三维重构，得到实体模型。按照CT三维图像→图像处理→构建三维体数据→适当图像分割→建立可视化三维体。

4生物陶瓷材料生物陶瓷材料包括羟基磷灰石（HAP）、自固化磷酸钙骨水泥（CPC）、生物活性玻璃（BG）、磷酸三钙（TCP）以及相应复合材料等。对生物体陶瓷材料实现3D打印。

4.1光固化成型光固化成形工艺通过计算机控制紫外激光使光敏树脂原材料发生光聚合反应而凝固成形。该工艺的成形过程是通过激光器发出的紫外光对液槽中的液态光敏树脂按照扫描信息逐点照射，光聚合反应使被照射材料固化为零件的一层，然后在下降一个层厚距离的液槽中铺上新一层材料，继续扫描至上下层牢固地粘结在起，如此反复，直到整个部件完成固化，工艺原理。

4.2.叠层实体制造叠层实体制造采用的原料是背面涂有热融胶的纸或者塑料，利用送进机构将原材料送至工作台上，用热轧辊滚压，使该层与下面各层粘结在一起，然后利用激光器根据CAD模型数据信息在原料层面切割出制件的内外轮廓，如此反复，逐层送进、滚压粘结、切割轮廓，直到得到该零件的原型。

4.3熔覆熔覆，所用的材料为金属或者聚合物等粉末状材料。成形过程为首先利用辊筒，将一层粉末材料均匀铺于已加热的工作平台上，然后控制系统按照该层的截面信息控制激光束在粉末层上扫描，使粉末升温至熔化并互相粘结，没有被激光器照射到的区域仍为粉末状，可以作为工件与下一层片的支撑。一层烧结完成后，工作台下降一个层厚的高度继续烧结，如此循环直至整个零件制造完成，4.4熔融沉积成型熔融沉积成型该成形方法采用的原材料为丝状热熔性材料（目前最为常用的是ABS或PLA），利用送丝机构（摩擦轮或者螺杆）将其定量的送进带有一个微细喷嘴的加热喷头，丝材加热至熔融状态后从喷头挤出。热熔性材料随喷头按照指定轨迹挤出堆积并与前一层材料粘结固化，一个层面堆积完成后，工作台按分层信息下降一个层厚，改变成形方向继续成形，直至整个零件完成沉积过程。

进行FDM原型制造的数据准备工作包括三个阶段：首先，建立零件的三维模型，运用Catia、Pro/E、Solidworks等三维实体造型软件设计出想要的零件尺寸并将模型转换成FDM系统可以识别的.STL格式文件；其次，在FDM软件中对.STL格式文件的缺陷和错误进行修复，并对已调整好的原型进行分层和添加支撑等处理，将数据存放在.SSL格式的文件中；最后，根据.SSL文件中的信息，结合设定的工艺参数生成相应的扫描路径信息，生成.SML格式文件传送给FDM成形机进行零件的沉积制造。

5结论通过利用三维CT扫描对复杂口腔环境全面评估、复现，实现虚拟真实三维口腔体，做好充分的术前准备。使用先进的3D打印设备，处理简单，构建出最适合病人的种植体，准确、快速植入预定的位置点。

作者简介金琳韵（1984-），浙江临海人，临海中医院，本科，从事口腔临床研究工作