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由于SLM和SLS技術的加工方法靈活、柔軟度高、加工周期短、成形材料有良好的性能,在頜面外科中制作植入體、骨替代物以及牙體修復中的嵌體、冠修復、義齒支架等具有較大的優越性。目前很多學者已經將該技術引入口腔醫學領域。
1.1制作人體器官或組織模型應用SLM和SLS技術可以制造人體器官或組織模型,幫助患者了解人體相應器官的結構和特點,在教學或者外科手術中提供直觀內部結構,更好地學習或制定正確的手術方案。很多學者研究了此技術在這方面的應用,制作了例如牙頜模型、下頜骨三維模型、頭顱模型[5]等。該技術比原有工藝更快、更精細,在批量加工生產中占有很大優勢。
1.2制作醫用植入體目前有報道使用該技術制作醫用植入體,用來恢復組織、器官的功能與結構。例如人工頜骨、關節等代用器官,鈦網支架,類骨植入體等快速成形產品??谇恍迯皖I域使用的植入體主要為金屬植入體及生物材料植入體。傳統采用鍛造或鑄造方法制作的金屬植入體,加工工藝比較繁雜、周期長、成本高,給患者帶來很多不便。SLM和SLS技術彌補了這些缺陷。金屬鈦及其合金由于其良好的生物相容性及機械性能,在植入體方面應用很廣。使用SLM和SLS技術制作的金屬鈦植入體可以精確控制多孔鈦的孔隙參數,制作出的植入體內部致密、外部孔隙率高。外部的高孔隙率增加了植入體與宿主骨的骨結合面積,提高了生物活性,減少了植入體的失敗率。使用SLM技術制備的多孔鈦金屬結構與人類松質骨結構類似,并且內部的空隙可以降低金屬鈦的彈性模量,使之接近于人體松質骨的彈性模量。朱娟芳等使用激光快速成形技術制作純鈦植入體研究后得出,所制作的純鈦試樣具有良好的生物相容性,與骨組織之間有很好的力學適應性,機械性能滿足牙科植入用純鈦材料的要求,符合生物醫學組織替代植入材料的標準。生物材料植入體方面,使用SLM和SLS技術制作與骨組織成分組成類似的羥磷灰石類骨植入體可以減少自體骨移植的創傷及并發癥,縮短定制人工骨的制作時間。Lindner等使用選擇性激光熔覆技術制作了可生物降解的骨基質植入體及磷酸鈣陶瓷人工骨移植物,應用在頜面骨及頭骨等部位,移植物與周圍骨組織結合良好,達到了良好的臨床效果。
1.3制作間接模型使用激光快速成形技術制作出反映口腔內部結構的模型,然后通過模型獲得患者所需要的修復體,如局部義齒支架、阻塞器等。
1.4制作口腔金屬修復體口腔義齒修復現階段最常用的材料主要有鎳鉻合金、鈷鉻合金、金鈀合金、金合金、銀鈀合金、鈦合金等。傳統使用失蠟鑄造法成形口腔修復體,得到的修復體鑄件尺寸精度較高,不受材料的限制,但生產周期長、制作出的鑄件表面粗糙度較低、鑄件尺寸不一、鑄造易導致環境污染。選擇性激光加工技術的發展與使用,彌補了傳統鑄造工藝的不足。
1.4.1鈷鉻或鎳鉻合金修復體鈷鉻合金及鎳鉻合金,尤其是鈷鉻合金由于其良好的性能及便宜的價格是目前制作冠修復體使用最廣泛的合金材料之一。李勇等對比使用激光快速成形法與傳統方法制作的鈷鉻合金或鎳鉻合金試件,發現用激光立體成形方法比傳統方法制作后合金的機械性能和生物安全性更好。Takaichi等用SLM技術制作牙科用鈷鉻合金,發現SLM技術制得的試件抗屈強度、伸長率、顯微組織結構等方面均優于鑄造所得試件,符合口腔用材料標準。胡江等使用激光快速成形技術制作鎳鉻合金基底冠,其牙合面邊緣、軸面中點及肩臺中點外表面與基底冠內表面的間隙均小于臨床可接受標準。Santos等應用SLM技術制作的鈷鉻合金的基底冠外形、精度及邊緣適應性均較好。
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1.4.2鈦合金修復體鈦及鈦合金因為具有良好的力學性能及優異的生物相容性,在口腔修復臨床,尤其是用作可摘局部義齒支架材料十分常用。但是由于鈦的熔點比較高、易氧化,傳統鑄造工藝容易形成鑄造缺陷。激光快速成形技術的使用使得該問題得到解決。SLS方法所得的合金宏觀結構上柱狀晶比較規則,晶粒較小,原始晶粒越小,鈦合金疲勞性能越高。這說明激光立體成形的加工特性,大大提高了純鈦的性能,可以改善純鈦用作支架材料強度不足的缺點。微觀組織結構顯示,激光快速成形試件表現為相互交織的細密網籃狀結構,而這種排列規則的網籃狀結構正好具有良好的抗疲勞、耐腐蝕性能。很多實驗證實,該技術制備的純鈦或鈦合金修復體,拉伸強度明顯高于常規鑄造純鈦性能,且制得的修復體精度較高,能夠達到牙科使用要求。韓彥峰等使用激光快速成形技術制作了形狀規則的純鈦基底冠,邊緣適應性檢測結果表明,基底冠試件的各點隙大小符合甚至優于臨床可接受標準。并且與傳統方法相比,該技術工藝更簡化,成形后的全口義齒鈦基托外形良好。
1.4.3與傳統方法制得的烤瓷冠金-瓷結合性能對比目前烤瓷冠面臨的最大問題為飾瓷崩瓷,影響崩瓷的關鍵因素為金-瓷界面的結合強度。李國強等研究表明SLM制作鈷鉻金屬基底冠的金-瓷結合力優于傳統鑄造法鈷鉻合金基底冠的金-瓷結合力,這可能與金屬與瓷粉熔融更廣泛、更深入有關。但Akova等的實驗結果為激光成形鈷鉻合金的金瓷結合力與鑄造鈷鉻合金相比,無明顯差異。張麗君等研究了應用激光快速成形技術制作的純鈦與NoritakeTi-22鈦瓷的結合性能,得出其鈦-瓷結合強度與鑄造純鈦的鈦-瓷結合強度差異無統計學意義。關于SLM和SLS技術制作的烤瓷冠的金-瓷結合性能是否高于傳統方法制作的金-瓷結合性能目前尚未達成一致意見,仍需要更深入的研究。
1.5在義齒制作其他方面的應用在義齒修復制作的其他方面,金樹人等嘗試使用快速成形方法制作磨牙樹脂全冠取得成功。Azari等利用快速成形技術制作固定修復體的蠟型,縮短了制作時間,增加了制作精確度。目前,已經有很多有關激光快速成形用于陶瓷方面的報道,但是由于這一方法制作的陶瓷零件的力學性能較差,生產過程中影響因素較多,還沒有該技術應用于口腔全瓷冠制作的報道。
2在口腔醫學中應用存在的問題及展望
2.1材料及工藝問題加工中使用的材料及工藝對成形的零件起著重要作用。所用的材料既要能夠進行激光快速成形制作,又必須無毒且性能良好。粉末材料的物理特性會影響零件的精度及粗糙度,制作工藝的某些因素(如鋪粉厚度、激光的功率等)不穩定會降低零件的精度及表面光潔度,導致制作缺陷。要制造出精密的金屬零件,需要對初制零件進行后續處理或引進低收縮的粉末產品。目前滿足這些條件的材料寥寥無幾,這也局限了該技術在口腔醫學中的發展。技術制造方面,選擇性激光成形技術需要靠輸入計算機輔助設計的數據,數字的精準度將直接影響制造的結果。并且激光的能量密度、送粉速率和數控機床的運動速度對成形精度有顯著影響。
2.2激光快速成形技術制得試件存在的問題吳江等對比激光快速成形技術與傳統方法制得的鈦基托的適合性及平均誤差,發現SLS技術制得的鈦基托與傳統制作方法相比,適合性稍偏低,需要在加工精度上進一步改進。吳琳等證實,由于可摘局部義齒支架外形的復雜性,SLS技術尚不能完全適用于實際義齒支架的造型要求。另外,由于該技術的原理為激光高溫熔化或燒結材料,材料局部的過熱處理可能會引起材料的改性,甚至會產生一些毒性反應。
綜上所述,選擇性激光成形技術要想在口腔醫學領域得到更好的發展,如何控制工藝以達到最佳效果、如何提高試件的精度、如何降低臨床成本是目前需要解決的問題。任何工藝的成熟都需要不斷探討與改進,相信隨著對該技術的深入研究,選擇性激光成形技術將成為口腔醫學領域新型的加工制作手段。
作者:孫瑩瑩黃瑋單位:南昌大學附屬口腔醫院VIP科室
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