快速成型技术在颅颌面外科中应用.docVIP

快速成型技术在颅颌面外科中应用Application of rapid prototyping in craniofacial surgery 李益敏 综述，郑永生 审校 快速成型技术（RP）是机械工程、计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM)、计算机数字控制（CNC）、精密伺服驱动、检测技术、激光技术及新型材料科学等高科技技术的集成。由于它明显优于传统制造技术，近来获得了日新月异的发展，已被广泛应用于航空、汽车制造、军事、医疗等领域，其中在医学领域的应用占到整个应用领域中的12%,特别是在口腔、颅颌面外科及骨科治疗中。颅颌面外科由于其手术的复杂性和精确性,一直是医学界公认的较为棘手的领域，选择多学科合作，多领域技术的相互配合，是颅颌面外科治疗的发展趋势。近年来，RP技术和颅颌面外科的紧密结合，为颅颌面外科的发展注入了新的生机，使颅颌面外科治疗手段变得更为科学、精密和简便。本文就快速成型技术在颅颌面外科中的应用综述如下： 1快速成型技术 1.1 RP技术原理：RP技术最早起源于20世纪80年代后期的航空工业，是基于分层技术、堆积成型、直接根据CAD模型或CT数据等快速生产样件的先进制造成组技术总称。RP技术不同于传统的去除成型、拼合成型及受迫成型等制造加工手段，是利用塑料、陶瓷、复合蜡等各种材料累加法直接制造出样件。其基本原理是:分层制造,逐层叠加[1],实现一种由点到线、由线到面、由面再组成立体结构的过程。RP具体过程大体可分成三步：①数据准备：通过计算机生成零件三维CAD模型，或CT数据的准备，然后用切片软件将三维CAD模型切成大约0.5～2mm厚的薄片，得到各层面的轮廓信息；②分层叠加成型：各层截面轮廓数据信息转换成数控加工命令，控制激光束选择性切割一层层原材料（如：固化液态树脂、复合蜡粉等粉末材料、喷射粘结剂或热熔材料等），形成各截面轮廓并叠加成三维产品；③后处理过程：进行模型表面处理清洁等。 1.2快速成型技术工艺种类及加工材料:快速成型技术工艺多种,其中常用的较为成熟的有六种：①光固化（SL）；②选择性激光烧结（SLS）；③层状物体制造（LOM）；④熔融堆积成型（FDM）；⑤激光近似成型技术（LENS）；⑥三维打印技术（3DP）。不同的技术工艺可以选择不同的加工材料。 1.3 快速成型技术的特点：RP技术不同于传统的制造工艺，其优越性在于：①采用非接触加工，不需任何刀具、模具等；②生产过程数字化，可随时修改，随时制造，并可做到无人值守；③生产成本与产品数量无关，特别适合单个模型的生产；④能够实现快速铸造、快速模型制造；⑤生产过程没有切割、噪声和振动，有利于环保；⑥产品的制造过程与模型的复杂性无关，可以制造任意形状的模型。 2快速成型技术在颅颌面外科中的应用 在医学的领域RP技术最早应用于外科，尤其是对于颅颌面外科、骨外科、整形外科等的临床实践。利用RP技术可以加工出内、外部三维结构完全仿真的生物模型。借助患者术区解剖结构模型，医生可以更直观地了解术区状况，并结合模型具体讨论病例，制定更合理的手术方案。对于复杂病例，实施模型外科，预演术中可能遇到的问题，并比较此术式的优劣，同时也向年轻医生演示或供他们操作训练[2]。 2.1 颅颌面硬组织的精确复制：颅颌面骨组织形态不规则，结构复杂，周围解剖关系密切，通过X线片及单纯的CT片很难精确诊断病变的实际状态和部位。最早有学者在1989年即将该技术应用于患者的诊断。Haers PE[3]对于建立的21例患者的三维模型进行分类，认为模型具有对颅颌部综合征、面部不对称、器官距离过远、大型缺损等畸形的诊断、治疗有意义，而对于多发性骨折的错位矫正没有帮助。D’Urso PS等[4]对45例颅颌面颈部患者进行仿真生物模型及影像的对比，分析结果表明模型有利于改善手术设计（模型达82.21%，影像为44.09%）；术前诊断准确率达95.23%（影像的准确率为65.63%），模型的测量误差为7.91%，远远低于影像测量误差44.14%，应用仿真模型后手术时间平均降低17.63%。Ariver等[5]利用CT数据结合SL方法复制颅骨，并与原颅骨标本进行测量比较，绝对误差在0.1～4.62mm之间，平均误差为0.85mm，认为SL方法可以精确复制颅骨。Bianchi等[2]利用离体下颌骨CT数据、SL技术复制下颌骨模型，总体误差在0～4.03%范围，且解剖细节清晰可辨。林李嵩等[6]利用RP技术读取干性头颅的螺旋CT数据制作出眶三维模型,结果更加精确,模型与颅骨的平均差值为(0.22±1.04)mm。朱赴东[7]对根据螺旋CT数据制作的三维模型进行测量，认为模型的总体误差可以控制在0.02～0.53mm,其中颅骨模型的误差在0.02～0.2