2种快速成型技术制作颌面部赝复体表面皮纹的初步研究

唐雪鹏，王崇，耿燕，毕方鹏，贡瑾，李适廷，张敏

（1.解放军大连疗养院桃源门诊，辽宁 大连 116021；2.解放军第210医院，辽宁 大连 116013；3.解放军空军总医院，北京 100000；4.解放军第三军医大学新桥医院，重庆 400037；5.解放军第457医院口腔科，湖北 武汉 430000）

2种快速成型技术制作颌面部赝复体表面皮纹的初步研究

唐雪鹏1，王崇2，耿燕1，毕方鹏3，贡瑾1，李适廷4，张敏5

（1.解放军大连疗养院桃源门诊，辽宁 大连 116021；2.解放军第210医院，辽宁 大连 116013；3.解放军空军总医院，北京 100000；4.解放军第三军医大学新桥医院，重庆 400037；5.解放军第457医院口腔科，湖北 武汉 430000）

目的比较光固化立体造型技术（SLA）和选区激光烧结技术（SLS）2种快速成型技术设计制作表面带有皮纹的硅橡胶试件和赝复体的效果。方法应用SLA和SLS技术，分别制备取自正常志愿者面颊部带有表面皮纹的硅橡胶试件和鼻部缺损患者的鼻部赝复体，并对其表面形态进行观察和比较。结果SLA法制备出的硅橡胶试件表面带有明显的皮纹，并且制备出的鼻部赝复体表面可见清晰的纹理。而采用SLS技术获得的硅橡胶试件和鼻部赝复体表面未见明显皮纹。结论SLA快速成型技术更适合带有表面皮纹的颌面部赝复体的制作。

三维打印；快速成型；表面皮纹；负型代模

当前口腔颌面部严重的器官缺损可以通过硅橡胶制作的赝复体修复。然而如何使修复体与患者面部和谐相容，并且具有美感，表面细节特征起着决定作用。利用目前现有的重建技术尚无法完整获得皮肤走形与纹路[1-2]。在赝复体的设计过程中，可以根据计算机软件自带的皮纹附加功能设计出皮纹的基本形态[3-4]。但软件中设计出的皮纹能否够在实际模型上体现出来，这不仅取决于皮纹的深浅和走形的复杂程度，更取决于快速成型技术的制作精度。目前，应用较多的快速成型技术主要有光固化立体造型技术（Stereolithography，SLA）和选区激光烧结技术（selected laser sintering，SLS），这两种方法是目前快速成型技术中研究最多、应用最广泛的。虽然这2种方法加工原理、适用范围及制作所需的材质相似，但是这2种方法在制作精密的带有皮纹的硅橡胶赝复体的研究尚未见报道。本实验对这2种技术在制作带有皮纹的硅橡胶赝复体上做初步探讨。

1 资料与方法

1.1研究对象

患者男性，52岁，辽宁义县人，2013年7月行鼻底细胞癌行全鼻切除术，选取2015年7月-2016年4月于解放军第457医院就诊。健康志愿者1例，男性，21岁，在校大学生。

1.2实验仪器

3DSS-Ⅱ三维结构光扫描仪与自带系统（上海数造公司），Geomagic studio 11.0（美国Geomagic公司），Magics RP 9.0（美国Materialise公司），SLA激光3D快速打印成型机（陕西恒通智能机器有限公司），SLS激光3D快速打印成型机（北京鑫龙自动成型系统有限公司），ZY-1型医用硅橡胶（湖北武汉恒天药业有限公司）。

1.3实验方法

1.3.1健康志愿者面颊部数据的获取利用3DSS-Ⅱ三维结构光扫描仪光栅扫描获取健康志愿者面颊部三维数据，以wrl.格式存储备用。利用Geomagic studio 11.0软件将健康志愿者的面颊部三维数据进行除噪、片面化。利用软件自带的雕刻刀及浮雕功能添加皮肤纹理。在深度选项中调节浮雕最深处的数值为2mm。

1.3.2三维鼻数据的选择与皮纹添加利用3DSS-Ⅱ三维结构光扫描仪光栅扫描获取鼻部缺损患者的三维数据，以wrl.格式存储备用，方法如下：①打开Geomagic studio 11.0软件，将获得的三维云数据导入软件，利用软件中的堆积整合功能，根据面部标识点，构建完整的患者面部软组织三维形态数据图；②利用Geomagic studio11.0软件去除异常点、三角片面化，边缘修整柔顺，初步构建出患者面部三维模型，以患者患病前照片为参考依据，从建立的健康外鼻数据库中选择相应的健康鼻三维数据。征求患者意见并满意后，以stl.格式存储；③利用软件的雕刻刀和浮雕功能对表面形态进行修整，在建立的缺损软组织处添加皮纹细节。在深度选项中调节浮雕最深处的数值为3mm，进行数据微处理。

1.3.3硅橡胶实体的制作将上述两组数据分别导入Magics RP 9.0软件中，将文件转换为快速成型机所能识别的文件类型。将文件导入使用SLA技术的SPS250B激光快速成型机和使用SLS技术的AFS360激光快速成型机中，加工完成后，经相应的后处理分别获得取自面颊部硅橡胶试件和鼻部硅橡胶赝复体。

2 结果

2.1面颊部三维数据的获取

利用3DSS-Ⅱ结构光扫描仪所获得的健康志愿者面颊部的三维数据完整平滑。

2.2三维鼻数据的构建

三维结构光扫描仪和Geomagic studio11.0构建出符合患者面部外形的健康外鼻三维形态。见图1。

图1　软件构建的面部三维图像

2.3面颊部硅橡胶试件的获取

健康志愿者面颊部树脂负型代模顺利取出，并翻制得到硅橡胶试件。

2.3.1两种快速成型技术获得代模的比较采用SLA技术得到树脂负型代模表面光洁，未见明显的台阶现象，负型的底面可以清晰地观察到不同深度的纹理，分布均匀。而采用SLS技术得到的树脂盒状负型，纹理较浅，纹理走形不规则，表面粗糙，以手触之有明显的颗粒感。负型内层面纹理模糊不清，仅显示为具有环形台阶状粗糙表面。

2.3.22种快速成型技术获得硅橡胶试件的比较

采用SLA技术得到的由负型代模翻制出来的面颊部硅橡胶试件，经过外着色后，可见其外观与人的正常的皮肤纹理相似。而利用SLS技术得到的面颊部硅橡胶，经过外着色后，观察硅橡胶块表面光洁，未见明显的皮肤纹理特征。见图2、3。

图2　SLS技术获得的面颊部硅橡胶试件

图3　SLA技术获得的面颊部硅橡胶试件

图4　SLA技术获得的鼻赝复体

图5　SLS技术获得的鼻赝复体

2.42种快速成型技术获得鼻赝复体皮纹的比较

获得由负型代模翻制出来的鼻部赝复体。利用SLA技术获得的鼻部赝复体表面可以观察到走形清晰的纹路，在曲率变化较大的鼻尖区域，也可以观察到清晰的皮肤纹理细节。而用SLA技术获得的鼻部赝复体表面观察不到走形清晰的纹路。见图4、5。

3 讨论

自从三维打印技术进入到颌面部组织工程修复领域以来，如何使赝复体的形态自然逼真而获得更佳的修复效果，一直是学者们致力追求的目标。

面部的纹理和皱纹是面部表面特征的重要组成部分，是面部具有鲜明个性化不可或缺的重要因素[5-6]。虽然部分颌面部的缺损能够通过镜像反转技术完成计算机辅助设计的仿真修复[5]，但是在重建的面部三维模型中无法反映出明显的皮肤纹理状态。虽然基本满足一般的缺损组织的修复，但是离“求美者”所追求的“完美”还是有一定距离。

通过三维结构光扫描系统获得扫描物体的三维数据，利用Geomagic 11.0软件中提供的雕刻刀和浮雕功能，可以对赝复体表面形态进行修整，添加三维的皮纹特征，并设定皮纹深度，通过该方法能够在赝复体表面模拟出不同深度的皮纹，其他一些三维设计软件也具有类似功能。但是软件中模拟的皮纹是否能够在实体模型上体现出来，与模拟皮纹的深度、快速成型系统的加工精度，以及材质的性能有关[7-8]。

本实验结果表明，采用SLA快速成型方法制作出的试件负型能够清晰地体现出软件中设计的皮肤纹理特征，而采用SLS制作得到的试件负型表面不光滑、比较粗糙。与SLA加工的试件相比，纹理细节比较模糊，原因在于两种快速成型制作方式的原理和加工材料都有所不同。

SLA技术是三维打印领域出现的发展最为成熟、应用最广泛的的技术[9]。SLA技术原理是以光敏树脂为基本原料，通过计算机逐层控制激光束，对目标物体的表面进行逐点扫描，通过光聚合反应使被扫描区域的树脂形成零件的一个薄层[10-11]。由于加工材料多为液态光敏树脂，并且所用激光光斑直径较小（<0.2 mm），加工层间距也较小（0.1 mm），因此具有加工精度高、集成化、高度柔性、快速性等特点。深度在0.2～0.7 mm的沟回裂隙均可在模型上清晰地呈现，证明SLA技术可以满足颜面赝复体仿真皮纹制作的要求。

相对于SLA技术，SLS具有适用范围广、成本低廉、加工过程中不需要支架等优点。SLA技术的基本原理是在已成型的零件表面均匀地平铺一层粉末状材料，通过控制激光束按照该层的截面轮廓在粉末上扫描，均匀缓慢的加温，直至达到熔点，使粉末完全熔化，进行烧结，与下层已成型的部分实现粘结[12-13]。该技术制作产品的精度与SLA相比略逊一筹，观察SLS加工的试件表面发现其粗糙不平，触之有明显的颗粒感，这与SLS所采用的激光光斑直径较大（0.3 mm）、加工材料为树脂粉末颗粒、SLS的加工层厚较大（0.15mm）有关[14-16]。皮纹深度达0.3mm后能观察到一定的皮纹形态，但是与SLA加工所得负型相比，其纹理细节模糊不清。

SLA快速成型制作的负型翻制的硅橡胶块经过外着色后，表面纹理清晰，再现出的纹理特征与面部皮纹非常相似。硅橡胶材料可以精确地复制出预设的皮纹表面特征，说明采用SLA快速成型技术能够将软件中设计出的模拟的皮肤表面纹理清晰完整地复制到硅橡胶赝复体表面，因此适用于各种赝复体负型和赝复体的最终制作，尤其在制作鼻部赝复体时，因为要复制的表面纹理要求较高，SLA快速成型技术成为首选。

与SLA技术相比，由SLS技术制作出的负型代模翻制出来的硅橡胶块和硅橡胶赝复体，经过外着色后，表面纹理模糊不清，无法再现软件中所设计的皮肤表面的纹理形态。本实验的结果提示，如欲准确再现计算机中模拟设计的皮肤纹理细节，应该首选SLA方式加工制作赝复体负型。

在本研究中，笔者选用SLA、SLS 2种快速成型技术来验证先制作面部负型代模，再实现硅橡胶赝复体表面皮纹的可行性。通过这2种技术分别制作带有皮纹的硅橡胶赝复体，结果表明，如欲完整准确再现计算机中模拟设计的皮肤纹理细节，应该选择SLA快速成型技术加工制作赝复体负型代模，尤其在制作鼻部赝复体时因为要复制的表面纹理要求较高，SLA快速成型技术成为首选。

[1]SHARMA N,THAKRAL G K,MOHAPATRA A,et al.A simplified technique for fabrication of orbital prosthesis[J].Journal of Clinical and Diagnostic Research,2014,8(6):10-12.

[2]陶凯,常鹏.数字化医学在颌面外伤诊治中进展[J].创伤与急危重病医学,2016,4(2):65-68.

[3]KIAT-AMNUAY S,BEERBOWER M,POWERS J M,et al.Influence of pigments and opacifiers on color stability of silicone maxillofacial elastomer[J].Journal of Dentistry,2009,31(23):211.

[4]MUNDT T,AL JAGHSI A,SCHWAHN B,et al.Immediate versus delayed loading of strategic mini dental implants for the stabilization of partial removable dental prostheses:a patient cluster randomized,parallel-group 3-year trial[J].BMCOralHealth, 2016,17(1):30-33.

[5]MANCUSO D N,GOIATO M C,SANTOS D M.Color stability after accelerated aging of two silicones pigmented or not,for use in facila prostheses[J].Braz Oral Res,2009,75(3):292-293.

[6]ChANG P P,HANSEN NA,PHOENIX R D,et al.The effects of primers and surface bonding characteristics on the adhesion of polyurethane to two commonly used silicone elastomers[J].Journal of Prosthodontics,2009,77(6):1019-1024.

[7]ONERCIALTUNAYZ,BLYJ A,EDWARDS P K,et al. Three-dimensional printing of large nasal septal perforations for optimal prosthetic closure[J].Am J Rhinol Allergy,2016,30(4): 287-293.

[8]戎志静,丁明会,王美艳,等.快速成型技术在口腔修复中的临床效果评价[J].河北医学,2015,21(6):982-984.

[9]万英明,许宁.快速成型技术和常规方法在口腔修复中的效果对比研究[J].航空航天医学杂志,2015,12(3):270-271.

[10]何岷洪,宋坤,莫宏斌.3D打印光敏树脂的研究进展[J].功能高分子学报,2015,28(1):102-108.

[11]PANARO F,MATOS-AZEVEDO A M.Endoscopic and histological evaluations of a newly designed inguinal hernia mesh implant:experimental studies on porcine animal model and human cadaver[J].Ann Med Surg,2015,4(2):172-178.

[12]RUQUET M,HUE O.Metal framework design for a partial removable dental prosthesis to enhance the addition of an artificial tooth or clasp[J].Pro Sthet Dent,2016,31(7):95-98.

[13]齐佳妮,兰晶.磁性附着体在种植全口覆盖义齿中的应用进展[J].国际口腔医学杂志,2014,56(2):78-81.

[14]WADUD A,JAMAYETN,SRITHAVAJT,et al.Use of anatomical undercut in adhesive retained orbital prosthesis:an alternative to osseointegration to improve retention and reduce margin gap[J].British Journal of Medicine&Medical Research, 2015,6(8):841-847.

[15]CEPA S,KOLLERB,SPIES B C,et al.Implant-retained prostheses:ball vs.conus attachments–a randomized controlled clinical trial[J].Clinical Oral Implants Research,2016, 24(4):320-333.

[16]CIFTER E D,OZDEMIR M,SANCAKLI E,et al.A surface roughening technique for maxillofacial prostheses[J].Journal of Prosthetic Dentistry,2015,113(3):250-252.

（童颖丹编辑）

R 783

B

10.3969/j.issn.1005-8982.2016.19.029

1005-8982（2016）19-0135-04

2016-05-11

张敏，E-mail：3505414874@qq.com