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1、基于3D打印技术的假牙,龚 顺 李秀峰 王艳双张金英 薛成宬 储昭志中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,主要目的,了解3D打印技术的概念，及在生医方向的广阔应用前景；了解牙病常识，提高我们的卫生保健意识；初步掌握假牙的技术要点.,主要内容,3D打印技术及其在生医应用 （ 龚顺）牙病与假牙概述 （李秀锋）假牙市场前景 （王艳双）传统工艺下假牙的技术要点解析（张金英）3D打印假牙的技术要点解析 （薛成宬）总结比较及未来展望（储昭志）,1、3D打印技术及在生医应用,报告人：龚顺中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3D打印技术的假牙,主要内容,3D打印技术什么是3D打印
2、技术3D打印基本原理3D打印技术分类3D打印技术在生物医学工程中的应用,什么是3D打印技术,3D打印技术是20世纪80年代后期开始逐渐兴起的一项新兴制造技术。它是指在计算机控制下，根据物体的计算机辅助设计(CAD) 模型或计算机断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成型技术。,什么是3D打印技术,让世界认识3D打印的一把枪,3D打印基本原理,通过扫描或者设计得到三维模型计算机处理三维模型得到分层的二维切片数据3D打印机逐层打印,3D打印基本原理,3D打印技术分类,熔融沉积成型光固化立体印刷（光敏树脂）选择性激光烧结3D喷印（粘结剂）细胞打印（一
3、般采用水凝胶基）,3D打印技术的优缺点,优点：快速自由定制缺点：材料局限性精度不高,3D打印技术在生医工程中的应用,定制假肢,小儿肌肉萎缩无法使用成人假肢，3D打印定制,3D打印技术在生医工程中的应用,制造器官模型供临床研究,第一颗3D打印心脏,3D打印技术在生医工程中的应用,整容,Eric重获半张脸，恢复正常喝水能力。,2、牙病与假牙概述,报告人：李秀锋中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3D打印技术的假牙,主要内容,常见牙病及治疗方法牙周炎龋齿冠周炎假牙概述哪些情形应装假牙假牙种类不装假牙的危害装假牙的问题,图片来源：http:/.tw/itemphoto/MV-MHC-
4、3330.gif,蒙娜丽萨的微笑,图片来源：http:/,常见牙病及治疗方法,牙周炎一般表现为牙龈红肿、牙齿疼痛、牙周出血、溢脓, 严重者出现牙槽骨吸收、牙根外露、牙齿松动, 最终往往导致牙齿脱落。常用灭滴灵、牙周宁、牙周康等药物治疗, 治疗方法如牙周洁治、深部刮治、牙周手术等。,图片来源：http:/,常见牙病及治疗方法,龋齿俗称 “虫牙” 或 “蛀牙”, 是在以细菌为主的多种因素影响下, 发生在牙体硬组织上的一种进行性、慢性、破坏性疾病多个牙面浅表的龋坏, 采用磨除龋坏部分, 用含氟、钙的药物涂布, 使牙齿表面再钙化；破坏较大, 可采用充填治疗，拔牙,龋齿,图片来源：http:/,常见牙病
5、及治疗方法,智齿冠周炎下颌第三磨牙阻生, 覆盖牙冠的牙龈红肿。随着病情发展, 可引起局部肿痛、张口困难、咽痛、颌下淋巴结肿大等。严重者可发热、头痛、全身不适清洗冠周盲袋内的食物残渣及分泌物。如局部已有脓肿形成, 要及时切开脓肿引流, 在肿痛处皮肤上敷用中药如意金黄散,哪些情形装假牙,有缺牙，维持牙齿的功能及恢复美观牙齿做过根管治疗后，没有活性，会变得较脆容易被咬裂，因此也需要做牙套保护剩下的牙齿蛀牙或缺损太大了，无法用填补的方法来修复,假牙的种类,活动牙：是通过卡环和牙托来固位支持的假牙固定牙：是通过将两侧相邻天然牙磨小后，做3个牙冠相连接的桥体形式来恢复缺牙间隙的假牙种植牙：是通过手术植入人
6、工牙根来作为支持的假牙,图片来源：http:/,活动牙,固定牙,活动牙,不装假牙的危害,咀嚼功能减退口腔组织发生改变，影响到全口的牙齿排列引发牙周组织病变，缺牙时间长，相邻牙向缺牙处倾斜，对颌牙伸长造成食物嵌塞，继而发生牙周病，长此以往会导致对颌牙的废用拔除前牙的缺失往往影响美观和发音齿音（知、吃、诗等）唇齿音（分、飞、放等）舌齿音（德、特、难等）牙缺失还会引起颞颌关节的病变， 严重者出现张口受限、关节疼痛、 关节弹响等问题,图片来源：http:/ 3081068663.shtml,装假牙的问题,活动假牙 由于支托、卡环等因设计或制作的不合理等原因可分别造成基 牙疼痛损伤，牙音或软组织的损伤、
7、影响发音、颞颌关节紊乱以及其他牙的丧失固定假牙 由于牙套边缘不密贴，外形不一致有悬突，边缘抛光不够或过长，与邻牙接触不好，磨牙操作不当，磨牙过多或过少，假牙咬合过高以及设计不合理等各种原因可造成基牙继发龋、牙周炎、基牙松动、牙齿移位、扭转、松动、脱落等种植假牙 缝合过紧或过松，加上种植牙的清洁工作不到位诱发感染，操作不当，引发粘膜或皮下出血,3、假牙市场应用前景,报告人：王艳双中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3D打印技术的假牙,主要内容,1. 国际市场 a ：人口老化现况及展望 b ：全球假牙出口金额2. 国内市场 a ：中国每百万人牙医数量 b ：全国 老年人龋齿率、缺
8、齿率 c ：牙科设备的进口 d ：假牙费用,人口老化现况及展望,此外，据联合国资料显示 ，全球老年人口(60岁以上)占总人口比率，将由1950年的8%、2011年的11%，上升至2050年的22%，其中80岁以上超高龄人口上升更快 。另预估2045年，全球老年人口将首次超越儿童(15岁以下)人口。,2011年全球人口老龄化最严重的10个国家,资料来源：联合国,国际,人口老化现况及展望,2011至2050年老年人口比率增长变化,数据来源：联合国,依联合国及OECD相关研究报告显示，近年来，多数国家由于国民预期寿命延长、妇女生育率降低，以及第二次世界大战后婴儿潮世代陆续届临退休，人口老化现象日益普
9、遍；由于医药发达，以及妇女生育率可能持续下降 ，未来人口结构老化现象难以逆转。伴随着世界各地老龄化程度的加剧，假牙市场则迎来了新的发展机遇，全球市场对假牙的需求将进一步提升。,国际,全球假牙出口金额,2005-2013年全球假牙出口金额及增速（亿美元，%）,资料来源：智研数据研究中心整理,国际,中国每百万人牙医数量,国内,资料来源：国家统计局、Straumann、智研数据中心整理,国外发达国家相比，中国的口腔市场尚处于发展的初级阶段，和印度基本处于同一水平线。每百万人牙医数量来看，中国只有100名左右，远低于欧美发达或中等发达国家500-1000名的水平，显示中国牙科市场目前仍然很不发达；同为
10、发展中国家的巴西每百万人的牙医配备数量为870名，印度为33名，但中国的人口平均年龄已经超过35岁，高于巴西和印度。,全国 老年人龋齿率、缺齿率,国内,全国口腔调查情况显示，我国35岁-44岁年龄段人群的龋齿率为88.1%，其中只有8.4%得到了治疗，57.6%缺；65-74岁老年人的龋齿率更高，达到了98.4%，其中只有1.9%得到了治疗。而有统计显示，我国牙颌畸形的发病率在30-50%，长沙的一项统计显示18岁以上就诊成人牙颌畸形发病率达到73%，但是正规治疗率只有15.4%。这说明中国的牙科治疗的意识仍不普及，有很大的市场潜力尚未被发掘；而且随着老龄化趋势的继续，这一潜力也会随之增大。,
11、资料来源：第三次全国口腔健康普查,牙科设备的进口,国内,牙齿固定件进口金额数据,牙科X射线设备进口增长迅速,资料来源：国家海关,从一些牙科设备的进口数据来看，牙科用X射线设备进口金额近三年的复合增长率接近60%，牙齿固定件的进口金额的复合增长率也达到50%以上；假牙的进口数量在15%左右，牙椅的进口数量则相对稳定。前两类设备的快速增长可能在一定程度上反映了正畸、种植以及其他一些中高端牙科诊疗需求的快速上涨。,假牙费用,国内,烤瓷牙种类不同价格也不同。烤瓷牙种类分为贵金属烤瓷牙、半贵金属烤瓷牙、非金属烤瓷牙、全瓷牙烤瓷牙种类是决定价格的主要原因，烤瓷牙的材料不同在加工工艺上也会有区别，因此瓷牙价
12、格也会有所不同。,种植牙,烤瓷牙,假牙费用,国内,假牙费用,国内,4、传统工艺下假牙的技术要点解析,报告人：张金英中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3D打印技术的假牙,传统工艺下假牙的技术要点解析,1.技术方面2.材料方面3.设备方面,一、假牙分类,二、补牙方法,嵌体、填料核冠、桩冠种植体牙冠固定桥CAD-CAM修复体,技术发展,1.种植体固位的覆盖义齿2.弹性义齿（隐形义齿）联合铸造金属支架3.超塑成形技术制作假牙4.应用 Propeller 技术5.CAD/CAM加工义齿技术对经历磨合期后的假牙进行三维模型重建6.正畸矫正、瓷贴面7.陶瓷为植入学提供了两个着手的方法：一
13、个是创制一种有孔材料；另一个是在骨与陶瓷之间创制一种化学键。陶瓷材料的钙磷比例可类同骨质,以便有利于骨和陶瓷之间的结合。8.“一次置入式”瓷料补牙新技术9.“第三牙齿”不输天然牙,三、义齿材料,材料选择考虑因素：,生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。力学条件:高强度、高比强度;弹性模量接近骨,能促进材料与人体之间界面的牢固结合;良好的韧性;不发生疲劳现象;高的耐磨耗性。化学条件:良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。其他条件:非磁性、加工性能及功能材料特性。及舒适度，发音能力，咀嚼能力，患者满意度等,三、假牙材料,雕刻
14、的骨或象牙（异体牙移植），金属和宝石，陶瓷，玻璃碳，聚（甲基丙烯酸甲酯），密胺树脂等1.牙种植体按其材料不同，大体上可分为 5 种类型金属与合金材料类陶瓷材料类碳素材料类高分子材料类复合材料类2.透明的塑料“隐形”牙箍、牙齿美容液（合成树脂，白而自然，除去表膜时，去除污垢）目前，常用的种植体材料主要是钛，涂层也以钛或钛合金为基料。另外，氧化锆，添加10%ZrO2纳米粉的纳米复合陶瓷应用潜力无穷,假牙材料,其中填充材料主要：银汞合金、复合树脂、玻璃离子、复合体新型补牙材料：纳米陶瓷材料人造牙釉（钙和磷酸盐）：它在填补进人牙齿之后,会从自身内部释放出矿物质进人牙齿当中,促进牙齿生成新的珐琅质,有效
15、地修补人们牙齿中钙、磷等重要矿物质流失而出现的龋齿,防止龋齿继续发生。“第三牙齿”：先大量培养患者智齿附近的牙齿干细胞,然后制成齿胚,在牙的模型里培育成牙齿,最后植人拔牙后留下的牙床空穴。“第三牙齿”和天然牙一样可向大脑传递信息,四、牙科设备,牙科治疗椅,种牙机,光固化机,牙科设备,5、3D打印假牙的技术要点解析,报告人：薛成宬中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3D打印技术的假牙,整体思路,3D技术打印假牙全过程：（视频）,整体思路,技术要点扫描,扫描：准确、便捷的获取患者牙齿和全牙列的三维形态数据旧方法：测量离体牙、石膏模型新方法：螺旋CT、锥形束CT（CBCT）螺旋CT
16、 射线辐射剂量大、成本高、图像质量易受分辨率等因素的限制，因此其在口腔领域的应用受到限制。CBCT 锥形束CT(Cone beam CT,简称CBCT)又称为锥形束计算机断层扫描技术，是最新一代的CT机 。 ,技术要点扫描,CBCT原理 放射较低剂量的锥形束X线围绕投照体做环形投照。操作方法 患者可取坐位或站位，头部放正且中线与CBCT中线保持一致，两眼平视前方，拍摄过程中保持不动，CBCT只需旋转360度即可获取重建所需的全部原始数据。,技术要点扫描,CBCT优点 射线辐射剂量低 (相当于螺旋CT放射剂量的1/301/100 ) 数据采集时间短 (1070s ) 成像精度高、图像更清晰 操作
17、简单 普通CT：输出的格式文件只能提供各层面的二维影像 CBCT：可以在个人电脑上进行三维重建,技术要点扫描,CBCT法构建的全牙列 三维数字化模型线距和 角度测量的效度和信度 均优于螺旋CT法构建的 全牙列三维数字化模型。 是发挥数字化模型优势、 建立活体全牙列牙冠三 维数字化模型的较佳影 像学方法 ,技术要点重建,（一）信息传递与CAD建模,（1）旧方法,间接方式（位图等）提取CT中有用信息,用AutoCAD软件转换为矢量图格式,将信息按照CT扫描时排序，在断层间赋予高度方向的数值，得到三维图形,技术要点重建,（一）信息传递与CAD建模,（2）CBCT,(a)有自己的接口和工作站(b)可以
18、直接将CT图像信息传输至工作站进行计算机辅助设计和制造(c)CBCT的三维断层图像可以清晰地显示各个层面的解剖结构和邻近关系(d)通过一些专用软件(如Vinplant)可以对选定区域进行任意方向的重建及三维方向上的数据测量14 -16,CBCT的三维断层图像,图片来源:,技术要点重建,（二）设计与重建,(2)设计、制定种植方案需做到： (a)假牙形状优化仿真设计55 (b)精确定位种植体植入位置、方向和深度,(1)设计、制定种植方案需要考虑的因素： (a)缺失牙的位置 (b)缺牙部位牙槽骨的骨量 (c)种植区域空间大小 (d)与邻近组织的关系,技术要点材料,（一）全瓷牙,特点：没有金属内冠，美
19、观效果很好强度相对于烤瓷和金属材料稍 差，一般只能用于做前牙,图片来源：http:/,氧化锆全瓷牙,生物相容性好，优于各种金属合金，包括黄金。二氧化锆对牙龈无刺激 、无过敏反应，很适合应用于口腔，避免了金属在口腔内产生的过敏、刺激、腐蚀等不良反应具有与真牙相匹配的透光性，其色泽自然,技术要点材料,（二）金属烤瓷牙,图片来源,贵金属烤瓷牙,特点：强度大，耐腐蚀性强、生物相容性较好但价格昂贵,图片来源,钴铬合金烤瓷牙,特点：生物相容性、硬度高，良好的耐酸腐蚀性,技术要点材料,（二）金属烤瓷牙,镍铬合金烤瓷牙,特点：易导热，价格便宜耐腐蚀性稍差，可能会造成金属离子游离,纯钛烤瓷牙,特点：较其他金属合
20、金薄、轻 很好的耐酸腐蚀性价格较高,技术要点材料,（二）金属烤瓷牙,图片来源：,钛合金烤瓷牙,耐腐蚀性很强不会容易变黑，可避免牙龈出血和黑色牙龈现象的发生生物相容性好强度高，色泽好，耐磨损但钛合金烤瓷牙主要成分仍为镍和铬，所以对于金属“镍”过敏者请避免选择。也会出现金属游离，牙龈染色问题,技术要点材料,（三）非金属烤瓷牙,图片来源：,非金属烤瓷牙,特点：复合树脂烤瓷牙，它价格较低 ，修复能力一般 ，与瓷的结合度不高，容易脱落或出现崩瓷等现象,技术要点 3D打印机,3D打印制作义齿的方法中，最常用的是3D金属打印机EOS生产的激光选区熔化金属打印机(SLM) 设备EOSING M270,EOSI
21、NG M270,金属打印机实物图,技术要点 3D打印机,金属打印机原理图及流程,SLM由光路单元、机械单元、控制单元、工艺软件和保护气密封单元几个部分组成。,流程：铺粉装置先把金属粉末平推到成型缸的基板上，激光束按当前层的填充轮廓线选区熔化基板上的粉末，加工出当前层，然后成型缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一定厚度的距离，铺粉装置再在已加工好的当前层上铺好金属粉末。设备调入下一层轮廓的数据进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。,技术要点 3D打印机,金属打印机牙冠样品,M270制造的金属牙冠,6、总结比较及未来展望,报告人：储昭志中国科学院电子学研究所传感技术联合国家重点实验室,基于3
22、D打印技术的假牙,Part.6 总结比较及未来展望,优势对患者：时间周期成本比较,George Chu,2,Part.6 总结比较及未来展望,优势对患者：时间周期成本比较对从业者：技术要求,George Chu,3,Part.6 总结比较及未来展望,劣势对患者：健康、安全生物特性反馈精度、力度,George Chu,4,Part.6 总结比较及未来展望,劣势对患者：健康、安全生物特性反馈精度、力度对从业者：打印机性能及价格材料缺口,George Chu,5,Part.6 总结比较及未来展望,总结实验室阶段具有优势，仍需进一步拓展功能临床阶段稍显不足，规模化生产需攻克技术及材料瓶颈,George
23、 Chu,6,Part.6 总结比较及未来展望,展望智能化,George Chu,7,制作一颗有“智齿”有智慧的牙齿实现：融合传感器技术、结合神经传导知识,Part.6 总结比较及未来展望,展望智能化一体化,George Chu,8,过程不分立假牙生根，一次成型体验不分立有机协调，无异物感,Part.6 总结比较及未来展望,展望智能化一体化个性化,George Chu,9,良好的软件支持，方便的3D打印建模，高效便捷的接口患者自定义设计，更大程度符合患者自身需求，量身定做,Part.6 总结比较及未来展望,结束语大有希望大有可为感谢小伙伴们的头脑风暴、协作分工！祝大家牙齿健康，笑口常开！,George Chu,10,谢谢！,
