3D-печать: история и начало новой эры технологий в стоматологии
История 3D-печати началась в начале 1980-х годов, когда изобретатель Чарльз Халл первоначально назвал ее «стереолитографией».Халл работал в компании, которая производила ультрафиолетовые лампы в виде слоя пластика для покрытия поверхностей, используемых в быту. Ему пришла в голову идея использовать ультрафиолетовый свет по-новому; превращать детали, созданные с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования, в трехмерные объекты, и ему дано разрешение использовать их лаборатории ночью и в выходные дни. Халл был обнаружен с помощью фотополимеров, представляющих собой вещества на акриловой основе, которые затвердевают под воздействием ультрафиолетового излучения. Как только он обнаружил это, он построил машину с УФ-лазером для гравировки слоев акрила в формы и складывания слоев, чтобы сформировать объект. Одной из главных проблем для Халла было написание кода, сообщающего принтеру, как гравировать акриловые слои, поэтому он придерживался в основном простых форм. После многих лет исследований и экспериментов Халл продал свой первый 3D-принтер за 100 долларов.
3D-печать была впервые использована в медицинских целях в качестве зубных имплантатов и индивидуальных протезов в 1990-х годах. В конце концов, ученые смогли вырастить органы из клеток пациента и использовать для их поддержки каркас, напечатанный на 3D-принтере. По мере того, как технология развивалась еще больше, миниатюрная почка, и врачи начинают стремиться к тому, чтобы сделать полностью функционирующий орган без каркаса для поддержки. В конце концов, в 2008 году ученые смогли создать первый 3D-протез ноги. Совсем недавно, в 2012 году, в Голландии производственная компания LayerWise напечатала челюсть на 3D-принтере.
Теперь 3D-принтеры стали довольно недорогими и широко используются в больницах. 3D-принтеры эволюционировали, чтобы создавать такие жизненно важные для человека вещи, как органы. Чарльз Халл изначально разработал 3D-принтер для повышения производительности промышленных изделий, но предполагал, что его изобретение сделает гораздо больше. Я полагаю, что Чарльз никогда не думал, что его принтер может спасти тысячи жизней. Изобретение Чарльза изменило не только лицо медицины, но и жизни тысяч неизлечимо больных пациентов по всему миру.
3D-визуализация и моделирование в наши дни
3D-визуализация и моделирование, а также технологии CAD оказывают огромное влияние на все аспекты стоматологии. 3D-печать позволяет точно создавать уникальные сложные геометрические формы из этих цифровых данных из различных материалов, локально или в промышленных центрах. Даже сейчас почти все, что мы делается для пациентов, можно сделать на 3D-принтере, но ни одна технология не может удовлетворить все потребности пациентов. Эта технология уже широко используется в ортодонтии, где печать смолой с высоким разрешением уже является полностью практичным предложением, и аналогичная технология используется для печати моделей для восстановительной стоматологии и шаблонов для процесса утраченного воска, что становится все более важным с ростом внутриротовых сканирующих систем.
В челюстно-лицевой хирургии и имплантологии использование анатомических моделей, созданных с помощью любого количества различных методов 3D-печати, становится обычным явлением и обязательным условием для планирования сложных процедур. Широко признано, что хирургическое вмешательство может быть менее инвазивным и более предсказуемым при использовании хирургических шаблонов, отпечатанных из смолы (обычно) или автоклавируемого нейлона.
Хотя 3D-принтеры становятся все более доступными, необходимо тщательно учитывать стоимость эксплуатации, материалов, обслуживания и потребности в квалифицированных операторах, а также необходимость постобработки и соблюдения строгих протоколов охраны здоровья и безопасности. Несмотря на эти опасения, ясно, что 3D-печать будет играть все более важную роль в стоматологии. Сочетание технологий сканирования, визуализации, CAD, фрезерования и 3D-печати, а также присущее профессии любопытство и креативность делают это время исключительно захватывающим для работы в стоматологии.
Применение 3D-печати в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии
Медицинское моделирование, одно из первых применений 3D-печати в хирургии и его можно рассматривать как создание анатомической «учебной модели». Все стало еще более доступным благодаря другой важной технологии, которая стала основной в стоматологии в последние годы: КЛКТ стала широко доступна в стоматологической практике и изменила диагностику и лечение в имплантологии и в эндодонтии. Свободный доступ к КТ, которая предоставляет аналогичные данные и более распространен в больничных условиях, или КЛКТ означает, что перед операцией можно передавать объемные данные «изображения» на 3D-принтер и сделать подробные копии челюстей пациента. Это позволяет тщательно изучить анатомию, особенно сложную, необычную или незнакомую, и спланировать или отработать хирургический подход до операции.
Это привело к разработке новых процедур и подходов к хирургии и, наряду с производством шаблонов для сверления или резки с использованием технологии 3D-печати или традиционной лабораторной технологии, может привести к ускоренной, менее инвазивной и более предсказуемой хирургии.
При медицинском моделировании точность часто ограничивается исходным методом визуализации и наличием артефактов, вызванных металлическими конструкциями, такими как зубы, реставрации или имплантаты; уровень неточности вряд ли будет клинически значимым для многих хирургических применений. Для печати медицинских моделей можно использовать широкий спектр 3D-принтеров и материалов для 3D-печати, но, поскольку такие модели полезно иметь в операционной, особенно интересны материалы, которые можно стерилизовать, например нейлон.
Цифровая ортодонтия
В ортодонтии можно планировать лечение и создавать приспособления или сгибать дуги роботизированным способом на основе цифрового рабочего процесса с использованием внутриротового или лабораторного оптического сканирования или даже КЛКТ для сбора данных о пациенте. Система Invisalign ® выравнивает зубы пациентов в цифровом виде, чтобы создать серию 3D-печатных моделей для изготовления «элайнеров», которые постепенно меняют положение зубов в течение нескольких месяцев/лет. Примером печати несколькими материалами является изготовление 3D-печатных шин для непрямой фиксации брекетов, напечатанных из жестких и гибких материалов для точного размещения брекетов с использованием ортодонтического программного обеспечения CAD (3Shape).
Поскольку данные передаются через Интернет, а дизайн улыбки выполняется в программном обеспечении, существует огромная потенциальная экономия времени. Опять же, данные пациента могут быть заархивированы в цифровом виде и распечатаны только при необходимости, что значительно экономит требования к физическому пространству для хранения.
Зубные имплантаты
Производители использовали технологию 3D-печати для создания новых зубных имплантатов с пористой или шероховатой поверхностью. Однако мы должны быть осторожны, чтобы не соблазниться шероховатой или пористой поверхностью; на протяжении многих лет мы видели, как многие зубные имплантаты появлялись с шероховатой или пористой поверхностью только для того, чтобы исчезнуть, когда проблемы стали очевидны несколько лет спустя. Тем не менее, как метод производства партий сложных зубных имплантатов, 3D-печать может создавать сложные геометрические формы, такие как морфология, напоминающая кость, которую невозможно получить только путем фрезерования, хотя фрезерование/обработка также может использоваться для уточнения.
Печатная форма – например, платформа имплантата. Существует также возможность создавать имплантаты сложной геометрии, хотя в конечном итоге установка зубного имплантата с использованием формы винтового типа кажется хорошо проверенным подходом.
Имплантаты ОМФ
Многое было сделано для возможности печати на титане или имплантируемых полимерах (особенно на полиэтилэфиркетоне) для создания челюстно-лицевых имплантатов. 3D-печать способна создавать сложные геометрические формы, однако большинство имплантатов OMF на самом деле довольно просты по форме; Технологии прессования и фрезерования имеют несколько явных преимуществ, таких как сокращение постобработки, быстрое производство и предсказуемое использование однородных и неоднородных материалов. 3D-печать можно использовать для прямой печати имплантированной структуры или в качестве инструмента для непрямого производства с использованием обычного процесса прессования.
Дизайн продукта и производство инструментов
Хирурги в целом и стоматологи, безусловно, известны своим творчеством и изобретательностью! 3D-печать играет роль в быстром прототипировании приборов, что позволяет творческим личностям воплотить идею в жизнь за очень короткий период времени. Возможно, причина, по которой термин «3D-печать» привлек внимание публики, в то время как «быстрое прототипирование» никогда не казалось таким захватывающим, заключается в том, что, хотя технология позволяет хирургу-дизайнеру быстро переходить от концепции к прототипу продукта, сам фактический процесс печати довольно медленный. и затратен при работе с материалами с полезными механическими свойствами.