【乾物】口腔領域における3Dプリントの応用と歯科産業への影響

さまざまな業界で 3D プリントが継続的に発展する中、Antarctic Bear は、3D プリントが現在医療業界で最も急速に発展し、さまざまな医療分野に実際に応用されていると考えています。近年、ソフトウェアベースの歯科修復が急速に普及しています。多くの歯科医院や専門の義歯メーカーが3Dプリント機器を導入し、3Dプリントデジタル口腔技術を使用して3D設計モデルを実際の製品に直接変換し、高精度で低コストの口腔データと製品を歯科業界にもたらしています。従来の製造モデルと比較して、口腔3Dプリントは小ロットのカスタマイズ製品や複雑な形状の製品の製造に適しています。現在、3Dプリントは口腔医学における義歯印刷、矯正器具製造、リハーサル手術モデル製造、手術ガイド製造などの分野に応用されており、口腔医学の精度と効率を大幅に向上させます。

1. 医療分野における3Dプリント技術の概要
1. データ収集 3次元データの収集は、モデル作成において重要なステップです。医療分野では、コンピュータ断層撮影や磁気共鳴画像技術の発達により、放射線診断はより低侵襲かつ正確になり、高解像度の3次元画像データを数秒以内に取得できるため、3次元データを取得する理想的な手段となっています。

2. データ処理取得したデータを 3D 再構築ソフトウェアにインポートします。 CT スキャンのデータを例にとると、CT スキャンの DICOM 形式のデータがソフトウェアにインポートされ、形態学的表面が構築され、3 次元モデルが再構築されます。データ形式はSTL形式で保存されます。 STL形式のデータは3Dプリンターによって認識され、最終的に3Dプリンターがモデルを印刷します。

3.3D プリント 3D プリントの主な技術的形式は次のとおりです。
① ステレオリソグラフィー（SLA）は、フォトポリマーを使用して紫外線レーザー照射により固化します（3D Systems、米国サウスカロライナ州ロックヒルなど）。
② 選択的レーザー焼結法（SLS）は、高出力レーザー（EOS GmbH、ドイツ・ミュンヘンなど）を使用して、熱可塑性材料（ナイロンなどのポリマー、青銅合金やチタン合金などの金属、セラミックス、ガラスなど）の粉末の小さな粒子を融合させる方法です。
③ 熱溶解積層法（FDM）は、溶融した熱可塑性材料または共晶金属粉末を噴出させ、直ちに固化させるプロセスです（Stratasys Inc、米国ミネソタ州エデンプレーリーなど）。
④ 積層造形物製造（LOM）は、接着剤を使用して紙またはプラスチックフィルムを貼り合わせ、レーザー成形を使用する方法です（Cubic Technologies、米国カリフォルニア州トーランスなど）。
⑤ インクジェット印刷技術は、さまざまな種類の微粉末を印刷し、接着剤を塗布してから次の層を印刷します（Z Corporation、米国マサチューセッツ州バーリントン2など）。インクジェット印刷技術では、生きた細胞と生体材料を同時に印刷することで、さまざまな組織や生きた臓器を含む 3 次元の生物学的足場を構築することもできます。
等

3Dプリント技術の最も顕著な利点は、機械加工や金型を必要とせず、コンピュータグラフィックスデータからあらゆる形状のオブジェクトを直接生成できるため、製品開発サイクルが大幅に短縮され、生産性が向上し、生産コストが削減され、カスタマイズされた生産が実現できることです。

2. 口腔インプラントにおける3Dプリント技術の応用<br /> 歯が抜けてしまったらどうすればいいですか？現在、主な診断および治療技術には、「入れ歯」と「インプラント」が含まれます。「歯の補綴」とは、失った歯の隣の歯を削って土台とし、その上に被せ物を作って入れ歯を固定することです。入れ歯は「土台のない宙に浮いた状態」なので、徐々に隣の歯を傷めてしまいます。「歯科インプラント」は国内外で最も先進的な歯の修復方法です。まず、生体適合性が高く、物理的・機械的特性に優れたインプラントを歯のない部分の歯槽骨に埋め込みます。3～6か月の骨結合期間を経て、インプラントは歯槽骨としっかりと結合し、その後「人工」歯をインプラントに接続します。

口腔インプラント技術の発展は、コア技術において徐々に進歩と応用を達成してきましたが、診断、麻酔、インプラントの選択、歯型の灌流、仮歯冠の設計と製作、義歯の修正と組み立て、その他の高強度の作業など、数時間にわたる慎重な作業を実行するために、高度なスキルと経験を持つ医師が依然として必要とされています。これが、口腔インプラントが現在「高価でリスクが高い」とされている主な理由です。口腔インプラント分野における 3D 印刷技術の応用は、口腔スキャン、口腔画像処理、および 3D 印刷技術を統合することです。「デジタル画像の取得と再構成、CAD/CAM の専門設計、標準化された 3D プリント製造、標準化されたインプラント治療」などの技術システム統合を採用しています。最終的には、手術前にコンピューター上で術後効果を確認できます。手術前に、患者の口腔 CBCT 断層撮影データを特定の設計ソフトウェア環境に入力し、インプラント配置位置を 3 次元で設計し、適切なインプラントの種類を選択してから、ナビゲーションテンプレートに従って手術を実行し、義歯インプラントと修復物を移植し、患者のニーズに応じて人間化された変更を加えることができます。 2Dスキャン画像の重なりによる医師の誤判断の問題を克服し、医師のスキルと経験不足のリスクを軽減し、医師の作業負荷を軽減し、診断と治療の「安全性」を向上させ、デジタルリソースの共有を通じて「経済的な」診断と治療を実現します。

2.1. 画像データの取得: 印象材を使用して患者の口腔の印象を採取します。印象を採取した後、石膏を注入して石膏模型を形成します。この石膏模型を 3D スキャナーでスキャンして、歯の表面の画像を取得します。同時に、口腔円錐CTを使用して患者をスキャンしました。口内の3次元画像を取得し、下顎神経の方向、歯や歯槽骨の構造を直感的に把握できます。

2.2. データ処理（画像再構成、CAD/CAM）は、成型スキャンで得られた歯の外部画像と口腔CTスキャンで得られた歯の内部画像を3次元画像処理ソフトで再構成し、歯の内部状態や表面テクスチャ構造を含んだデータ画像を得るもので、一般にデジタルホログラムと呼ばれています。ホログラムでは、医師はインプラントを選択して設計し、手術計画を立てることができます。

2.3. 3D プリント設計が完了すると、コンピューターはナビゲーションテンプレートを自動的に設計できます。ナビゲーションテンプレート、パーソナライズされたアバットメント、一時的なクラウンは 3D プリンターを使用して印刷できるため、1 日以内に即時にインプラントを設置できます。

2.4. 現在成熟している歯科用3Dプリンティング分野 (1) インプラントナビゲーションテンプレート: インプラントナビゲーションテンプレートは、審美効果の向上、コスト削減、CAD/CAM技術の進歩、特に3Dプリンティング技術のサポートなどの要因によって爆発的な成長を遂げています。 3D テクノロジーに基づくインプラントナビゲーションテンプレートは、インプラントの位置と方向を正確に把握できるため、優れたインプラントを実現します。歯科用 3D デジタルシステムでは、インプラント手術計画、修復設計、手術ガイドを統合した 3D 設計を実現できるため、コスト効率が大幅に向上し、ターンアラウンドタイムが短縮され、歯科医と技術者にとって新たなビジネスチャンスが生まれます。

（2）歯の模型：高解像度カメラ、3軸モーション、新しいLEDテクノロジーのおかげで、歯科模型のスキャンは並外れたスピードと高精度を実現するだけでなく、テクスチャスキャンにより表面の詳細の視認性を高め、さまざまなデザインの詳細を表すカラーマークをキャプチャすることもできます。適応スキャンは、自然な咬合の目的を達成するのにも役立ちます。将来的には、印象スキャンが 3D スキャンの標準的な方法になり、石膏模型のスキャンは時代遅れになる可能性があります。

（３）義歯：専用のCADソフトウェアを使用して、歯の土台、クラウン、ブリッジ、クラウン、ベニア、インレーなどの義歯の3Dプリント設計を実現できます。現在の 3D ソリューションはすでに完璧なフィット感を保証し、手作業による介入と仕上げを減らし、効率的で完璧にフィットする義歯加工を可能にします。複雑な臨床ケースでは、空間、機能、美観の面で最良の結果を達成するために、複雑な内部および外部のクラウン構造が作成されます。

（4）歯列矯正製品：費用対効果が高く、一般的に使用されている歯列矯正器具CAD設計ソフトウェアを使用することで、3Dプリント技術は、夜間咬合プレート、リテーナー、パーソナライズされたバンド、咬合スプリント、弓状拡張ステージ、バイオレギュレーター、ダブル咬合スプリントなど、あらゆる種類の歯列矯正器具を簡単にカスタマイズできます。患者のニーズに応じて、装置に一定量のオフセットを作成し、識別用の ID タグを追加することも可能です。カスタマイズされたデザインはより人間志向であり、患者に革新的で技術的な医療体験をもたらします。

3D プリント技術の応用により、口腔インプラント手術は従来の純粋に経験的な方法からデジタルで精密な方法へと発展することができました。 3Dプリント技術の応用により、医療プロセスの最適化と簡素化が可能になり、専門職の分業体制を洗練させることができます。もともとハイレベルの歯科医を必要としていた診断作業を、標準器具と設備に分割して精度を確保できます。もともとハイレベルで高度なスキルを持つ歯科医を必要としていた穴あけ位置決め作業をナビゲーションテンプレートに分割し、ナビゲーション下で穴あけを行うことができるため、安全性を確保できます。もともと歯科医が必要としていた義歯の鋳造、成形、研削、研磨などの補助作業を、デザインセンターの設計と3Dプリンターの製造に分割して、製品製造の品質を確保できます。歯科医はインプラントの縫合手術のみを行う必要があり、残りの作業は専門の設備や器具、技術者やアシスタントによって行われます。技術的な難易度や技術的リスクが大幅に軽減され、歯科医の作業効率が向上します。

3. 3Dプリント技術が歯科産業の発展に与える革命的な影響

口腔インプラントの分野における 3D プリント技術の応用は、私たちの概念に変化をもたらすだけでなく、口腔クリニックに破壊的な発展をもたらすでしょう。口腔CBCT診断技術、チェアサイドデジタル印象採取技術、CAD/CAM修復設計、3Dプリント加工技術に代表されるデジタル歯科医療技術の時代が到来しました。歯科業界は産業発展のデジタル時代を迎えようとしており、歯科業界全体が破壊的な変化を経験することになるでしょう。

1.歯科用デジタルソリューションシステムの産業化を推進します。3Dプリントを機会として、歯科用デジタルソリューションシステムの産業化を実現・推進し、従来製品の置き換えや新製品の開発に革命的な影響を与えます。 3Dプリント技術に基づく技術革命は、新しいサポート機器（口腔スキャナーなど）の開発、新しい生体材料の生産、臨床歯科再生歯技術の革新につながることが予測されます。さまざまな機器と技術が絶えず生産され、統合された診断と治療法を形成するために組み合わされ、口腔インプラントに新しい外観をもたらします。これには、業界のフロントエンド（デジタル総合歯科治療機器、デジタル歯科画像機器）、ミッドエンド（情報データ伝送、デジタル画像データの保存と管理、CAD/CAMソフトウェア）、そしてエンド（従来の製造業務プロセスを変える3Dプリント製造技術）が含まれます。

2. 口腔診療所のデジタル管理を推進する。デジタル歯科機器の急速な普及に伴い、歯科医療機関はデジタル時代に入り、口腔診療所のデジタル管理が必然的に推進され、デジタル管理製品やアプリケーションの出現が促進されます。デジタル情報管理システムを通じて遠隔診断が可能になり、医師が患者を正確かつ迅速に治療し、医師と患者のコミュニケーションを改善し、口腔医療の技術レベルを効果的に向上させることができます。予約管理、診療記録管理、料金管理、材料管理、歯科フィルム管理などの管理要素を効率的かつ包括的に調整して、高度な設備リソースを実際の運用上の利益とサービス品質に真に変換できます。

3. 口腔医療のパーソナライズと利便性歯科インプラント技術と3Dプリント技術の組み合わせは、インプラントのパーソナライズされたデザインと利便性に革命的な改善をもたらします。画像情報とCAD/CAM画像処理システムを組み合わせることで、インプラントナビゲーションテンプレートを3Dプリンターで素早く印刷し、最終的に設計要件を満たす製品を出力できるため、歯科インプラントの生存率が大幅に向上します。

4. 伝統的な義歯業界における破壊的変化伝統的な義歯業界は、労働集約型かつ技術集約型の業界です。生産プロセスは埃っぽく、労働集約的ですが、義歯の生産は芸術です。人によって歯はそれぞれ異なります。わずかなずれも患者には受け入れられません。これは、オペレーターに非常に高い要求を課す仕事です。私の国では長い間、歯科技工士の育成と確保が困難でした。 3Dプリントは高速かつ高精度で、時間と労力を節約できるだけでなく、強力なパーソナライゼーションも可能であり、義歯業界のボトルネックを打破し、業界全体のビジネスモデルを覆すことになるだろう。

4. 3Dプリントアプリケーションに関するボトルネックと考察

口腔インプラント分野における 3D プリント技術の応用には、依然として多くのボトルネックと課題が残っています。

1. 3Dプリント材料とそれに対応する加工技術の研究。現在、口腔インプラント用の3Dプリント材料の種類は限られており、成形材料には主に化学ポリマーが使用されています。成形品の物理的特性は悪く、一定の安全上のリスクがあります。一般的に使用されるオプションには、光硬化樹脂材料と金属（チタン）粉末が含まれます。樹脂材料は、一時的なクラウンとナビゲーションプレートとしてのみ使用できます。最終的な義歯加工材料として使用する場合は、ジルコニアセラミックCNC加工技術と磁器焼結を組み合わせる必要もあります。そのため、アルミナ、酸化ジルコニウム、バイオセラミック粉末などの骨印刷材料の開発を含め、インプラントまたは歯科インプラント全体に使用できる3D印刷材料を研究するとともに、対応する加工技術を研究し、最終的にインプラント（義歯などを含む）の経済的な製造技術を解決する必要があります。

2. 口腔デジタル画像取得装置と3Dプリント装置の研究口腔デジタル画像取得装置と3Dプリント装置は、3Dプリントの実現に重要な装置です。しかし、これらのデバイスのコア技術は長い間、海外の専門企業によって独占されており、高価で普及が困難でした。現在、中国には関連製品がいくつかありますが、その精度、速度、効率はまだ不十分です。わが国の歯科医院にとって、3Dプリント技術は依然としてハイエンドの最先端技術です。既存の3Dプリント技術の普及にはコストの問題があります。国内のハイエンドデジタル画像取得装置と3Dプリント装置の研究開発が急務であり、それによって医療産業の変革とアップグレードを推進し、3Dプリント技術の普及の基盤を築きます。

3. デバイスインターフェースの汎用化とソフトウェアプロトコルの標準化の問題。現在、国内の開発者が開発したCAD/CAMソフトウェアと3Dプリント機器は、ハードウェアとソフトウェアのインターフェースが一貫しておらず、ソフトウェアプロトコルの標準もないため、異なるブランドの製品間の汎用性が低く、業界の将来の発展を妨げることになります。国際的には、先進国が3Dプリント技術の普及に向けた標準を策定し始めています。 ISO/TC106は最近、「第9回歯科用コンピュータ支援設計/コンピュータ支援製造(CAD/CAM)システム小委員会」(SC9plenaryDentalCAD/CAMSystems)を設立しました。5つの作業グループの分担は表1に示されています[7]。現在策定・改訂中の規格は以下の通りです。

ワーキンググループ 2 では、「歯科 - CAD/CAM システムプロセスの用語」を開発しています。概要: 歯科 CAD/CAM システムの製造元が提供する製品の説明や使用説明書で使用される個々のシステムコンポーネントと手順の用語と命名法はさまざまであるため、歯科医や歯科技工士に混乱が生じています。これらの曖昧さを排除するために、歯科用 CAD/CAM システムのプロセス用語に関する国際標準を起草することが決定されました。 CAD/CAM システムの操作の論理的な順序を説明するために、プロセスのフローチャートが付録 A に含まれています。

ワーキンググループ 3 は、ISO 12836 歯科 - 間接歯科修復用 CAD/CAM システム用デジタル機器 - 精度を評価するための試験方法を改訂しています。歯科用 CAD/CAM システムの応用は世界中で増加しています。この国際規格では、CAD/CAM システムで使用する歯科用デジタル機器の精度を評価するための 3 つの試験方法を規定しています。この国際標準は、一意に一致するポイントクラウドと、その結果得られる標準テッセレーション言語サーフェス (STL サーフェス) を前提としており、スキャンされた物理オブジェクトの製品であるとも考えられます。

ワーキンググループ 4 は、「歯科 - CAD/CAM システムの相互運用性」を開発しています。概要: 歯科 CAD/CAM システムのメーカーは、製造情報と 3D データを交換する方法が異なっており、システムユーザーにとって、データ処理、設計プロセス、製造プロセスで問題が発生する可能性があります。これらの相互運用性の問題を解消するために、歯科用 CAD/CAM システム間のオープンな相互運用性を促進するための標準が策定されました。この国際標準は、OXDIG チームによって作成されたオープンソースの UDX 標準に基づいています。UDX 仕様は、オープンソフトウェアバージョン 3.0 としてライセンスされています。この標準を実装したいユーザーは、発行者からオープンソースライセンスを取得する必要があります。ライセンサーは、リクエストに応じて、サービスに対する世界的、ロイヤリティフリー、非独占的、サブライセンス可能なライセンスを付与します。

ワーキンググループ 5 では、「歯科 - CAD/CAM システム - 間接歯科修復の精度 - 試験方法とマーキング」を開発しています。概要: 歯科 CAD/CAM システムは、インレー、クラウン、ブリッジなどの間接歯科修復の製造に効果的に使用されてきました。これらの修復の精度は、臨床的成功の重要な鍵の 1 つです。この文書は、間接歯科 CAD/CAM システムの加工精度を評価するための標準化されたテスト方法を提供し、これらの修復物の精度はマーケティング情報として評価されています。

ワーキンググループ 6 では、「歯科 - 機械加工可能なプレート」を開発しています。概要: セラミック、金属、ポリマーなどのさまざまなプレート材料が、機械加工システムでさまざまな修復物を作成するために使用されています。これらの材料はすべて異なる化学組成と分子構造で構成されている場合がありますが、これらの材料の処理と特性は独特かつ普遍的な関心事です。これらの材料の加工損傷、表面下の亀裂、最小加工厚さ、および加工精度はすべて懸念事項です。
4. 3Dプリント技術の応用によってもたらされる知的財産保護の問題
3D プリント技術はデジタルモデルファイルに基づいているため、コピーや配布が容易です。デジタル技術により、イノベーターは新製品を迅速に市場に投入できますが、同時にフォロワーも現在のオープンソース技術ソフトウェアとビジネス開発モデルを使用して迅速に「革新」することができます。このように、イノベーターの競争優位期間が短くなり、著作権侵害問題が蔓延する可能性があります。知的財産権者は、法的に保護されたデザイン項目を知的財産権者の同意なしに「印刷」することを禁止したり、3D工業デザイン図面やサンプルを無断でコピーしたり配布したりすることを禁止するなど、この分野でのさらなる規制保護を必要としています。

5. 結論 単一材料と個別カスタマイズの特性により、歯科は 3D プリント技術に最も適した業界となっています。また、3Dプリントメーカーが最も注目する産業にもなります。技術の普及への道がますます広くなるにつれ、一般的な歯科インプラントクリニックが、特殊な歯科用3Dプリンターとそれに合わせた3D口腔スキャナー、3D口腔CTパノラママシン、3D画像処理ソフトウェアで構成される完全なデジタルソリューションセットを備えることは単なる夢ではありません。

歯科業界にとって、3Dプリント技術は歯科治療技術に新たな変化をもたらします。一方で、この技術は、迅速で便利、パーソナライズされたカスタマイズされた歯科インプラントプロセスをもたらし、患者の心理的負担を軽減し、より多くの中高級顧客の支持を獲得します。一方、従来の歯科インプラントと比較すると、3D技術を使用した歯科インプラントは精度が大幅に向上しています。

アンタークティックベアは、歯科用3Dプリント技術の普及における困難さとボトルネックも現在では明らかであると考えています。3Dシステム全体の価格が高いため、一般の病院や外来診療所は購入をためらっています。しかし、3Dプリント技術が直面しているすべての課題の中で、最大の課題は、印刷された物体を体の他の器官、特に大きな組織とどのようにうまく統合するか、つまり生物学的3Dプリント技術の開発です。この技術的障害が克服されれば、3Dプリント技術は今後数十年で標準技術になるでしょう。南極クマ3Dプリントネットワークにご注目ください。

出典: KQ520.COM
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