Причинами дефектов средней зоны лица являются травмы, огнестрельные ранения, онкологические и воспалительные заболевания, врожденные аномалии, а также специфические поражения челюстно-лицевой области.

Послеоперационные дефекты лица различного генеза характеризуются нарушением основных функций организма, таких как: пищеварение, дыхание, речеобразование, что безусловно влияет на психоэмоциональное состояние пациентов и качество жизни в целом. Также, обезображивание внешнего вида снижает социальную адаптацию и трудоспособность [1].

Важным этапом реабилитации таких пациентов является челюстно-лицевое протезирование [2]. Лицевые эпитезы — это протезы, замещающие дефекты лица с восстановлением утерянных функций и эстетических параметров, что позволяет вернуть пациента к его нормальной жизни, стабилизировать психоэмоциональный фон и обеспечить социальную адаптацию [3].

Протезирование пациентов с дефектами средней зоны лица является сложным процессом, включающим в себя несколько хирургических, ортопедических и зуботехнических этапов. Поэтому, успешный результат реабилитации обеспечивается совокупностью правильного планирования лечения и слаженности работы хирурга, ортопеда и зубного техника [4].

Кроме того, правильный выбор конструкционного материала и соблюдение техники его изготовления обеспечивает необходимые физико-механические и эстетические характеристики готового протеза, его устойчивость к биологическим факторам и факторам внешней среды, а также определяет срок эксплуатации [5].

В зависимости от технологии производства эпитезы могут изготавливаться из различных материалов, таких как: метилметакрилат, силикон, поливинил, полиуретан и другие. Вопрос поиска совершенного материала, который бы отвечал всем требованиям идеального протеза, на данный момент является открытым [6].

Методы изготовления лицевых протезов

Производство лицевых протезов включает клинические и лабораторные этапы. В самой же технологии изготовления протезов могут быть использованы как традиционные (аналоговые), так и цифровые методы моделирования, фрезерования и печати.

Традиционный метод изготовления лицевых протезов предполагает снятие оттисков для получения маски лица, по которой в последующем изготавливается восковая модель протеза. Следующим этапом является изготовление кюветы для помещения в нее силиконовой массы. Это трудоемкий процесс, требующий специальных художественных навыков от врача и зубного техника [5].

Технология компьютерного моделирования и производства ортопедических конструкций считается одним из основных методов протезирования, используемых в стоматологии. Этот метод также позволяет сократить число клинико-лабораторных этапов и общее время производства протезов [7, 8].

Применение лицевых сканеров минимизировало неприятные ощущения у пациентов в области дефекта, в отличие от классического получения оттисков. Результатом сканирования являют трехмерная модель лица пациента [9].

Известны частные случаи интеграции цифровых технологий в лицевое протезирование. Так, например, M. Lucas и соавт. с помощью компьютерной томографии высокого разрешения создали стереолитографическую модель лица пациента, которую использовали для производства формирующего протеза носа из метилметакрилата. Это позволило избежать пациенту снятия оттисков лица и сократить время производства протеза [10].

Для компьютерного моделирования протезов предлагались различные программы создания трехмерных изображений ортопедических конструкций, в дальнейшем используемых для изготовления прототипа протеза, кюветы для изготовления протеза аналоговым способом или непосредственного самого протеза методом объемной печати [11].

С.Д. Арутюновым и соавт. описана методика компьютерного изготовления прототипа будущего протеза из полимера методом стереолитографической печати. Напечатанный прототип дублировался и переводился в восковую композицию аналоговым методом или печатался из воскового порошка с помощью селективного лазерного спекания. Далее осуществлялась замена воска на силикон по традиционной технологии [12].

Также известен способ производства лицевых протезов с помощью создания полой конструкции с отверстиями для внесения силиконового материала, внутренняя часть которой повторяет форму будущего протеза. Данную конструкцию изготавливают при помощи компьютерного моделирования и трехмерной печати на 3D принтере из стоматологического полимера. После полимеризации силикона в данной конструкции она разрушается [13].

Временный формирующий протез ушной раковины можно сформировать путем трехмерной печати каркаса протеза из стоматологического полимера, с последующей индивидуализацией слоем силикона толщиной 1—2 мм. Пациенту проводят компьютерную томографию головы, на основе которой создают объемное изображение. Каркас изготавливают путем компьютерного моделирования зеркально отраженных структур уха противоположной стороны и последующего редуцирования всех поверхностей на 1—2 мм [14].

Изготовление лицевых протезов методом 3D-печати является активно развивающейся отраслью. Известны различные способы аддитивного производства, отличающиеся технологией и устройствами для печати, а также конструкционными материалами, имеющими различные физико-механические характеристики.

Селективное лазерное спекание — технология, применимая для порошковых материалов; процесс создания объекта происходит путем точечного спекания порошка пучком лазера. Хорошая термопластичность, плотность и устойчивость к старению являются важными свойствами для материалов, используемых при данной методике. Использовать мягкий материал, необходимый для изготовления лицевых протезов, — например, силикон — не представляется возможным.

Фотополимеризация материала в ванночке — при этой технологии создание целостного объекта происходит за счет действия пучка света с определенной длиной волны на селективный участок фоточувствительного материала. Выделяют несколько видов указанной технологии:

— стереолитография — метод, при котором полимеризация материала происходит путем попадания пучка лазера;

— цифровая светодиодная проекция — технология цифровой проекции света на фоточувствительный материал;

— непрерывное производство жидкостного интерфейса — методика основана на использовании комбинации света и кислорода для отвердения фоточувствительного материала;

— компьютерная аксиальная литография позволяет печатать мелкие элементы на стекле за счет проецирования световых узоров на светочувствительный материал, который, затвердевая, приобретает желаемую форму. В описанных методиках фотополимеризации используются фотополимеры с низкой вязкостью.

Методика струйной печати — технология, при которой капли материала из печатной головки выборочно наносятся на платформу, а затем полимеризуются для создания объекта. Для данного метода используют полимерные жидкости с низкой вязкостью.

Метод экструзии материалов — аддитивный процесс производства, при котором материал подается с усилием через сопло принтера, формируя единую порцию в виде нити на платформе. Существует несколько разновидностей данного метода:

— печать методом послойного наложения — метод, в котором применяются термопластические полимеры, проходящие через нагревающее сопло и выдавливающиеся на платформу;

— прямая печать чернилами, для которой применяют псевдопластические полимерные жидкости, требующие дополнительной полимеризации температурой или УФ-излучением. Они должны обладать определенной вязкостью, чтобы быть самоподдерживающимися во время послойной печати;

— электродинамическая печать представляет собой прямое электродинамическое письмо — при данной методике применяют термопластичные или растворимые полимеры, что дает возможность широкого выбора материалов [15, 16].

S.K. Jindal и соавт. разработали новый материала для прямого производства лицевых протезов методом экструзии с использованием специально струйного принтера. В процессе печати происходило послойное выдавливание материала через цилиндрическое сопло принтера на ненагретую подложку по заранее смоделированной схеме. Разработанный материал содержит длинные цепи полидиметилсилоксана и кросс-линкера (5%). Он состоит из двух компонентов, смешивающихся в пропорции 1:1 непосредственно в принтере. Авторы смогли добиться значений прочности на разрыв и растяжение разработанного материала до 6,138 кНм^–1 и 3,836 Мпа, соответственно, что сопоставимо с характеристиками силиконов, используемых в настоящее время для изготовления лицевых протезов аналоговым методом. Ведущим техническим свойством материала, по мнению разработчиков, является вязкость, так как силикон должен обладать характеристиками для обеспечения постоянного потока через насадочную головку при умеренном давлении, с сохранением экструдированной формы без значительного оседания и контролируемой скорости полимеризации [17, 18]. Однако, производство эпитезов из разработанного материала требует использования специального принтера, малодоступного для повседневного применения в стоматологической практике.

A. Unkovskiy и соавт. было проведено пилотное исследование, в котором изготавливались два протеза носа методом струйной 3D-печати. Технология предусматривала дозированную подачу одиночных капель на рабочую поверхность платформы. Использовался силикон, не имеющий в составе растворителя с содержанием платинового катализатора (ACEO Silicone General Purpose; Wacker Chemie AG). Твердость материала составляла 40 единиц по Шору (шкала А). Для печати протеза использовали специальный принтер, в котором имелось два экструдера для одновременной подачи разных материалов. Один экструдер подавал полимерный материал, служащий опорной конструкцией для силикона из второго экструдера. Каждый слой толщиной 0,4 мм полимеризовался при помощи ультрафиолетового излучения. Далее материал, выполняющий роль опоры, вымывался при помощи воды, после чего протез полимеризовался при температуре 200 градусов. Клинический результат был приемлемым для промежуточного протеза, однако потребовалась индивидуализация в виде улучшения адаптации слоев и окрашивания. В настоящее время ведутся исследования, подтверждающие биологическую безопасность разработанного материала [19].

M. Shikara и соавт. в ходе пилотного исследования изготовили протезы носа из ударопрочного полистирола (Matter Hackers) методом экструзии на принтере LulzBot Taz 5 (Aleph Objects Inc). Авторы полагают, что изготовленные данным методом конструкции могут применяться для временных или провизорных протезов лица [20].

Заключение

Несмотря на разность подходов к решению поставленной задачи, большинство процитированных в обзоре авторов сходятся во мнении, что конструкционные материалы для лицевых протезов должны быть биосовместимы, эстетичны, максимально имитировать кожные покровы, быть устойчивыми к биологическим, химическим и механическим воздействиям, иметь оптимальные физико-механические свойства, возможность индивидуализации, а также не менять указанные характеристики при многократной антисептической обработке.

Оптимальными физико-механическими характеристиками материала для изготовления лицевых протезов, обобщая изученные научные данные, можно считать:

Прочность на разрыв — для снижения вероятности разрыва материала при ежедневном использовании показатель должен соответствовать значениям от 53 до 175 Н/см.

Предельная прочность на растяжение и процент (максимум) удлинения — конструкционный материал должен иметь высокую прочность на растяжение, составляющую от 2 до 7 МПа, а также высокое процентное удлинение.

Динамический модуль — материал для протезов лица должен обладать низким динамическим модулем, то есть должен быть гибкими и в то же время устойчивым к деформациям. Динамический модуль уменьшается, а динамическая упругость увеличивается с повышением температуры.

Твердость — конструкционный материал для протезов лица должен быть мягким, схожим по своей структуре с утраченной частью лица и иметь значения твердости в диапазоне от 25 до 40 единиц по Шору А.

Жесткость — материалы также должны иметь низкую температуру стеклования, чтобы предотвратить затвердевание материала при воздействии низких температур.

Смачиваемость — ее можно оценить путем измерения угла контакта воды с поверхностью затвердевшего материала. На смачиваемость влияют такие факторы, как чистота вовлеченных поверхностей и их поверхностная энергия. Низкая поверхностная энергия адгезива создает высокий угол контакта с водой, слюной или клеями для фиксации и, таким образом, предотвращает растекание этих материалов по их поверхности. Плохая смачиваемость поверхности приводит к плохой пограничной смазке, что вызывает дискомфорт у пациента при пользовании протезом.

Адсорбция воды — представляет собой количество воды, адсорбированной на поверхности и в теле материала во время изготовления или эксплуатации. Протез может впитывать слюну, пот или воду во время мытья, что может повлиять на его физические свойства, включая цвет. Протезы не должны деформироваться при кипячении или стерилизации.

Оптимальный удельный вес — материалы не должны быть тяжелыми, что в свою очередь улучшает фиксацию протеза и повышает удобство в ежедневном ношении.

Современные цифровые технологии упрощают производство лицевых протезов, сокращают число клинических и лабораторных этапов и создают новые возможности для повышения эффективности лечения пациентов с дефектами средней зоны лица. На сегодняшний день способ изготовления протезов методом объемной 3D-печати находится на начальном этапе развития. Множество технологий и материалов, используемых для изготовления протезов лица с помощью трехмерной печати, нуждаются в технических доработках, либо для их применения требуется дорогостоящее оборудование, что в свою очередь не позволяет применять способ изготовление протезов лица прямым методом в повседневной клинической практике. Именно это сподвигло нас на разработку нового конструкционного материала для изготовления эпитезов средней зоны лица методом 3D-печати с использованием доступных принтеров работающих по принципу лазерной стереолитографии и цифровой светодиодной проекции.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.