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CN111616821B - 个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法 - Google Patents

个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及人工植牙技术领域，公开了一种个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，包括以下步骤：S100通过戴入种植体的替代体来调整种植接口；S200根据调整后种植接口设计扫描杆三维图，以扫描杆三维图导出虚拟扫描杆数据；S300采用牙科扫描仪扫描种植扫描杆实物模型获得实际扫描杆数据，用虚拟扫描杆数据与实际扫描杆数据进行拟合，获得种植体的位置和接口数据；S400根据牙龈数据和咬合关系数据，结合种植体的位置和接口数据设计基台的个性化图，以基台的个性化图生成个性化种植基台的数据；S500对个性化种植基台的数据进行编程运算，使用编程运算控制机床进行加工，加工完成后获得个性化种植基台。本发明可以实现种植基台的个性化。

Description

个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法
技术领域
本发明涉及人工植牙技术领域，特别涉及一种个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法。
背景技术
种植牙属于人工植牙，是在牙槽骨内放一颗种植体，等种植体与牙槽骨愈合之后，再在种植体上做一个基台，作为种植体与牙冠的连接件，之后在基台上做牙冠。即从下往上依次为种植体、基台和牙冠，种植体有时也叫植体，牙冠也叫义齿，这种从下往上、从内往外的过程称为种植。种植牙被称作人类的第三副牙齿，因为它非常的结实耐用，而且又非常的美观逼真。种植牙恢复人类咀嚼功能的同时，又能够恢复其美观性。
种植厂商提供的种植用成品基台，虽然具有不同高度的直基台和角度基台之分，但很多情况下受临床病例中条件的限制，使得成品基台不能完全适合于特定患者的个性化要求，比如成品基台不能实现与患者的牙龈轮廓完全吻合，种植体的偏斜角度不同，对基台上部的角度也有最佳的角度要求，总体来说，种植厂商提供的成品基台的穿龈部和上部外形并不能完全满足特定患者的临床需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，包括以下步骤：
S100通过戴入种植体的替代体来调整种植接口；
S200根据调整后种植接口设计扫描杆三维图，以扫描杆三维图导出虚拟扫描杆数据；
S300采用牙科扫描仪扫描种植扫描杆实物模型获得实际扫描杆数据，用虚拟扫描杆数据与实际扫描杆数据进行拟合，获得种植体的位置和接口数据；
S400根据牙龈数据和咬合关系数据，结合种植体的位置和接口数据设计基台的个性化图，以基台的个性化图生成个性化种植基台的数据；
S500对个性化种植基台的数据进行编程运算，使用编程运算控制机床进行加工，加工完成后获得个性化种植基台。
可选的，在S100步骤中，所述种植接口的制作方法为：先根据测量成品基台的种植接口尺寸绘制种植接口图，根据种植接口图创建种植接口的STL数据，根据STL数据加工制作种植接口。
可选的，所述成品基台的种植接口尺寸采用软件测量工具测量得到。
可选的，在S100步骤中，所述种植体的替代体采用3D打印方式制作，步骤如下：
通过牙科扫描仪采用激光三维扫描取得口腔扫描数据，通过CT检测获得口腔CT数据，结合口腔扫描数据和口腔CT数据构建种植体的三维数字模型；
以种植体的三维数字模型为基础，采用粉末状金属可粘合材料，通过逐层打印的方式制作获得种植体的替代体。
可选的，在S200步骤中，所述扫描杆三维图的设计步骤如下：
对调整后种植接口在显微镜的物镜下进行三维立体扫描成像，将每张二维结构图像转为灰度图像矩阵，然后对灰度图像矩阵进行幅值归一化处理，形成归一化图像矩阵；采用预设相位差权重与每个归一化图像矩阵相乘得到相位差分布矩阵，以所有相位差分布矩阵组成种植接口图像模型；
检查种植接口图像模型，对存在的缺陷进行修补后，对种植接口图像模型进行关系转换得到扫描杆初步模型，再对扫描杆初步模型进行表面处理，完善后得到扫描杆三维图。
可选的，在S200步骤中，将所述虚拟扫描杆数据存入种植基台数据库，在300步骤中，先从种植基台数据库中调取虚拟扫描杆数据。
可选的，在S400步骤中，所述牙龈数据通过扫描种植体牙龈获得，所述咬合关系数据通过扫描上下牙模型获得。
可选的，在S400步骤中，通过扫描对颌牙获得对颌牙数据，通过扫描种植工作模型获得余留牙齿数据；根据对颌牙数据和余留牙齿数据对基台的个性化图进行修整。
可选的，在S400步骤中，采用牙科种植设计软件设计基台的个性化图。
可选的，在S500步骤中，采用CAM软件进行编程运算，采用钛柱为材料加工个性化种植基台。
本发明的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，可以实现种植基台的个性化，使得种植基台与特定患者口腔特点相吻合，提高种植基台与患者的契合度，可避免发生干涉和患者不适，增强种植牙的组合紧密性。本发明可以对临床患者提供最佳的技术支持和保障，使得种植基台安装后更为牢固和美观。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法实施例流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
个性化基台是指根据患者口内的种植系统，对成品基台的种植接口和螺丝通道进行三维测量与建造，并根据种植体的位置、牙龈以及咬合关系信息，个性化设计种植基台穿龈部和修复体连接部分，并用机床切削加工成型。
如图1所示的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法可选实施例流程，包括以下步骤：
S100通过戴入种植体的替代体来调整种植接口，种植体的替代体是指一种用于种植体水平取印模工作模型制作时代替种植体的物品；
S200根据调整后种植接口设计扫描杆三维图，以扫描杆三维图导出虚拟扫描杆数据；
S300采用牙科扫描仪扫描种植扫描杆实物模型获得实际扫描杆数据，用虚拟扫描杆数据与实际扫描杆数据进行拟合，获得种植体的位置和接口数据；
S400根据牙龈数据和咬合关系数据，结合种植体的位置和接口数据设计基台的个性化图，以基台的个性化图生成个性化种植基台的数据；
S500对个性化种植基台的数据进行编程运算，使用编程运算控制机床进行加工，加工完成后获得个性化种植基台。
上述技术方案的工作原理为：本发明通过戴入种植体的替代体来调整种植接口，调整与戴入试验可反复进行，直到种植接口戴入后配合良好为止，以调整后种植接口来设计扫描杆三维图，利用数据与图形的转换获得虚拟扫描杆数据；采用牙科扫描仪的立体扫描方式从种植扫描杆实物模型上获得实际扫描杆数据，然后通过虚拟扫描杆数据与实际扫描杆数据的模拟重合得到种植体的位置和接口数据，与特定患者的牙龈数据和咬合关系数据设计出基台的个性化图，并生成个性化种植基台的数据，最后进行编程运算并采用数控机床进行加工即可得到个性化种植基台。
上述技术方案的有益效果为：本发明的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，可以实现种植基台的个性化，使得种植基台与特定患者口腔特点相吻合，提高种植基台与患者的契合度，可避免发生干涉和患者不适，增强种植牙的组合紧密性。本发明可以对临床患者提供最佳的技术支持和保障，使得种植基台安装后更为牢固和美观。
在一个实施例中，在S100步骤中，所述种植接口的制作方法为：先根据测量成品基台的种植接口尺寸绘制种植接口图，根据种植接口图创建种植接口的STL数据，根据STL数据加工制作种植接口；所述成品基台的种植接口尺寸采用软件测量工具测量得到。
上述技术方案的工作原理为：采用种植厂商提供的种植用成品基台为样本，在工业电镜下观察成品基台的种植接口，用软件测量工具测量获取种植基台接口的尺寸数据，进行种植接口图的绘制，创建种植接口的STL数据用来加工制作种植接口。
上述技术方案的有益效果为：采用STL数据格式方便读取和调用，三维图形软件大多可能通过另存方式转化导出STL数据格式，因此选用STL数据格式使得图形与数据转化快捷，操作简单；采用软件测量工具测量成品基台的种植接口尺寸，有利于保证测量精度，避免因测量精度问题影响后续制造的个性化种植基台的质量。
在一个实施例中，在S100步骤中，所述种植体的替代体采用3D打印方式制作，步骤如下：
通过牙科扫描仪采用激光三维扫描取得口腔扫描数据，通过CT检测获得口腔CT数据，结合口腔扫描数据和口腔CT数据构建种植体的三维数字模型；
以种植体的三维数字模型为基础，采用粉末状金属可粘合材料，通过逐层打印的方式制作获得种植体的替代体。
上述技术方案的工作原理为：通过口腔扫描和CT获取口腔数据用来构建种植体的三维数字模型，在3D打印机内装有金属粉末为主的打印材料，3D打印机与电脑连接，通过电脑中的种植体的三维数字模型控制打印材料进行逐层叠加，最终把计算机上的数字模型蓝图变成种植体的替代体。
上述技术方案的有益效果为：采用这种3D打印的方法制作种植体的替代体，其数据来源直接从患者口腔获取，带有患者个性化特点，因此制作得到的种植体的替代体也含有个性化信息，为后续以该为种植体的替代体模板进行戴入来调整种植接口创造良好的个性化条件。
在一个实施例中，在S200步骤中，所述扫描杆三维图的设计步骤如下：
对调整后种植接口在显微镜的物镜下进行三维立体扫描成像，将每张二维结构图像转为灰度图像矩阵，然后对灰度图像矩阵进行幅值归一化处理，形成归一化图像矩阵；采用预设相位差权重与每个归一化图像矩阵相乘得到相位差分布矩阵，以所有相位差分布矩阵组成种植接口图像模型；
检查种植接口图像模型，对存在的缺陷进行修补后，对种植接口图像模型进行关系转换得到扫描杆初步模型，再对扫描杆初步模型进行表面处理，完善后得到扫描杆三维图。
上述技术方案的工作原理为：将调整后种植接口置于显微镜的物镜下，进行立体扫描，将得到的二维成像通过归一化和矩阵变换处理后，组成种植接口图像模型，修善后根据种植接口与扫描杆的关系转换成扫描杆模型图，完成扫描杆三维图的设计。
上述技术方案的有益效果为：利用三维立体扫描快速成像，提高了模型图的仿真性，通过关系转换方式，能够保障得到的扫描杆三维图与种植接口的契合性。
在一个实施例中，在S200步骤中，将所述虚拟扫描杆数据存入种植基台数据库，在300步骤中，先从种植基台数据库中调取虚拟扫描杆数据。
上述技术方案的有益效果为：虚拟扫描杆数据可以采用STL格式存入种植基台数据库，可以支持不同软件对数据的调用。
在一个实施例中，在S400步骤中，所述牙龈数据通过扫描种植体牙龈获得，所述咬合关系数据通过扫描上下牙模型获得；采用牙科种植设计软件设计基台的个性化图。扫描采用牙科扫描仪进行。
上述技术方案的工作原理为：采用牙科扫描仪的立体扫描方式，人工植牙都需要从患者口腔内取样，并根据取样制作模型，模型真实反映患者口腔内的牙齿状况，因此从模型等物品上扫描获取牙龈数据和咬合关系数据真实可靠，根据牙龈数据和咬合关系数据可以有针对性地设计个性化种植基台图。获得扫描杆数据的主要目的是通过预存的虚拟扫描杆数据与扫描得到的实际扫描杆数据进行拟合，获得种植体的位置和接口数据。牙科种植设计软件为专业应用软件，其中包含有方便种植牙设计的多种功能模块，使用方便，操作不复杂，可以加快设计速度，提高效率，增强设计的可视性与真实感；该软件还对数据库具有兼容性，可以把虚拟扫描杆数据库安装到软件中很方便地进行读取和调用。
上述技术方案的有益效果为：采用牙科扫描仪获取牙龈数据和咬合关系数据，可以快速方便地取得真实数据，且不需要再让患者现场配合，能够全面地获取数据，减少人工设计测量的工作量，缩短采取数据时间，提高工作效率。
在一个实施例中，在S400步骤中，通过扫描对颌牙获得对颌牙数据，通过扫描种植工作模型获得余留牙齿数据；根据对颌牙数据和余留牙齿数据对基台的个性化图进行修整。扫描采用牙科扫描仪进行。
上述技术方案的工作原理为：结合对颌牙数据和余留牙齿数据，特别是与缺牙相邻位置的余留牙齿信息，可以更直接了解基台的个性化图设计是否合适，是否存在干涉，是否可以保障与相邻位置的余留牙齿的紧密配合，对可能存在问题的地方进行修整。
上述技术方案的有益效果为：以对颌牙数据和余留牙齿数据为基础进行设计优化，通过虚拟手段，提前预见并消除定位误差，避免相互干涉导致无法安装或者配合不良产生不适感。
在一个实施例中，在S500步骤中，采用CAM软件进行编程运算，采用钛柱为材料加工个性化种植基台。
上述技术方案的工作原理为：CAM(computer Aided Manufacturing)软件是计算机辅助制造软件，利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。数控编程是根据来自CAD的零件几何信息和来自CAPP的零件工艺信息自动或在人工干预下生成数控代码的过程。常用的数控代码有ISO(国际标准化组织)和EIA(美国电子工业协会)两种系统。其中ISO代码是七位补偶代码，即第8位为补偶位；而EIA代码是六位补奇码，即第5列为补奇位。补偶和补奇的目的是为了便于检验纸带阅读机的读错信息。一般的数控程序是由程序字组成，而程序字则是由用英文字母代表的地址码和地址码后的数字和符号组成。每个程序都代表着一个特殊功能，如G00表示点位控制，G33表示等螺距螺纹切削，M05表示主轴停转等。一般情况下，CAM软件的一条数控加工指令是若干个程序字组成的。
上述技术方案的有益效果为：CAM软件的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序，本方法采用CAM软件对组合件数据信息进行编程运算，可以实现图纸与机床加工的无缝对接，能够控制机床高效地加工形状较为复杂的组合件，加工精度较高，能够提升成品合格率。钛柱材料的各项性能适合作为种植牙使用，钛刚性好、硬度较高、耐磨，对种植牙的咀嚼功能有增强作用，可避免磨损。
采用本发明的方法，如果种植厂商提供了可供切削加工的预成种植钛柱，可以个性设计基台后用切削钛柱的方式加工个性化种植基台，如果种植厂商没有提供预成种植钛柱，则需要对成品基台的种植接口进行三维测量和数据建造，然后再设计个性化基台的穿龈部和上部并用机床切削加工完成。
采用本发明的方法还可以根据患者的牙龈和种植角度及咬合关系进行个性化种植基台的定制，最大程度的满足患者的临床需求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100通过戴入种植体的替代体来调整种植接口；
S200根据调整后种植接口设计扫描杆三维图，以扫描杆三维图导出虚拟扫描杆数据；
所述扫描杆三维图的设计步骤如下：
对调整后种植接口在显微镜的物镜下进行三维立体扫描成像，将每张二维结构图像转为灰度图像矩阵，然后对灰度图像矩阵进行幅值归一化处理，形成归一化图像矩阵；采用预设相位差权重与每个归一化图像矩阵相乘得到相位差分布矩阵，以所有相位差分布矩阵组成种植接口图像模型；
检查种植接口图像模型，对存在的缺陷进行修补后，对种植接口图像模型进行关系转换得到扫描杆初步模型，再对扫描杆初步模型进行表面处理，完善后得到扫描杆三维图；
S300采用牙科扫描仪扫描种植扫描杆实物模型获得实际扫描杆数据，用虚拟扫描杆数据与实际扫描杆数据进行拟合，获得种植体的位置和接口数据；
S400根据牙龈数据和咬合关系数据，结合种植体的位置和接口数据设计基台的个性化图，以基台的个性化图生成个性化种植基台的数据；
S500对个性化种植基台的数据进行编程运算，使用编程运算控制机床进行加工，加工完成后获得个性化种植基台。
2.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S100步骤中，所述种植接口的制作方法为：先根据测量成品基台的种植接口尺寸绘制种植接口图，根据种植接口图创建种植接口的STL数据，根据STL数据加工制作种植接口。
3.根据权利要求2所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，所述成品基台的种植接口尺寸采用软件测量工具测量得到。
4.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S100步骤中，所述种植体的替代体采用3D打印方式制作，步骤如下：
通过牙科扫描仪采用激光三维扫描取得口腔扫描数据，通过CT检测获得口腔CT数据，结合口腔扫描数据和口腔CT数据构建种植体的三维数字模型；
以种植体的三维数字模型为基础，采用粉末状金属可粘合材料，通过逐层打印的方式制作获得种植体的替代体。
5.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S200步骤中，将所述虚拟扫描杆数据存入种植基台数据库，在300步骤中，先从种植基台数据库中调取虚拟扫描杆数据。
6.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S400步骤中，所述牙龈数据通过扫描种植体牙龈获得，所述咬合关系数据通过扫描上下牙模型获得。
7.根据权利要求6所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S400步骤中，通过扫描对颌牙获得对颌牙数据，通过扫描种植工作模型获得余留牙齿数据；根据对颌牙数据和余留牙齿数据对基台的个性化图进行修整。
8.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S400步骤中，采用牙科种植设计软件设计基台的个性化图。
9.根据权利要求1所述的个性化种植基台的数字化三维建造与制造方法，其特征在于，在S500步骤中，采用CAM软件进行编程运算，采用钛柱为材料加工个性化种植基台。
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