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CN112998887B - 一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统 - Google Patents

一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统 Download PDF

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CN112998887B
CN112998887B CN202110361305.5A CN202110361305A CN112998887B CN 112998887 B CN112998887 B CN 112998887B CN 202110361305 A CN202110361305 A CN 202110361305A CN 112998887 B CN112998887 B CN 112998887B
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Abstract

本发明公开的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，先采集患者的牙列数据和颌骨CBCT数据；获取诊断蜡型并拟合颌骨CBCT数据，进行虚拟种植规划得到种植体数据；将虚拟种植规划结果和牙列数据导入逆向工程软件中构建虚拟临时基台；根据诊断蜡型对虚拟基台进行平面裁剪；以裁剪后的虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并裁剪调磨导板雏形得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板，最后3D打印出临时基台调磨导板；通过逆向构建几何特征的方法实现种植系统临时基台的构建，打破了现有软件存在的局限性，丰富了术前数字化设计的内容，同时能避免传统流程pick‑up之后的人工调整，降低了流体树脂对个别患者的潜在致敏风险。

Description

一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统
技术领域
本发明涉及口腔种植技术领域，具体涉及一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统。
背景技术
随着种植体材料和设计的发展成熟，种植体的初期稳定性得到了很大的提升，拓展了修复方案的选择；当种植体植入扭矩达到35Ncm时，可以采用即刻修复的方案，即在种植手术完成后即刻连接临时修复体，可以在一定程度上提升美观效果，尤其是在前牙美学区，同时即刻修复有利于保存种植体周围的软硬组织，有利于其长期健康。
现有文献主要采用以下几种方法实现种植体支持式临时修复体的制作：
①术前设计两侧带翼的shell，种植手术完成后，在口内就位临时基台，借助两侧的翼引导shell就位，使用流体树脂填充shell和临时基台之间的间隙，凝固后一起取出，使用流体树脂塑造穿龈部分的形态，磨除两侧的翼，抛光后完成制作，戴入口内，这一技术又称为pick-up技术；
②术前使用虚拟扫描杆转移种植体的位置，并在牙科CAD软件中拟合选择适配的Ti-base，基于所选的Ti-base设计并制作种植体支持式的临时修复体，手术完成后即可戴入口内；
③种植手术完成后，连接扫描杆辅助获取种植体的位置，然后使用牙科CAD软件拟合，并以数据库中的Ti-base为基础设计制作种植体支持式的临时修复体，然后戴入口内。
方法①对应的pick-up技术会使流体树脂与口内组织直接接触，可能引起过敏反应，并且临时基台在口内就位后被血液污染，增大了交叉感染的风险，除此之外，临时基台只能在连接到口内后才能大致判断修整量，实际修整操作也较为随意；方法②只能在封闭的牙科设计系统中完成，并且选用的Ti-base价格更高。方法①和②可以实现临时修复体的术前设计制作，方法③为术后设计制作，因此方法③对应的临床等待时间较长；另外，方法③引入了扫描杆，会带来治疗成本的增加。
发明内容
为解决术前设计制作与术后应用不统一、体内操作时患者体液对各部件的污染、临床端和制作端交叉感染风险高等技术问题，本发明提供一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法。
本发明通过下述技术方案实现：
本发明提供用于即刻修复的虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，包括步骤：
S1、采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
S2、根据牙列数据获取诊断蜡型，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
S3、将虚拟种植规划结果和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征和布尔运算得到虚拟基台；
S4、根据诊断蜡型对虚拟临时基台进行平面裁剪；
S5、以裁剪后的虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
S6、3D打印得到基台调磨导板。
本方案工作原理：本方案提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，用于即可修复技术中，通过逆向构建几何特征的方法实现种植系统临时基台的构建，打破了现有软件存在的局限性，丰富了术前数字化设计的内容，使术前设计制作与术后应用连贯统一；本方案构建出的虚拟临时基台，种植支持式的临时修复体可以在术前设计中一体化成形穿龈部分，可以最大化整合其他数据，避免了传统流程pick-up之后的人工调整，降低了流体树脂对个别患者的潜在致敏风险。
进一步优化方案为，步骤S2具体包括：
将DICOM格式的颌骨CBCT数据导入种植规划软件，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，设计种植体在颌骨中的三维位置并导出种植体数据。
进一步优化方案为，步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将种植体数据导入逆向工程软件，
S32、选择种植体颈部平台平面构建种植体颈部中点P1；选择种植体内部的底面构建种植体内部特征点P2；
S33、基于颈部中点P1和内部特征点P2构建虚拟临时基台的第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2；
S34、将第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2转换为多边形对象，运行布尔运算进行合并得到与成品临时基台具有相同几何特征和规格尺寸的虚拟临时基台。
进一步优化方案为，步骤S33具体包括以下步骤：
T1、连接颈部中点P1和内部特征点P2，构建从内部特征点P2指向颈部中点P1的特征直线L；
T2、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d1，高度为h1的特征圆柱C1；
T3、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d2，高度为h2的特征圆柱C2。
进一步优化方案为，特征圆柱C1的底面直径d1等于成品临时基台肩台的直径，特征圆柱C1的高h1等于成品临时基台肩台的穿龈高度；
特征圆柱C2的底面直径d2、高度h2与成品临时基台体部的直径、高度相同。
进一步优化方案为，步骤S4具体包括：
令拟合颌骨CBCT数据后的诊断蜡型与虚拟基台坐标系保持一致，半透明化显示诊断蜡型，使用平面裁剪方法裁剪虚拟基台超出诊断蜡型的部分。
进一步优化方案为，以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形的过程为：
选择虚拟临时基台的体部拟合圆柱特征，编辑特征分别得到直径为d3的第三特征圆柱C3、直径为d4的第四特征圆柱C4；其中d3大于d2，d4大于d3；
将第三特征圆柱C3和第四特征圆柱C4转换为多边形对象，运行布尔运算，相减得到壁厚为|d4-d3|的调磨导板雏形。
进一步优化方案为，对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板的过程为：
选择虚拟临时基台调磨后的斜面，拟合平面特征PL，并将平面特征PL复制至调磨导板雏形中，使用平面特征PL裁剪调磨导板雏形，使调磨导板雏形指示斜面与虚拟临时基台调磨后的斜面保持一致，得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板。
基于上述一种用于即刻修复的虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，本方案还提供一种用于即刻修复的虚拟临时基台及其调磨导板的构建系统，包括：
数据采集模块：采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
第一规划模块，根据牙列数据获取诊断蜡型，并将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
虚拟基台搭建模块，将虚拟种植规划结果和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征和布尔运算得到虚拟基台；
裁剪模块，根据诊断蜡型对虚拟基台进行平面裁剪；
调磨导板搭建模块，以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
制作模块，3D打印得到基台调磨导板。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，通过逆向构建几何特征的方法以实现绝大多数种植系统临时基台的构建，在一定程度上打破了现有软件存在的局限性，丰富了术前数字化设计的内容，使术前设计制作与术后应用连贯统一；
2、本发明提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，在术前进行诊断蜡型，根据术前设计的诊断蜡型进行个性化裁剪，具有一定的设计自由度；
3、本发明提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，种植支持式的临时修复体可以在术前设计中一体化成形穿龈部分，可以最大化整合其他数据，避免了传统流程pick-up之后的人工调整，降低了流体树脂对个别患者的潜在致敏风险；
4、本发明提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，临时基台的调磨导板可以将术前对虚拟基台的个性化调整转移至成品基台上，保证基台调磨位置和调磨量的准确转移，有利于临时修复体在基台上的准确就位；
5、本发明提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法及系统，构建的虚拟临时基台及基台调磨导板，种植体支持式的临时修复体可以在体外全部完成，避免患者体液对各部件的污染，降低了临床端交叉感染的风险。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法流程示意图；
图2为本发明获取的诊断蜡型示意图；
图3为本发明虚拟种植规划结果示意图；
图4为本发明获得的虚拟临时基台结构示意图；
图5为裁剪后的虚拟临时基台结构示意图；
图6为本发明获得的虚拟临时基台调磨导板雏形的俯视图；
图7为本发明获得的虚拟临时基台调磨导板裁剪后的示意图；
图8为基于本发明方法设计的种植体支持式的临时冠示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-虚拟临时基台；2-临时基台的调磨导板；3-种植体支持式的临时冠。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，用于即刻修复技术中，包括步骤：
S1、采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
S2、根据牙列数据获取诊断蜡型，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
S3、将虚拟种植规划结果和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征，通过布尔运算得到虚拟基台；
S4、根据诊断蜡型对虚拟基台进行平面裁剪；
S5、以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
S6、3D打印得到基台调磨导板。
步骤S1具体包括：
可以使用口内扫描仪或者传统取模灌制石膏模型后扫描采集患者的牙列的STL格式数据；
步骤S2具体包括：
以STL格式的患者牙列数据为基础，借助专业的牙科CAD软件获取诊断蜡型，诊断蜡型如图2所示。
将DICOM格式的颌骨CBCT数据导入种植规划软件，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，设计种植体在颌骨中的三维位置并导出种植体数据。虚拟种植规划结果：种植体在颌骨中的三维位置如图3所示。
步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将种植体数据导入逆向工程软件，
S32、选择种植体颈部平台平面构建种植体颈部中点P1；选择种植体内部的底面构建种植体内部特征点P2；
S33、基于颈部中点P1和内部特征点P2构建虚拟临时基台的第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2；
步骤S33具体包括以下步骤：
T1、连接颈部中点P1和内部特征点P2，构建从内部特征点P2指向颈部中点P1的特征直线L；
T2、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d1，高度为h1的特征圆柱C1；
T3、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d2，高度为h2的特征圆柱C2。
特征圆柱C1的底面直径d1等于成品临时基台肩台的直径，特征圆柱C1的高h1等于成品临时基台肩台的穿龈高度；
这里以士卓曼系统为例，士卓曼系统的成品临时基台肩台的直径为3.5mm，即特征圆柱C1的底面直径d1等于3.5mm；士卓曼系统的成品临时基台的穿龈高度为1mm，即特征圆柱C1高h1等于1mm。
士卓曼系统的成品临时基台体部的直径为3.2mm，即特征圆柱C2的底面直径d2为3.2mm；士卓曼系统的成品临时基台体部的高为11mm，即特征圆柱C2的高h2为11mm。
S34、将第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2转换为多边形对象，运行布尔运算进行合并得到与成品临时基台具有相同几何特征和规格尺寸的虚拟临时基台，如图4所示。
步骤S4具体包括：
令拟合颌骨CBCT数据后的诊断蜡型与虚拟基台坐标系保持一致，半透明化显示诊断蜡型，使用平面裁剪方法裁剪虚拟基台超出诊断蜡型的部分得到虚拟临时基台，虚拟临时基台结构如图5所示。
步骤S5中以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形的过程为：
选择虚拟临时基台的体部拟合圆柱特征，编辑特征分别得到直径为d3的第三特征圆柱C3、直径为d4的第四特征圆柱C4；其中d3大于d2，d4大于d3；
将第三特征圆柱C3和第四特征圆柱C4转换为多边形对象，运行布尔运算，相减得到壁厚为|d4-d3|的调磨导板雏形。
(本实施例中d3取3.4mm，d4取6.4mm，最终得到壁厚为1.5mm的调磨导板雏形，如图6所示。)
步骤S5中对调磨导板雏形进行裁剪得到虚拟临时基台的调磨导板的过程为：
选择虚拟临时基台调磨后的斜面，拟合平面特征PL，并将平面特征PL复制至调磨导板雏形中，使用平面特征PL裁剪调磨导板雏形，使调磨导板雏形指示斜面与虚拟临时基台调磨后的斜面保持一致，得到虚拟临时基台的调磨导板，其结构如图7所示。
实施例2
本实施例提供的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建系统，应用于上一实施例的虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，包括：
数据采集模块：采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
第一规划模块，根据牙列数据获取诊断蜡型，并将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
虚拟基台搭建模块，将虚拟种植规划结果和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征和布尔运算得到虚拟临时基台；
裁剪模块，根据诊断蜡型对虚拟临时基台进行平面裁剪；
调磨导板搭建模块，以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
制作模块，3D打印得到基台调磨导板。
基于上述方法和系统获得的、经过个性化裁剪后的虚拟临时基台，导入牙科专业软件中，设计具有一体化穿龈部分的种植体支持式临时修复体，并在中央螺丝穿出位置预留通道，最终结构如图8所示。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，用于即刻修复中，其特征在于，包括步骤：
S1、采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
S2、根据牙列数据获取诊断蜡型，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
S3、将种植体数据和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征，通过布尔运算得到虚拟临时基台；
S4、根据诊断蜡型对虚拟临时基台进行平面裁剪；
S5、以裁剪后的虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
S6、3D打印得到基台调磨导板；
步骤S3具体包括以下步骤：
S31、将种植体数据导入逆向工程软件；
S32、选择种植体颈部平台平面构建种植体颈部中点P1；选择种植体内部的底面构建种植体内部特征点P2；
S33、基于颈部中点P1和内部特征点P2构建虚拟临时基台的第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2；
S34、将第一特征圆柱C1和第二特征圆柱C2转换为多边形对象，运行布尔运算进行合并得到与成品临时基台具有相同几何特征和规格尺寸的虚拟临时基台。
2.根据权利要求1所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
将DICOM格式的颌骨CBCT数据导入种植规划软件，将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，设计种植体在颌骨中的三维位置并导出种植体数据。
3.根据权利要求2所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，步骤S33具体包括以下步骤：
T1、连接颈部中点P1和内部特征点P2，构建从内部特征点P2指向颈部中点P1的特征直线L；
T2、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d1，高度为h1的特征圆柱C1；
T3、以种植体颈部中点P1为基点，直线L为方向，构建底面直径为d2，高度为h2的特征圆柱C2。
4.根据权利要求3所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，特征圆柱C1的底面直径d1等于成品临时基台肩台的直径，特征圆柱C1的高h1等于成品临时基台肩台的穿龈高度；
特征圆柱C2的底面直径d2、高度h2与成品临时基台体部的直径、高度相同。
5.根据权利要求2所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
令拟合颌骨CBCT数据后的诊断蜡型与虚拟基台坐标系保持一致，半透明化显示诊断蜡型，使用平面裁剪方法裁剪虚拟基台超出诊断蜡型的部分。
6.根据权利要求4所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，以虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形的过程为：
选择虚拟临时基台的体部拟合圆柱特征，编辑特征分别得到直径为d3的第三特征圆柱C3、直径为d4的第四特征圆柱C4；其中d3大于d2，d4大于d3；
将第三特征圆柱C3和第四特征圆柱C4转换为多边形对象，运行布尔运算，相减得到壁厚为|d4-d3|的调磨导板雏形。
7.根据权利要求1所述的一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板的过程为：
选择虚拟临时基台调磨后的斜面，拟合平面特征PL，并将平面特征PL复制至调磨导板雏形中，使用平面特征PL裁剪调磨导板雏形，使调磨导板雏形指示斜面与虚拟临时基台调磨后的斜面保持一致，得到虚拟临时基台的调磨导板。
8.一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建系统，应用于根据权利要求1-7任意一种虚拟临时基台及其调磨导板的构建方法，其特征在于，包括：
数据采集模块：采集患者的牙列数据并导出STL格式数据、采集患者颌骨CBCT数据并导出为DICOM格式数据；
第一规划模块，根据牙列数据获取诊断蜡型，并将诊断蜡型与颌骨CBCT数据拟合，进行虚拟种植规划得到种植体数据；
虚拟基台搭建模块，将种植体数据和牙列数据导入逆向工程软件中构建几何特征和布尔运算得到虚拟临时基台；
裁剪模块，根据诊断蜡型对虚拟临时基台进行平面裁剪；
调磨导板搭建模块，以裁剪后的虚拟临时基台为基础构建调磨导板雏形，并对调磨导板雏形进行裁剪得到用于指导成品临时基台调磨的调磨导板；
制作模块，3D打印得到基台调磨导板。
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