CN101528153A - 植体植入导板的制造方法及导板用块 - Google Patents

Abstract

制造用于更安全且准确地进行植体治疗的高精度的植体植入导板。本发明的植体植入导板的制造方法包括以下工序：(1)准备包括安装用部位及加工用部位的导板用块，(2)获得安装了导板用块状态的患者的CT图像数据，(3)根据CT图像数据诊断及决定植体的植入位置及植入方向，将其决定的植入位置及植入方向的信息变换为加工基准坐标系中的坐标信息，以及(4)通过CAD/CAM切削加工反映了变换的坐标信息的导板用块。

Description

植体植入导板的制造方法及导板用块

技术领域

本发明涉及用于植入(implant)植体(人工齿根)的植体植入导板(guide)的制造方法，特别是涉及利用CAD/CAM系统的植体植入导板的制造方法及用于其制造方法的导板用块(block)。

背景技术

植体(人工齿根)治疗在牙科领域被广泛应用。在为了提高安装植体的人工齿的功能性(咬合)及审美性，和在颚骨内稳定地维持植体方面，重要的是正确地诊断及设计植体的植入位置及植入方向(植入角度)，并根据其设计确切地施行手术。

于是，近年来使用通过CT摄影得到的三维医用图像，诊断植体适当的植入位置及植入方向，为了确保诊断的植入位置及植入方向，尝试着使用CAD/CAM系统制作植体植入导板，并应用于临床。(例如，参照专利文献1、2)

但是，由于下述原因出现了这样的问题，即只根据CT摄影数据，难以制作能够在口腔内正确定位的高精度的植体植入导板，所述原因包括：CT摄影数据是数百微米的体素数据(voxel data)；在将金属制造的固定物安装在牙齿上时，产生被称之为金属伪影(metallic artifact)的影像的错乱；用树脂等非显影性材料制造的修补物不能描绘影像；描绘的影像的范围、描画深度(抽写深度)、大小及形状因CT值的设定而变化；在根据CT摄影数据构建三维图像时，形状被简略化，形状及尺寸的精度降低等。

换言之，根据CT摄影数据，无法得到像用石膏形成的齿列模型(用石膏印模患者口腔的齿列模型)那样高精度的齿列模型。

专利文献1：JP特开2003-245289号公报；

专利文献2：JP特开2001-170080号公报。

发明要解决的问题

因为仅用CT摄影数据，难以制作高精度的植体植入导板，所以考虑将根据高精度的齿列模型得到的数据与根据CT摄影数据构建的三维图像上的相应区域相置换，使用其数据通过CAD/CAM系统制造植体植入导板，但在将齿列模型的形状进行数据化时，存在如下缺点：必须扫描齿列模型，在其过程中扫描的数据必然比齿列模型的精度低。另外，出现了难以克服置换图像和模型信息时使它们相关联而导致的误差等的问题。

发明内容

本发明是在这样的背景下提出的，其主要目的在于，提供用于更安全且准确地进行植体治疗的、高精度的植体植入导板的制造方法。

本发明为一种用于CAD/CAM的植体植入导板的制造方法，其特征在于，包括下述的第一～第四工序：第一工序，准备导板用块，所述导板用块包括安装用部位和加工用部位，其中，所述安装用部位与患者齿列相适配，所述加工用部位被赋予了加工时所需的加工基准坐标系的标记；第二工序，获得安装了所述导板用块的状态的患者的CT图像数据；第三工序，将在根据所述CT图像数据构建的三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)的信息，变换为所述导板用块的所述加工基准坐标系中的坐标信息，并取得该坐标信息；第四工序，将所述导板用块安装在切削加工机上，对所述导板用块进行切削加工，使其成为反映了所取得的所述加工基准坐标系中的坐标信息的导板形状。

优选所述导板用块的所述安装用部位用非显影性材料形成，所述加工用部位用显影性材料形成。

另外，本发明为一种用于CAD/CAM的植体植入导板的制造方法，其特征在于，包括下述的第一～第五工序：第一工序，准备导板用基座和能够安装在所述导板用基座上的加工用部位，并使所述导板用基座和所述加工用部位处于相分离的状态，所述导板用基座包括安装用部位和摄影标记，所述安装用部位与患者齿列相适配，所述摄影标记用于确定至少三个点；第二工序，获得安装了所述导板用基座的状态的患者的CT图像数据；第三工序，在所述导板用基座上一体化安装所述加工用部位，从而生成导板用块；第四工序，通过根据所述摄影标记确定的坐标系，将在根据所述CT图像数据构建的三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)的信息，变换为加工所述加工用部位时的加工基准坐标系中的坐标信息，并取得该坐标信息；第五工序，将所述导板用块安装在切削加工机上，对所述导板用块进行切削加工，使其成为反映了所取得的所述加工基准坐标系中坐标信息的导板形状。

本发明进一步提供使用于上述植体植入导板的制造方法中的导板用块，其特征在在于，包括：安装用部位，其与患者齿列相适配；加工用部位，其被赋予了切削加工时所需的加工基准坐标系的标记。

进一步地，本发明提供一种导板用块，其特征在于，所述加工用部位用显影性材料形成。

发明效果

在本发明中首先准备导板用块。所说的导板用块是加工用部位和安装用部位一体化而形成的，所述加工用部位在后述的工序中被铣削(milling)(切削加工)为规定的形状；所述安装用部位用于将该加工用部位安装在患者的齿列上。

安装用部位通过例如从患者的口腔直接获取的石膏等形成，或者生成适合患者的齿列模型的形态，因此，之后将导板用块安装到患者口腔内时，能够在患者的口腔内无滑动且紧贴地安装。

将导板用块安装在患者的口腔内，在该状态下进行患者口腔的CT摄影，获得CT图像数据。

得到的图像数据是包括患者的颚骨、齿列及牙齿的缺损部位等的三维图像。进而，安装在患者口腔内的导板用块的加工用部位也一起显示。也就是说，是一起拍摄了患者的原有数据和导板用块的数据的图像数据。

在该三维图像上诊断及决定植体的植入位置和植入方向(植入角度)。植入位置及植入方向(植入角度)例如在三维图像上被确定为直线。

表示该植入位置及植入方向(植入角度)的直线是三维图像的显示坐标系的数据。

另一方面，在后述的导板用块的切削工序中，将赋予导板用块的加工用部位的加工基准坐标作为基准，加工导板用块。

于是，表示在三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)的数据，从三维图像显示坐标系数据变换为加工基准坐标系的数据。

然后，导板用块安装在切削加工机上，通过CAD/CAM系统进行切削加工，使得导板用块反映变换为加工基准坐标系数据的植体的植入位置及植入方向(植入角度)，也就是说使导板用块成为反映了那些数据的导板形状。

在加工形成的植体植入导板上，安装在齿列上的安装部位的形状是例如从齿列模型获得的形状。因此，植体植入导板在将其安装到患者口腔内时，与患者的齿列无间隙且紧贴地嵌合。因此，在口腔内，植体植入导板成为在患者口腔内形成植体植入用孔时的不活动的导板。

如上所述，若利用本发明的制造方法制造植体植入导板，则制造的植体植入导板在患者的口腔内，相对齿列的安装嵌合性好，在患者的口腔内不活动。

并且，因为在患者的口腔内能够恰当且正确地安装植体植入导板，所以以该导板作为基准，能够适当地对患者实施手术。

在本发明中，导板用块也可以不使用一体的，而使用分离为导板用基座及加工用部位的导板用块。在要安装导板用块的患者的嘴小时，或者对于呕吐反应强烈的患者，有时在口腔内安装导板用块进行CT摄影困难。在这种情况时，优选使用分离为导板用基座及加工用部位的导板用块。那是因为，导板用基座是包括安装用部位及摄影标记的小型且薄的物体，能够在CT摄影时减轻对患者的安装负担。

并且，通过用于确定导板用基座所包含的至少三个点的摄影标记，使用已有的技术，利用其三点规定的坐标系，能够将CT摄影的三维图像的显示坐标系的数据变换为加工基准坐标系的数据。

本发明的导板用块能够很好地使用于患者的植体手术。

特别是，若导板用块的加工用部位用显影性材料形成，则加工导板用块而生成植体植入导板后，为了确认，将其植体植入导板安装到患者的口腔内，通过进行CT摄影，明确地描绘植体植入导板的导向面。因此，如果需要，可以参照描绘的图像进行植体植入用导板的修正等。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是表示石膏齿列模型的图。

图2是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是表示加工用部位11的一个例子的立体图。

图3是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是说明根据齿列模型制造导板用块10的方法的图。

图4是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是说明获得CT图像数据工序的图。

图5是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是表示基于得到的CT图像数据的三维图像的一个例子的图。

图6是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是用于说明转换坐标的方法的图。

图7是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图，是说明切削加工导板用块10的图。

图8是表示植体植入导板100的一个例子的立体图。

图9是用于说明本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法所使用的导板用块10的其他结构例的图。

附图标记的说明

10  导板用块

11  加工用部位

12  安装用部位

50  切削加工机

52  切削装置

100 植体植入导板

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

图1～图7是表示本发明一个实施方式的植体植入导板的制造方法的图。

首先，制造要进行植体治疗的患者的齿列模型。齿列模型利用现有的众所周知的方法制造，例如利用石膏获取患者口腔内的形状。

图1表示制造的齿列模型。齿列模型完整地再现了排列在患者下颚的下齿列。在齿列模型中，表示了左内侧的三颗牙齿缺损的例子。

在齿列模型中，可以在缺损部位配置利用显影材料(例如铝、磷灰石(apatite)等)形成的假牙DT1、DT2、DT3，以再现缺损部位的牙齿被修复的状态。假牙DT1、DT2、DT3再现了设置在缺损部位的牙齿的排列及大小，为了使再现的牙齿维持那种状态，需要支撑其牙齿的人工齿根(植体)。因此，在后述的工序中，诊断及决定再现的牙齿所需的植体的植入位置及植入方向等。

不一定需要在齿列模型的缺损部位配置假牙的工序，也可以不在齿列模型上配置假牙，而进行下面的工序。

接下来，制作适合齿列模型的导板用块10。导板用块10包括加工用部位11及安装用部位12。加工用部位11例如如图2所示，俯视呈矩形，具有预先规定的厚度(上下方向宽度)h，用显影性材料(例如铝、磷灰石等)形成。

在加工用部位11中，例如一个角C0被互相垂直的三边划分，该三边定义为加工用部位11的X轴、Y轴、Z轴，表示加工用部位11的加工用基准坐标系。

用于在齿列模型上安装该加工用部位11的部位是安装用部位12，由作为非显影性材料的例如丙烯酸树脂(acrylic resin)形成。(参照附图3)

首先，相对齿列模型，将加工用部位11进行定位。例如，加工用部位11相对齿列模型被定位在大致水平方向上，使其覆盖缺损部位的上方。然后，为了固定加工用部位11相对齿列模型的位置，在加工用部位11的下表面和齿列模型之间，更具体地说在齿列的内侧，填充胶状的丙烯酸树脂，修整丙烯酸树脂的形状。

填充的丙烯酸树脂随着时间的经过而固化，成为安装用部位12。固化了的丙烯酸树脂接合在加工用部位11的下表面，与加工用部位11一体化。另一方面，固化了的丙烯酸树脂也可以不接合在齿列模型上，而能够从齿列模型中取出。从齿列模型中取出的固化了的丙烯酸树脂，即安装用部位12，具有一模一样地复制了在齿列内侧产生的凹凸形状的安装面。

在该情况中，在齿列模型中排列有假牙时，也可以用丙烯酸树脂覆盖假牙，将假牙也作为安装用部位12的一部分包含在导板用块10中。

接下来，参照附图4，在丙烯酸树脂12硬化后，从齿列模型上取出使用齿列模型制造的导板用块10。例如，通过预先在齿列模型上涂布剥离液等，可以简单地取出导板用块10。然后，将取出的导板用块10安装到患者的口腔内。

导板用块10的安装部位12为与根据患者口腔制作的齿列模型吻合的形状，特别是，安装用部位12的安装面与齿列内侧的凹凸吻合。因此，导板用块10不活动且紧贴地容纳在患者口腔内。

将导板用块10安装到患者的口腔内，在该状态下进行CT摄影，获得CT图像数据。图5所示的图是根据得到的CT图像数据构建的患者口腔的三维图像。

图5所示的三维图像显示在计算机系统的显示器上，能够使其向希望的方向旋转，另外，能够使其显示希望部位的剖面形状。因此，能够在三维图像上诊断及决定用于植入植体的最佳的位置和方向(角度)。

但是，在三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)是在三维图像的显示坐标系中确定的数据。

例如，如图6所示，假设在三维图像上确定了植体的植入位置及植入方向(植入角度)。

在图6中，所显示的三维图像根据显示坐标系(X0、Y0、Z0)显示。用于对已确定的植体的植入位置及方向进行确定的点a1、b1、a2、b2、a3、b3，用显示坐标系(X0、Y0、Z0)能够表现为：

a1＝(x0a1、y0a1、z0a1)

b1＝(x0b1、y0b1、z0b1)

a2＝(x0a2、y0a2、z0a2)

b2＝(x0b2、y0b2、z0b2)

a3＝(x0a3、y0a3、z0a3)

b3＝(x0b3、y0b3、z0b3)

另外，将a1、b1作为端点的线段变为：

$\left(\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right)=(1-t)\left(\begin{array}{c}{x}_{0a1}\\ y_{0a1}\\ z_{0a1}\end{array}\right)+t\left(\begin{array}{c}{x}_{0b1}\\ y_{0b1}\\ z_{0b1}\end{array}\right),0\≤t\≤1$

另一方面，在图6的三维图像中还显示了导板用块10的加工用部位11的图像11’。另外，还显示了角C0。在图6的三维图像中，角C0的坐标能够表现为：C0＝(x0c0、y0c0、z0c0)。并且，通过该角C0，形成加工用部位11三边的X轴、Y轴、Z轴也能够用三维显示坐标系(X0、Y0、Z0)确定。

即，能够表现为(X、Y、Z)＝(θCOX0+C0、θCOY0+C0、θCOZ0+C0)。其中，θCO是X0和X、Y0和Y、Z0和Z的夹角。

这样，在三维图像上，能够将植体的植入位置及植入方向(植入角度)以及导板用块10的加工用部位11的角C0位置及加工用部位11的方向(X轴、Y轴、Z轴)确定为三维图像的显示坐标系的数据。

接着，将确定的上述三维图像的显示坐标系的数据变换为加工用基准坐标系的数据，该加工用基准坐标系以导板用块10的加工用部位11的角C0及X轴、Y轴、Z轴为基准。

该变换例如如下那样进行。

在导板用块10的加工用基准坐标系中，当设原点坐标为(Xc0、Yc0、Zc0)时，其位置在三维图像的显示坐标系上为(X0c0、Y0c0、Z0c0)。

另一方面，若设与在三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)相关的坐标为(X0a1、Y0a1、Z0a1)，则在将该坐标(三维显示坐标系中的坐标)变换为加工用基准坐标系中的坐标时，能够如下变换：

(X0a1、Y0a1、Z0a1)×(Xc0、Yc0、Zc0)÷(X0c0、Y0c0、Z0c0)＝(Xa1、Ya1、Za1)

然后，如图7所示，将导板用块10安装在切削加工机50上，在利用固定装置51定位固定后，用切削装置52将导板用块10加工为引导植体的形状。

在该切削加工中，赋予了导板用块10的基准坐标系和在其基准坐标系中(已经变换)的植入位置及植入方向的坐标数据，因此切削装置52将导板用块10自动地切削加工为能够正确引导植体的形状。此外，切削加工也可以不是自动的，而是半自动、半手动地进行，也可以参照数据，手动进行。

其结果是，导板用块10变为植体植入导板100。

图8表示植体植入导板100的一个例子。植体植入导板100包括：大致U字形状的U字部位11′，通过对加工用部位11进行加工而覆盖齿列的上方；导向槽G1、G2、G3，形成在U字部位11’上；安装用部位12。

导向槽G1、G2、G3是用于引导钻(drill)(钻柄或者杆)的大小的槽，但也能够用头部引导槽(形成为比引导钻的槽大的槽)代替用于引导钻(钻柄或者杆)的槽，其中头部引导槽用于引导钻被夹紧的机头(hand piece)的头部。

植体植入导板100具有与用丙烯酸树脂形成的齿列嵌合的安装用部位12。该安装用部位12没有间隙及松动，且紧贴地嵌合在患者的齿列上。因此，利用安装在患者齿列上的植体植入导板100，能够在患者的颚骨的诊断及决定的位置正确地开出植体植入用的孔。也就是说，按照植体植入导板100进行钻操作，由此能够在诊断及决定的位置和方向上正确且迅速地开出植体植入孔。并且，能够在该位置埋入植体。

在上述的实施方式中，用一个角C0及三条互相垂直的直线构成的三边，来决定导板用块10的加工用部位11的加工用基准坐标系，但加工用部位11的加工用基准坐标系不限于那样的决定方法。

例如，也可以使用如下的做法，确定本案申请人以前提案的JP特愿2004-334936号公报记载的3点，根据其确定的3点或者来生成加工用基准平面，生成加工用基准坐标系。

在这种情况，加工用部位11不一定必须用显影材料构成，只要至少三个点由能够显示为CT图像的材料构成即可。

更具体地说，导板用块10所包含的加工用部位11如下那样构成即可，当进行CT摄影变为CT图像数据时，在根据其CT图像数据构建的三维图像中，只要显示为了生成加工用基准平面或生成加工用基准坐标系所需的至少三点即可。例如，加工用部位11的整体结构可以用非显影材料构成，但可以仅是为了确定加工用部位11的位置所需的三点用显影材料构成，或者可以是在加工用部位11上用显影材料描画用于生成加工用基准坐标系的直线的形态。

在上述的实施方式中，作为为了制造植体植入导板准备的导板用块10，提出说明了加工用部位11及安装用部位12一体化而成的导板用块，但在开始的工序中的导板用块10也可以为加工用部位11及安装用部位12分离的状态。

图9表示那种导板用块10的结构例子。

参照图9，安装在石膏齿列模型上的是作为安装用部位的导板用基座(树脂台座)12。导板用基座12用例如由作为非显影材料的丙烯酸树脂形成，包含至少三个球111、112、113的摄影标记114一体化而成。三个球111、112、113具有用于确定其中心的显影构件。

加工用部位12可以与参照图2说明的加工用部位11相同，例如俯视呈矩形，具有预先规定的厚度h，用显影性材料(例如铝、磷灰石等)形成。

在准备包含摄影标记114的导板用基座(树脂台座)12和赋予了加工时所需的加工坐标系的加工用部位11，并使二者处于分离状态，仅将导板用基座(树脂台座)12安装到患者的口腔内，进行CT摄影，获得CT图像数据。

这样，在例如患者的嘴小的情况，或者患者呕吐反应强烈的情况等时，在用图3所示那样的导板用块10难以安装到患者的口腔的情况下，如果安装图9所示树脂台座12，就能够减轻CT摄影时的患者的安装负担。

此时，包含至少三个球111、112、113的摄影标记114与树脂台座12一体化，因此，能够使用已有的技术，利用三维计测仪器算出由这三个球111、112、113确定的三个中心点构成的标记坐标系和对摄影后安装的加工用部位11赋予的加工基准坐标系之间的关系，由此，通过从摄影标记111得到的标记坐标系，将在CT图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向的信息变换为导板用块10中的加工用部位11的坐标信息，并获取该坐标信息，从而能够在使用CAD/CAM进行切削加工时应用。

本发明不限于以上说明的实施方式，能够在申请范围所记载的范围内进行各种变更。

Claims (5)

1.一种用于CAD/CAM的植体植入导板的制造方法，其特征在于，

包括下述的第一～第四工序：

第一工序，准备导板用块，所述导板用块包括安装用部位和加工用部位，其中，所述安装用部位与患者齿列相适配，所述加工用部位被赋予了加工时所需的加工基准坐标系的标记；

第二工序，获得安装了所述导板用块的状态的患者的CT图像数据；

第三工序，将在根据所述CT图像数据构建的三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)的信息，变换为所述导板用块的所述加工基准坐标系中的坐标信息，并取得该坐标信息；

第四工序，将所述导板用块安装在切削加工机上，对所述导板用块进行切削加工，使其成为反映了所取得的所述加工基准坐标系中的坐标信息的导板形状。

2.如权利要求1所述的用于CAD/CAM的植体植入导板的制造方法，其特征在于，

所述导板用块的所述安装用部位由非显影性材料形成，所述加工用部位由显影性材料形成。

3.一种用于CAD/CAM的植体植入导板的制造方法，其特征在于，

包括下述的第一～第五工序：

第一工序，准备导板用基座和能够安装在所述导板用基座上的加工用部位，并使所述导板用基座和所述加工用部位处于相分离的状态，所述导板用基座包括安装用部位和摄影标记，所述安装用部位与患者齿列相适配，所述摄影标记用于确定至少三个点；

第二工序，获得安装了所述导板用基座的状态的患者的CT图像数据；

第三工序，在所述导板用基座上一体化安装所述加工用部位，从而生成导板用块；

第四工序，通过根据所述摄影标记确定的坐标系，将在根据所述CT图像数据构建的三维图像上诊断及决定的植体的植入位置及植入方向(植入角度)的信息，变换为加工所述加工用部位时的加工基准坐标系中的坐标信息，并取得该坐标信息；

第五工序，将所述导板用块安装在切削加工机上，对所述导板用块进行切削加工，使其成为反映了所取得的所述加工基准坐标系中坐标信息的导板形状。

4.一种导板用块，用于权利要求1或者权利要求3所述的植体植入导板的制造方法，该导板用块的特征在在于，

包括：

安装用部位，其与患者齿列相适配；

加工用部位，其被赋予了切削加工时所需的加工基准坐标系的标记。

5.如权利要求4所述的导板用块，其特征在于，

所述加工用部位用显影性材料形成。

Images