CN104114125A - 用于制备牙科修复物的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于制备牙科修复物的方法和系统。所述方法包括提供三维基准表面的计算机模型的步骤，所述三维基准表面基于例如患者牙列中的待修复牙齿的牙齿结构。所述方法还包括使所述三维基准表面可视化、提供用户可操作的虚拟材料沉积工具、以及利用所述虚拟材料沉积工具来将多个不同颜色的层沉积在所述基准表面上的步骤。所述系统提供用于执行本发明的方法的功能。本发明优选地有助于最优化牙科修复物中的光学和几何品质。

Description

用于制备牙科修复物的方法和系统
技术领域
本发明涉及制备牙科修复物的方法，具体地讲，涉及提供虚拟材料沉积工具的方法，所述虚拟材料沉积工具用于至少部分牙科修复物的计算机辅助层叠并且用于为各个层指定不同的颜色。本发明还提供了用于执行此计算机辅助方法的系统。
背景技术
牙科修复物或假牙常常由两种或更多种部件制成，其中各部件为修复物提供不同的特性。例如，框架可提供良好的结构支承性，并且饰面可提供良好的美学性。框架通常为用于牙科修复物的支承结构，其提供机械稳定性并且通常包括界面，所述界面可将修复物粘附到患者的预加工牙齿。饰面提供满意的美学特性，使得修复物在形状和外观方面类似于自然牙齿。此外，框架和饰面均被成形为很好地匹配患者口中的相邻和相对牙齿。
近年来，陶瓷材料因其良好的物理、美学和生物学性质已被广泛用于制备高品质的牙科修复物。在一些应用中，通过组合陶瓷框架和玻璃或玻璃陶瓷饰面来制备此类牙科修复物。可例如从坯料磨削或研磨，或者从熔融的陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷材料浇注框架和饰面。
牙科修复物常常通过自动化工艺来制备，所述自动化工艺通常包括：
-例如通过扫描患者牙齿的石膏模型或者通过扫描患者口中的真实牙齿来采集患者牙齿的形状；
-基于所采集的形状利用计算机辅助设计(CAD)软件来设计牙科修复物前体的形状；
-例如通过自动化计算机数控(CNC)机床来加工牙科修复物前体以对应于所设计的形状；以及
-通过烧结和/或手动饰面来精整牙科修复物前体。
例如，US6,398,554公开了用于制备假牙的方法，所述方法包括基于人体植入区来对三维假牙帽进行计算机建模。所述方法首先包括浇注人体的植入区的印模。然后，通过利用传感器感测植入区来构建植入区的数字三维表示。由此，基于植入区的数字三维表示来限定假牙的内表面的数字表示。然后，基于假牙的周边参数和假牙的内表面的数字三维表示来限定假牙的外表面的数字三维表示。然后，基于假牙的外表面和内表面来限定帽的外表面的数字三维表示。基于此三维模型，可制备出真实的假牙帽。
希望牙科修复物还具有匹配或接近相邻牙齿外观的外观。自然牙齿的外观在一方面由色调提供并且此外由特定透明度来提供。牙科技术人员或牙科开业医师例如通常根据患者口中位于待修复牙齿附近的牙齿来选择将被用于牙科修复物的陶瓷材料的颜色。例如，可利用色板来确定患者口中的相关牙齿的外观，并且因此可选择用于框架和饰面的色调。用于框架和饰面的陶瓷或玻璃陶瓷材料的一般类型通常被选择为满足牙科修复物的某些机械和美学要求，这些要求之一为所需的透明度。
具体地讲，牙科陶瓷材料的制造商通常以多种不同的色调提供一种或多种特定的陶瓷和/或玻璃陶瓷材料，并且牙科技术人员或牙科开业医师通常选择最接近所需色调的材料色调。多种方法已被尝试用于以尽可能接近地匹配所需色调的色调来提供陶瓷材料。
尽管用于制备牙科修复物的现有方法可提供多种优点，但仍需要以节省成本的方式和以高美学品质制备牙科修复物的方法。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种制备牙科修复物的方法。所述方法包括以下步骤：
-提供三维基准表面的计算机模型，所述三维基准表面基于下列中的至少一者的形状：
-患者牙列中的待修复牙齿的牙齿结构，和
-用于牙齿的牙科修复物，
-使三维基准表面可视化；
-提供优选地用于与三维基准表面进行交互的用户可操作的虚拟材料沉积工具；
-利用虚拟材料沉积工具来相对于基准表面或在基准表面上(例如，在相对于基准表面的所需位置处)沉积(计算机模拟沉积)多个计算机模拟层；以及
-为所述多个计算机模拟层中的至少两个指定不同的牙齿颜色；
-为所述多个层中的至少一个指定虚拟材料厚度；
-为所述多个层中的至少一个指定横向于厚度的虚拟维度；
-确定相对于基准表面或相对于沉积层的位置；
-将虚拟材料沉积工具朝向所确定的位置定位；以及
-启用虚拟材料沉积工具以用于将所述多个层中的一个沉积在所确定的位置处。
优选的是，每个模拟层仅被指定一种颜色。因而可通过提供各自具有单一颜色的若干层而非通过提供具有不同颜色的单个层来获得颜色梯度。这可有利于例如通过使用累叠工艺来制备牙科修复物。
本发明为有利的，因为其优选地允许在用于制备牙科修复物的计算机辅助工艺中最大化牙科修复物的着色精确度。具体地讲，本发明可允许在设计期间分离牙科修复物的着色和成形任务并且在成品牙科修复物中组合颜色和形状。例如，用于牙科修复物中的牙科框架可具有所需的维度以便为牙科修复物提供足够的机械稳定性，并且牙科修复物的着色可不影响这种机械稳定性。另一方面，可例如在不影响牙科修复物的外部几何形状或牙科框架的几何形状的情况下来对牙科修复物着色。本发明还允许在所有三个维度上、而并非仅在与层厚度相关的维度上进行层叠。此外，本发明优选地允许容易地制备所需形状和着色的牙科修复物。具体地讲，可避免成品牙科修复物的磨削，所述磨削在一些情况下可影响修复物的机械稳定性或表面品质。本发明还优选地允许将相对耐用的材料用于牙科修复物。例如，本发明可允许使用陶瓷和/或玻璃陶瓷，同时还优选地允许修复物具有合意地类似于自然牙齿的着色。本发明可为进一步有利的，因为其允许通过参考存在于患者牙列中的自然牙齿颜色来对牙科修复物着色。作为另一个优点，本发明可允许再制备基本上相同形状和颜色的牙科修复物。例如，如果牙科修复物在植入到患者口中之前(例如，在焙烧步骤(如果需要)期间)损坏，则可容易地复制此类修复物。
在一个实施例中，所述方法还包括以用户控制的方式来确定相对于基准表面或相对于沉积层的位置的步骤。例如，用户可在视觉上确定基准表面上的位置、或者此位置处的基准表面是否已被相对于基准表面而言的最顶层上的一个或多个层覆盖。所述方法还可包括以用户控制的方式来将虚拟材料沉积工具朝向所确定的位置定位的步骤。就这一点而言，所述方法还可包括提供输入装置(例如，轨迹球或计算机鼠标)的步骤，所述输入装置允许用户在计算机屏幕上定位虚拟材料沉积工具。此外，所述方法可包括以用户控制的方式启用虚拟材料沉积工具以用于将所述多个层中的至少一个沉积在所确定的位置处的步骤。例如，用户可按压轨迹球或计算机鼠标上的按钮以启用虚拟材料沉积工具。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式启用虚拟材料沉积工具以用于沉积多个层的多个步骤。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式停用虚拟材料沉积工具以停止沉积的步骤。
在另一个实施例中，所述方法还包括优选地以用户控制的方式来移动已启用的虚拟材料沉积工具从而来增强层沉积的步骤。例如，用户可按压轨迹球或计算机鼠标上的按钮以启用虚拟材料沉积工具从而致使沉积特定层，可持续按压按钮以保持启用，并且移动虚拟材料沉积工具以将特定沉积层增强到所需范围。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式停用虚拟材料沉积工具以停止增强的步骤。
在一个实施例中，所述方法还可包括优选地以用户控制的方式来选择沉积层的步骤。这可例如通过由用户将虚拟选择工具或虚拟材料沉积工具定位到现有层或者通过按压按钮来执行。就这一点而言，所述方法可包括在视觉上挑染所选择的沉积层的步骤。此外，所述方法可包括优选地以用户控制的方式来修改所选择的沉积层的形状和/或定位的步骤。所述方法还可包括相对于所选择的层来显示一个或多个控制件的步骤，该步骤可允许修改形状(例如，通过拖动或移动形状的部分)。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式来复制所选择的沉积层以形成新沉积层的步骤。所述方法可提供其他功能，例如，镜像、缩小、放大、切割、删除、或剪切(在与任何其他计算机模型的交点处)沉积层。
在一个实施例中，所述方法还包括提供标准牙齿色系的步骤。此牙齿色系可例如对应于广泛应用的VITAPANTM经典色系，其通常提供不同的牙齿颜色：A1、A2、A3、A3.5、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D2、D3、和D4。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式来为所述多个层中的至少一个指定选自标准牙齿色系的牙齿颜色的步骤。可为每个层指定牙齿颜色，因为虚拟材料沉积工具为预调节的，以便沉积预调节牙齿颜色的层。此外，可在沉积之后例如通过选择特定沉积层并且为此层指定所需颜色来为每个层指定牙齿颜色。技术人员将认识到其他标准牙齿色系同样可与本发明一起使用。此外，所述方法可包括产生定制的牙齿色系的步骤。
在另一个实施例中，所述方法还包括以类似于自然牙齿颜色的颜色(例如，基于VITAPANTM色系的标准牙齿颜色)来使所述多个层可视化的步骤。对于颜色的可视化而言，可使用颜色校准屏幕。这可提供层和/或牙科修复物的大体现实的颜色表示。此外，所述方法可包括在颜色校准计算机屏幕上测量或比较指定给层的颜色的步骤。这可允许用户将层的颜色精确地调节到所需颜色。例如，用户可使用物理颜色样本、将其设置在屏幕上、并且将显示在屏幕上的层的颜色与颜色样本进行比较。用户随后可调节一个层或若干层的颜色以结合颜色样本来修改一个层或若干层的颜色。所述方法还可包括以与自然牙齿颜色范围相关的伪彩色范围的颜色来使所述多个层可视化的步骤。各个VITAPANTM牙齿颜色可例如各自被指定为全彩范围的特定颜色，使得不同的牙齿颜色可显示为可清晰分辨的不同颜色。例如，基本上通过色调区分的标准色系的不同颜色可显示为诸如蓝、绿、或红之类的颜色，例如使得这些颜色能够被用户清晰地分辨。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式在牙齿颜色可视化和伪彩色可视化之间切换的步骤。
在另一个实施例中，所述方法包括优选地以用户控制的方式为至少两个叠置层提供不同的牙齿颜色以通过组合的叠置层来提供所得牙齿颜色的步骤。所述方法可包括优选地以用户控制的方式为不止两个叠置层提供不同的牙齿颜色以通过组合的叠置层来提供所得牙齿颜色的步骤。这优选地允许用户将牙科修复物模型的所得颜色调节到位于任何标准牙齿色系的级别之间的任何颜色级别。所述方法还可使用牙科修复物模型和/或患者的一个或多个相邻牙齿的模型的射线跟踪。此外，可在不同的照射下(例如，从不同的角度进行照射和/或通过使用不同的光源(点光源或面光源))来使牙科修复物模型和/或一个或多个相邻牙齿的模型可视化。因此，牙科修复物的颜色(例如，由各个层提供)可相对于一个或多个相邻牙齿进行可视化，并且任选地由用户根据需要进行再调节。
在一个实施例中，所述方法包括在手持装置(例如，平板型计算机或智能电话)上使牙科修复物模型和/或一个或多个相邻牙齿的模型可视化的步骤。手持装置可为无线的。因此，可将牙科修复物模型例如发送到牙科开业医师，所述牙科开业医师可至少将牙科修复物的着色与患者口中的自然牙齿进行比较。
在一个实施例中，所述方法还包括使表现出基准颜色的基准物体可视化的步骤。基准物体可对应于显示在计算机屏幕上的色斑。此外，基准物体可对应于与牙科修复物模型相关的患者牙列的另一个牙齿的模型。所述方法还可包括优选地以用户控制的方式来使沉积层和基准物体相对于彼此(例如，朝向彼此)移动的步骤。此外，所述方法可包括优选地以用户控制的方式来将至少一个层的牙齿颜色或所得牙齿颜色与基准颜色进行比较的步骤。所述方法还可包括基于这种比较优选地以用户控制的方式来任选地改变至少一个层的牙齿颜色的步骤。例如，基于这种比较，用户可确定牙科修复物模型相对于基准物体的颜色差异，并且因此可改变牙科修复物模型的层的颜色以大体补偿这种色差。可重复这种比较和颜色改变，直至达到层的所需颜色或者所得的牙齿颜色。还可以数据的形式(例如，所谓“δE”值的形式)来使牙科修复物模型和基准物体之间的颜色差异可视化。
在一个实施例中，所述方法还包括提供与患者牙列中的至少一个牙齿的一种或多种颜色相关的颜色数据的步骤。此类颜色数据可独立于基准表面所依据的形状来提供。此外，可将颜色信息与基准表面所依据的形状一起提供在例如一个数据集或数据记录中。此类颜色数据可例如由牙科开业医师以视觉方式来获得或者通过使用颜色测量装置来获得，并且在本发明的方法中可以数据形式提供。优选的是，颜色数据还包括与特定位置处的特定颜色有关的数据。例如，可将颜色数据设置在颜色图谱上，所述颜色图谱示出了被分在指示具有特定牙齿颜色的牙齿区域中的特定牙齿的形状。然而，此类数据还可以电子形式来提供，例如，代表至少部分的患者牙列的形状、包括与患者牙列处的特定位置相关的颜色信息的数据集形式。任选的是，可以VRML(虚拟现实建模语言)格式来提供数据。
在一个实施例中，所述方法还包括以用户控制的方式来为所述多个层中的至少一个指定虚拟材料厚度的步骤。厚度优选地对应于在大体垂直于基准表面的维度上的层尺寸。可例如通过选择层并且指定该层的所需厚度来为该层直接指定层厚。此外，可为虚拟材料沉积工具预先指定特定厚度以使得利用此工具沉积的层自动地获得预先指定的厚度，由此来为该层间接地指定层厚。然而还可为此层重新指定不同的厚度。有利的是，可以相对于其他层和/或邻近牙科修复物的牙齿模型的适当比例来使此层的维度可视化。因此，每个层可具有单独的厚度。因此，所述多个层中的至少两个可具有不同的厚度。
在一个实施例中，所述方法还包括以用户控制的方式来为所述多个层中的至少一个指定横向于厚度的虚拟维度的步骤。在此说明书中，这种横向维度可称为层的大小或宽度。类似于厚度，可同样按照上文所述的方式来为层直接地或间接地指定层的大小。因此，每个层可具有单独的宽度。因此，所述多个层中的至少两个可具有不同的宽度。
此外，在一个实施例中，所述方法包括为所述多个层中的至少一个直接地或间接地指定透明度/不透明度、荧光、和/或折射率的步骤。因此，牙科修复物可不仅具有不同的所需颜色，而且还具有不同的所需透明度/不透明度、荧光、和/或折射率。这可允许用户设计合意地类似于自然牙齿的牙科修复物。
在一个实施例中，所述方法还包括提供待修复牙齿的牙齿结构的计算机模型的步骤。此类牙齿结构可涉及牙齿残桩、牙科植入物、或牙科基台。牙齿结构的计算机模型因此可包括牙齿残桩、植入物、或基台的三维外表面的表示。牙齿结构可通过牙科修复物填补成单个已修复牙齿(例如，可通过牙冠来填补)，或者可通过牙科修复物填补成两个或更多个已修复牙齿(例如，牙桥)。此外，牙齿结构可包括至少两个牙齿残桩、植入物、基台、或者它们的组合例如以用于在其上固定牙桥。
在另一个实施例中，所述方法还包括基于牙齿结构模型来提供牙科修复物的计算机模型的步骤。可以适于限定牙科修复物的形状和颜色的数据形式来提供牙科修复物模型。具体地讲，关于颜色和形状的数据优选地为彼此相关的，以便相对于形状来限定颜色的位置。可例如由用户基于牙齿结构模型来设计牙科修复物模型。具体地讲，牙科修复物模型可具有面向牙齿的表面，所述面向牙齿的表面在形状方面大体对应于牙齿结构模型的形状或牙齿结构模型的成比例缩放的形状。此外，牙科修复物模型可具有牙科修复物外表面，所述牙科修复物外表面优选地对应于成品牙科修复物的外部形状。可通过利用得自数据库的标准牙齿模型来提供牙科修复物外表面，所述数据库保持多个标准牙齿形状，所述标准牙齿形状可进行修改以匹配患者口中的特定临床情况的几何约束和要求。然而，牙科修复物外表面还可完全由用户来设计。
在一个实施例中，所述方法还可包括在虚拟咬合环境中使牙科修复物模型可视化的步骤。此类虚拟咬合环境可为牙科CAD软件的部分并且可允许模拟患者的咬合。由此，用户可检查牙科修复物模型的形状在患者的咀嚼动作期间是否适当。用户还可基于咀嚼动作期间的检查来修改牙科修复物的形状。
在一个优选的实施例中，所述方法还包括提供由多个层(其中至少两个层被指定为不同颜色)构成的牙科修复物模型的步骤，例如，牙科修复物模型可完全由所述多个层构成。这优选地允许完全利用大体同一类型的材料来制备牙科修复物，所述材料的色调被设计为类似于自然牙齿。例如，牙科修复物可完全由不同颜色的陶瓷材料或玻璃陶瓷材料制成。
在一个实施例中，所述方法还包括提供牙科饰面的计算机模型和/或提供牙科框架的计算机模型的步骤。牙科饰面的计算机模型和牙科框架的计算机模型优选地形成牙科修复物模型的多个部分。例如，牙科修复物模型的形状可用于产生牙科框架模型。具体地讲，牙科框架模型在形状方面可对应于从外部牙科修复物模型减小特定偏移量的牙科修复物模型。因此，牙科框架模型可包括面向牙齿的表面和面向饰面的表面，所述面向饰面的表面从牙科修复物外表面以间隔开的方式在牙科修复物外表面的内侧延伸。此外，牙科修复物模型的形状也可用于产生牙科饰面模型。牙科饰面模型在形状方面可对应于从外部牙科修复物模型减小特定偏移量的牙科修复物模型。牙科饰面模型可包括牙科修复物外表面和面向框架的表面，所述面向框架的表面从面向牙齿的表面以间隔开的方式在面向牙齿的表面的内侧延伸。面向饰面的表面和面向框架的表面可具有彼此大体对应的形状并且可以相邻或间隔开的方式进行布置以便在这两者间布置粘结层。
在一个实施例中，基准表面对应于牙科框架的外部形状，具体地讲，对应于面向饰面的表面。在一个实施例中，基准表面对应于牙科修复物的外部形状，具体地讲，对应于面向牙齿的表面。虚拟材料沉积工具可用于将所述多个层沉积在基准表面上(例如，面向饰面的表面上或者面向牙齿的表面上)。
在一个实施例中，所述方法包括剪切至少一个层以虚拟地切去此层中延伸到牙科修复物外表面之外的部分的步骤。这可允许用户将各个层在无需设计形状的情况下施用到牙科修复物以用于提供具有某些颜色的牙科修复物。因此，用户可独立地集中注意力来对牙科修复物进行着色以及成形。这可有利于最优化光学外观并且同时最优化牙科修复物的功能特性。
在一个实施例中，所述方法还包括提供患者牙列中的至少另一个牙齿结构或牙齿的计算机模型的步骤。此外，所述方法可包括相对于所述多个层使另一个牙齿或牙齿结构模型成比例地可视化的步骤。因此可允许用户相对于另一个可视化的牙齿结构来评价牙科修复物的颜色和形状。
在另一个实施例中，所述方法包括基于牙科修复物模型和构成牙科修复物模型的各个层来制备牙科修复物的步骤。所述方法还可包括将牙科修复物的形状和颜色信息以制备数据的形式提供给制备机器的步骤。合适的制备机器可例如为累叠机或快速成型机，所述累叠机或快速成型机可允许根据限定在制备数据中的形状和颜色来累叠牙科修复物或其前体。通过焙烧，前体可例如被精整而形成成品牙科修复物。在这种情况下，前体的着色可并不精确地对应于成品修复物的所需着色，但成品修复物的所需着色可在例如焙烧之后形成。
在另一个方面，本发明整体涉及用于执行本发明的方法步骤中的任何一个的系统。具体地讲，本发明涉及用于制备牙科修复物的系统。所述系统适于使基于患者牙列中的待修复牙齿的牙齿结构和用于牙齿的牙科修复物中的至少一者的形状的三维基准表面可视化。所述系统包括用于相对于基准表面或在基准表面上沉积多个计算机模拟层的用户可操作的虚拟材料沉积工具、以及用于为所述多个计算机模拟层中的至少两个指定不同的牙齿颜色的着色功能。
在一个实施例中，所述系统包括供用户控制虚拟材料沉积工具的输入装置，例如，触摸屏、轨迹球、或计算机鼠标。
在另一个实施例中，所述系统包括用于执行本发明的方法步骤的计算机和软件。所述系统还优选地包括用于使三维计算机模型(例如，牙科修复物模型、沉积层、和基准表面)可视化的计算机屏幕。
在另一个实施例中，所述系统包括例如显示在计算机屏幕上的菜单，所述菜单具有用于启用和/或停用虚拟材料沉积工具的输入。所述系统还可具有允许用户在真彩色模式和伪彩色模式之间切换的输入，在所述真彩色模式中以类似于自然牙齿颜色的颜色来使牙科修复物和各个层可视化，在所述伪彩色模式中可以并非自然牙齿颜色的颜色(例如彩虹色色系的任何颜色)来使牙科修复物和各个层可视化。所述系统还可具有用于保持关于标准牙齿色系的数据的数据库，并且可包括用于从此标准牙齿色系选择特定颜色的输入。
附图说明
图1为患者牙列的物理模型的透视图；
图2为患者牙列的可供选择的物理模型的透视图；
图3为根据本发明的一个实施例的牙科修复物的计算机模型的透视图；
图4为相对于患者牙列的计算机模型设置的图3的计算机模型的透视图；并且
图5为根据本发明的一个实施例的系统的计算机屏幕的图示。
具体实施方式
图1示出了患者牙列的物理模型10，其在此例子中可为石膏模型。可通过将石膏材料浇注到取自患者牙齿的牙印模中来获得此类石膏模型。然而，也可通过利用快速成型机三维打印模型来获得物理模型。石膏模型10显示具有待修复牙齿11的复制品。下述说明可涉及此复制品以解释存在于患者牙列中的真实牙齿处的结构。
此例子中的待修复牙齿11为具有残桩的自然牙齿。这种牙齿残桩具有预加工表面12以用于形成待修复牙齿的外表面。可例如通过磨削掉自然牙齿物质来获得预加工表面。例如，在预加工过程中，可移除自然牙齿的龋齿区域或者可预加工牙齿以在其上固定用于相邻牙齿的修复物(例如，固定牙桥的一端部)。此外，预加工表面12通常被成形为使得可在其上接收和固定人造牙科修复物。因此，预加工表面12通常形成保存的自然牙齿与人造牙科修复物之间的接合表面。在示出的例子中，预加工待修复牙齿以用于接收牙冠(未示于此视图中)。待修复牙齿11还具有预加工边缘13，所述预加工边缘13形成预加工表面12的边界，所述预加工表面12优选地被成形为提供已修复牙齿的目测美观的外观。
可例如利用光学数字扫描仪来扫描石膏模型10，以用于提供患者牙列的计算机模型和/或特定牙齿结构(例如，待修复牙齿11的牙齿残桩)的计算机模型。此类扫描仪可例如以名称LavaTMScan ST或LavaTMC.O.S.得自德国的3M ESPE AG公司(3M ESPE AG,Germany)。优选的是，牙齿结构的计算机模型代表牙齿11的至少预加工表面12。技术人员将认识到用于提供牙科结构的计算机模型的若干可供选择的方式。例如，可在患者口中直接扫描牙齿结构以用于提供牙齿结构模型，或者可从压印模扫描牙齿结构并且取其负相。此外，可利用牙科CAD系统来设计牙齿结构。
图2示出了复制另一个患者的牙列的可供选择的石膏模型20。同样，下述说明可涉及此复制品以解释存在于患者的真实牙列中的结构。
此例子中的待修复牙齿被拔掉并且替换成牙科植入物21。牙科植入物21具有植入物头部，所述植入物头部形成用于接收牙科修复物的表面22。通常，牙科修复物经由基台固定在植入物上。因此，在可供选择的形式(未示出)中，石膏模型可另外具有基台的复制品，所述基台包括用于接收牙科修复物的表面。
可扫描石膏模型20以用于提供患者牙列的计算机模型。扫描可具体地提供植入物头部表面的计算机模型，或者作为另外一种选择提供用于接收牙科修复物的基台表面的计算机模型。这些表面中的任何一个可用作其上可直接或间接接收牙科修复物的牙齿结构。
图3示出了牙科修复物的计算机模型30。牙科修复物模型30限定在计算机模拟的面向牙齿的表面31和计算机模拟的牙科修复物外表面32之间。面向牙齿的表面31在形状方面可至少部分地对应于得自患者牙列的形状的牙齿结构模型。因此，牙齿结构模型可用于产生牙科修复物的面向牙齿的表面。例如，牙齿结构模型可以用户操作的方式或者自动地进行修改以形成牙科修复物的面向牙齿的表面，或者其可进行转换以在基本上无需修改的情况下形成面向牙齿的表面。因此，面向牙齿的表面31可被成形为使其匹配牙齿结构的形状，例如，牙齿残桩、植入物、或基台的形状。此外，面向牙齿的表面31可被成形为便于在物理牙科修复物和物理牙齿结构之间布置粘结材料，例如，面向牙齿的表面可为相对于牙齿结构模型三维缩放的(例如，放大的)。
牙科修复物外表面32可得自标准牙齿形状，所述标准牙齿形状可进行修改以匹配患者口中的相邻牙齿。这种标准牙齿形状可例如选自以计算机表面模型形式保存多个标准牙齿形状的数据库。标准牙齿形状可例如由操作者利用CAD系统来进行修改。然而技术人员可认识到提供牙科修复物外表面32的其他方式，例如，利用CAD系统来设计牙科修复物外表面32。
在此例子中，牙科修复物30包括牙科框架的计算机模型33和牙科饰面的计算机模型34，但在另一个例子(未示出)中，牙科修复物模型可形成一体部件以提供单一牙科修复物。牙科框架通常为牙科修复物提供所需的机械稳定性，而牙科饰面为牙科修复物提供合意的外观。因此，牙科框架模型33形成牙科修复物的芯，并且牙科饰面模型34至少部分地覆盖此芯。框架模型33具有计算机模拟的面向饰面的表面35，所述计算机模拟的面向饰面的表面35可对应于牙科修复物外表面32的维度减小的形状。例如，计算机模拟的面向饰面的表面35可在相对于牙科修复物外表面32大体恒定的距离处延伸。然而，在另一个例子中，计算机模拟的面向饰面的表面35可为由用户在CAD系统上设计的例如以便于满足物理框架的机械稳定性要求。此外，牙科框架模型33可形成至少部分的面向牙齿的表面31。
饰面模型34具有面向计算机模拟框架的表面36，所述面向计算机模拟框架的表面36在形状方面可对应于框架模型33的计算机模拟的面向饰面的表面35。作为另外一种选择(未示出)，饰面模型34可被成形为便于在物理框架和物理饰面之间形成粘结层，并且因此可在相对于框架模型33的计算机模拟的面向饰面的表面35大体恒定的距离处延伸。
技术人员将认识到，牙科饰面模型的形状可取决于牙科修复物模型以及牙科框架模型的形状。作为另外一种选择，牙科框架模型的形状可取决于牙科修复物模型以及牙科饰面模型的形状。
图4示出了相对于患者牙列40的相邻牙齿的计算机模型适当地定位和对准的牙科修复物模型30。在此例子中，牙科修复物模型30表示用于下颌中的牙齿的牙科修复物。然而，技术人员将认识到，在其他例子中，可同样预加工用于下颌和/或上颌中的牙齿的一个或多个牙科修复物。
在根据本发明的系统的计算机显示器上使牙科修复物模型30和邻近或相邻牙齿的计算机模型可视化。具体地讲，利用透明或半透明的牙科饰面模型34以及牙科框架模型33来使牙科修复物模型30可视化。牙科框架模型33可被显示为相对于牙科饰面模型34更加半透明或不透明。因此，可允许用户鉴别和区分所显示的牙科饰面模型34和牙科框架模型33。此外，牙科饰面模型34可被本发明的系统的光标穿透，而牙科框架模型33通常不可被光标穿透并且因而可模拟实体部分。所述系统可为光标提供虚拟材料沉积工具(例如，虚拟刷)的功能。此外，本发明的系统可被构造成使得虚拟材料沉积工具可被指定为具有材料颜色、材料厚度、和材料宽度或尺寸。CAD系统可适于使得光标能够定位在牙科饰面模型34内并且用于沉积具有限定颜色和尺寸的虚拟材料。优选的是，材料颜色、厚度、和尺寸中的每一个可由用户例如从计算机菜单(其显示离散的预定牙齿颜色)或者从离散或连续的调色板选择。此类虚拟沉积的材料优选地对应于牙科饰面模型34内的计算机模拟层。具体地讲，所述系统可适于使得初始层能够虚拟地沉积在牙科框架模型33的面向饰面的表面35上并且使得一个或多个其他层能够虚拟地沉积到初始层上。每个层可仅部分地覆盖面向饰面的表面35或先前的层。因此，允许用户为饰面模型提供单独的不均一着色，这可类似于自然牙齿的外观。
所述系统还可适于使得通过多个层模型(其中至少两层具有不同的颜色)来形成着色的牙科饰面模型。此外，所述系统可允许用户初始具有大体无色的牙科饰面模型、添加多个层模型、并且自动地产生一个或多个其他层以补充牙科饰面模型的边界。CAD系统还可允许用户添加延伸到牙科饰面模型的边界外面的层并且自动地剪切延伸到外面的部分。
在一个例子中，CAD系统可提供允许用户共同地调节所述多个层模型的特定颜色参数的功能。此类参数可例如包括亮度、对比度、基色的比例等等。因此，具有相对复杂的单独着色的牙科饰面模型可易于调节成相邻牙齿的光学外观。CAD系统还可提供允许用户将所述多个层模型的基色共同地替换成另一种基色的功能。
在另一个例子中，CAD系统可提供允许用户使用牙科饰面着色的伪彩色绘制的功能。这种伪彩色绘制优选地导致仅具有轻微差异的各个牙齿颜色显示为具有较清晰差异的颜色。例如，可将VITAPANTM色系的牙齿颜色A1和A2显示为蓝色和红色、或任何其他适当的颜色。这可有助于用户清晰地识别特定层相对于另一个层的边界。因此，可最优化成品牙科饰面的光学外观的品质。
尽管在此例子中已基于具有牙科框架和牙科饰面的牙科修复物的双部件构型来描述根据本发明的方法和系统，但技术人员将认识到，利用本发明的方法和系统同样可提供牙科修复物的单部件构型。在描述的例子中，面向饰面的表面35形成其上可沉积层的基准表面。然而，在单部件构型中，面向牙齿的表面31可用作基准表面。因此，针对牙科饰面模型描述的层叠可同样地适用于整个牙科修复物模型的层叠，但仅基于形成基准表面的面向牙齿的表面31。
图5示出了可通过本发明的系统提供的计算机屏幕的示例性布局。所述系统对患者牙列的模型1000进行可视化。所述系统还对牙科修复物模型100的前体进行可视化(示为虚线)，在该实例中所述牙科修复物模型100的前体由牙科框架模型101、以及层叠的牙科饰面模型103的前体形成。牙科框架模型101具有计算机模拟的面向牙齿的表面101a和计算机模拟的面向饰面的表面101b。计算机模拟的面向牙齿的表面101a在形状方面大体对应于自然牙齿残桩(未示出)的三维成比例放大的形状，所述自然牙齿残桩被预加工以接收牙科修复物。相对于残桩形状的放大使得在残桩和成品框架之间提供出间隙以用于容纳粘结材料，例如牙科粘固剂，所述粘结材料用于将成品框架粘附到残桩。计算机模拟的面向饰面的表面101b被提供成基准表面，且利用虚拟材料沉积工具200在通过计算机模拟的基准表面上沉积多个层102a、102b、102c、102d。所述系统允许用户在屏幕上例如经由触摸屏、轨迹球、或计算机鼠标来移动虚拟材料沉积工具200，并且将层施用到基准表面上或者已沉积的层上。由此，虚拟材料沉积工具200可允许以若干小的部分来施用层，所述若干较小部分能够手动地或自动地合并。例如，彼此接触并且具有相同颜色的沉积部分可通过所述系统自动地合并成较大部分或一个连续层。此外，所述系统优选地允许用户例如经由旋转功能来自由地旋转牙列模型1000以及牙科修复物前体模型100，所述旋转功能可通过旋转按钮201来启用。
层102a、102b、102c、102d中的每一个被指定为示于成分树202中的特定牙齿颜色。层102a、102b、102c、102d可例如以线模型的形式、以真彩色模式或伪彩色模式来进行可视化。可利用显示模式按钮205来选择相应的显示模式。此外，可使用虚拟材料沉积工具200来从提供多个标准牙齿颜色A1至D4的调色板203拾取特定颜色。所述系统还可提供虚拟再着色工具204，所述虚拟再着色工具204可允许从一个层或者从两个或更多个层的组合拾取牙齿颜色并且将拾取的颜色指定给另一个层。例如，两个叠置的不同颜色层可组合地提供新合成颜色，所述新合成颜色可被再着色工具204拾取并且指定给另一个层。所述系统另外优选地允许以类似方式来处理除颜色之外的其他特性，例如，如上所述的透明度/不透明度、层厚/尺寸等等。
此例子中的系统还使相邻牙齿110、120的模型可视化。如图所示，所述系统可按照彼此间的适当比例来使牙科修复物模型100和相邻牙齿110、120可视化。此外，可执行可视化，所述可视化包括牙科修复物模型100和相邻牙齿110、120的颜色。因此，用户可在不同的显示模式之间(例如，在真彩色模式和伪彩色模式之间)切换。因此，允许用户将牙科修复物模型100的颜色与相邻牙齿110、120的颜色进行比较并且任选地施加或修改牙科修复物模型100中的层的颜色。具体地讲，可利用模拟的色调和透明度梯度来使相邻牙齿110、120中的一者或两者可视化。例如，相邻牙齿120可具有表现出第一牙齿颜色的第一表面部分121a和表现出第二牙齿颜色的第二表面部分121b。因此，相邻牙齿110可具有表现出第三牙齿颜色的第三表面部分111a和表现出第四牙齿颜色的第四表面部分111b。所述系统可允许对相邻牙齿110、120的颜色梯度进行色调分离，以将可存在于自然牙齿上的连续颜色梯度转换成基于特定标准牙齿颜色的离散颜色区。用户可根据相邻牙齿110、120的第一、第二、第三和第四颜色来为牙科修复物模型100的特定层指定特定的颜色，以使得成品牙科修复物类似于相邻牙齿的颜色。例如，用户可在相邻牙齿110附近将第一层且在相邻牙齿120附近将第二层施用到基准表面，并且为第一层指定第三部分111a的第三颜色且为第二层指定第一部分121a的第一颜色。因此，牙科修复物可具有匹配两个相邻牙齿的颜色梯度。因此，本发明的系统可允许提供合意地装配在患者牙列中的牙科修复物。
此例子中的系统还具有某些工具以用于对牙科修复物和/或其部件进行成形或再成形。例如，所述系统可具有剪切工具206，所述剪切工具206可被启用以切掉延伸到牙科修复物模型100的边界外面的部分层。因此，允许用户在通过层叠来累积牙科修复物的过程中集中于提供具有适当着色的牙科修复物。独立于着色过程，用户可最后将牙科修复物模型剪切成其所需形状。这优选地有助于最优化牙科修复物的光学外观，并且还最优化牙科修复物的形状的精确度。此外，这可有助于最大化牙科实验室中的生产率。
所述系统还可具有合并工具207，所述合并工具207可允许将两个或更多个层合并成一个共同层。例如，可通过选择工具(未示出)来选择两个接触层并且合并工具207的启用可导致所选择的层自动地合并。其他已知的工具可得自例如现有的牙科CAD系统，例如以商品名LAVATMCAD/CAM系统得自德国3M ESPE AG(3M ESPE AG,Germany)公司的牙科CAD系统。
所述系统还可适于提供用于制备牙科修复物的数据。此类数据可包括限定牙科修复物的形状和/或着色的数据。例如，所述系统可适于为快速成型机提供数据，所述快速成型机可适于按照由本发明的系统提供的形状和对应的颜色来累积牙科修复物或其前体。

Claims (14)

1.一种制备牙科修复物的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供三维基准表面的计算机模型，所述三维基准表面基于下列中的至少一者的形状：
○患者牙列中的待修复牙齿的牙齿结构，和
○用于所述牙齿的牙科修复物，
-使所述三维基准表面可视化；
-提供用户可操作的虚拟材料沉积工具；
-利用所述虚拟材料沉积工具来相对于所述基准表面沉积多个计算机模拟层；
-为所述多个计算机模拟层中的至少两个指定不同的牙齿颜色；
-为所述多个层中的至少一个指定虚拟材料厚度；
-为所述多个层中的至少一个指定横向于所述厚度的虚拟维度；
-确定相对于所述基准表面或相对于沉积层的位置；
-将所述虚拟材料沉积工具朝向所确定的位置定位；以及
-启用所述虚拟材料沉积工具以用于将所述多个层中的一个沉积在所确定的位置处。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-任选地移动所启用的虚拟材料沉积工具从而增强层沉积；以及
-停用所述虚拟材料沉积工具以停止沉积或增强。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-提供标准牙齿色系；以及
-为所述多个层中的至少一个指定选自所述标准牙齿色系的牙齿颜色。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以类似于自然牙齿颜色的颜色或者以与自然牙齿颜色范围相关的伪彩色范围的颜色来使所述多个层可视化的步骤。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括为至少两个叠置层提供不同的牙齿颜色以通过组合所述叠置层来提供所得的牙齿颜色的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
-使表现出基准颜色的基准物体可视化；以及
-将至少一个层的牙齿颜色或者所得的牙齿颜色与所述基准颜色进行比较；以及
-基于所述比较，任选地改变至少一个所述层的牙齿颜色。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括提供与所述患者牙列中的至少一个牙齿的一种或多种颜色相关的颜色数据的步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括为所述多个层中的至少一个指定以下参数中的至少一个的步骤：
-透明度；和
-折射率。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-提供所述待修复牙齿的牙齿结构的计算机模型；以及
-提供基于所述牙齿结构模型的所述牙科修复物的计算机模型。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：
-提供牙科饰面的计算机模型；以及
-提供牙科框架的计算机模型；
-其中所述牙科饰面的计算机模型和所述牙科框架的计算机模型形成所述牙科修复物模型的多个部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述基准表面对应于所述牙科框架的外部形状，并且其中所述虚拟材料沉积工具用于将所述多个层沉积在所述基准表面上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-提供所述患者牙列中的至少另一个牙齿结构或牙齿的计算机模型，以及
-相对于所述多个层使所述另一个牙齿或牙齿结构模型成比例地可视化。
13.一种用于制备牙科修复物的系统，所述系统适于使三维基准表面可视化，所述三维基准表面基于下列中的至少一者的形状：
-患者牙列中的待修复牙齿的牙齿结构，和
-用于所述牙齿的牙科修复物，
所述系统包括用于相对于所述基准表面沉积多个计算机模拟层的用户可操作的虚拟材料沉积工具，以及用于为所述多个计算机模拟层中的至少两个指定不同的牙齿颜色的着色功能。
14.根据权利要求13所述的系统，包括供用户控制所述虚拟材料沉积工具的输入装置。
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