CN104323865B - 正畸微螺钉植入用导板及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正畸微螺钉植入用导板及其制作方法，该方法包括：从患者CBCT图像中获取牙颌数据，重建拟植入区域的颌骨和牙齿的三维图像；从预设的微螺钉三维图像数据库中获取待使用微螺钉三维图像，并将待使用微螺钉三维图像调整到预定位置；建立第一圆柱体，其方向与待使用微螺钉方向相同，其直径大于改锥头末端袖口部直径；建立引导部：在第一圆柱体周围沿其轴向形成第二圆柱体，其直径大于第一圆柱体直径，两个圆柱体同轴且等高，圆柱体面向牙槽粘膜的一端与牙槽粘膜之间设有缓冲距离；建立固位部：在植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面描画外延牙冠预定厚度涂层；建立连接部将引导部与固位部连接，得到导板三维图像并打印。
Description
技术领域
本发明涉及口腔正畸领域，尤其涉及一种正畸微螺钉植入用导板及其制作方法。
背景技术
临时骨支抗装置(Temporary Anchorage Devices，简称为TADs)是置于骨内或骨表面的用于正畸治疗的绝对支抗装置。与传统支抗装置相比，TADs具有不需要患者依从等优势。微螺钉种植体相对于其他骨种植体支抗来说，尺寸较小，具有操作简便、损伤小、价格较低的优点，是目前最常用的一类支抗种植体。利用它能辅助矫正正畸疑难病例，扩展正畸治疗的适应症。然而，在微螺钉的植入中牙根损伤、种植体与牙根接触而引起的种植体稳定性降低等问题，屡屡被发现。
近年来，结合CT，快速成型(Rapid Prototyping，简称为RP)/标准成三角代码(Standard Triangulated Language，简称为STL)等技术的计算机辅助设计和计算机辅助制作(Computer Aided Design and Computer Assisted Manufacture，简称为CAD-CAM)技术已经应用于修复性种植体的植入导板的设计和制作，此类的设计制作系统有很多，如Simplant(materialise dental，Belguim)，Nobel Guide(Nobel Biocare，USA)，ImplantMaster(I-Dent Imaging，USA)等。
为了增加微螺钉植入的准确性，目前存在利用上述系统进行正畸微螺钉植入导板的设计与制作的方法。但是，修复性种植体与正畸微螺钉在植入目的、植入部位、外部形态等方面均存在差异。修复性种植体主要是为了承载修复义齿，植入缺牙区，导板的使用目的是确保种植体有效地承担咬合力，并避开上颌窦、下牙槽神经管等结构；正畸微螺钉主要是为移动牙提供支抗，最常见的植入区为颊腭侧的牙槽间隔，导板的使用目的是避免植入微螺钉时碰触牙根及上颌窦等结构。植入部位不同决定了其固位及脱位方式不同。修复性种植体的导板有骨支持、粘膜支持和牙支持几种，而正畸微螺钉的植入导板为牙支持式或牙粘膜混合支持，牙粘膜混合支持的导板需要将包含牙根三维信息的CBCT图像与包含精度高的牙列、粘膜信息的牙合表面激光扫描图像进行配准，配准精度会影响导板介导的微螺钉的植入精度。并且，修复性种植体主要是沿牙槽嵴龈方向植入，导板主要引导的是先行钻的钻孔，而不是种植体的植入，种植体植入后不会存在导板脱位的问题；而正畸微螺钉最常见的植入区为颊腭侧的牙槽间隔，导板引导的是微螺钉的自行钻入，微螺钉植入后，其头部暴露于植入区的颊腭侧口腔粘膜之外，妨碍导板从嵴龈方向脱位。另外，上述系统仅包括修复性种植体的虚拟三维信息，修复性种植体多为直径较大的柱状；而正畸微螺钉直径较小，多为锥状，用现有的种植体三维数据来代表正畸微螺钉，误差较大。综上，利用现有的成品商业化修复性种植体植入导板制作系统进行正畸微螺钉植入不够完善。
目前，还存在利用相关的一系列图像处理和设计软件自行设计并激光快速成型出导板的方法，这种方法借鉴了修复性种植体植入导板的制作过程，图像采集及设计过程复杂，需要多个三维图像处理软件，且没能很好解决正畸微螺钉植入导板的充分固位及引导问题。
以下分别介绍两种基于CT图像的CAD-CAM正畸微螺钉植入用导板的制作过程。
1、借助于放射导板、二次CT技术以及三维重建，利用软件的布尔运算实现导板的虚拟设计，利用立体光造型技术(Stereo Lithography Apparatus，简称为SLA)实现导板的制作。其结构示意图如图1所示，该导板在使用过程中，植入孔道1对准正畸微螺钉植入部位，与牙槽粘膜紧贴，固位部2套在植入部位附近的几颗牙齿上，其中接触面21与这几颗牙齿的咬合面接触，固位部2不延伸到舌侧，需要借助于上下牙的咬合力才可以实现固位。具体制作过程如下：
(1)制作放射导板：藻酸盐印模材取模，灌注石膏模型；在石膏模型上压膜，形成放射导板的模板(模板上有放射标志点)；患者戴入模板，并拍摄CT；放射模板单独扫描CT。
(2)CT数据三维重建：采取不同阈值分别重建出牙齿、颌骨、放射导板、放射标志点。
(3)放射导板配准：将颌骨模型与放射导板模型配准在患者戴入放射导板后的位置关系上。
(4)虚拟设计微螺钉位置：利用Mimics软件的CAD工具虚拟放置直径与微螺钉相同的圆柱体，调整虚拟微螺钉的位置和植入方向。
(5)导板的CAD制作：在Mimics软件中利用CAD工具，选取虚拟微螺钉，以虚拟微螺钉的中轴为轴生成与之同轴的圆柱体，其中生成直径为5.05mm和6.05mm的两个圆柱体。直径为6.05mm的圆柱体与放射导板进行相减布尔运算，布尔运算后颊侧的圆柱体与放射导板三维模型进行相加布尔运算，在放射导板的基础上添加了颊侧导向结构，然后与直径为5.05mm的圆柱体进行相减布尔运算，形成植入的孔道结构，导板设计基本完成，沿着孔道即可植入微螺钉到虚拟位置。数据以STL格式导出，输入Magics中进行光顺和修整后，加支撑后完成设计。
(6)导板的CAM制作：由Magics导出的STL数据文件导入快速成型系统中进行快速成型制作。零件SLA加工完成后在石膏模型上试戴，并将金属袖口粘固在植入孔道中，导板制作完毕。
上述制作过程存在以下问题：
a、导板设计需利用螺旋CT数据的三维重建，CT拍摄时有较大的放射剂量，对患者健康有一定影响，同时CT拍摄的价格相对较高。采用外部标记物重叠配准，使导板制作步骤复杂化，且患者可能接受二次辐射。
b、图像处理及导板制作工艺较为复杂，制作费用相对较高。
c、导板的就位道不同决定了导板的形态不同。微螺钉植入后粘膜外微螺钉的高度为2mm以上，植入完成后，导板无法在颌向去除，需在颊向取下。这决定了导板不能延伸到舌侧，导板的左右侧需分离，进而保证植入微螺钉后导板的顺利取下。导板的外形决定了导板的固位方式不同，微螺钉导板无左右侧的相互制约固位，因此导板固位力相对较小，微螺钉导板需借助于咬合力提供固位，保证微螺钉植入时导板的稳定性。
d、正畸微螺钉直径较小，多为锥状，放置直径与微螺钉相同的圆柱体代表微螺钉，不能精确体现微螺钉在骨内与相邻牙根的位置关系。
2、另一种导板的结构示意图如图2所示，引导隧道3设计为“C”形，即半包式，固位部4为两个环状，套在植入部位两侧邻牙的颊舌侧。具体制作过程如下：
(1)CT数据三维重建：患者进行CT扫描，在CT工作站进行二次分层后，获得层厚0.2mm的一组CT图像数据，Mimics软件分别建立牙齿分离三维模型和骨皮质三维模型。
(2)surfacer软件拟合三维轮廓：将两模型组合，以STL数据通过CTM模块输入到surfacer软件中。STL数据经过surfacer软件读入后，可在显示平台直接观察重建好的三维图像，重建前须做点云数据的预处理：排除杂点，再将点云数据进行打断分层，将点云分割成一个个薄层，通过各个薄层拟合出断层封闭曲线并将这些曲线在矢量方向统一，即可将这些曲线拟合出曲面，形成三维轮廓曲面。
(3)导板三维设计：利用surfacer软件虚拟设计直径为2.0mm的圆柱体来代表微螺钉，设计微螺钉的位置和方向，使微螺钉放置于恰当位置。利用surfacer软件模板设计固位和引导隧道两个部分。根据微螺钉位置和方向设计引导隧道，使二者的方向准确一致。引导隧道的外形设计为“C”形，内径为3mm，长度为9mm，其内径与微螺钉植入手柄末端的金属袖口的外直径贴合。固位部分采用邻近种植区牙冠唇面和腭侧的表面数据，增厚1mm形成固位板。
(4)导板成型：将设计完成的STL数据输入LPS 600A激光快速成型机系统，制作导板。
上述第二种制作过程存在以下问题：
a、CT辐射强、费用高。
b、由于重建的牙尖部分存在数据缺损，所以避开牙尖区数据，以邻近牙唇、腭侧数据作为固定翼板，会导致固位不足；引导隧道为“C”形，引导不充分。
c、导板设计上需要两个软件结合，相对复杂。
d、导板的引导部与粘膜之间为零距离的贴合设计，而设计过程没有加入粘膜的信息，这样容易存在粘膜软组织的干扰，尤其在粘膜增生的情况下会影响导板正确就位，从而影响导板引导的精确性。
e、正畸微螺钉直径较小，多为锥状，放置直径与微螺钉相同的圆柱体代表微螺钉，不能精确体现微螺钉在骨内与相邻牙根的位置关系。
另外，对于上述两种导板设计，为了方便导板脱位，第一种将导板不延伸到舌侧，分成左右两部分，待微螺钉植入后将两部分分离脱位，第二种是仅利用颊舌侧固位，固位部固位不足。并且，第一种导板设计引导部与粘膜紧贴，不能观察植入过程，第二种将引导部设计为半包式，两种导板设计均有可能不能对植入过程完整引导，存在引导不足的缺点。
发明内容
本发明提供了一种正畸微螺钉植入用导板及其制作方法，以至少解决现有的正畸微螺钉植入用导板存在引导不足，固位不充分且制作过程复杂的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种正畸微螺钉植入用导板的制作方法，包括：从患者的CBCT图像中获取牙颌CBCT三维数据，采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像；从预先建立的正畸微螺钉三维图像数据库中获取待使用的正畸微螺钉的三维图像，并在所述颌骨和牙齿的三维图像中将所述待使用的正畸微螺钉的三维图像调整到预定位置，其中，所述预定位置是所述待使用的正畸微螺钉植入后，其头部暴露于骨皮质表面且其体部与相邻牙的牙根保持安全距离的位置；在所述颌骨和牙齿的三维图像中建立第一圆柱体，调整所述第一圆柱体的方向与所述待使用的正畸微螺钉的方向相同，其中，所述第一圆柱体的直径大于改锥头的末端袖口部的直径，所述改锥头用于携带所述待使用的正畸微螺钉；建立所述导板的引导部：在所述第一圆柱体周围沿其轴向形成第二圆柱体，所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴且高度相同，所述第二圆柱体的直径大于所述第一圆柱体的直径，两个圆柱体面向牙槽粘膜的一端与所述牙槽粘膜之间设有缓冲距离；建立所述导板的固位部：在所述待使用的正畸微螺钉的植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面描画外延牙冠预定厚度的涂层；分别重建所述引导部与所述固位部的三维图像，并建立连接部将所述引导部与所述固位部连接，得到所述导板的三维图像，其中，所述引导部为一空心圆柱体，其空心部分为引导所述末端袖口部的通道；根据所述导板的三维图像打印所述导板。
在一个实施例中，所述待使用的正畸微螺钉的头部高度≤所述缓冲距离≤所述末端袖口部的长度，且所述引导部的高度+所述缓冲距离＞所述待使用的正畸微螺钉的长度。
在一个实施例中，所述第一圆柱体的直径比所述末端袖口部的直径大0.2至0.5毫米，所述第二圆柱体的直径比所述第一圆柱体的直径大1至3毫米，所述固位部的预定厚度为1至4毫米。
在一个实施例中，在从患者的CBCT图像中获取牙颌CBCT三维数据之前，所述方法还包括：将预定厚度的蜡片放入患者上下牙列之间，拍摄所述CBCT图像。
在一个实施例中，采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像包括：根据所述预设阈值分别形成颌骨和牙列的初步图层后，在每层上进行噪点擦除，得到颌骨图层和牙列图层；根据所述颌骨图层和所述牙列图层进行重建计算，得到所述颌骨和牙齿的三维图像。
在一个实施例中，在建立第一圆柱体之后，利用反求技术得到所述第一圆柱体的图层；建立所述导板的引导部和固位部是在所述牙列图层上完成的，得到第一图层，利用布尔运算减去所述颌骨图层和所述第一圆柱体的图层，得到导板图层。
在一个实施例中，使用光固化树脂材料一体成型打印所述导板。
根据本发明的另一个方面，提供了一种正畸微螺钉植入用导板，包括：引导部、连接部和固位部，所述导板是一体成型的；所述引导部，为一空心圆柱体，其空心部分为引导改锥头的末端袖口部的通道，所述空心部分的直径大于所述末端袖口部的直径，所述改锥头用于携带正畸微螺钉；所述引导部面向牙槽粘膜的一端与所述牙槽粘膜之间设有缓冲距离；所述固位部，通过所述连接部固定在所述引导部的侧面，所述固位部包裹在所述正畸微螺钉植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面。
在一个实施例中，所述正畸微螺钉的头部高度≤所述缓冲距离≤所述末端袖口部的长度，且所述引导部的高度+所述缓冲距离＞所述正畸微螺钉的长度。
在一个实施例中，所述空心部分的直径比所述末端袖口部的直径大0.2至0.5毫米，所述引导部的外径比内径大1至3毫米，所述固位部的厚度为1至4毫米。
在一个实施例中，所述导板使用光固化树脂材料。
通过本发明的正畸微螺钉植入用导板及其制作方法，利用CBCT扫描数据，降低放射辐射。建立正畸微螺钉的三维信息库，在软件系统中加入微螺钉三维信息，以有利于确定微螺钉与牙颌三维解剖结构间的位置关系，并制定出更合理的模拟微螺钉植入方向、深度的方案。使用一种软件可以实现导板的设计制作，简化三维图像基础上的正畸微螺钉植入用导板的设计制作过程，降低成本。导板外形设计更有利于正畸微螺钉的植入，固位部利用邻牙的轴面与咬合面联合固位，固位充足；引导部与植入部位粘膜间设计缓冲距离，使得引导更充分，能够直观看到植入过程，且植入完成后导板可以顺利脱位。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是现有技术的正畸微螺钉植入用导板的结构示意图一；
图2是现有技术的正畸微螺钉植入用导板的结构示意图二；
图3是本发明实施例的正畸微螺钉植入用导板的制作方法的流程图；
图4是本发明实施例的正畸微螺钉植入用导板的结构示意图(正视图)；
图5是本发明实施例的正畸微螺钉植入用导板的结构示意图(左视图)。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
就辐射剂量和重建图像的精度而言，基于CBCT图像的外科植入导板将更加有益于正畸临床。CBCT是一种用来显示牙颌面区域的三维结构的技术，相比传统的CT，CBCT具有低费用、低辐射、高精度等优势。
鉴于CBCT图像的上述优点，本发明实施例提供了一种正畸微螺钉植入用导板的制作方法，该制作方法可以使用以下三维重建软件进行处理，例如，Mimics软件或者Simplant软件，无需再借助于第二种软件，即仅使用一种软件可以实现导板的设计与制作，简化了过程，降低了成本。
图3是本发明实施例的正畸微螺钉植入用导板的制作方法的流程图。如图3所示，该方法包括如下步骤：
步骤S301，从患者的CBCT图像中获取牙颌CBCT三维数据，采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像。在拍摄CBCT图像时，可以将一定厚度的蜡片放入患者上下牙列之间，防止咬合状态上下牙合面牙尖影像干扰。
步骤S302，从预先建立的正畸微螺钉三维图像数据库中获取待使用的正畸微螺钉的三维图像，并在颌骨和牙齿的三维图像中将待使用的正畸微螺钉的三维图像调整到预定位置，其中，预定位置是待使用的正畸微螺钉植入后，其头部暴露于骨皮质表面且其体部与相邻牙的牙根保持安全距离的位置。正畸微螺钉的头部暴露于口腔内，用于正畸中连接矫正装置，正畸微螺钉的体部植入颌骨内，作为桩子，体部设计为带螺纹的圆锥体形。安全距离指的是正畸微螺钉的体部不触碰相邻牙根，避免造成牙根损坏的距离。
正畸微螺钉直径较小，多为锥状，现有技术中放置直径与微螺钉相同的圆柱体代表微螺钉，从而不能精确体现微螺钉在骨内与相邻牙根的位置关系。本实施例中预先建立的正畸微螺钉三维图像数据库可以包括临床常用的正畸微螺钉的数字化虚拟图像，使用该数据库中正畸微螺钉的图像，有利于确定微螺钉与牙颌三维解剖结构间的位置关系，并制定出更合理的模拟微螺钉植入方向、深度的方案。可以使用三维设计与绘图软件solidworks、pro-engineer或者Geomagics等软件预先建立正畸微螺钉的图像数据库，供设计导板使用。
步骤S303，在颌骨和牙齿的三维图像中建立第一圆柱体，调整第一圆柱体的方向与待使用的正畸微螺钉的方向相同，其中，第一圆柱体的直径大于改锥头的末端袖口部的直径，改锥头用于携带待使用的正畸微螺钉。
步骤S304，建立导板的引导部：在第一圆柱体周围沿其轴向形成第二圆柱体，第二圆柱体与第一圆柱体同轴且高度相同，第二圆柱体的直径大于第一圆柱体的直径，两个圆柱体面向牙槽粘膜的一端与牙槽粘膜之间设有缓冲距离。
本发明实施例中导板的引导部为空心圆柱体，其空心部分为引导改锥头的末端袖口部的通道。此处的第一圆柱体为引导部的内圆柱体，占据空心圆柱体的空心部分第一圆柱体的直径(即空心圆柱体的内径)大于改锥头的末端袖口部的直径，可以保证有足够的空间去引导携带有正畸微螺钉的改锥头。此处的第二圆柱体为引导部的外圆柱体，第二圆柱体的直径大于第一圆柱体的直径，二者直径差值的一半是引导部的壁厚，即引导部具有一定厚度，保证引导充分。缓冲距离使得引导部没有贴合牙槽粘膜，设计过程无需加入牙槽粘膜信息，也不会存在粘膜软组织的干扰，更不会因粘膜增生影响导板正确就位，从而不会影响导板引导的精确性。
步骤S305，建立导板的固位部：在待使用的正畸微螺钉的植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面描画外延牙冠预定厚度的涂层。外形高点即牙冠最宽的部分，合方是远离牙肉的部分。
步骤S306，分别重建引导部与固位部的三维图像，并建立连接部将引导部与固位部连接，得到导板的三维图像。
上述步骤S303至步骤S306是设计导板的过程。
步骤S307，根据导板的三维图像打印导板。
通过本实施例的正畸微螺钉植入用导板的制作方法，利用CBCT扫描数据，可以降低放射辐射。建立正畸微螺钉的三维信息库，在软件系统中加入微螺钉三维信息，以有利于确定微螺钉与牙颌三维解剖结构间的位置关系，并制定出更合理的模拟微螺钉植入方向、深度的方案。使用一种软件可以实现导板的设计制作，简化了三维图像基础上的正畸微螺钉植入用导板的设计制作过程，降低了成本。导板的外形设计更符合微螺钉植入，即保证固位充足，引导充分。
具体的，导板设计中，固位部利用牙齿的咬合面，使固位部与邻牙的咬合面及外形高点合方的颊舌面相嵌合，使固位更充足。引导部为内径比携带微螺钉的管状植入杆(即改锥)直径大的圆管，圆管与颊舌侧植入区保持一定距离(即缓冲距离)，缓冲距离的设计不仅保证微螺钉植入后导板能顺利脱位，而且在植入时中可以直观看到微螺钉旋入植入区的过程，避免盲钻下易于出现的粘膜堆积。并且，正畸微螺钉植入引导主要是导板引导部对携带微螺钉的植入杆最大直径的圆柱体部分的引导，在导板的引导部长度相同的情况下，此种空间预留设计使得引导部对植入杆的引导更加贯穿微螺钉植入的始终。另外，这种与粘膜不贴合的设计使得导板单纯依赖牙支持，不需要粘膜的三维信息，仅利用能包含牙、牙根、颌骨三维信息的CBCT信息就可以完成导板的设计制作，不需要CBCT三维图像与牙合表面激光扫描三维图像的重叠配准，避免了配准误差对引导植入精确度的影响。
在一个实施例中，缓冲距离满足以下条件：待使用的正畸微螺钉的头部高度≤缓冲距离≤改锥头末端袖口部的长度，且引导部的高度+缓冲距离＞待使用的正畸微螺钉的长度。由此，在正畸微螺钉刺入牙槽粘膜到完全旋入牙槽骨的整个植入过程中，可以保证改锥头末端袖口一直处于导板的引导部中，提供充分的植入引导。
在一个实施例中，第一圆柱体的直径比改锥头末端袖口部的直径大0.2至0.5毫米。这样，既不会间隙过大，使改锥头末端袖口部晃动，影响植入的准确度，也不会间隙过小，引导部内壁与正畸微螺钉产生摩擦，影响正畸微螺钉的旋入。优选的，第一圆柱体的直径比改锥头末端袖口部的直径大0.5毫米。
在一个实施例中，第二圆柱体的直径比第一圆柱体的直径大1至3毫米。即空心圆柱体内径与外径之差为1至3毫米。此数值太小，引导部易坏，不能充分引导，此数值太大，则引导部体积变大，可能导致患者产生异物感。优选的，第二圆柱体的直径比第一圆柱体的直径大2毫米。
在一个实施例中，固位部的预定厚度为1至4毫米。此数值太小，固位部易坏，不能充分固位，此数值太大，则固位部体积大，可能导致患者产生异物感。优选的，固位部的预定厚度为3毫米。
步骤S301中采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像可以通过以下方式实现：根据预设阈值分别形成颌骨和牙列的初步图层后，在每层上进行噪点擦除，得到颌骨图层和牙列图层；根据颌骨图层和牙列图层进行重建计算，得到颌骨和牙齿的三维图像。进行噪点擦除，可以减少数据干扰，得到比较准确的三维图像。
预设阈值即重建阈值，也称为CT值，CT值是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，通常称亨氏单位(Hounsfield Unit，简称为HU)。CT值代表X线穿过组织被吸收后的衰减值，用于定量衡量组织对于X光的吸收率，其单位为CT值不是一个绝对的值，而是一个相对值。不同组织的CT值各异，各自在一定范围内波动，例如，骨骼的CT值最高，为1000HU；软组织的CT值为20～70HU，水的CT值为0(±10)HU，脂肪的CT值为-50～-100HU，空气的CT值为-1000HU。
以重建牙列为例，选取CT值在1100～2061范围内的组织重建，能较准确的得到牙列的三维图像。这个范围的选取参考以下两点：Mimics软件自身默认的不同组织的重建范围，以及之前的研究中根据经验得到的不同阈值下重建图像与实体间的最相近的阈值范围。重建颌骨可以选取CT值范围为270-2061，这样，颌骨的重建CT值范围大于牙列的重建CT值范围，则颌骨的三维图像中会包含牙列的图像。
牙列图层的作用主要用于显示牙根，根据牙根位置植入正畸微螺钉，避免接触牙根，造成牙根的损坏。
在一个实施例中，在步骤S303建立第一圆柱体之后，还利用反求技术(软件中自带的功能)得到第一圆柱体的图层。建立导板的引导部和固位部是在牙列图层上完成的，得到第一图层，利用布尔运算减去颌骨图层和第一圆柱体的图层，得到导板图层。
优选地，可以使用光固化树脂材料一体成型打印导板。光固化树脂材料能分层固化打印出实体导板，具有足够的强度能引导微螺钉植入，且价格低廉，无毒性，能临时用于口腔内。
另外，使用无弹性的光固化树脂材料、连接部的设计以及一体成型打印导板，可以保证缓冲距离的存在。
本发明实施例还提供了一种正畸微螺钉植入用导板，基于上述实施例的正畸微螺钉植入用导板的制作方法制作出来。如图4和图5所示，该正畸微螺钉植入用导板包括：引导部10、连接部20和固位部30，导板是一体成型的；
引导部10，为一空心圆柱体，其空心部分为引导改锥头的末端袖口部40的通道，空心部分的直径大于改锥头的末端袖口部40的直径，改锥头用于携带正畸微螺钉50(正畸微螺钉50包括头部51和体部52)；引导部10面向牙槽粘膜60的一端与牙槽粘膜60之间设有缓冲距离A；
固位部30，通过连接部20固定在引导部10的侧面，固位部30包裹在正畸微螺钉50植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面。
通过本实施例的正畸微螺钉植入用导板，固位部30利用牙齿的咬合面，使固位部30与邻牙的咬合面及外形高点合方的颊舌面相嵌合，使固位更充足。引导部10为比携带正畸微螺钉50的管状植入杆(即改锥)直径大的圆管(即空心圆柱体)，圆管与颊舌侧植入区(其表面是牙槽粘膜60)保持一定距离(即缓冲距离)，缓冲距离的设计不仅保证正畸微螺钉50植入后导板能顺利脱位，而且在植入中可以直观看到正畸微螺钉50旋入植入区的过程，避免盲钻下易于出现的粘膜堆积。并且，正畸微螺钉50植入引导主要是导板引导部10对携带正畸微螺钉50的植入杆最大直径的圆柱体部分的引导，在导板的引导部10长度相同的情况下，此种空间预留设计使得引导部对植入杆的引导更加贯穿正畸微螺钉50植入的始终。另外，这种与粘膜不贴合的设计使得导板单纯依赖牙支持，不需要粘膜的三维信息，仅利用能包含牙、牙根、颌骨三维信息的CBCT信息就可以完成导板的设计制作，不需要CBCT三维图像与牙合表面激光扫描三维图像的重叠配准，避免了配准误差对引导植入精确度的影响。
图5中，牙槽粘膜60左侧为粘膜下牙槽骨内，右侧为粘膜外。
在一个实施例中，如图5所示，缓冲距离A满足以下条件：正畸微螺钉的头部51的高度E≤缓冲距离A≤改锥头末端袖口部40的长度C，且引导部10的高度D+缓冲距离A＞正畸微螺钉50的长度B。由此，在正畸微螺钉50刺入牙槽粘膜60到完全旋入牙槽骨的整个植入过程中，可以保证改锥头末端袖口部40一直处于导板的引导部10中，提供充分的植入引导。
可以理解的是，引导部10的高度D越长，引导越充分，但是实际应用中，需要考虑到患者的感受，是否产生异物感。
在一个实施例中，空心部分的直径比改锥头末端袖口部40的直径大0.2至0.5毫米。这样，既不会间隙过大，使改锥头末端袖口部40晃动，影响植入的准确度，也不会间隙过小，引导部10内壁与正畸微螺钉50产生摩擦，影响正畸微螺钉50的旋入。优选的，空心部分的直径比改锥头末端袖口部40的直径大0.5毫米。
在一个实施例中，引导部10的外径比内径大1至3毫米。此数值太小，引导部10易坏，不能充分引导，此数值太大，则引导部10体积变大，可能导致患者产生异物感。优选的，引导部10的外径比内径大2毫米。
在一个实施例中，固位部30的厚度为1至4毫米。此数值太小，固位部30易坏，不能充分固位，此数值太大，则固位部30体积大，可能导致患者产生异物感。优选的，固位部30的厚度为3毫米。
在一个实施例中，导板使用光固化树脂材料。光固化树脂材料能分层固化打印出实体导板，具有足够的强度能引导微螺钉植入，且价格低廉，无毒性，能临时用于口腔内。
为了对上述正畸微螺钉植入用导板及其制作方法进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。
与现有的导板制作方法以及导板相比，本实施例的优势在于：降低放射线辐射，简化三维图像基础上的微螺钉植入导板的设计制作过程，导板的外形设计更符合微螺钉植入。步骤如下(通过mimics软件实现导板的设计与制作)：
(1)CBCT扫描
将一定厚度的蜡片放入患者上下牙列之间，拍摄CBCT图像，防止咬合状态上下牙合面牙尖影像干扰。
获得牙颌CBCT三维数据，采用不同的CT阈值分别重建拟植入微螺钉区域的颌骨、牙齿(包括牙根)的三维图像。其中，CT阈值分别为颌骨骨皮质(270-2061)，牙齿(1100-2061)，形成初步图层(mask0)后，利用edit工具在每层上进行噪点擦除，形成牙列图层(mask1)和颌骨图层(mask2)。利用calculate工具进行重建计算，得到清晰的部分牙列、颌骨的三维图像。
(2)获得微螺钉三维数据信息
利用solidworks软件预先描画出微螺钉三维图像，建立不同品牌、不同规格(直径、长度、外形设计(头部和体部)等)的微螺钉三维图像数据库。本步骤是预先完成的，当然，如果有新的微螺钉问世，可以随时利用软件描画其三维图像并添加到数据库中，及时更新，方便制作导板时调取三维图像。正畸微螺钉的体部设计为带螺纹的圆锥体形，正畸微螺钉的直径指的是螺纹部的最大直径，例如1.2mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm等，正畸微螺钉的长度可以为6mm、8mm、10mm、12mm等。
(3)将微螺钉三维图像导入Mimics软件，进行模拟微螺钉植入的虚拟计划。
将微螺钉三维图像的STL格式文件导入到Mimics软件中，在三维和二维窗口调整微螺钉的位置，保持微螺钉的头部暴露于骨皮质表面(即牙槽粘膜外)、体部与相邻牙的牙根维持安全距离。将微螺钉的位置固定，用Mimics软件的MEDCAD功能模块设计第一圆柱体，调整第一圆柱体的方向与微螺钉的方向完全相同；第一圆柱体的直径大于改锥头袖口部直径0.5mm。利用反求技术获得第一圆柱体的图层(mask3)。
(4)设计虚拟微螺钉植入用导板
在牙列图层(mask1)上利用edit工具逐层进行导板三维设计。
引导部设计：在第一圆柱体周围沿其长轴(即轴向)形成直径大于第一圆柱体2mm的第二圆柱体，两个圆柱体同轴且等高，面向植入部位的一端与牙槽粘膜之间设计一段缓冲距离，该缓冲距离的标准如下：微螺钉的头部高度预留的缓冲距离≤携带微螺钉的改锥头末端袖口的长度(改锥头末端袖口为改锥头的最大直径部分，为被引导的对象)，且引导部长度+缓冲距离＞微螺钉的长度。
固位部设计：在牙列图层(mask1)上的微螺钉植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面描画外延牙冠3mm左右的涂层。
这样形成新的图层(mask4)，利用布尔运算减去mask2(mask2中包括牙列，所以无需再减去mask1)，再减去mask3，即得到导板的图层(mask5)，利用calculate工具重建引导部与固位部三维图像。在三维窗口进行三维图像修改，将引导部与固位部连接。
(5)RP制作出微螺钉植入用导板
将三维导板的STL文件输出，利用三维快速成型机(例如，30pro型object Lo.Itd)打印出导板实体。
综上所述，通过本发明实施例的正畸微螺钉植入用导板及其制作方法，导板外形设计更有利于正畸微螺钉的植入，固位部利用邻牙的轴面与咬合面联合固位，固位充足；引导部与植入部位粘膜间设计缓冲距离，使得引导更充分，能够直观看到植入过程，且植入完成后导板可以顺利脱位。制作过程简单。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，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例而已，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 (10)
1.一种正畸微螺钉植入用导板的制作方法，其特征在于，包括：
从患者的锥形束计算机扫描CBCT图像中获取牙颌CBCT三维数据，采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像；
从预先建立的正畸微螺钉三维图像数据库中获取待使用的正畸微螺钉的三维图像，并在所述颌骨和牙齿的三维图像中将所述待使用的正畸微螺钉的三维图像调整到预定位置，其中，所述预定位置是所述待使用的正畸微螺钉植入后，其头部暴露于骨皮质表面且其体部与相邻牙的牙根保持安全距离的位置；
在所述颌骨和牙齿的三维图像中建立第一圆柱体，调整所述第一圆柱体的方向与所述待使用的正畸微螺钉的方向相同，其中，所述第一圆柱体的直径大于改锥头的末端袖口部的直径，所述改锥头用于携带所述待使用的正畸微螺钉；
建立所述导板的引导部：在所述第一圆柱体周围沿其轴向形成第二圆柱体，所述第二圆柱体与所述第一圆柱体同轴且高度相同，所述第二圆柱体的直径大于所述第一圆柱体的直径，两个圆柱体面向牙槽粘膜的一端与所述牙槽粘膜之间设有缓冲距离；
建立所述导板的固位部：在所述待使用的正畸微螺钉的植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面描画外延牙冠预定厚度的涂层；
分别重建所述引导部与所述固位部的三维图像，并建立连接部将所述引导部与所述固位部连接，得到所述导板的三维图像，其中，所述引导部为一空心圆柱体，其空心部分为引导所述末端袖口部的通道；
根据所述导板的三维图像打印所述导板。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待使用的正畸微螺钉的头部高度≤所述缓冲距离≤所述末端袖口部的长度，且所述引导部的高度+所述缓冲距离＞所述待使用的正畸微螺钉的长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一圆柱体的直径比所述末端袖口部的直径大0.2至0.5毫米，所述第二圆柱体的直径比所述第一圆柱体的直径大1至3毫米，所述固位部的预定厚度为1至4毫米。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在从患者的CBCT图像中获取牙颌CBCT三维数据之前，所述方法还包括：将预定厚度的蜡片放入患者上下牙列之间，拍摄所述CBCT图像。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用预设阈值重建拟植入正畸微螺钉区域的颌骨和牙齿的三维图像包括：
根据所述预设阈值分别形成颌骨和牙列的初步图层后，在每层上进行噪点擦除，得到颌骨图层和牙列图层；
根据所述颌骨图层和所述牙列图层进行重建计算，得到所述颌骨和牙齿的三维图像。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
在建立第一圆柱体之后，利用反求技术得到所述第一圆柱体的图层；
建立所述导板的引导部和固位部是在所述牙列图层上完成的，得到第一图层，利用布尔运算减去所述颌骨图层和所述第一圆柱体的图层，得到导板图层。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，使用光固化树脂材料一体成型打印所述导板。
8.一种利用权利要求1所述方法制作的正畸微螺钉植入用导板，其特征在于，包括：引导部、连接部和固位部，所述导板是一体成型的；
所述引导部，为一空心圆柱体，其空心部分为引导改锥头的末端袖口部的通道，所述空心部分的直径大于所述末端袖口部的直径，所述改锥头用于携带正畸微螺钉；所述引导部面向牙槽粘膜的一端与所述牙槽粘膜之间设有缓冲距离；
所述固位部，通过所述连接部固定在所述引导部的侧面，所述固位部包裹在所述正畸微螺钉植入部位的一邻牙轴面外形高点的合方与咬合面；
所述空心部分的直径比所述末端袖口部的直径大0.2至0.5毫米，所述引导部的外径比内径大1至3毫米，所述固位部的厚度为1至4毫米。
9.根据权利要求8所述的正畸微螺钉植入用导板，其特征在于，所述正畸微螺钉的头部高度≤所述缓冲距离≤所述末端袖口部的长度，且所述引导部的高度+所述缓冲距离＞所述正畸微螺钉的长度。
10.根据权利要求8或9所述的正畸微螺钉植入用导板，其特征在于，所述导板使用光固化树脂材料。
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