CN106361452B - 一种口腔种植牙可重构导板及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种口腔种植牙可重构导板及制作方法，由可活动的钻模板和个性化基板组成，其设计、制作方法包括获取患者的口腔CBCT；患者口腔情况的全面评估；制作患者口腔部位的石膏模型并进行扫描；将石膏扫描数据与CBCT数据进行配准，重建牙齿、骨骼三维模型；制定种植计划；种植体强度分析；设计钻模板钻头相对应的标准化钻模板；设计个性化导板基体；将种植体模型导入计算机中进行虚拟种植；设计种植义齿；制作可重构导板。本发明利用种植软件进行虚拟种植不仅能缩短治疗时间，而且有利于提高种植牙的成活率；实现了种植牙钻削导板的快速制作和现场重构，钻模板的使用不仅节省了医用材料，还降低了成本，符合“绿色制造”的需求。

Description

一种口腔种植牙可重构导板及制作方法

技术领域

本发明涉及一种口腔医疗装置，具体涉及一种口腔种植牙定位导板及制作方法。

背景技术

口腔种植牙由于其稳固牢靠、不伤邻牙及舒适美观的优点而被广大缺牙患者所接受，并广泛地应用于口腔牙列缺损缺失修复中。种植义齿修复是指通过种植手术在患者缺牙区的齿槽骨上钻孔，将种植体(人工牙根)植入齿槽骨内以代替缺损的天然牙根，而后以植入的种植体为“根基”在牙槽嵴上重塑“基牙”，最后再在颌弓上设计固位体，即进行假牙重建。传统的种植义齿修复包括术前准备、剥开患者缺牙区的黏骨膜瓣、在种植受区的牙槽骨上钻孔、植入种植钉、义齿的上部结构制作和戴入等过程，修复周期长，对患者造成的伤害较大。而钻孔、植入位置及方向的规划依照患者缺牙区断层扫描图及口腔医师的临床经验和现场手感进行，容易出现钻偏等现象，从而影响种植成功率。

为此，一种由计算机辅助设计和制作的种植定位导板应运而生。口腔种植导板按其支持方式分为三种：一种是颌骨支持式，一种是黏膜支持式，还有一种是牙齿支持式。目前临床上使用的种植牙手术导板主要为一体式的导航板，板内粘连有导向管，为圆形的金属材料(钛合金或医用不锈钢等)，钻头通过该导向管在齿槽骨上钻孔。种植导板的应用不仅大大提高了钻孔位置与方向的精度，还能在减少患者痛苦的基础上缩短修复周期，使即刻种植成为可能。由于个性化设计与制作，这种导航板不能重复使用，且该导板由多种材料组成，对医用废品的处理和回收造成了一定影响。我国“十三五”规划中将提高能源资源开发利用率作为经济社会发展的主要目标之一，提出“绿色”的发展理念。显然，该种导板的使用造成了材料的浪费，不符合当今时代对“绿色发展”的要求。

设计可重构导板不仅能够减少材料的浪费，还为医用废品的处理和回收带来了一定的便利，符合“绿色制造、低碳生活”的发展理念。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种既能保证钻孔位置与方向精度，同时又能节约材料的用于牙科种植手术的可重构导板的设计与制作方法，本发明在现有技术的基础上，结合有限元软件利用三维重建技术、3D打印技术等最新技术提供了一种可重构导板的设计与制作方法。种植医师可利用种植软件(如Simplant)设计种植方案并进行虚拟种植，患者不用多次拍摄口腔部位图像，节省了医师和患者的大量时间。在设计出患者和医师都满意的义齿后，可利用3D打印技术快速制作种植牙钻削导板，并实现导板的现场重构。本发明在现有技术的基础上改变了牙科手术导板的设计与制作方法，使设计的导板更符合现代化发展的要求，同时又能满足患者个性化治疗的需求，为种植牙手术导板的设计与制作提供了新思路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种口腔种植牙可重构导板，包括可活动的钻模板和个性化基板，所述的钻模板为一个长方体块，在所述的长方体块的中心位置设有一个与牙科医用钻头进行配对使用的圆柱导向孔，所述钻头通过此孔在齿槽骨上进行钻孔；且在长方体块的其中一组相对侧面上分别有一个卡扣，用于其在个性化基板内的固定；

所述个性化基板的外型结构为口腔扫描的牙齿三维模型结构，在该模型结构上部设有与钻模板对应的方孔，在所述的方孔内设有一组相对称的卡槽，所述的卡槽与所述的卡扣配合实现钻模板的固定，在所述的三维模型结构的底部设有用于在患者口腔内部的固定的定位孔。

进一步的，所述钻模板的壁厚为1～1.5mm。

进一步的，所述卡扣的形状为长方形。

进一步的，所述卡扣的厚度为0.5mm。

进一步的，所述钻模板可重复使用。

进一步的，所述的个性化基板的材料为树脂，钻模板的材料为钛合金或医用不锈钢。

所述的口腔种植牙可重构导板的制作方法，包括以下步骤：

步骤(1)获取患者口腔CBCT数据；

步骤(2)对患者的全身及口腔情况进行全面评估，确保患者符合种植条件；

步骤(3)制作患者口腔部位的石膏模型，获取石膏模型的三维扫描数据，与步骤(1)中的CBCT数据进行配准，重建出患者口腔部位的牙齿、骨骼三维模型；

步骤(4)根据步骤(1)获取的患者口腔CBCT数据制定相应的种植计划；

步骤(5)对步骤(4)中所选的种植体进行强度分析，确定种植体型号；

步骤(6)设计钻模板：根据所选种植体的尺寸信息，确定钻模板的外部轮廓尺寸和导向孔的尺寸，设计出与钻头相对应的钻模板；

步骤(7)根据重构的牙齿骨骼三维模型得到个性化基板的内表面，根据布尔加法设计出所述基板的外表面，再根据钻模板外部轮廓尺寸在基板上生成钻模板孔，最终设计出个性化导板基体；

步骤(8)将种植体模型导入计算机中，结合牙齿、骨骼三维模型及上述步骤中设计的可重构导板三维模型在种植软件中进行虚拟种植，设计出种植窝的位置；

步骤(9)建立义齿三维有限元模型，并对其进行受力分析，设计出种植义齿三维模型；

步骤(10)制作可重构导板：用3D打印技术快速制作个性化导板基体，用CAD/CAM技术制作可活动的钻模板，将钻模板与基板组装形成可重构导板；

步骤(11)患者义齿修复。

优选的，如果制作颌骨支持式导板，则在上述步骤(3)中不需考虑口腔部位的黏膜组织。

优选的，在步骤(8)之后对借助有限元软件对可重构导板整体模型进行强度分析，如果不满足使用要求，则优化可重构导板结构，而后重复步骤(8)的操作。

优选的，步骤(10)中个性化基板的材料为树脂，钻模板的材料为钛合金或医用不锈钢。

本发明的有益效果为：

(1)提出了个性化基板与一定规格钻模板进行组合形成可重构导板的新思路：个性化基板能满足患者个性化治疗的需求，一定规格、数量的活动钻模板与牙科钻头规格相对应，可重复使用，减少了材料的浪费；

(2)本发明中导板的使用可有效地提高钻孔位置及孔径尺寸的精度，改变了以往种植牙过分依赖医师经验的传统过程，使即刻种植成为可能，无需任何愈合时间；

(3)本发明中的可重构导板应用范围较为广泛，既能用于全牙缺失患者，又能用于非全牙缺失患者，且钻模板与个性化基板组装简单，使用方便；

(4)利用3D打印技术可缩短整个可重构导板的制作周期，降低了治疗费用；

(5)3D打印技术实现了基板的快速制作和导板的现场重构，缩短了治疗周期，降低了治疗成本。

附图说明

图1为重建的患者下颌牙齿、骨骼扫描模型示意图；

图2、图3标准化钻模板示意图；

图4为个性化基板示意图；

图5为模拟种植过程示意图；

图6为可重构导板整体示意图。

图中，1.缺牙区域、2.导向孔、3.卡扣、4.卡槽、5.定位孔、6.模拟种植体，L-钻模板长度，W-钻模板宽度，H-钻模板高度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示为重建的患者下颌牙齿、骨骼扫描模型示意图，在图1中缺牙区域1如图，在患者下颌CBCT数据采集时，将对区域的数据进行采集。

口腔种植牙可重构导板的结构特征其主要由可活动的钻模板和个性化基板组成；所述的钻模板如图2、图3所示，其为中间设有圆柱形导向孔的长方体块，圆柱导向孔2位于长方体块的中心位置，与一定规格、尺寸的标准化牙科医用钻头相对应，可与标准钻头进行配对组合，钻头通过此孔在齿槽骨上进行钻孔；在钻模板的一组相对两侧面分别有一个卡扣3，用于其在基板内的固定；

钻模板的壁厚为1～1.5mm；两个卡扣对称设置，大小相等；所述卡扣3的形状为长方形，所述卡扣的厚度为0.5mm。

在图2中，钻模板宽度W如图所示，钻模板长度L和钻模板高度H如图3所示。

如图4所示，个性化基板的结构则是由钻模板与口腔扫描的牙齿(黏膜)三维模型共同决定，基板上设有与钻模板外部轮廓尺寸相对应的方孔，孔内一组相对两侧面上均有一个卡槽4，卡槽4用于钻模板的固定，与钻模板的卡扣相配合，卡扣正好卡在所述的卡槽内；基板的下方设有定位孔5，用于基体在患者口腔内部的固定。

进一步的，钻模板可重复使用。

进一步的，个性化基板的材料为树脂，钻模板的材料为钛合金或医用不锈钢。

其具体的设计与制作方法包括以下步骤：

(1)患者下颌CBCT数据采集：获取患者进行牙种植术所需的骨骼信息，包括骨密度、缺牙区骨骼高度及宽度、拟植入点至邻牙的距离、上下颌神经管位置及鼻窦位置等。

(2)口腔医师对患者的全身及口腔情况尤其是下颌部位进行全面评估，确保患者符合种植条件，并且可以配合及耐受种植过程。

(3)重建患者下颌的牙齿骨骼三维模型，重建过程包括以下步骤：

(3.1)根据CBCT数据初步得到口腔部位的牙齿、骨骼三维模型；

(3.2)制作患者口腔部位的石膏模型(包括患者缺牙区的黏膜组织)，如图1所示；

(3.3)扫描石膏模型：将石膏模型的三维扫描数据与根据CBCT数据得到的牙齿、骨骼三维模型进行配准，利用医学图像三维重建软件精确重建患者口腔部位的牙齿、骨骼(包括黏膜组织)的三维模型，如图1所示。

(4)种植医师制定种植计划：根据步骤(1)获取的患者骨骼信息及上下颌咬合关系制定相应的种植计划，这些计划应包括：术前的牙周治疗、牙槽嵴平整手术及植骨术等术前准备，种植体的数量、位置、方向，种植体规格，上部基台规格等。

(5)利用有限元软件对上述所选种植体进行强度分析，确定出种植体直径、螺距等重要参数，确定最终种植体及基台的规格型号，进而确定钻头的直径。

(6)设计可重构导板的钻模板：根据上述所选种植体型号规格，借助CAD三维设计软件设计可活动的钻模板，如图2、图3所示，进而确定钻模板的内径(即导向孔2，与标准化钻头相对应)与外径，钻模板壁厚为1～1.5mm。钻模板的两侧外壁上各有一个卡扣3，卡扣厚度为0.5mm。

(7)设计个性化基板：首先基于步骤(3)中重构的牙齿、骨骼三维模型利用布尔算法得到基板内、外表面，根据种植体相关信息及钻模板外径在基板上生成钻模板孔，孔内配有与钻模板相对应的卡槽4，最终生成导板基体。在导板基体的下方设置有定位孔5，如图4所示，设置于患者口腔内部的定位钉通过定位孔5插入牙床中以固定导板基体，将钻模板与个性化基板进行组装即形成可重构导板，如图5所示。

(8)模拟种植：

(8.1)将上述所述导板基体模型佩戴在图1所示的牙齿、骨骼三维模型上，对可重构导板进行修整，然后在缺牙区域1上设计出种植窝的初步位置；

(8.2)将步骤(5)中种植体模型(此处用模拟种植体6代替，如图5所示)导入计算机中，在上述配准后的牙齿、骨骼三维模型上模拟种植过程，对种植位置和方向进行调整，重新确定出种植窝的位置。

(9)可重构导板的有限元分析：将设计出的钻模板与个性化基板在有限元软件中进行装配，对装配体进行连接强度等相关的力学分析；如果不满足使用要求，则优化可重构导板结构，而后重复步骤(8)的操作。

(10)设计上部义齿：

(10.1)根据步骤(5)中所选基台类型、种植区空间及邻牙区牙齿形态等进行上部义齿的三维设计，建立义齿三维有限元模型；

(10.2)通过对不同材料、结构的义齿进行有限元分析，得出义齿在不同方向及大小的载荷作用下的受力特性，让患者参与到义齿的设计中，最终设计出强度高、结构优、美学效果好的种植义齿。

(11)制作可重构导板：

(11.1)首先用3D打印技术快速制作步骤(7)中导板基体，基体材料为树脂；

(11.2)用CAD/CAM技术制作可活动的钻模板，钻模板材料为钛合金或医用不锈钢，将钻模板与基板组装形成可重构导板，如图6所示。

本发明提出了个性化基板与标准化钻模板组合形成可重构导板的新思路，不仅能满足患者个性化治疗的需求，一定规格、数量的活动钻模板与牙科钻头相对应，可重复使用，同时又减少了材料的浪费；

本发明中的可重构导板应用范围广，适合用于任何支持形式的种植牙修复手术；

本发明借助3D打印技术制作基板，可实现导板的快速制作和现场重构；

本发明利用种植软件进行虚拟种植不仅能缩短治疗时间，而且有利于提高种植牙的成活率；在保证种植精度的基础上实现了种植牙钻削导板的快速制作和现场重构，钻模板的使用不仅节省了医用材料，还降低了成本，符合“绿色制造”的需求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种口腔种植牙可重构导板，其特征在于，包括可活动的钻模板和个性化基板，所述的钻模板为一个长方体块，在所述的长方体块的中心位置设有一个与牙科医用钻头进行配对使用的圆柱导向孔，所述钻头通过此孔在齿槽骨上进行钻孔；且在长方体块的其中一组相对侧面上分别有一个卡扣，用于其在个性化基板内的固定；

所述个性化基板的外型结构为口腔扫描的牙齿三维模型结构，在该模型结构上部设有与钻模板对应的方孔，在所述的方孔内设有一组相对称的卡槽，所述的卡槽与所述的卡扣配合实现钻模板的固定，在所述的三维模型结构的底部设有用于在患者口腔内部的固定的定位孔；

所述卡扣的形状为长方形；

所述钻模板可重复使用；

所述钻模板的壁厚为1～1.5mm；

所述卡扣的厚度为0.5mm。

2.如权利要求1所述的口腔种植牙可重构导板，其特征在于，所述的个性化基板的材料为树脂，钻模板的材料为钛合金或医用不锈钢。

3.如权利要求1-2任一所述的口腔种植牙可重构导板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)获取患者口腔CBCT数据；

步骤(2)对患者的全身及口腔情况进行全面评估，确保患者符合种植条件；

步骤(3)制作患者口腔部位的石膏模型，获取石膏模型的三维扫描数据，与步骤(1)中的CBCT数据进行配准，重建出患者口腔部位的牙齿、骨骼三维模型；

步骤(4)根据步骤(1)获取的患者口腔CBCT数据制定相应的种植计划；

步骤(5)对步骤(4)中所选的种植体进行强度分析，确定种植体型号；

步骤(6)设计钻模板：根据所选种植体的尺寸信息，确定钻模板的外部轮廓尺寸和导向孔的尺寸，设计出与钻头相对应的钻模板；

步骤(7)根据重构的牙齿骨骼三维模型得到个性化基板的内表面，根据布尔加法设计出所述基板的外表面，再根据钻模板外部轮廓尺寸在基板上生成钻模板孔，最终设计出个性化导板基体；

步骤(8)将种植体模型导入计算机中，结合牙齿、骨骼三维模型及上述步骤中设计的可重构导板三维模型在种植软件中进行虚拟种植，设计出种植窝的位置；

之后要对可重构导板整体模型进行强度分析，如果不满足使用要求，则优化可重构导板结构，而后重复步骤(8)的操作；

步骤(9)建立义齿三维有限元模型，并对其进行受力分析，设计出种植义齿三维模型；

步骤(10)制作可重构导板：用3D打印技术快速制作个性化导板基体，用CAD/CAM技术制作可活动的钻模板，将钻模板与基板组装形成可重构导板；

步骤(11)患者义齿修复。

4.如权利要求3所述的口腔种植牙可重构导板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：如果制作颌骨支持式导板，则在上述步骤(3)中不需考虑口腔部位的黏膜组织。

5.如权利要求3所述的口腔种植牙可重构导板的制作方法，其特征是，步骤(7)的具体过程如下：

步骤(10)中个性化基板的材料为树脂，钻模板的材料为钛合金或医用不锈钢。

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