CN106510873A - 一种个性化牙种植体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种牙种植体，属于医学领域。一种个性化牙种植体，其特征在于：牙种植体包括牙根和基台，牙根形状大小与牙槽骨相匹配，牙根轴向和周向上的孔隙率梯度变化，使得牙根弹性模量与牙槽骨弹性模量相匹配，消除应力屏蔽效应，牙种植体与牙槽骨之间力传递效果更好；牙根表面矿化处理，促进牙种植体与骨骼融为一体；基台与牙根连接段向内凹陷形成穿龈凹槽，内部填充粘接剂，以提高牙种植体稳固性。本发明还涉及一种牙种植体的制造方法，其特征在于利用医学成像技术获得牙槽骨空间构型和骨弹性模量；然后反推出与之相匹配的牙种植体三维形状和弹性模量，经过3D打印一体成型，制备出形状大小和弹性模量均与牙槽骨相匹配的牙种植体。

Description

一种个性化牙种植体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种牙种植体，尤其涉及一种个性化牙种植体及其制造方法。
背景技术
随着人类平均年龄的增长，牙齿的修复工作在医学领域日益重要。而牙齿种植是牙齿修复领域的关键技术。作为外部植入口腔内的牙种植体，其与牙槽骨连接强度、自身的力学性能以及生物相容性是影响牙种植体使用效果的主要因素。
有些现有技术中采用CT成像技术，得到牙槽骨形状，然后制备出与牙槽骨形状相匹配的牙种植体，这种致密结构的钛种植体的弹性模量(110GPa)远大于骨质的弹性模量(2～18GPa)，由于弹性模量不匹配，在植入体与骨组织界面易产生应力集中和应力遮挡效应，结合界面发生慢性疲劳破坏，植入体逐渐产生松动造成牙种植体植入失败；
有些现有技术中采用CT成像技术，得到牙槽骨弹性模量，然后采用氯化钠占位的粉末共注射法使得牙种植体具备一定的孔隙率，制备出弹性模量与牙槽骨相匹配的牙种植体；但这一技术采用模具制备牙种植体，缺点在于尺寸单一，为了与牙槽骨实现完美贴合需要对牙槽骨进行手术整形，安装复杂且成功率低。
有些现有技术为了增加牙种植体安装初期的稳定性，将基台与牙根分离，首先安装牙种植体，待牙种植体与牙槽骨完全生长融合后，再安装基台。牙种植体牙根和基台为两个独立的部件，采用机加工标准化生成，牙根与基台需要密切结合，否则容易产生渗漏等不良影响，这对机器的加工精度要求高，加工成本高，后续使用也不方便；而有些现有技术实现了基台与牙根一体化，但基台体积过大使得牙种植体初期易通过基台受到上牙的咀嚼力，使得牙种植体不稳固；而基台过小避免了上牙的咬合力影响，但使得后续牙冠的安装困难，难以将牙冠牢固粘接在基台上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种个性化牙种植体及其制造方法，该牙种植体基台与牙根一体化，牙根形状大小与原始牙槽骨形状大小相匹配，牙根弹性模量与牙槽骨相匹配。
技术方案
一种个性化牙种植体，包括一体式连接的牙根和基台，其特征在于：所述牙根上下分为若干段，每段分为内外若干层，各段各层之间一体化连接；
牙根上段弹性模量小于牙根下段弹性模量，牙根上段结构强度大于牙根下段结构强度，牙根每段的外层弹性模量大于内层弹性模量，牙根每段的外层结构强度小于内层结构强度；
牙根每段每层的弹性模量和结构强度大小通过孔隙率和孔径数值进行调节，实现组合后的牙根总弹性模量与牙槽骨弹性模量相匹配。
进一步，所述牙种植体包括牙根上段和牙根下段，每段分为内外两层，所述牙种植体是利用3D打印技术结合牙槽骨三维形状一体打印成型，实现牙根外形与牙槽骨原形状大小相匹配、牙根弹性模量与牙槽骨原弹性模量相匹配。
进一步，所述牙种植体还包括基台，基台上段与牙冠相连接，基台下段与牙根一体式连接，基台下段侧面向内凹陷，使得基台与牙龈之间形成穿龈凹槽，穿龈凹槽内部用于填充粘接剂，以提高牙种植体在牙槽骨中的稳固性。
进一步，所述基台下段侧面向内凹陷的形状为U型、倒三角形或者工字形。
进一步，所述基台上段是侧面具有一个或多个切面的圆台体，切面用以增加基台与牙冠的粘接面积，提高粘接强度。
进一步，所述基台上的上表面存在凹槽，用于更进一步增加基台与牙冠的粘接面积，提高粘接强度。
一种制备上述牙种植体的方法，具体步骤如下：
a、牙种植体建模：用NMR或者CT扫描牙槽骨部分，从而获得牙槽骨基础三维外形数据和牙槽骨GV值；
b、根据牙槽骨三维数据得出牙种植体三维外形数据；根据牙槽骨弹性模量大小将牙根上下分为若干段，每段分为内外若干层，然后拟合出牙根各层弹性模量，使牙根总弹性模量与牙槽骨弹性模量相匹配，并使牙根上段弹性模量小于牙根下段弹性模量，牙根上段结构强度大于牙根下段结构强度，牙根每段的外层弹性模量大于内层弹性模量，牙根每段的外层结构强度小于内层结构强度；通过牙根每层的弹性模量计算出该层所对应的孔隙率和孔径数据；
c、利用测的的GV值计算牙槽骨弹性模量E：计算骨密度ρ：ρ＝1017*GV-a；根据骨密度计算牙槽骨弹性模量E：E＝5295*ρ-388.8；所述a、b均为经验参数，a数值大小为13～14，优选为13.2～13.4；b数值大小为386～400，优选为388～389；
d、利用步骤c得出的牙槽骨弹性模量计算出牙根各部分弹性模量，然后反推出牙根各部分孔隙率和孔径，将牙根各部分孔隙率和孔径数据加入步骤b重构出的牙种植体三维模型中，得到牙种植体整体三维数据，将牙种植体整体三维数据作为3D打印模型数据；
e、将步骤d得到的3D打印模型数据转化为3D打印仪的扫描路径，对金属粉末层进行打印，得到牙种植体毛胚；
f、将步骤d获得的牙种植体毛胚进行除除油、酸洗、碱洗、煅烧硬化和表面矿化得到牙种植体。
进一步，所述对牙种植体毛胚的除油、酸洗、碱洗、煅烧硬化和表面矿化具体操作如下：
除油：使用0.1％～3％MICRO 90清洗液清洗；
酸洗：在40～100℃温度下，使用55wt％～65wt％的浓硫酸和10wt％～20wt％的浓盐酸酸洗5～15min；
碱洗：在50℃～100℃温度下，采用2～10mol/L的NaoH水溶液浸泡5～20min；
煅烧硬化：在0.01～1Pa真空炉内，采用500℃～700℃煅烧1～6h；
表面矿化：采用包含Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO3 -、HPO4 2-、SO4 2-的溶液矿化，表面形成厚度为0.1～1μm的羟基磷灰石，然后清洗得到牙种植体。
更进一步，所述3D打印为激光束3D逐层打印；所述激光束3D逐层打印采用的打印粉末选自纯钛粉、钛合金粉末、氧化锆粉末或钽金属粉。
更进一步，所述打印金属粉末直径10～60μm。
有益效果
本发明牙种植体的牙根分为上下多段，每段分为内外若干层，各段各层孔隙率和孔径不同，使得有更多的组合方式，实现组合后的牙根总弹性模量与牙槽骨更加匹配，避免了应力屏蔽效应，减小对牙槽骨的损害，提高牙种植体的使用寿命；采用3D打印技术制造的牙根大小形状与牙槽骨相匹配，安装过程中避免了进一步对牙槽骨形状的修改，实现非手术式无痛安装；另外穿龈凹槽和骨水泥的存在使得牙种植体安装初期更加稳固，并且基台与牙冠连接端的切面设计使得二者接触面增大，结合更加牢固，这使得基台可以做的比现有技术更小，安装初期的牙种植体更加稳固性，使得基台与牙根一体成型具有实用性，避免了现有技术中基台与牙根结合不紧密导致渗漏。
附图说明
图1个性化牙种植体安装示意图；
图2个性化牙种植体结构示意图；
其中：1-牙根下段内层，2-牙根下段外层，3-牙根上段内层，4-牙根上段外层，5-穿龈凹槽，6-基台下段，7-基台上段，8-凹槽，9-基台，10-牙龈，11-牙槽骨，12-牙根。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1所示的牙种植体安装示意图，本实施例中，首先采用NMR成像技术获得待安装牙种植体的牙槽骨11的牙槽骨基础三维外形数据和牙槽骨GV值，利用牙槽骨基础外形数据重构出牙槽骨三维外形，反推出牙根三维外形数据，并增加基台9的三维外形数据，重构出完整的牙种植体三维模型。
然后利用测的的GV值计算牙槽骨骨密度ρ＝1017*GV-13.2；根据骨密度计算牙槽骨弹性模量E：E＝5295*ρ-388.8。利用牙槽骨弹性模量计算出牙根各部分，即牙根下段内层1、牙根下段外层2、牙根上段内层3和牙根上段外层4的弹性模量，然后反推出牙根上下两段内外两层各部分孔隙率和孔径，将牙根各部分孔隙率和孔径数据加入重构出的牙种植体三维模型中，得到3D打印模型数据，并将3D打印模型数据转化为3D打印仪的扫描路径，采用3D逐层扫描式激光打印设备对金属粉末逐层打印，得到牙种植体毛胚。
将获得的牙种植体毛胚进行除油、酸洗、碱洗、煅烧硬化和表面矿化得到牙种植体，具体操作如下：
除油：使用1％MICRO 90清洗液清洗；
酸洗：在75℃温度下，使用60wt％浓硫酸和15wt％浓盐酸酸洗5min；
碱洗：在50℃温度下，采用5mol/L的NaoH水溶液浸泡15min；
煅烧硬化：在0.1Pa真空炉内，采用500℃煅烧1h；
表面矿化：将牙种植体毛胚在Na+为142mol/L，K+为142mol/L；Mg2+为1.5mol/L，Ca2+为2.5mol/L；Cl-为147.8mol/L，HCO3 -为4.2mol/L；HPO4 2-为1.0mol/L，SO4 2-为0.5mol/L的矿化溶液中矿化48小时，使表面形成厚度0.75μm羟基磷灰石，然后在纯水中超声清洗得到牙种植体。
本实施例中，基台9与牙根12相连接一端称为基台下段6，与牙冠相连的一端称为基台上段7，基台下段6的直径大于基台上段7的直径，基台下段6侧面向内凹陷，使得基台下段6呈倒三角形，与牙龈之间形成穿龈凹槽5，在牙种植体安装到牙槽骨11初期，使用骨水泥将穿龈凹槽5封死，以提高牙种植体稳定性。所述基台下段6侧面向内凹陷也可以是其它的形状，比如工字形、U型，目的在于形成穿龈凹槽5封装骨水泥，以提高牙种植体初期的稳固性，而并不应该将基台下段6局限在所列举的几种形状中。
本实施例中，基台上段7侧面设置有三个位置对称的切面，同时在基台上段7的上表面设置有矩形的凹槽8。三个对称的切面和凹槽8均用于增加基台9与牙冠的接触面积，以增加基台9与牙冠的粘接强度。所述基台上段7侧面切面和凹槽8的存在目的是增加基台与牙冠的接触面积，具体实施过程中并不局限于所列举的几种具体的切面个数和凹槽形状。
上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种个性化牙种植体，包括一体式连接的牙根(12)和基台(9)，其特征在于：所述牙根(12)上下分为若干段，每段分为内外若干层，各段各层之间一体化连接；
牙根上段弹性模量小于牙根下段弹性模量，牙根上段结构强度大于牙根下段结构强度，牙根(12)每段的外层弹性模量大于内层弹性模量，牙根每段的外层结构强度小于内层结构强度；
牙根每段每层的弹性模量和结构强度大小通过孔隙率和孔径大小进行调节，实现组合后的牙根(12)总弹性模量与牙槽骨(11)弹性模量相匹配。
2.如权利要求1所述的个性化牙种植体，其特征在于：所述牙种植体包括牙根上段和牙根下段，每段分为内外两层，所述牙种植体是利用3D打印技术结合牙槽骨(11)三维形状一体打印成型，实现牙根(12)外形与牙槽骨(11)原形状大小相匹配、牙根(12)弹性模量与牙槽骨(11)原弹性模量相匹配。
3.如权利要求1所述的个性化牙种植体，其特征在于：所述基台(9)包括基台上段(7)和基台下段(6)，基台上段(7)与牙冠相连接，基台下段(6)与牙根(12)一体式连接；基台下段(6)侧面向内凹陷，使得基台下段(6)与牙龈(10)之间形成穿龈凹槽(5)，穿龈凹槽(5)内部用于填充粘接剂，以提高牙种植体在牙槽骨(11)中的稳固性。
4.如权利要求3所述的个性化牙种植体，其特征在于：所述基台上段(7)上表面设置凹槽(8)且侧面具有一个或多个切面的圆台体，切面和凹槽(8)用于增加基台上段(7)与牙冠的粘接面积，提高粘接强度。
5.一种如权利要求1所述的个性化牙种植体的制造方法，其特征在于：
所述制造方法步骤如下：
a、通过医学成像技术获得牙槽骨(11)三维数据和牙槽骨(11)的弹性模量；
b、根据牙槽骨(11)三维数据得出牙种植体三维外形数据；根据牙槽骨(11)弹性模量大小将牙根(12)上下分为若干段，每段分为内外若干层，然后拟合出牙根(12)各层弹性模量，使牙根(12)总弹性模量与牙槽骨(11)弹性模量相匹配，并使牙根上段弹性模量小于牙根下段弹性模量，牙根上段结构强度大于牙根下段结构强度，牙根(12)每段的外层弹性模量大于内层弹性模量，牙根(12)每段的外层结构强度小于内层结构强度；通过牙根(12)每层的弹性模量计算出该层所对应的孔隙率和孔径数据；
c、根据牙根每层孔隙率和孔径数据结合牙种植体三维外形数据，得出牙种植体整体三维数据；
d、采用3D打印技术，结合牙种植体整体三维数据，打印出一体成型的牙种植体。
6.如权利要求5所述的个性化牙种植体的制造方法，其特征在于：所述3D打印技术为激光束3D逐层打印，所述激光束3D逐层打印采用的打印粉末选自纯钛粉、钛合金粉末、氧化锆粉末或钽金属粉。
7.如权利要求6所述的个性化牙种植体的制造方法，其特征在于：所述打印粉末直径为10～60μm。
8.如权利要求5所述的个性化牙种植体的制造方法，其特征在于：将通过3D打印得到的牙种植体进行表面矿化处理，以形成羟基磷灰石覆膜。
9.如权利要求8所述的个性化牙种植体的制造方法，其特征在于：所述羟基磷灰石厚度为0.1～1μm。
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