CN106725936A - 一种基于云技术的牙科3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云技术的牙科3D打印系统，其具有：口腔数据采集部，其能够分别获得牙龈及牙齿表面图像数据以及牙齿硬组织图像数据；口腔数据处理部，其用于进行三维图像重组分析，以获得三维种植体结构数据；口腔数据云存储部，其能够实时对三维种植体结构数据进行同步云端存储及调用；3D打印部，其通过数接收据传输部接收三维种植体结构数据并基于该数据进行3D打印动作；以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。本发明通过对患者口腔三维数据进行采集及自适应比对修正，提高了数据采集过程的准确性；同时将口腔扫描、口腔图像处理和3D打印技术有效整合起来，实现了标准化、高效化、精确化的诊疗技术。

Description

一种基于云技术的牙科3D打印系统

技术领域

本发明涉及牙科种植体制造技术，具体的说是涉及一种基于云技术的牙科3D打印系统。

背景技术

在口腔医学领域，特别是种植体修复等方面，临床上应用较多的为传统导板，它制作简单，成本低廉，但它只在一定程度上考虑了种植修复后的效果和颌骨的解剖结构，对于多牙缺失、颌骨骨量不足的情况还存在一定的局限性。要达到良好的种植修复效果，主要取决于术前仔细检查缺牙部位牙槽嵴的高度、宽度、骨密度以及周围重要解剖结构，做出正确的诊断和治疗计划，并把术前设计准确转移到手术中，尽管经验丰富的医生能根据X线影像在手术中较准确的把握种植体位置、方向和深度，但由于颌骨解剖结构的个体差异，放射条件的限制再加上术中体位和视野的限制，使实际种植位置与预测种植位置易发生偏差，这种情况下易造成植入区骨穿孔及临近重要解剖结构如下牙槽神经管、上颌窦、切牙孔、临牙的损伤。且种植体位置不当也影响上部结构的修复，从而影响修复后的功能和美观。因此可以说尽管口腔种植技术得到了发展，在核心技术上也逐渐得到突破和应用，但依然需要有高技术水平、操作经验丰富的医师进行数小时的仔细工作，需要进行诊断、麻醉、种植体选择、牙模灌注、临时冠设计制作、假牙修饰装配等高强度工作。这也就是目前口腔种植“高价格、高风险”的主要原因。因此需要寻求更为便捷可靠的牙科种植体制造技术。

同时由于3D打印是一种以数字模型文件为基础运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。经过20多年的发展，该技术已更加娴熟、精确。与铸造、冲压、蚀刻等传统方法相比，3D打印技术的精确度更高，而且它能更快速地创建原型。与数控技术比较，它更节省材料，特别是在难以制作的复杂结构的模型上更显优势。由于3D打印技术的诸多优点，再加上3D打印设备价格的迅速降低，近年来3D打印技术已经应用到许多学科领域，当然医学界也不在例外。近几年已有不少报道，在口腔医学领域，3D打印技术也可运用于口腔颌面外科骨缺损的修复、口腔内科根管的重建和打印、口腔正畸隐形矫治器的制作、口腔种植中种植导板的制作。但是目前的牙科3D打印还存在着制作精度不高、数据采集过程不准确等弊端。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的基于云技术的牙科3D打印系统，其通过准确的患者口腔CT数据(Computed Tomography-电子计算机断层扫描)数据采集处理，以及便捷高效的3D打印技术有效克服了现有牙科3D打印技术的诸多缺陷并能够实现数据的同步云存储及调用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种基于云技术的牙科3D打印系统，其特征在于，具有：

口腔数据采集部，该口腔数据采集部能够分别获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据以及直接对患者的口腔进行扫描所对应的牙齿硬组织图像数据；

口腔数据处理部，该口腔数据处理部通过数接收据传输部接收牙龈及牙齿表面图像数据、牙齿硬组织图像数据并进行三维图像重组分析，以获得三维种植体结构数据；

口腔数据云存储部，该口腔数据云存储部能够实时对口腔数据采集部所采集到的两类数据以及对口腔数据处理部所获得的三维种植体结构数据进行同步云端存储及调用；

3D打印部，该3D打印部通过数接收据传输部接收所述三维种植体结构数据并基于该数据进行3D打印动作；

以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。

进一步的，作为优选

所述口腔数据采集部包括：能够获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪；

以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机。

进一步的，作为优选

所述口腔数据处理部具有：

口腔数据提取单元，该口腔数据提取单元能够自所接收到的牙龈及牙齿表面图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据同时能够自所接收到的牙齿硬组织图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据及牙齿内部图像数据；

口腔数据匹配单元，该口腔数据匹配单元能够对所述两种牙齿外部图像数据进行自适应比对并判断是否超出所设定的比对阈值，是则控制所述口腔数据采集部重新进行数据采集过程；否则直接输出牙齿内部图像数据及经自适应比对计算所获得牙齿外部图像数据；

口腔数据重组单元，基于所获得的牙齿内部图像数据及牙齿外部图像数据重新构造分析包含有牙齿内部数据以及牙齿外部数据即表面纹理结构数据的三维种植体结构数据；

以及对所述三维种植体结构数据进行本地存储的口腔数据存储单元。

进一步的，作为优选

所述口腔数据处理部还具有：

口腔环境模拟单元，该口腔环境模拟单元能够为用户提供不同口腔环境的虚拟环境数据，以便于用户基于所获得三维种植体结构数据创建三维种植体模型并进行虚拟施术；所述口腔环境模拟单元包括：

三维种植体模型创建模块，该模块能够基于所获得三维种植体结构数据自动创建三维种植体模型或者用户自行自多个预设的义齿类型中选定相匹配的种植体类型并设定相应的义齿参数；

基础口腔环境模块，该模块预存有多种标准化的口腔虚拟环境模型以便于用户选择调用；

以及施术数据耦合模块，该模块能够基于用户所输入的手术数据结合所设定的专家数据库给出当前的手术数据所对应的参考意见，所述手术数据至少包括义齿植入位置、植入深度、植入角度数据。

进一步的，作为优选

所述3D打印部具有：

一体式机架；

设置在所述一体式机架上的三轴传动部件，所述传动部件即为X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，其中，所述X轴传动部件包括X轴传动机构以及能够沿着X轴方向运动的3D打印头，所述Y轴传动部件被设置于所述X轴传动部件上，其通过Y轴传动机构带动所述X轴传动机构沿着Y轴方向运动，所述Z轴传动部件被设置于所述Y轴传动部件上，其包括Z轴传动机构以及能够沿着Z轴方向运动的打印工作台；

以及打印控制部件。

进一步的，作为优选

所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过对患者口腔三维数据进行采集及自适应比对修正，提高了数据采集过程的准确性；同时将口腔扫描、口腔图像处理和3D打印技术有效整合起来，实现了标准化、高效化、精确化的诊疗技术，从而有效克服2D扫描影像重叠容易造成医生误判等问题，并进一步降低了医生由于技艺和经验不足的风险，减少了医师的工作负荷，提高了诊疗“安全性”。

附图说明

图1为本发明所述系统对应的电路原理框图；

图2为本发明所述口腔数据处理部对应的电路原理框图。

图3为本发明所述系统对应的核心步骤流程图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

鉴于目前的口腔种植技术发展现状，即，虽然在核心技术上逐渐得到突破和应用，但依然需要有高技术水平、操作经验丰富的医师进行数小时的仔细工作，需要进行诊断、麻醉、种植体选择、牙模灌注、临时冠设计制作、假牙修饰装配等高强度工作。

因此本发明设计了一种集图像数字化采集、数据重构、环境模拟、标准化3D打印制造等技术为一体的牙科3D打印系统，具体的，如图1-图3，其具有：

口腔数据采集部，其能够分别获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据以及直接对患者的口腔进行扫描所对应的牙齿硬组织图像数据；

口腔数据处理部，其通过数接收据传输部接收牙龈及牙齿表面图像数据、牙齿硬组织图像数据并进行三维图像重组分析，以获得三维种植体结构数据；

口腔数据云存储部，其能够实时对口腔数据采集部所采集到的两类图像数据以及对口腔数据处理部所获得的三维种植体结构数据进行同步云端存储及调用；

3D打印部，其通过数接收据传输部接收所述三维种植体结构数据并基于该数据进行3D打印动作；

以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。

进一步的，作为优选

所述口腔数据采集部包括：能够获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪；以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机。通过所述口腔数据采集部即可获得患者口腔情况的精确扫描数据，即首先使用印模材对患者进行口腔取模，取模后注入石膏塑出石膏模型，使用三维扫描仪对塑出的石膏模型进行扫描，获取牙齿表面的图像即所述牙龈及牙齿表面图像数据；同时使用口腔锥形束CT机对患者进行拍片扫描，以获取一个口腔内部的三维图像即牙齿硬组织图像数据，此图像能直观地看到下颚神经的走向、牙齿及牙槽骨的结构等情况。

进一步的，作为优选

所述口腔数据处理部具有：

口腔数据提取单元，该口腔数据提取单元能够自所接收到的牙龈及牙齿表面图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据同时能够自所接收到的牙齿硬组织图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据及牙齿内部图像数据；

口腔数据匹配单元，该口腔数据匹配单元能够对所述两种牙齿外部图像数据进行自适应比对并判断是否超出所设定的比对阈值，是则控制所述口腔数据采集部重新进行数据采集过程；否则直接输出牙齿内部图像数据及经自适应比对计算所获得牙齿外部图像数据；

口腔数据重组单元，基于所获得牙齿内部图像数据及牙齿外部图像数据重新构造分析包含有牙齿内部数据以及牙齿外部数据即表面纹理结构数据的三维种植体结构数据；

以及对所述三维种植体结构数据进行本地存储的口腔数据存储单元。

上述口腔数据处理部还可通过使用三维图像处理软件实现，即通过取模扫描分别提出两种牙齿外部图像以及牙齿内部图像，通过对所述两种牙齿外部图像数据进行自适应比对后判断出在采集过程中是否存在误差或者操作失误等问题，若无则可进一步确定相应的牙齿外部图像以及牙齿内部图像来进行图像重组并进行数据处理分析，从而得到一个数据图像即创建3D打印模型所需要的三维种植体结构数据，其包含了牙齿内部情况及表面的纹理结构，利用医生进行种植体的选择与设计，并拟定合适的手术方案。

进一步的，作为优选

所述口腔数据处理部还具有：

口腔环境模拟单元，该口腔环境模拟单元能够为用户提供不同口腔环境的虚拟环境数据，以便于用户基于所获得三维种植体结构数据创建三维种植体模型并进行虚拟施术；所述口腔环境模拟单元包括：

三维种植体模型创建模块，该模块能够基于所获得三维种植体结构数据自动创建三维种植体模型或者用户自行自多个预设的义齿类型中选定相匹配的种植体类型并设定相应的义齿参数；所述义齿至少包括种植体或者修复体，义齿参数至少包括牙基底、牙冠、牙桥、牙罩冠、牙贴面、牙镶嵌等参数；从而减少了手动干预实现高效精加工模拟；

基础口腔环境模块，该模块预存有多种标准化的口腔虚拟环境模型以便于用户选择调用；所述口腔虚拟环境模型至少包括口腔种植区神经、血管分布状态、患者的上颌窦、下颌骨形状模型、牙齿完整度，即待施术的义齿其周围邻牙是否存在缺失情况等；

以及施术数据耦合模块，该模块能够基于用户所输入的手术数据结合所设定的专家数据库给出当前的手术数据所对应的参考意见以便于用户实时调整手术数据，进而实现按患者的需求进行人性化修饰的目的。所述手术数据至少包括义齿植入位置、植入深度、植入角度等数据。

进一步的，作为优选

所述3D打印部具有：

一体式机架；所述一体式机架采用铝合金材质或者工程塑料材质；

设置在所述一体式机架上的三轴传动部件，所述传动部件即为X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，其中，所述X轴传动部件包括X轴传动机构以及能够沿着X轴方向运动的3D打印头，所述Y轴传动部件被设置于所述X轴传动部件上，其通过Y轴传动机构带动所述X轴传动机构沿着Y轴方向运动，所述Z轴传动部件被设置于所述Y轴传动部件上，其包括Z轴传动机构以及能够沿着Z轴方向运动的打印工作台；

以及打印控制部件，所述打印控制部件包括主控芯片，所述主控芯片分别通过X轴驱动芯片、Y轴驱动芯片、Z轴驱动芯片控制各自所对应的驱动电机进行动作，以实现3D打印产品的精确打印过程。优选的，所述驱动芯片采用A4988驱动芯片。所述主控芯片还具有USB接口、SPI接口等多种类型数据接口。因此可见本发明充分利用3D打印优势，以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为打印模型，从而有效提高打印精度且操作更加方便。

进一步的，作为优选

所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。其还可包括SPI总线、CAN总线等多种类型数据传输总线；其还可包括GSM、wifi、USB、红外、蓝牙等多种类型数据传输形式。

综上所述，本发明根据患者口腔两类采集数据，利用自研发的三维图像处理设计并用3D打印技术制造种植手术导板；并采用图像数字化数据重构技术最只需在手术前，将患者口腔断层扫描精确数据输入到口腔数据处理部，即可进行数据比对以及三维模型的创建，并考虑在三维基础上设计环境模拟程序，如可添加创建三维种植体模型在预设的不同口腔环境中进行模拟，如选定种植体植入位置，并选择合适种植体类型，然后按照导航模板施术，植入义齿种植体和修复体，并按患者的需求进行人性化修饰。同时也通过口腔数据云存储部实现三维种植体结构数据的云端存储及调用，以便于用户可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置连接到云上方便地存取相应的口腔数据；该技术可克服2D扫描影像重叠容易造成医生误判等问题，降低了医生由于技艺和经验不足的风险，减少了医师的工作负荷，提高诊疗“安全性”，在数字化资源共享下，实现“经济化”诊疗。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于云技术的牙科3D打印系统，其特征在于，具有：

口腔数据采集部，该口腔数据采集部能够分别获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据以及直接对患者的口腔进行扫描所对应的牙齿硬组织图像数据；

口腔数据处理部，该口腔数据处理部通过数接收据传输部接收牙龈及牙齿表面图像数据、牙齿硬组织图像数据并进行三维图像重组分析，以获得三维种植体结构图像数据；

口腔数据云存储部，该口腔数据云存储部能够实时对口腔数据采集部所采集到的两类数据以及对口腔数据处理部所获得的三维种植体结构图像数据进行同步云端存储及调用；

3D打印部，该3D打印部通过数接收据传输部接收所述三维种植体结构图像数据并基于该数据进行3D打印动作；

以及为系统提供数据传输通道的数据传输部。

2.根据权利要求1所述的牙科3D打印系统，其特征在于：

所述口腔数据采集部包括：能够获得通过使用印模材对患者进行口腔取模所塑出的石膏模型所对应的牙龈及牙齿表面图像数据的三维扫描仪；

以及直接对患者的口腔进行扫描以获得所对应的牙齿硬组织图像数据的口腔锥形束CT机。

3.根据权利要求1所述的牙科3D打印系统，其特征在于：

所述口腔数据处理部具有：

口腔数据提取单元，该口腔数据提取单元能够自所接收到的牙龈及牙齿表面图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据同时能够自所接收到的牙齿硬组织图像数据中提取相应的牙齿外部图像数据及牙齿内部图像数据；

口腔数据匹配单元，该口腔数据匹配单元能够对所述两种牙齿外部图像数据进行自适应比对并判断是否超出所设定的比对阈值，是则控制所述口腔数据采集部重新进行数据采集过程；否则直接输出牙齿内部图像数据及经自适应比对计算所获得牙齿外部图像数据；

口腔数据重组单元，基于所获得的牙齿内部图像数据及牙齿外部图像数据重新构造分析包含有牙齿内部数据以及牙齿外部数据即表面纹理结构数据的三维种植体结构数据；

以及对所述三维种植体结构数据进行本地存储的口腔数据存储单元。

4.根据权利要求1所述的牙科3D打印系统，其特征在于：

所述口腔数据处理部还具有：

口腔环境模拟单元，该口腔环境模拟单元能够为用户提供不同口腔环境的虚拟环境数据，以便于用户基于所获得三维种植体结构数据创建三维种植体模型并进行虚拟施术；所述口腔环境模拟单元包括：

三维种植体模型创建模块，该模块能够基于所获得三维种植体结构数据自动创建三维种植体模型或者用户自行自多个预设的义齿类型中选定相匹配的种植体类型并设定相应的义齿参数；

基础口腔环境模块，该模块预存有多种标准化的口腔虚拟环境模型以便于用户选择调用；

以及施术数据耦合模块，该模块能够基于用户所输入的手术数据结合所设定的专家数据库给出当前的手术数据所对应的参考意见，所述手术数据至少包括义齿植入位置、植入深度、植入角度数据。

5.根据权利要求1所述的牙科3D打印系统，其特征在于：

所述3D打印部具有：

一体式机架；

设置在所述一体式机架上的三轴传动部件，所述传动部件即为X轴传动部件、Y轴传动部件以及Z轴传动部件，其中，所述X轴传动部件包括X轴传动机构以及能够沿着X轴方向运动的3D打印头，所述Y轴传动部件被设置于所述X轴传动部件上，其通过Y轴传动机构带动所述X轴传动机构沿着Y轴方向运动，所述Z轴传动部件被设置于所述Y轴传动部件上，其包括Z轴传动机构以及能够沿着Z轴方向运动的打印工作台；

以及打印控制部件。

6.根据权利要求1所述的牙科3D打印系统，其特征在于：

所述数据传输部能够为系统提供的有线和或无线传输形式数据传输通道。