CN108135677A - 用于制造解剖学的牙种植体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造骨替代件的方法，其中完全自动化地检测腔或骨并且基于此同样自动化地制造骨替代件。此外，可以自动化地生成关于医疗仪器的信息或导航信息。
Description
背景以及现有技术
本发明涉及一种用于制造骨替代件的方法以及一种骨替代件。
骨替代件可以被插入到人或动物的骨中，以便代替不再存在的或者将被移除的骨块。例如，当牙根由于疾病被损坏、没有功能或者另外有缺陷，或者当由于事故而导致骨头的一部分脱离了时，可能需要这种替代。
在骨替代件中，通常需要的是，在骨替代件与应当容纳该骨替代件的腔之间建立尽可能良好的配合。这能够实现无间隙的配合和持久良好的驻扎。
已知的用于制造骨替代件的方法典型地基于:借助于可以固定在该腔中的团块获得该腔的模印并且基于该模印来制造骨替代件。但是这带来了以下缺点：为此必须对患者进行手术，并且此外只有在该腔露出并且可以从外部接近时才能实现这种模印的构建。因此例如只有当牙根已从颌骨中移除了时，才能制造对牙根的替代件。由于与此关联的持续时间，这可能是对患者的明显的负担。此外，要手动执行的步骤恰好产生可能在治疗患者时导致错误的错误源。
任务和解决方案
因此本发明的任务是提供一种用于制造骨替代件的方法，该方法例如允许需要对患者更快或者更少手术的实施。此外，本发明的任务是提供一种骨替代件，其避免了现有技术已知的缺点。
这按照本发明通过根据权利要求1所述的方法以及通过根据权利要求21所述的骨替代件来实现，有利的扩展方案例如可以从从属权利要求中获得。这些权利要求的内容通过明确的引用而成为说明书的内容。
本发明涉及一种用于制造骨替代件的方法，其中该方法具有下面的步骤：
-测量在骨中的腔，以便生成输出数据，所述输出数据是针对所述腔的结构而被显示的，
-从所述输出数据中生成加工数据，其中所述加工数据是针对所述骨替代件的设定结构而被显示的，以及
-通过利用所述加工数据的自动化加工来制造所述骨替代件。
借助本发明的方法能够实现骨替代件的很大程度上的自动化制造。这可以明显减少必需的手术和整体上所需要的时间，这是对患者的明显解脱。尤其是可以使得骨替代件的制造流程进一步自动化，从而也将可能的人为错误的风险降至最低。
腔典型地可以是在人或动物的骨中的空腔，尤其是可以从外部接近的空腔。空腔可以或者是有意地（例如借助医疗仪器或通过拔牙）、也或者是无意地（例如在事故中）产生的。所述腔在该方法的范畴中典型地应当再被填充，使得在理想情况下患者在其治疗之后不再注意到在身体中存在过最初一度未填充的腔。
腔的结构尤其是可以是腔的三维结构。该三维结构可以以合适的方式通过输出数据来加以描述。例如，腔可以被转换为三维像素数据。所述腔也可以例如被描述为矢量文件。
所述加工数据典型地处于与输出数据不同的层面上。输出数据典型地基于测量，而加工数据被设计为，典型地可以将它们直接用于骨替代件的自动化制造。例如，加工数据可以涉及NC数据或CNC数据，它们可以被直接应用在用于自动化地制造骨替代件的工具机中。
按照一种实施方式，骨替代件是骨种植体或具有骨种植体。骨种植体优选是颌骨种植体，尤其是上颌骨种植体或下颌骨种植体。
骨替代件优选是牙种植体、基牙和/或假牙（人造牙冠）或者具有牙种植体、基牙和/或假牙（人造牙冠）。
术语“基牙”在本发明意义中应当理解为在牙种植体和假牙之间的连接结构或者说连接件（Mesostruktur，中构造）。在成批制造种植体的情况下，基牙尤其是用于平衡种植体的由插入引起的偏斜，以便能够将假体供给物容纳到不再存在的牙齿的理想位置中。至种植体的连接优选通过旋拧来进行，所述旋拧以旋拧通道和一定的刚度为条件。基牙例如也可以包含弹性的和/或粘性的成分。
骨替代件尤其可以是带有或者没有基牙结构的牙种植体。在这种情况下，牙种植体和基牙结构可以是一体式构造的骨替代件。
腔尤其是可以布置在用于容纳牙根的下颌骨中或者上颌骨中。这种腔典型地在健康状态中被牙根填充。如果牙齿被拔掉，则这种腔典型地是空的并且通过置入牙种植体而再被填充。由疾病或者事故引起或者出于假体原因，所述腔也可能延伸越过牙根区域。
按照一种优选实施方式，在牙根或牙根替代物和/或牙齿或牙齿替代物位于腔中期间，执行腔的测量步骤。这能够实现对于患者来说特别小的负担，因为只有当骨替代件已经制成了时才必须将牙齿拔除。从而患者不必成天带着拔除的牙齿或者说由此形成的牙洞到处走，以便等到牙种植体制成。
腔的测量步骤优选借助计算机断层扫描（CT）、磁共振断层扫描（MRT）、数字视频断层扫描（DVT）或3D扫描来执行。这种方法对于执行本发明来说被证实是有利的。尤其是这种方法使得能够对骨中的腔进行精确检测和分析，而无需为此将填充材料或其他硬化材料引入到腔中。针对这种方法，患者典型地躺到卧榻上或者坐或站在确定的位置，其中腔很大程度上被自动检测。此外，可以可靠地排除由于气泡、喜欢附着的铸模材料或其他错误源导致的错误。
优选将输出数据转换为计算机辅助设计（CAD）数据，其中基于CAD数据生成加工数据。这种CAD数据尤其可以是矢量数据。这种CAD数据使得能够以定义的结构和定义的分辨率将输出数据转化为可良好继续处理并且在需要时也可以手动加工的数据。
优选取决于腔和/或腔的位置地生成这些加工数据。这使得能够考虑腔的类型或腔的位置。例如可以在建立这些加工数据时考虑：腔是处于上颌骨中、下颌骨中、在相应颌骨的哪个部位、还是在人体或动物体的完全不同的骨中。取决于此地可以在生成加工数据时使用不同的参数，所述参数考虑各自的局部情况，例如骨的可变形性或者各自结构的可负荷性。
优选在制造骨替代件之前将有限元分析应用于这些加工数据。尤其是，这在考虑关于上颌骨、下颌骨、咬合和/或骨结构的数据的情况下进行。借助这种有限元分析可以制备数据并且可以更好地针对用于制造骨替代件的确定仪器来适配所述数据。有限元分析特别有利地支持生物力学系统例如骨、肌腱、韧带以及甚至是血管的分析。通过作为无接触成像方法的有限元分析，尤其是可以实现具有比使用常规测量方法明显更大的动态范围的测量。
“咬合”在本发明意义中尤其是理解为在上颌骨牙齿和下颌骨牙齿之间的静态和动态的接触关系。这种接触关系必须和谐/功能良好地加以构造，以避免口颌系统的损伤。在牙科中，咬合处于牙-咀嚼面的区域和相应的对抗肌中。在最宽泛的意义上，咀嚼面可以被表示为被填充的腔，其中该咀嚼面通过突起、斜面以及裂缝来表征。
按照一种优选的实施，该方法还具有在制造骨替代件之前优化和/或再设计（重新生成）加工数据的步骤。由此，骨替代件的结构可以被优化。所述优化和/或再设计可以分别既手动又自动化地（例如借助固定实施的算法）来执行。在再设计中，尤其是可以平衡可能出现的应力。
骨替代件的制造可以通过铣削和/或有生产力的制造方法（如3D打印）来进行。
按照另一种实施，骨替代件具有如下材料或者由如下材料形成，所述材料选自具有下述项的组：金属、聚合物、合成聚合物、生物聚合物（自然出现的聚合物）、陶瓷、粘合剂材料和其组合、尤其是其混合物或合成物。
骨替代件例如可以具有如下材料或者由如下材料形成，所述材料选自具有下述项的组：钛、蛋白质、胶质、胶原、多糖、黏多糖、藻朊酸盐、透明质酸、聚醚酮、聚醚醚酮、磷酸盐、磷酸钙、磷酸八钙（OCP）、磷灰石、羟基磷灰石、磷酸盐陶瓷、磷酸钙陶瓷、磷灰石陶瓷、羟磷灰石陶瓷和其组合、尤其是混合物或合成物。
骨替代件尤其是可以具有磷酸八钙（OCP）和生物聚合物（例如胶质、胶原、藻朊酸盐和/或透明质酸），或者由这些材料组成。
按照另一种实施，骨替代件被构造为钛泡沫、尤其是多孔的钛泡沫，优选开孔的钛泡沫。
尤其是，骨替代件可以具有微结构，也即带有μm范围（微米范围）内的孔大小的结构。优选地，该微结构具有＜2nm的孔大小。此外，微结构的孔可以构造为蜂巢状。
优选地，骨替代件具有微孔的钛结构，也即具有在带有μm范围（微米范围）内的孔大小的钛结构。尤其是，该骨替代件可以具有孔大小＜2nm的钛结构。此外，这些孔可以构造为蜂巢状。因此，按照本发明可以规定，骨替代件具有所谓的微蜂巢钛结构。
优选地，该方法还具有借助计算机断层扫描（CT）、磁共振断层扫描（MRT）或数字视频断层扫描（DVT）来检验在制造之后的骨替代件的步骤。由此，可以在骨替代件被提供给医生或被置入患者之前检验该骨替代件是否被正确地制造。通过这种方式可以有利地避免利用有错误的骨替代件的不必要的治疗和由此而来的对患者的负担以及另外的损伤风险。应当提到，不同于刚刚提到的其他措施也可以被用于对骨替代件的检验。尤其是可以使用也用于对腔进行测量的相同措施来用于检验骨替代件。这可以节省装置花费。
优选地，该方法还具有在制造之后对骨替代件进行再处理的步骤，而且尤其是根据检验，并且尤其是在颌骨区域、牙根区域或者牙龈接触区域上。该再处理例如可以根据或者响应于对骨替代件的检验来进行。例如，可以校正在骨替代件中识别的错误，尤其是通过去除多余的材料或者通过添加缺少的材料。即使在制造工艺范畴中可能出现的加工错误的情况下，这也允许骨替代件对腔的更好的适配。
按照一种实施，骨替代件是牙种植体或具有牙种植体。这相应于一种典型的和频繁的应用，因为牙齿经常由于不同的损伤而必须整个或者部分地被替代。此外，在该情况下，本方法是特别有利的，因为制造骨替代件所需的以及患者必要时必须带着牙洞或应急措施生活的时间可以减至最少。
优选在腔的测量步骤中也测量位于腔中的牙齿或牙齿替代物，而且尤其是用于生成另外的输出数据，所述另外的输出数据针对牙齿的结构、尤其是牙齿的表面而被显示。这使得能够将假牙的制造集成到该方法流程中。可以有利地取消附加的步骤或单独的仪器的使用。
应当理解，也可以与腔无关地测量牙齿并且例如可以使用由此获得的数据来制造假牙。这里，可以相应地采用这里描述的其他实施方式和变型方案。
此外优选的是，基于另外的输出数据来生成另外的加工数据，所述另外的加工数据针对假牙的设定结构和/或假牙冠-桥-吸收组件的设定结构而被显示。这种加工数据可以以与上面已经提及的加工数据类似的方式来加以使用，以便能够实现自动化的制造，其中在该情况下如已提及地制造假牙和/或假牙冠-桥-吸收组件。假牙冠-桥-吸收组件在此情况下尤其是理解为如下元件，其设置在假牙和牙种植体之间并且被构造用于对冲击或其他力作用进行缓冲。针对假牙的设定结构被显示的所述另外的输出数据可以有利地借助计算机辅助设计（CAD）来加以生成。对于利用其可实现的优点，参考上面给出的实施。
优选地，该方法还具有基于所述另外的输出数据来制造假牙的步骤，其中所述制造尤其是可以通过铣削和/或有生产力的制造方法（如3D打印）来进行。这使得能够实现牙种植体连同假牙的制造的特别有利的集成，其中总共只需要最小数量的加工过程。
假牙尤其是可以与牙种植体一体式地构造。这允许简单的制造和稳定的结构。然而，假牙也可以与牙种植体分离地构造，这例如可以使得能够使用特别的单独制造技术或者在牙种植体和假牙之间设置专用组件。
该方法优选还具有检验假牙的步骤，而且尤其是借助计算机断层扫描（CT）或3D扫描。由此可以以与上面已经描述的类似的方式在置入假体之前确保该假体被正确地制造。可以避免错误治疗和由此带来的并发症。
进一步优选地，该方法具有对假牙继续处理的步骤，该步骤尤其是可以包含表面处理。该继续处理在此情况下优选包含颌骨和/或牙龈接触区域的涂层、杀菌和/或封装。
借助继续处理、尤其是表面处理形式的继续处理，可以矫正可能的加工错误，使得虽然在制造中存在一定的不足，但是可以得到或者使用期望的假牙。例如可以用多孔的材料来对颌骨和/或牙龈接触区域涂层，所述材料建立了与颌骨和/或牙龈的改善的连接。杀菌可以用于去除或者杀死致病菌。封装尤其是可以为例如在邮路上发送给医生而准备假体。
该方法优选还具有确定多种仪器、尤其是外科仪器的各自类型的步骤，而且是基于输出数据、加工数据、存在或不存在牙根管、牙种植体的设计（形状）、基牙的设计（形状）和/或假牙的设计（形状）。这使得能够使用落在该方法范畴中的数据或者还有单独的数据，以便在直接预先选择需要的仪器例如钳子或钻孔器的程度上使得治疗对于医生来说变得容易。医生因此不再必须在治疗之前独立考虑他需要哪些仪器来进行治疗。例如在存在牙根管或者应当对牙根管进行加工的情况下，可以选择确定的工具组。同样可以考虑所述设计，例如在大小或者表面特性方面，以便为此使用合适的工具。
该方法优选还具有确定导航信息的步骤，而且尤其是关于下颌或上颌。该步骤尤其是可以基于输出数据、加工数据、牙根管、牙种植体的设计、基牙的设计和/或假牙的设计。这种导航信息可以是针对医生的使得其治疗变得容易的预制信息，从而他例如直接知道应当在身体或颌骨的哪个部位上进行治疗。这些导航信息也可以被制备，使得其可以直接地以电子形式被继续处理，例如用于增强现实系统。例如医生可以使用使得能够显现这种导航信息的眼镜或抬头显示器。这允许在治疗期间对医生进行引导和信息告知，而医生无需为此中断治疗来查阅信息。
本发明此外涉及骨替代件，其根据按照本发明的方法来制造或者可以根据按照本发明的方法来制造。
为了避免重复，关于骨替代件的其他特征和优点完全参考到现在为止的描述。在那里参照骨替代件所做的实施相应地是适用的。
附图的简短说明
其他特征和优点对于技术人员来说从后面参照附图所描述的实施例中得到。
在此示出：
图1：用于自动化地制造骨替代件的系统，
图2：带有腔和牙齿的牙龈，
图3：骨替代件的第一实施例，
图4：骨替代件的第二实施例。
实施例的详细描述
图1示出用于制造骨替代件10的系统100。
系统100具有计算机断层扫描仪（CT）110。在该计算机断层扫描仪之前布置卧榻120，当前患者130就躺在卧榻上。卧榻120可以被推入计算机断层扫描仪110中，使得可以借助计算机断层扫描仪110来检查患者130。这尤其是允许对在患者130的骨中的腔进行测量，其中应当针对其来制造骨替代件。尤其是可以由此测量用于容纳牙齿的腔并且也可以测量处于该腔中的牙齿。
系统100还具有计算机140，该计算机140与计算机断层扫描仪110连接以用于接收数据。计算机断层扫描仪110根据其对患者130的测量生成输出数据，这些输出数据被提供给计算机140。所述输出数据既可以是针对在患者130的骨中的腔而显示的，也可以是针对要仿制的骨（例如牙齿）而显示的，其中应当为所述牙齿来制造假体。应当提及，计算机断层扫描仪110也可以通过计算机140来加以控制。
计算机140被配置用于，将输出数据转换成计算机辅助设计（CAD）数据。可以向用户显示这些CAD数据，从而用户可以进行检验，这防止了使用错误数据的、后面的加工步骤。
为了CAD加工，生成骨替代件的所谓的3D体模型，也即虚拟模型。3D体模型通常在CAD程序中作为用于设计新的3D模型的构建基础。然而，该3D模型也可以以现有形式或通过补充来自数据库中的另外的3D模型而加以修改。
计算机140接着根据CAD数据生成加工数据，所述加工数据说明应当如何制造骨替代件。在生成加工数据时也考虑参数，如在患者130的身体中的腔的类型和腔的位置。
接着将有限元分析应用于加工数据。在这种情况下，也考虑关于在患者130的身体中的腔的位置的数据以及关于腔的可能的咬合和周围的骨结构的数据。
接着借助专用算法来优化所生成的加工数据，以便尽可能有效并且可靠地对加工数据进行后面的自动化加工和应用。
系统100此外具有工具机150。在计算机140中生成并且制备的加工数据被提供给工具机150。工具机150具有加工工具155，其以本身已知的方式容纳在工具机150中。所述加工工具尤其是涉及钻孔器或其他材料涂覆仪器。
与工具机150相邻地，系统100还具有工件支架160。骨替代件10的坯件容纳在该工件支架160中，以便将该坯件固定来用于借助加工工具155进行加工。工具机150被构造用于基于加工数据完全自动化地生成骨替代件10，而同时该骨替代件10被工件支架160所保持。
在骨替代件10的制造之后，可以将该骨替代件10单独地推入到计算机断层扫描仪110中，以便对其进行检验。为此例如可以使用专用支架。在这种情况下，又根据测量的骨替代件10来生成相应的数据，这些数据被提供给计算机140。计算机140将实际状态与设定状态相比较，并且决定：
-骨替代件10是否可以不改变地被使用，
-是否需要对骨替代件10进行再加工，或者
-骨替代件10是否被制造坏了，以致其不能被使用并且必须被清除。
对于需要再加工的情况，计算机140可以生成用于工具机150的相应的加工数据，所述加工数据允许对骨替代件10进行自动化的再加工。骨替代件10于是可以重新被插入到工件支架160中用于再加工。
图2示出了牙龈20以及构造在牙龈20中的腔25的局部。应当理解，牙龈20的结构通过牙龈20所覆盖的颌骨来设定。因此腔25也被容纳在颌骨中。牙齿30或牙齿替代物30容纳到腔25中。应当提及，这里尤其是可以涉及自然的牙龈20和自然的牙齿30。在图1中所示的装置100例如可以被用于测量腔25和/或牙齿或牙齿替代物30并且从而制造牙齿的替代物或牙齿替代物30，其以骨替代件10的形式被提供并且精确地适配到腔25中。
图3示出了人造牙形式的骨替代件10的实施例。所述牙齿在这种情况下被分为牙种植体12、假牙16和连接牙种植体12和假牙16的假牙冠-桥-吸收组件14。牙齿10的这三个组成部件12、14、16可以全部单独地借助装置100加以自动化地制造。如已经在上面提及地，可以测量腔25，由此尤其是设定牙种植体12的结构。同样，可以在计算机断层扫描仪110中测量牙齿30的结构，尤其是其表面结构，以便设定假牙16的结构。假牙冠-桥-吸收组件14可以自动化地或者也手动地在计算机140上生成。
图4示出了骨替代件10，其被构造为一体式的牙齿或牙齿替代物。因此不进行参照图3所阐述的分离成单个组成部分。相反，牙齿或牙齿替代物可以在工序中借助工具机150从坯件或原料中来制造。
为了改善在颌骨和/或牙龈中的粘附以及与颌骨和/或牙龈的融合，在颌骨和/或牙齿的牙龈接触区域施加涂层18。所述涂层涉及多孔的涂层，颌骨和/或牙龈可以长入该涂层中或者长到该涂层上。这种涂层18尤其是可以在加工之后/在加工期间借助系统100例如在化学工艺中予以施加。
应当提及，计算机140尤其是也可以与加工数据并行地生成关于要使用的医疗仪器的数据以及导航数据。对进行治疗的医生来说，这使得提供手术所需的仪器变得容易并且也能够使得他使用先进的导航设备或者辅助设备（例如具有显现相应信息的可能性的眼镜或抬头显示器）。这种实施也可以被称为增强现实。
Claims (21)
1.一种用于制造骨替代件（10）的方法，其中该方法具有下面的步骤：
-测量在骨中的腔（25），以便生成输出数据，所述输出数据是针对所述腔（25）的结构而被显示的，
-从所述输出数据中生成加工数据，其中所述加工数据是针对所述骨替代件（10）的设定结构而被显示的，以及
-通过利用所述加工数据的自动化加工来制造所述骨替代件（10）。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述腔（25）布置在用于容纳牙根的下颌骨或者上颌骨中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在牙齿或牙齿替代物（30）或牙根或牙根替代物位于所述腔（25）中期间，执行所述腔（25）的测量步骤。
4.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述腔（25）的测量步骤借助计算机断层扫描（CT）、磁共振断层扫描（MRT）或数字视频断层扫描（DVT）来执行。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
-将所述输出数据转换为计算机辅助设计（CAD）数据，以及
-基于所述CAD数据生成所述加工数据。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
-取决于所述腔（25）和/或所述腔（25）的位置来生成所述加工数据。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
-在制造所述骨替代件（10）之前将有限元分析应用于所述加工数据，
-而且尤其是在考虑关于上颌骨、下颌骨、咬合和/或骨结构的数据的情况下。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于
-在制造所述骨替代件（10）之前优化和/或再设计所述加工数据的步骤。
9.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于
-借助计算机断层扫描（CT）、磁共振断层扫描（MRT）或数字视频断层扫描（DVT）检验在所述制造之后的骨替代件（10）的步骤。
10.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于
-在制造之后尤其是根据检验，并且尤其是在牙根区域或者牙龈接触区域上对所述骨替代件（10）进行再处理的步骤。
11.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，
-所述骨替代件（10）是牙种植体或者具有牙种植体。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，
-在所述腔（25）的测量步骤中也测量位于所述腔（25）中的牙齿或牙齿替代物（30），用于生成另外的输出数据，所述另外的输出数据是针对所述牙齿（30）的结构、尤其是所述牙齿（30）的表面而被显示的。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，
-基于所述另外的输出数据来生成另外的加工数据，所述另外的加工数据是针对假牙（16）的设定结构和/或假牙冠-桥-吸收组件（14）的设定结构而被显示的。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，
-针对假牙（16）的设定结构而被显示的所述另外的输出数据借助计算机辅助设计（CAD）来生成。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于
-基于所述另外的输出数据来制造假牙（16）的步骤，
-而且尤其是通过铣削和/或有生产力的制造方法。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，
-其中所述假牙（16）与牙种植体（12）一体式地构造或者与所述牙种植体（12）分离地构造。
17.如权利要求15或16所述的方法，其特征在于
-检验所述假牙（16）的步骤，尤其是借助计算机断层扫描（CT）或3D扫描。
18.如权利要求15至17之一所述的方法，其特征在于
-对所述假牙（16）进行继续处理的步骤，尤其是通过表面处理，
-其中该继续处理优选包含颌骨或牙龈接触区域的涂层、杀菌和/或封装。
19.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于
-基于所述输出数据、所述加工数据、牙根管、种植体（12）的设计、和/或假牙（16）的设计来确定多种仪器、尤其是外科仪器的各自类型的步骤。
20.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于
-基于所述输出数据、所述加工数据、牙根管、种植体（12）的设计和/或假牙（16）的设计来确定导航信息的步骤，尤其是关于下颌骨或上颌骨的导航信息。
21.一种骨替代件，根据或者能够根据如前述权利要求之一所述的方法制造。
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