CN108236508B - 一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙及制造方法，其主要包括：对获得的患牙数据进行网格调整以及曲面拟合，得到具有较为光滑的患牙模型。采用截平面将牙冠部分与牙根部分进行分开，在种植牙牙根顶部根据所需固位力设计基台，牙根底部分布着螺纹槽并嵌入多孔结构，牙根采用具有记忆效应的NiTi合金3D打印制造，经训练后具有双程效应。牙根在体温相变温度点下发生相变产生变形，种植牙整体具有自膨胀效应，可实现牙根自动充满牙床并带有预紧力，螺纹槽并嵌入多孔结构,在变形时嵌入多孔结构其变形量将超过种植体变形量，延伸到槽外形成类螺纹结构，增加接触面积，且起到固定作用，使种植牙不易发生松动。
Description
技术领域
本发明属于种植牙的技术领域，涉及一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙及制造方法。
背景技术
所谓4D打印技术，就是在传统3D打印的概念中加入了“时间”元素，被打印物体可以随着时间的推移而在形态上发生自我调整。这项技术甚至不需要打印机器，就可以直接让材料快速成型，堪称革命性技术。4D打印技术将可以应用到家具、自行车、汽车甚至是医疗领域。
NiTi合金由于具有形状记忆效应及超弹性行为，在生物医疗,航空航天,智能机器人等方面得到了广泛的应用。选区熔化3D打印具有记忆效应的NiTi合金种植牙形成了一种新型4D种植牙技术。
传统种植牙一般选用标准化的螺纹植入方式，植入体为标准化的金属部件，无论是表面结构外形还是组成上都与自然牙根有着非常大的区别，螺钉式的植入方式会对牙骨槽组织造成非常大的挤压力，且表面光滑不利于骨细胞的快速增长，严重时会导致牙骨槽萎缩。而具有多孔结构的NiTi合金的力学性能和弹性模量与人体硬组织更为接近，多孔结构降低了材料的密度，增加了材料的表面积，连通的孔隙具有类似毛细管的功能，植入后的多孔NiTi合金可以从周围环境中吸收体液并为骨细胞和血管的长入提供必要的空间，便于多孔植入物与周围骨组织的紧密结合。由于NiTi合金自身所具有的超弹性特性，收到压力作用变形后可产生恢复力，利于骨组织力的传递，刺激周围骨的生长。因此，将多孔NiTi合金作为关节植入物以及种植牙等硬组织修复体具有巨大的医学应用潜力。
然而，均匀的多孔结构无法匹配种植牙的力学要求，牙的骨质都是呈现梯度孔径的分布，有利于力的传递以及能量吸收。负泊松比结构是指在受到拉力时,结构在弹性范围内发生横向膨胀,受到压力时,发生横向收缩。由于这种特殊结构决定了其具有良好的能量吸收性能。一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙设计与制造方法，为个性化种植牙的设计提供新方法。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙及制造方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，包括下述步骤：
S1、扫描病患部位的医学影像数据，获取DICOM格式的文件，将DICOM格式的文件导入医用图像处理软件，根据阈值特征，在二维编辑里对医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像，编辑后将二维数据转换为三维数据，并导出患牙的stl格式文件；
S2、将患牙stl格式文件导入至逆向软件，对获得的患牙模型进行网格调整,删除多余的尖角特征，并进行平滑处理，去掉不需要的起伏特征，并进行精确曲面的拟合，利用四边形布点原则，得到拟合好的患牙stl模型；
S3、将患牙stl模型导入至建模软件中，进行逆向重建与正向设计，根据医学影像中牙槽窝与牙冠分离的界面，建立一个以z轴为法向的平面，利用该平面将牙冠部分与牙根部分进行分开，获得牙根和牙冠，在牙根顶部根据所需固位力设计一个具有斜度的基台，并利用布尔运算方法将牙冠部分减去对应的基台体积，获得相匹配的牙冠；
S4、在种植牙的牙根设计螺纹槽，在螺纹槽内填充多孔结构；
S5、将设计好的种植牙在激光选区熔化设备上打印，采用设定功率、扫描速度、扫描间距的参数成形种植牙，成形完成后通过固溶-时效热处理、记忆效应调质的方式获得具有良好记忆效应的种植体。
作为优选的技术方案，步骤S1中，利用CT扫描仪采集口腔上颌病患部位的医学影像数据；所述医用图像处理软件为Mimics软件。
作为优选的技术方案，步骤S2中，所述逆向软件采用Geomagic studio软件。
作为优选的技术方案，步骤S3中，所述建模软件采用Rhinoceros软件。
作为优选的技术方案，步骤S3中，所述基台的底部是以牙根顶部边缘封闭曲线内偏置1mm获得的封闭曲线，然后在该封闭曲线基础上建立一个平面，利用挤出操作建立3mm高，斜度为8°的基台。
作为优选的技术方案，步骤S5中，采用下述具体方法：
对种植牙模型进行数字化层面化，根据层面信息，通过控制系统控制在设定激光功率、扫描速度、扫描间距工艺参数作用下，NiTi合金粉末熔化，点线面成形，当前层成形后，成形区域自动下降一层，铺一层新粉，直到完成整个牙齿。
本发明基于上述制造方法制成的种植牙，包括基台、牙根和牙冠，所述牙冠设置在基台的顶部，所述牙根设置在基台的底部；所述基台是在牙根顶部根据所需固位力设计的具有斜度的基台；所述牙根设有螺纹槽，所述螺纹槽内部填充有多孔结构。
作为优选的技术方案，所述基台的底部是以牙根顶部边缘封闭曲线内偏置1mm获得的封闭曲线，然后在该封闭曲线基础上建立一个平面，利用挤出操作建立3mm高，斜度为8°的基台。
作为优选的技术方案，所述的牙根的植入前略小于牙床牙窝本来的形态，植入后再体温作用下发生记忆变形，牙根形态变大，与牙窝紧密贴合，并提供持续弹性应力，同时牙根上部与牙冠接触部分预紧力增大，螺纹槽内部的螺纹同样发生变形增大，且变形效应在多孔结构的增效下变形更大，突出螺纹槽，形成外凸螺纹，增加与牙窝的接触表面，增加预紧力，同时促进细胞长入，更加牢固固定。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明中牙根在体温相变温度点下发生相变产生变形，种植牙整体具有自膨胀效应，利用其记忆膨胀效应以及弹性可实现牙根自动充满牙床并带有预紧力，螺纹槽并嵌入多孔结构,在变形时嵌入多孔结构其变形量将超过种植体变形量，延伸到槽外形成类螺纹结构，增加接触面积，且起到固定作用，使种植牙不易发生松动。
附图说明
图1是本发明NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法流程图；
图2是(a)、图2(b)分别是将病变牙体和将病变牙体拔出后的示意图；
图3(a)是种植牙的结构示意图；图3(b)是牙冠和牙根分离的正面示意图；图3(c)是牙冠和牙根分离的立体示意图；
图4是个性化种植牙体采用螺纹槽内嵌多孔结构示意图；
图5是相变前种植牙体略小于种植牙床并直接植入种植牙的结构示意图；
图6在体温下相变后的种植牙自膨胀与牙床紧密贴合示意图；
图7(a)、图7(b)是种植牙螺纹槽内嵌多孔结构在相变后由于膨胀系数不同延伸形成隐形外突螺纹示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，包括下述步骤：
S1、利用CT扫描仪采集口腔上颌病患部位的医学影像数据，获得DICOM格式的数据。将DICOM格式文件导入Mimics软件里面，根据阈值特征，在二维编辑里面对影像进行编辑。由于牙根的影像阈值与牙槽骨的影像阈值非常接近，需要根据牙根的特征对其影像进行详细编辑，将非牙根的影像删除，实现牙根边界的连续变化。精细编辑后，将二维数据转换为三维数据，并导出患牙的stl格式文件。
S2、将患牙stl格式文件导入至Geomagic studio软件中，对获得的患牙模型进行网格调整,删除多余的尖角特征,并进行平滑处理,以去掉不需要的起伏特征。进行精确曲面的拟合，利用四边形布点原则，得到拟合效果较好的患牙stl模型。
S3、将精确曲面拟合后的患牙stl模型导入至Rhinoceros软件中，进行逆向重建与正向设计。如图2(a)、图2(b)所示，根据影像中牙槽窝与牙冠分离的界面，建立一个以z轴为法向的平面，利用该平面将牙冠部分与牙根部分进行分开，如图3(b)所示，获得牙根1和牙冠2，即图3(a)和图3(c)。在牙根顶部根据所需固位力设计具有一个8°斜度的基台3。该基台的底部是以牙根顶部边缘封闭曲线内偏置1mm获得的封闭曲线,然后在该封闭曲线基础上建立一个平面，利用挤出操作建立3mm高，斜度为8°的基台。并利用布尔运算方法将牙冠部分减去对应的基台体积，获得具有匹配度较好的牙冠。
S4、在种植牙底部设计螺纹槽4，螺纹槽内部填充多孔结构，如图4所示；
S5、设计好的种植牙在激光选区熔化设备上打印，采用特定功率、扫描速度、扫描间距的参数成形种植牙，成形完成后通过固溶热处理、记忆效应调质等方式获得具有良好记忆效应的种植体。
种植牙体植入牙床槽，如图5所示，将略小牙床槽的种植牙植入后，由于初始种植牙体在低温下保存，刚刚植入牙床槽时尚有一定的间隙，此时种植牙容易植入。
如图6所示，在牙床槽体温刺激下，产生种植牙超过相变点，产生相变变形，直径方向增加，向外扩大，扩大后将挤紧牙床槽，此时产生过盈配合，种植牙体与牙床槽紧密配合。
如图7(a)、图7(b)所示，更进一步牙根底部螺纹槽内多孔结构进一步变形，伸出螺纹槽，在外面形成类螺纹效果，增大接触面，且诱导骨长入，增强旋转等紧固力。
在本发明制作方法中利用类似流程设计、具有连续梯度负泊松比多孔结构和不连续梯度负泊松比结构的种植牙均属本发明保护的范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (8)
1.一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1、扫描病患部位的医学影像数据，获取DICOM格式的文件，将DICOM格式的文件导入医用图像处理软件，根据阈值特征，在二维编辑里对医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像，编辑后将二维数据转换为三维数据，并导出患牙的stl格式文件；
S2、将患牙stl格式文件导入至逆向软件，对获得的患牙模型进行网格调整,删除多余的尖角特征，并进行平滑处理，去掉不需要的起伏特征，并进行精确曲面的拟合，利用四边形布点原则，得到拟合好的患牙stl模型；
S3、将患牙stl模型导入至建模软件中，进行逆向重建与正向设计，根据医学影像中牙槽窝与牙冠分离的界面，建立一个以z轴为法向的平面，利用该平面将牙冠部分与牙根部分进行分开，获得牙根和牙冠，在牙根顶部根据所需固位力设计一个具有斜度的基台，并利用布尔运算方法将牙冠部分减去对应的基台体积，获得相匹配的牙冠；
S4、在种植牙的牙根设计螺纹槽，在螺纹槽内填充多孔结构；所述的牙根的植入前略小于牙床牙窝本来的形态，植入后再体温作用下发生记忆变形，牙根形态变大，与牙窝紧密贴合，并提供持续弹性应力，同时牙根上部与牙冠接触部分预紧力增大，螺纹槽内部的螺纹同样发生变形增大，且变形效应在多孔结构的增效下变形更大，突出螺纹槽，形成外凸螺纹，增加与牙窝的接触表面，增加预紧力，同时促进细胞长入，更加牢固固定；
S5、将设计好的种植牙在激光选区熔化设备上打印，采用设定功率、扫描速度、扫描间距的参数成形种植牙，成形完成后通过固溶-时效热处理、记忆效应调质的方式获得具有良好记忆效应的种植体。
2.根据权利要求1所述一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，步骤S1中，利用CT扫描仪采集口腔上颌病患部位的医学影像数据；所述医用图像处理软件为Mimics软件。
3.根据权利要求1所述一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述逆向软件采用Geomagic studio软件。
4.根据权利要求1所述一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述建模软件采用Rhinoceros软件。
5.根据权利要求1所述一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，步骤S3中，所述基台的底部是以牙根顶部边缘封闭曲线内偏置1mm获得的封闭曲线，然后在该封闭曲线基础上建立一个平面，利用挤出操作建立3mm高，斜度为8°的基台。
6.根据权利要求1所述一种NiTi记忆个性化自膨胀螺纹槽嵌多孔结构种植牙的制造方法，其特征在于，步骤S5中，采用下述具体方法：
对种植牙模型进行数字化层面化，根据层面信息，通过控制系统控制在设定激光功率、扫描速度、扫描间距工艺参数作用下，NiTi合金粉末熔化，点线面成形，当前层成形后，成形区域自动下降一层，铺一层新粉，直到完成整个牙齿。
7.根据权利要求1-6中任一项制造方法制成的种植牙，其特征在于，包括基台、牙根和牙冠，所述牙冠设置在基台的顶部，所述牙根设置在基台的底部；所述基台是在牙根顶部根据所需固位力设计的具有斜度的基台；所述牙根设有螺纹槽，所述螺纹槽内部填充有多孔结构；所述的牙根的植入前略小于牙床牙窝本来的形态，植入后再体温作用下发生记忆变形，牙根形态变大，与牙窝紧密贴合，并提供持续弹性应力，同时牙根上部与牙冠接触部分预紧力增大，螺纹槽内部的螺纹同样发生变形增大，且变形效应在多孔结构的增效下变形更大，突出螺纹槽，形成外凸螺纹，增加与牙窝的接触表面，增加预紧力，同时促进细胞长入，更加牢固固定。
8.根据权利要求7所述的种植牙，其特征在于，所述基台的底部是以牙根顶部边缘封闭曲线内偏置1mm获得的封闭曲线，然后在该封闭曲线基础上建立一个平面，利用挤出操作建立3mm高，斜度为8°的基台。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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