CN109620437A - 一种3d打印多孔根形种植牙的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，先利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入3D图像生成及编辑处理软件，编辑后转换导出患牙的STL格式文件；利用患牙的STL格式文件，得到患牙STL拟合模型；再将患牙STL拟合模型导入3D建模软件中，进行种植牙的逆向重建与正向设计；最后3D打印设备打印种植牙。本发明所制备的种植牙可以通过表面的孔隙增加与正常骨质的接触面积，保证成骨细胞的长入，加快临床骨结合的速率，使种植牙更稳定。
Description
技术领域
本发明属于种植牙技术领域，具体涉及一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法。
背景技术
传统种植牙的材料主要是钛及钛合金，其具有良好的机械性能和生物相容性成为口腔种植中应用最广泛的材料。但是，目前广泛使用的实心钛种植体的弹性模量明显高于人体骨组织，植入后可产生应力屏蔽和应力集中，引发种植体周围骨组织的退化和吸收，甚至导致种植体松动。另外，种植体的形态主要是表面螺纹结构，这种螺钉式的植入方式会对牙槽骨组织造成非常大的挤压力，并且螺纹结构对于增加种植体与牙槽骨的接触面积作用有限，若出现应力集中，同样会导致种植体出现松动，影响骨结合。基于上述问题，我们提出用多孔钛材料替代传统的实心钛种植体，并且种植体的形态与天然牙相似。
多孔钛材料采用多孔型表层，具有弹性模量与天然骨接近，具有良好的骨传导性，可引导骨组织长入多孔内以达到生物固定，可促进骨结合，具有良好的机械和生物性能，可以保证植入物的长期稳定，在骨科和口腔种植科已经得到广泛的应用。但是现有的多孔钛种植体一般采用喷珠、粉末烧结、固态发泡、碳纤维压缩烧结、多聚物复制等传统制作工艺加工，不能精确地控制多孔的形态结构，很难保证多孔材料的微孔结构参数(孔隙率、孔径、丝径、孔型、空间排列)。
发明内容
本发明的目的是提供一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，该方法提高了种植牙的骨结合速率，进一步提高了种植牙的稳定性。
本发明所采用的技术方案是，一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入3D图像生成及编辑处理软件，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件；
步骤2)将患牙的STL格式文件导入逆向处理软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出；
步骤3)将患牙STL拟合模型导入3D建模软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈与牙根连接，以牙槽嵴顶上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台，肩台上的牙冠部分按照标全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台；
步骤4)在牙根表面设计多孔结构，牙根内部为实心结构，多孔结构贴合于牙根表面，多孔结构起始于牙槽嵴顶下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根尖，种植牙结构设计完成；
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
本发明的特点还在于，
步骤1)中根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像具体为，将组织密度的阈值调节至高位组织密度值1250-3810Hu，将患牙单独分出，并将患牙周围与其密度接近的骨组织通过软件内的橡皮擦擦除。
多孔结构的厚度为1mm，多孔结构的孔隙率为30％～70％。
多孔结构的孔隙形态为规则或不规则。
牙颈高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶所在平面以下。
步骤5)中3D打印设备采用的打印材料为Ti6Al4V。
3D图像生成及编辑处理软件、3D建模软件均为Mimics软件。
逆向处理软件为Geomagic studio软件。
本发明的有益效果是：
本发明一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，根据患牙进行逆向重建与正向设计，且牙根表面设计为多孔结构，种植牙敲击就位后可以完全靠牙槽窝固位；由于该种植牙与患者本身的牙齿形态相同，植入后可以达到最佳的应力分布，与拔牙窝相匹配，与骨有相似的弹性模量和强度，植入人体后，可以通过表面的孔隙增加与正常骨质的接触面积，保证成骨细胞的长入，加快临床骨结合的速率，使种植牙更稳定；同时，牙颈部表面光滑，分布于牙槽骨上下，可保证骨少量吸收时牙根不暴露；另外，基台按照标准备牙要求制作，不仅满足了牙冠制作的精度，也可保证咬合时的应力分布，避免咬合力过大时应力集中导致的牙冠裂开；简化了手术步骤，缩短患者的种牙时间。
附图说明
图1是本发明一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法所制备种植牙的结构示意模型图。
图中，1.牙根，2.多孔结构，3.牙颈，4.牙槽嵴顶，5.肩台，6.基台。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，该方法所制备的种植牙如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入3D图像生成及编辑处理软件，3D图像生成及编辑处理软件为Mimics软件，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤1)中根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根1的影像具体为，将组织密度的阈值调节至高位组织密度值1250-3810Hu，将患牙单独分出，并将患牙周围与其密度接近的骨组织通过软件内的橡皮擦擦除。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入逆向处理软件获得患牙模型，逆向处理软件为Geomagic studio软件，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入3D建模软件中，3D建模软件为Mimics软件，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
全瓷冠牙体预备的标准具体为，1、正常牙冠磨除量：切端1.5-2mm，轴面1.0-1.5mm，颈缘部分须至少磨除0.8-1.0mm；2、预备出的冠核应具备2-5度的锥度。所有边缘都需圆钝，避免对修复体形成破坏性张力；3、肩台的宽度约为1mm左右，肩台预备为圆钝的轴-颈线角，宽度为0.6-1.0mm；切端要圆钝，无锐角。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为30％～70％，多孔结构2的孔隙形态为规则或不规则。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，根据种植牙的三维模型，将模型切片分层，即将种植牙的三维形状信息转换成二维轮廓信息，设定激光功率、扫描速度、扫描间距工艺参数，随后3D打印设备根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
步骤5)中3D打印设备所采用的技术为SLM技术或EBM技术，3D打印设备采用的打印材料为Ti6Al4V。
本发明制备的种植牙牙根1略小于牙槽窝，避免在敲击就位的过程中对周围的牙槽骨产生过度挤压产生骨吸收导致种植失败。
通过上述方式，本发明一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，根据患牙进行逆向重建与正向设计，且牙根1表面设计为多孔结构2，种植牙敲击就位后可以完全靠牙槽窝固位；由于该种植牙与患者本身的牙齿形态相同，植入后可以达到最佳的应力分布，与拔牙窝相匹配，与骨有相似的弹性模量和强度，植入人体后，可以通过表面的孔隙增加与正常骨质的接触面积，保证成骨细胞的长入，加快临床骨结合的速率，使种植牙更稳定；同时，牙颈3部表面光滑，分布于牙槽骨上下，可保证骨少量吸收时牙根1不暴露；另外，基台2按照标准备牙要求制作，不仅满足了牙冠制作的精度，也可保证咬合时的应力分布，避免咬合力过大时应力集中导致的牙冠裂开；简化了手术步骤，缩短患者的种牙时间。
实施例1
本实施例提供一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入Mimics软件，将组织密度的阈值调节至1250Hu，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入Geomagic studio软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入Mimics软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为30％，多孔结构2的孔隙形态为规则孔隙，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备采用打印材料Ti6Al4V，根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
实施例2
本实施例提供一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入Mimics软件，将组织密度的阈值调节至3810Hu，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入Geomagic studio软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入Mimics软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为70％，多孔结构2的孔隙形态为不规则孔隙，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备采用打印材料Ti6Al4V，根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
实施例3
本实施例提供一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入Mimics软件，将组织密度的阈值调节至2000Hu，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入Geomagic studio软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入Mimics软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为40％，多孔结构2的孔隙形态为规则孔隙，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，根据种植牙的三维模型，将模型切片分层，即将种植牙的三维形状信息转换成二维轮廓信息，随后在数控系统的控制下，3D打印设备采用打印材料Ti6Al4V，根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
实施例4
本实施例提供一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入Mimics软件，将组织密度的阈值调节至1800Hu，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入Geomagic studio软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入Mimics软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为50％，多孔结构2的孔隙形态为不规则孔隙，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备采用打印材料Ti6Al4V，根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
实施例5
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将颌面部的医学影像数据导入Mimics软件，将组织密度的阈值调节至3000Hu，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑删除非牙根1的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件。
步骤2)将患牙的STL格式文件导入Geomagic studio软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出。
步骤3)将患牙STL拟合模型导入Mimics软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈3与牙根1连接，牙颈3高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶4所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶4所在平面以下，以牙槽嵴顶4上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，封闭曲线与下方牙颈3部形成呈45°的斜平面，封闭曲线处形成肩台5，肩台5上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台2。
步骤4)在牙根1表面设计多孔结构2，多孔结构2的厚度为1mm，多孔结构2的孔隙率为60％，多孔结构2的孔隙形态为规则孔隙，牙根1内部为实心结构，多孔结构2贴合于牙根1表面，多孔结构2起始于牙槽嵴顶4下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根1尖，种植牙结构设计完成。
步骤5)将种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备采用打印材料Ti6Al4V，根据种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
Claims (8)
1.一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)利用CBCT拍摄患者颌面部的医学影像数据，并将所述颌面部的医学影像数据导入3D图像生成及编辑处理软件，根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像，仅保留患牙的医学影像数据，转换导出患牙的STL格式文件；
步骤2)将所述患牙的STL格式文件导入逆向处理软件获得患牙模型，通过调整患牙模型的网格删除可见的尖角特征、倒凹和起伏，进行平滑处理，并利用四边形布点原则进行精确曲面拟合，得到患牙STL拟合模型并导出；
步骤3)将所述患牙STL拟合模型导入3D建模软件中，进行逆向重建与正向设计，牙冠通过牙颈与牙根连接，以牙槽嵴顶上方1mm边缘封闭曲线向内缩窄1mm获得封闭曲线，所述封闭曲线与下方牙颈部形成呈45°的斜平面，所述封闭曲线处形成肩台，所述肩台上的牙冠部分按照全瓷冠牙体预备的标准进行缩小作为基台；
步骤4)在所述牙根表面设计多孔结构，所述牙根内部为实心结构，所述多孔结构贴合于牙根表面，所述多孔结构起始于牙槽嵴顶下方2mm边缘封闭曲线向下延伸至牙根尖，种植牙结构设计完成；
步骤5)将所述种植牙的三维模型导入3D打印设备中，3D打印设备根据所述种植牙三维模型逐层打印，直到种植牙制备完成。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中根据组织密度的阈值对导入的颌面部的医学影像数据进行编辑，删除非牙根的影像具体为，将组织密度的阈值调节至高位组织密度值1250-3810Hu，将患牙单独分出，并将患牙周围与其密度接近的骨组织通过软件内的橡皮擦擦除。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述多孔结构的厚度为1mm，所述多孔结构的孔隙率为30％～70％。
4.根据权利要求3所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述多孔结构的孔隙形态为规则或不规则。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述牙颈高度为3mm，其中1mm在牙槽嵴顶所在平面以上，2mm在牙槽嵴顶所在平面以下。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中3D打印设备采用的打印材料为Ti6Al4V。
7.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述3D图像生成及编辑处理软件、3D建模软件均为Mimics软件。
8.根据权利要求1所述的一种3D打印多孔根形种植牙的制备方法，其特征在于，所述逆向处理软件为Geomagic studio软件。
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