CN110069798A - 光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型及评价方法,包括:上颌牙颌的第11牙和第21牙,近远中向宽8mm,颊舌向宽7mm,龈向高10mm;第12牙和第22牙,近远中宽7mm,颊舌向宽6mm,龈向高9mm;第13牙和第23牙,近远中宽8mm,颊舌向宽8mm,龈向高11mm;第14牙、第24牙、第15牙、第25牙,近远中宽7mm,颊舌向宽9mm,龈向高10mm;第16牙和第26牙,近远中宽10mm,颊舌向宽11mm,龈向高8mm;第17牙和第27牙,近远中宽9mm,颊舌向宽11mm,龈向高5mm;本发明为光固化3D打印技术的口腔临床应用提供参考和指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟牙颌参考模型,具体涉及一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型及评价方法。
背景技术
石膏牙颌模型是传统口腔医学临床实践的重要工具,可用于分析、诊断、记录患者病情,以此进行治疗设计及疗效评价,在口腔修复、正畸及正颌外科等学科中,一些关键治疗步骤也需要依赖石膏牙颌模型来完成。但石膏牙颌模型存在易损坏、存储负担大、密度大以及难以实现远程数据分享等不足。随着近年来数字化技术的发展,各种三维影像学和光学扫描技术丰富了数据获取途径,而三维打印技术在口腔医学中的应用更是学者们研究的热点。三维打印(three-dimensional printing)也称增材制造(additivemanufacturing),或快速成型(rapid prototyping),是一种基于三维数字文件,通过逐层累加材料将三维数据实体化的技术。其中,光固化3D打印技术具有成型速度快、节约材料、成型精度高的特点,可表现出牙颌模型复杂的细节特征,同时也为远程数据分享及信息长期存储提供了可能。目前,光固化3D打印技术已经应用于牙颌诊断模型、修复代型、种植导板、蜡型以及临时修复体的制作。
光固化3D打印牙颌模型的精度能否满足口腔临床需求,是口腔医学领域关注的问题。近些年已有学者在3D打印精度评价领域进行了初步探索,针对不同打印技术和打印对象进行了评价。然而由3D打印技术的原理不同、打印对象不同、测量方法不同等因素,研究结果不尽一致。回顾以往研究,通过游标卡尺测量特定的测量指标,以石膏牙颌模型作为标准来评价3D打印牙颌模型精度的方法比较常用,但这种方法中模型扫描的误差会对结果造成影响。有学者尝试通过商用软件在扫描原始模型获得的数字模型上测量,以此来与游标卡尺在3D打印牙颌模型上的测量结果进行比较,从而避免了扫描误差的影响。然而,这个过程中存在选取测量点的主观性影响,在不规则的实物牙颌模型和在软件中的数字模型上选取标志点难以实现一致标准,这对实验者的操作提出了较高要求,也对评价结果造成一定影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型及评价方法,核心是建立了一种牙颌参考模型,以简化的标准几何体组合模型模拟天然牙冠尺寸和牙颌特征,采用非标志点影响的固有特征测量方法评价光固化3D打印技术的三维特征尺寸精度,结合三维形态学分析方法评价打印模型的三维形态精度,并综合评估3D打印牙颌模型的精度表现;本发明解决的问题是在于建立了一种评价光固化3D打印牙颌模型精度的牙颌参考模型及其配套评价方法,以期为光固化3D打印技术的口腔临床应用提供参考和指导。
(二)技术方案
本发明的一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型,以简化的标准几何体组合模型模拟天然牙冠尺寸和牙颌特征,具体包括:
1)上颌牙颌参考模型的第11牙和第21牙,近远中向宽8mm,颊舌向宽7mm,龈向高10mm;第12牙和第22牙,近远中宽7mm,颊舌向宽6mm,龈向高9mm;第13牙和第23牙,近远中宽8mm,颊舌向宽8mm,龈向高11mm;第14牙、第24牙、第15牙、第25牙,近远中宽7mm,颊舌向宽9mm,龈向高10mm;第16牙和第26牙,近远中宽10mm,颊舌向宽11mm,龈向高8mm;第17牙和第27牙,近远中宽9mm,颊舌向宽11mm,龈向高5mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
2)所述上颌牙颌参考模型,其第12牙、第11牙、第21牙、第22牙近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第16牙和第17牙、第26牙和第27牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第13牙、第14牙、第15牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第23牙、第24牙、第25牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第12牙与第13牙、第15牙与第16牙、第22牙与第23牙、第25牙与第26牙间的最近点距离均为1mm;
3)下颌牙颌参考模型的第31牙和第41牙,近远中向宽5mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第32牙和第32牙,近远中宽6mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第33牙和第43牙,近远中宽7mm,颊舌向宽7mm,龈向高8mm;第34牙、第44牙、第35牙、第45牙,近远中宽7mm,颊舌向宽8mm,龈向高7mm;第36牙和第46牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高10mm;第37牙和第47牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高12mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
4)所述下颌牙颌参考模型,其第32第、第31第、第41第、42第近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第36牙和第37牙、第46牙和47牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第33牙、第34牙、第35牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、42牙中心轴线呈130度夹角;第43牙、第44牙、45牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、第42牙中心轴线呈130度夹角;第32牙与第33牙、第35牙与第36牙、第42牙与第43牙、第45牙与第46牙间的最近点距离均为1mm。
本发明的一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型准确度的评价方法,有步骤:
1)牙颌参考模型三维打印:
将设计的牙颌参考模型数据以三角网格数据格式保存,输入至待评价的三维打印机软件中,进行切片处理后,将牙颌模型底座平行放置于打印底盘上,模拟平面平行于x-y平面,龈方向与z轴一致,使用三维打印机配套模型树脂材料进行打印;打印上、下颌模型1副,共2个模型;模型后处理及以下测量操作均在模型打印当天完成;x-y平面为平行与地面的平面,z轴垂直于x-y平面;
2)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
3)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
4)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高百分比误差,获得三维打印的准确度。
本发明的一种光固化三维打印精度的牙颌参考模型精密度的评价方法,有步骤:
将牙颌参考模型每天每次打印1副,连续5天,共打印5副10个模型;每次打印的模型在同日内完成测量:
1)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
2)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
3)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;计算得到的每个模型的三维形态误差、平面相对误差、龈向相对误差;分别计算5副模型上述各误差的平均值和标准差,评价三维打印的可重复性、可靠性,即得精密度的评价数据。
(三)有益效果
本发明的优点在于:1、建立了一种牙颌参考模型,以简化的标准几何体组合模型模拟天然牙冠尺寸和牙颌特征,采用非标志点影响的固有特征测量方法评价光固化3D打印技术的三维特征尺寸精度,结合三维形态学分析方法评价打印模型的三维形态精度,并综合评估3D打印牙颌模型的精度表现;2、本发明在于建立了一种评价光固化3D打印牙颌模型精度的牙颌参考模型及其配套评价方法,以期为光固化3D打印技术的口腔临床应用提供参考和指导。
附图说明
图1是本发明上颌牙颌参考模型面观的示意图;
图2是本发明上颌牙颌参考模型颊侧观的示意图;
图3是本发明上颌牙颌参考模型舌侧观的示意图;
图4是本发明下颌牙颌参考模型面观的示意图;
图5是本发明下颌牙颌参考模型颊侧观的示意图;
图6是本发明下颌牙颌参考模型舌侧观的示意图;
图7是本发明模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸的放大示意图;
图8是本发明模拟牙列区段长度和牙弓宽度特征尺寸的示意图;
图9是本发明模拟牙冠龈向高度的放大示意图;
图中:11、第11牙;12、第12牙;13、第13牙;14、第14牙;15、第15牙;16、第16牙;17、第17牙;21、第21牙;22、第22牙;23、第23牙;24、第24牙;25、第25牙;26、第26牙;27、第27牙;31、第31牙;32、第32牙;33、第33牙;34、第34牙;35、第35牙;36、第36牙;37、第37牙;41、第41牙;42、第42牙;43、第43牙;44、第44牙;45、第45牙;46、第46牙;47、第47牙;MD:各牙位模拟牙冠的近远中径;BL:各牙位模拟牙冠的颊舌径;L1:第17牙远中面至第16牙近中面距离;L2:第15牙远中面至第13牙近中面距离,L3:第12牙远中面至第22牙远中面距离;L4:第23牙近中面至第25牙远中面距离;L5:第26牙近中面至第27牙远中面距离;L6:第37牙远中面至第36牙近中面距离;L7:第35牙远中面至第33牙近中面距离;L8:第32牙远中面至第42牙远中面距离;L9:第43牙近中面至第45牙远中面距离;L10:第46牙近中面至第47牙远中面距离;L11:第17牙颊侧面至第27牙颊侧面的距离;L12:第37牙颊侧面至第47牙颊侧面的距离;H:各模拟牙冠的龈向高度值;
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的本发明的一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型,以简化的标准几何体组合模型模拟天然牙冠尺寸和牙颌特征,具体包括:
1)上颌牙颌参考模型的第11牙和第21牙,近远中向宽8mm,颊舌向宽7mm,龈向高10mm;第12牙和第22牙,近远中宽7mm,颊舌向宽6mm,龈向高9mm;第13牙和第23牙,近远中宽8mm,颊舌向宽8mm,龈向高11mm;第14牙、第24牙、第15牙、第25牙,近远中宽7mm,颊舌向宽9mm,龈向高10mm;第16牙和第26牙,近远中宽10mm,颊舌向宽11mm,龈向高8mm;第17牙和第27牙,近远中宽9mm,颊舌向宽11mm,龈向高5mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
2)所述上颌牙颌参考模型,其第12牙、第11牙、第21牙、第22牙近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第16牙和第17牙、第26牙和第27牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第13牙、第14牙、第15牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第23牙、第24牙、第25牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第12牙与第13牙、第15牙与第16牙、第22牙与第23牙、第25牙与第26牙间的最近点距离均为1mm;
3)下颌牙颌参考模型的第31牙和第41牙,近远中向宽5mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第32牙和第32牙,近远中宽6mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第33牙和第43牙,近远中宽7mm,颊舌向宽7mm,龈向高8mm;第34牙、第44牙、第35牙、第45牙,近远中宽7mm,颊舌向宽8mm,龈向高7mm;第36牙和第46牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高10mm;第37牙和第47牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高12mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
4)所述下颌牙颌参考模型,其第32第、第31第、第41第、42第近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第36牙和第37牙、第46牙和47牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第33牙、第34牙、第35牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、42牙中心轴线呈130度夹角;第43牙、第44牙、45牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、第42牙中心轴线呈130度夹角;第32牙与第33牙、第35牙与第36牙、第42牙与第43牙、第45牙与第46牙间的最近点距离均为1mm。
本发明的一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型准确度的评价方法,有步骤:
1)牙颌参考模型三维打印:
将设计的牙颌参考模型数据以三角网格数据格式保存,输入至待评价的三维打印机软件中,进行切片处理后,将牙颌模型底座平行放置于打印底盘上,模拟平面平行于x-y平面,龈方向与z轴一致,使用三维打印机配套模型树脂材料进行打印;打印上、下颌模型1副,共2个模型;模型后处理及以下测量操作均在模型打印当天完成;
2)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
3)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
4)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高百分比误差,获得三维打印的准确度。
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高绝对误差,获得三维打印的准确度。
本发明的一种光固化三维打印精度的牙颌参考模型精密度的评价方法,有步骤:
将牙颌参考模型每天每次打印1副,连续5天,共打印5副10个模型;每次打印的模型在同日内完成测量:
1)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
2)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
3)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高百分比误差,获得三维打印的准确度。
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高绝对误差,获得三维打印的准确度。
计算得到的每个模型的三维形态误差、平面相对误差、龈向相对误差;分别计算5副模型上述各误差的平均值和标准差,评价三维打印的可重复性、可靠性,即得精密度的评价数据。
P0:各牙位面;
PB:各牙位颊侧面;
PL:各牙位舌侧面;
P上:上颌模型底座的基准平面;
P下:下颌模型底座的基准平面。
如上所述,便可较为充分的实现本发明。以上所述仅为本发明的较为合理的实施实例,本发明的保护范围包括但并不局限于此,本领域的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变性变更均包括在本发明包括范围之内。
Claims (3)
1.一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型,其特征在于以简化的标准几何体组合模型模拟天然牙冠尺寸和牙颌特征,具体包括:
1)上颌牙颌参考模型的第11牙和第21牙,近远中向宽8mm,颊舌向宽7mm,龈向高10mm;第12牙和第22牙,近远中宽7mm,颊舌向宽6mm,龈向高9mm;第13牙和第23牙,近远中宽8mm,颊舌向宽8mm,龈向高11mm;第14牙、第24牙、第15牙、第25牙,近远中宽7mm,颊舌向宽9mm,龈向高10mm;第16牙和第26牙,近远中宽10mm,颊舌向宽11mm,龈向高8mm;第17牙和第27牙,近远中宽9mm,颊舌向宽11mm,龈向高5mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
2)所述上颌牙颌参考模型,其第12牙、第11牙、第21牙、第22牙近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第16牙和第17牙、第26牙和第27牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第13牙、第14牙、第15牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第23牙、第24牙、第25牙中心轴在同一直线上,且与第12牙、第11牙、第21牙、第22牙中心轴线呈100度夹角;第12牙与第13牙、第15牙与第16牙、第22牙与第23牙、第25牙与第26牙间的最近点距离均为1mm;
3)下颌牙颌参考模型的第31牙和第41牙,近远中向宽5mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第32牙和第32牙,近远中宽6mm,颊舌向宽6mm,龈向高8mm;第33牙和第43牙,近远中宽7mm,颊舌向宽7mm,龈向高8mm;第34牙、第44牙、第35牙、第45牙,近远中宽7mm,颊舌向宽8mm,龈向高7mm;第36牙和第46牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高10mm;第37牙和第47牙,近远中宽11mm,颊舌向宽10mm,龈向高12mm;所述各牙相邻平行面间距均为2mm;
4)所述下颌牙颌参考模型,其第32第、第31第、第41第、42第近远中方向为水平方向,且中心轴在同一水平线上;第36牙和第37牙、第46牙和47牙近远中方向为垂直方向,且中心轴分别在同一垂直线上;第33牙、第34牙、第35牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、42牙中心轴线呈130度夹角;第43牙、第44牙、45牙中心轴在同一直线上,且与第32牙、第31牙、第41牙、第42牙中心轴线呈130度夹角;第32牙与第33牙、第35牙与第36牙、第42牙与第43牙、第45牙与第46牙间的最近点距离均为1mm。
2.如权利要求1所述的一种光固化三维打印精度评价用牙颌参考模型准确度的评价方法,其特征在于有步骤:
1)牙颌参考模型三维打印:
将设计的牙颌参考模型数据以三角网格数据格式保存,输入至待评价的三维打印机软件中,进行切片处理后,将牙颌模型底座平行放置于打印底盘上,模拟平面平行于x-y平面,龈方向与z轴一致,使用三维打印机配套模型树脂材料进行打印;打印上、下颌模型1副,共2个模型;模型后处理及以下测量操作均在模型打印当天完成;
2)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
3)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
4)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;
综合上述三维形态误差、平面方向的层内百分比误差和龈方向的层高百分比误差,获得三维打印的准确度。
3.如权利要求1所述的一种光固化三维打印精度的牙颌参考模型精密度的评价方法,其特征在于有步骤:
将牙颌参考模型每天每次打印1副,连续5天,共打印5副10个模型;每次打印的模型在同日内完成测量:
1)三维形态误差测量:
将打印模型使用高精度牙颌模型三维扫描仪以全牙弓扫描的方式进行扫描,保存为STL格式文件,调入Geomagic Studio 2012软件中;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“全局配准”功能,将上、下颌扫描模型与原始设计模型进行配准,分别计算上、下颌模型整体3D偏差及标准差;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,选取模拟牙冠相应扫描区域数据拟合出各牙位的面PO,颊侧面PB和舌侧面PL,分别记录每个拟合平面与扫描数据间的最大正、负误差间距,定义为特征平面的平面度,共84个测量值,单位为mm;
在所述Geomagic Studio 2012软件中使用“特征-平面-最佳拟合”功能,分别拟合出上、下颌模型底座的基准平面P,分别计算各模拟牙冠的PO与P的夹角,定义为打印形态的平行度误差,单位为度,共28个测量值;分别计算各模拟牙冠PB和PL与P的夹角,定义为打印形态的垂直度误差,单位为度,共56个测量值;
计算上述86个平面度误差、28个平行度误差与56个垂直度误差的平均值和标准差,综合定义为三维打印的三维形态误差。
2)平面相对误差测量:
由一位经过培训的实验者使用电子数显游标卡尺在各个打印牙颌模型上进行以下测量分析:
定义各牙位模拟牙冠的近远中径和颊舌径尺寸为MD、BL,对每颗模拟牙冠的MD和BL共进行五次测量取平均值,计算获得28颗模拟牙冠近远中径、颊舌径与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式为:
上式中的“真值”为牙颌参考模型设计尺寸,计算获得的相对误差用百分比表示,正值代表尺寸放大比例,负值代表尺寸缩小比例;
测量模拟牙列区段长度的特征尺寸,包括:第17牙远中面至第16牙近中面距离L1,第15牙远中面至第13牙近中面距离L2,第12牙远中面至第22牙远中面距离L3,第23牙近中面至第25牙远中面距离L4,第26牙近中面至第27牙远中面距离L5,第37牙远中面至第36牙近中面距离L6,第35牙远中面至第33牙近中面距离L7,第32牙远中面至第42牙远中面距离L8,第43牙近中面至第45牙远中面距离L9,第46牙近中面至第47牙远中面距离L10。测量模拟牙列牙弓宽度的特征尺寸,包括:第16牙至第26牙和第36牙至第46牙牙冠颊侧面的距离L11和L12。计算获得上述12个模拟牙列特征尺寸与设计尺寸比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①;
计算获得的40个测量指标的相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为三维打印平面方向的层内成型尺寸百分比误差;
3)龈向相对误差测量:
定义各模拟牙冠的龈向高度值为H,每颗模拟牙冠高度H共进行五次测量,取平均值为测量值,计算获得28个模拟牙冠高度与设计尺寸(即真值)比较的相对百分比误差值,计算公式同公式①。
计算上述28个高度相对百分比误差值的平均值和标准差,定义为打印模型龈方向的层高成型尺寸百分比误差;
计算得到的每个模型的三维形态误差、平面相对误差、龈向相对误差;分别计算5副模型上述各误差的平均值和标准差,评价三维打印的可重复性、可靠性,即得精密度的评价数据。
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CN105982753A (zh) * | 2015-02-04 | 2016-10-05 | 北京大学口腔医学院 | 一种用于提高无牙颌个性化托盘在口腔内就位精度的方法 |
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