CN110313999B

CN110313999B - 一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法

Info

Publication number: CN110313999B
Application number: CN201910675671.0A
Authority: CN
Inventors: 郑洁; 袁文钧; 贺红; 匡文颖
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: CN110313999A

Abstract

本发明提供一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，利用3D扫描仪直接扫描患者口腔或扫描口腔模型，获取患者口腔内牙槽骨形态的数字化模型；标定颌骨标志点；根据治疗前后颌骨移动的规律，标记颌骨标志点的术前坐标、术后坐标和坐标差值，将每个标志点的坐标差值分解，得到每一步的牙槽骨状态，虚拟添加腭护板，腭护板包括基托和设置在基托侧向的连接杆；导出每一步的腭护板和对应的调整模型；将腭护板与对应的调整模型进行装配，合并为一个整体模型；通过调整腭护板的厚度数据，将腭护板实体化，输入3D打印机进行打印，得到每一步的腭护板实物。本发明能够避免装置间的相互作用力，且个性化设计唇腭裂牙槽塑形腭护板。

Description

一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法

技术领域

本发明属于医疗器械中的PNAM矫正器技术领域，具体涉及一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法。

背景技术

唇腭裂（Clefts of the lip and/or palate, CLP）是一种常见的先天缺陷，唇腭裂患儿多伴有严重的鼻唇组织及颌骨的不对称畸形。现在的唇腭裂治疗是由多学科合作的序列治疗，其中，术前矫形治疗是第一步。术前鼻牙槽塑形治疗（Pre-surgicalNasoalveolar Molding, PNAM）最早由Grayson提出，是一种被广泛接受的用于CLP患儿唇裂修复手术前的矫形方法。PNAM矫正器包括腭护板和由腭护板延伸至鼻部的鼻撑，它可以使不规则的牙弓变得规则，减小软组织张力，改善鼻部外形，有利于后期唇裂手术的进行并对患者的生长发育产生积极的影响。

然而，PNAM矫治过程持续2-3个月，患儿需每周复诊，由正畸医生适时调整腭护板形态和鼻撑高度，以期将错位的上颌骨段纠正，使裂隙宽度缩小，降低唇部软组织张力，减小患侧鼻底宽度，抬高鼻尖，使双侧鼻翼外形趋近一致。频繁的复诊过程增加了偏远地区的患者家庭的经济及时间支出。此外，传统的PNAM治疗属于经验治疗，治疗效果与医生的临床经验正相关，且其矫正器绝大多数是由医生及技工手工制作和修改，治疗随意性大，制作精度不稳定，对治疗过程和效果难以预计，矫正器做工较粗糙，所选自凝材料刺激性大，常常引起患儿颌面软硬组织受到损伤，甚至患儿拒绝佩戴而导致治疗的失败。

此外，传统PNAM矫正器的一体式结构存在一定的缺陷。例如，作用于鼻尖向上作用力同时会通过鼻撑传导一个反向作用力，反向作用力与腭护板的固位力相反，使腭护板向下脱位，这不仅不利于鼻部的塑形，而且存在腭护板移位、阻塞气道的风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，避免腭护板和鼻部装置间的相互作用力对治疗产生的不良影响。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、获取数字化模型：

利用3D扫描仪直接扫描患者口腔或扫描口腔模型，获取患者口腔内牙槽骨形态的数字化模型；

S2、腭护板的虚拟数字化设计：

根据数字化模型，标定颌骨标志点；然后根据治疗前后颌骨移动的规律，标记颌骨标志点的术前坐标、术后坐标和坐标差值，将每个标志点的坐标差值分解成6至8步，得到每一步的牙槽骨状态，在此基础上虚拟添加腭护板，腭护板包括基托和设置在基托侧向的连接杆；

导出每一步的腭护板和对应的调整模型；

S3、虚拟装配腭护板和对应的调整模型：

将S2得到的每一步的腭护板和对应的调整模型，根据“腭护板内腔与调整模型表面一致”的原则将腭护板与对应的调整模型进行装配，合并为一个整体模型；并进行虚拟调整和修改；

S4、腭护板设计实体化：

通过调整腭护板的厚度数据，将腭护板实体化，并将除腭护板外的剩余模型抽壳，再向远离牙槽骨表面的方向增厚一定厚度，得到设计好的腭护板；

S5、3D打印腭护板：

将设计好的腭护板输入3D打印机进行打印，得到每一步的腭护板实物，作为PNAM矫正器。

按上述方法，所述的S2中，所述的颌骨标志点包括：唇系带与切牙乳头连线与牙槽嵴的相交点I；牙槽突裂裂隙两侧牙槽嵴前端的顶点P/P’；上颌双侧结节点T/T’；以TT’连线为参考，双侧牙槽骨矢状向最前点A/A’；颊系带延长线与牙槽嵴顶的相交点C/C’；颊系带向腭部延伸形成的延伸沟与腭龈沟的交点G/G’；

其中，带’的为裂隙侧的标志点。

按上述方法，所述的S2中，治疗前后颌骨移动的规律，由前期PNAM治疗后的大样本患者数据进行收集分析得到。

按上述方法，所述的S2中，选取患儿上颌牙槽骨区域和腭部区域设计所述的基托，该区域以双侧上颌结节点作为后方边界，依据牙槽骨弧形形态的最外点连线作为左右及前方边界，在唇系带及双侧颊系带处预留V形缺口作为缓冲区域，将该缓冲区域作为基托，并赋予基托一定的实体厚度。

按上述方法，所述的S2中，在设计好基托之后，设计出圆柱形支柱结构，作为连接杆，连接杆的一端与基托外侧相连，位于牙槽裂缝处，连接杆的另一端悬空；连接杆的方向设置为，与其连接处的基托外弧线垂直并与基托的整体结构相平行；赋予连接杆一定的直径和长度。

按上述方法，本方法还包括S6、将打印好的腭护板用95 % 酒精清洗两次，共20分钟，晾干；紫外灯固化10分钟；将腭护板灭菌处理。

一种数字化设计制作的唇腭裂牙槽塑形腭护板，其特征在于：它包括的6-8个腭护板，每个腭护板均包括相互连接的基托和连接杆，基托和连接杆按照所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法制作得到。

本发明的有益效果为：

1、本发明将传统的PNAM矫治器中的唇腭裂牙槽塑形腭护板分离出来，采用连接杆与其它部分连接，从而避免装置间的相互作用力，达到精准施力的目的；采用数字化技术设计，根据患者的初诊情况，个性化设计唇腭裂牙槽塑形腭护板，全称精度受到程序控制，不受临床医生的经验影响，提高矫治效果；基于3D打印技术，全程数字化控制操作，制作流程简单，无需技工参与，对缺乏配合技工的偏远区域，患者也可获得较好的医疗帮助。

2、一次设计出一系列后续治疗所需的唇腭裂牙槽塑形腭护板，无需一周一次的腭护板矫正器调磨修正，大大减轻了唇腭裂家庭的复诊成本和人力耗费。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为图1 的右视图。

图3为采用本发明治疗前的牙槽骨形态图。

图4为采用本发明治疗后的牙槽骨形态图。

图中：1-腭护板，2-连接杆。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

唇腭裂牙槽塑形腭护板是PNAM矫治器的一部分。

本发明提供一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，它包括以下步骤：

S1、获取数字化模型：

利用3D扫描仪直接扫描患者口腔或扫描口腔模型，获取患者口腔内牙槽骨形态的数字化模型。

S2、腭护板的虚拟数字化设计：

根据数字化模型，标定颌骨标志点；然后根据治疗前后颌骨移动的规律，标记颌骨标志点的术前坐标、术后坐标和坐标差值，将每个标志点的坐标差值分解成6至8步，得到每一步的牙槽骨状态，在此基础上虚拟添加腭护板，腭护板包括基托和设置在基托侧向的连接杆；导出每一步的腭护板和对应的调整模型。

本实施例中，将获取的牙槽骨数字化模型，导入计算机辅助设计及逆向工程软件(Rhinoceros 5, Robert McNeel & Assoc, Seattle, USA) ，进行标志点标定。参考PNAM治疗后的大样本患者数据，调整标志点坐标模拟颌骨移动，设定治疗每一步的牙槽骨状态，在此基础上虚拟添加腭护板，行计算机辅助设计。如图1所示，腭护板包括基托1和连接杆2。将设计得到的目标腭护板和相应的调整模型分别导出。

根据以往的研究，对单侧完全性唇腭裂患儿PNAM 治疗前后的上颌骨塑形效果进行了记录且分析，得到了颌骨移动的规律，将所有颌骨标志点的术前坐标记为X₀、Y₀、Z₀，术后坐标记为X₁、Y₁、Z₁，差值记为δX、δY、δZ。基于此，我们设计了CAD-PNAM制作步骤，根据患儿的个性化，将每个标志点的坐标差值分解成6至8步。以分解成8步为例，第n步标志点的变化规则如下：X=X₀+n*δX/8、Y=Y₀+n*δY/8、Z=Z₀+n*δZ/8，直至达到X₁、Y₁、Z₁的治疗结果。根据调整后的标志点坐标模拟颌骨移动，设定治疗每一步的牙槽骨状态，在此基础上虚拟添加腭护板，进行计算机辅助设计，以期达到将非裂隙侧前颌骨段向里压入，非裂隙侧牙槽骨中后段及裂隙侧牙槽骨向外生长，从而塑性唇腭裂患儿上颌牙槽骨的目的。

如图3和图4所示，所述的颌骨标志点包括：唇系带与切牙乳头连线与牙槽嵴的相交点I；牙槽突裂裂隙两侧牙槽嵴前端的顶点P/P’；上颌双侧结节点T/T’；以TT’连线为参考，双侧牙槽骨矢状向最前点A/A’；颊系带延长线与牙槽嵴顶的相交点C/C’；颊系带向腭部延伸形成的延伸沟与腭龈沟的交点G/G’；其中，带’的为裂隙侧的标志点。

选取患儿上颌牙槽骨区域和腭部区域设计所述的基托，该区域以双侧上颌结节点作为后方边界，依据牙槽骨弧形形态的最外点连线作为左右及前方边界，在唇系带及双侧颊系带处预留V形缺口作为缓冲区域，将该缓冲区域作为基托，并赋予基托一定的实体厚度，例如2mm。

在设计好基托之后，设计出圆柱形支柱结构，作为连接杆，连接杆的一端与基托外侧相连，位于牙槽裂缝处，连接杆的另一端悬空；连接杆的方向设置为，与其连接处的基托外弧线垂直并与基托的整体结构相平行；赋予连接杆一定的直径和长度，例如直径3mm，长度12mm。

S3、虚拟装配腭护板和对应的调整模型：

将S2得到的每一步的腭护板和对应的调整模型，根据“腭护板内腔与调整模型表面一致”的原则将腭护板与对应的调整模型进行装配，合并为一个整体模型；并进行虚拟调整和修改。

S4、腭护板设计实体化：

通过调整腭护板的厚度数据，将腭护板实体化，并将除腭护板外的剩余模型抽壳，再向远离牙槽骨表面的方向增厚一定厚度，得到设计好的腭护板。

S5、3D打印腭护板：

将设计好的腭护板输入3D打印机进行打印，得到每一步的腭护板实物。本实施例中，将最终设计保存为光固化立体造型术（Stereolithography, STL）格式，通过3D打印数据处理软件进行支架和分层处理，然后将切片数据导入3D打印机进行打印制作，打印一副腭护板所需丙烯酸树脂体积约为5.65ml，所需时间约为1.5小时。

可选的，本方法还包括S6、将打印好的腭护板用95 % 酒精清洗两次，共20分钟，晾干；紫外灯固化10分钟；将腭护板灭菌处理。

本发明制作出的唇腭裂牙槽塑形腭护板如图1和图2所示，包括腭护板1和连接杆2。其中腭护板是非平面的，是根据不同患者口腔内牙槽骨形态而设置的。

采用本方法制作的唇腭裂牙槽塑形腭护板的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤A：首先将人工皮粘贴在患儿双颊以保护患儿的皮肤。然后将弹力胶带从健侧拉至患侧，将健患侧唇部软组织合拢，再在此上贴两层3M胶带。

步骤B：用义齿粘合剂涂抹于腭护板组织面，再将腭护板放置于患儿口内，用食指固定几分钟，患儿能够正常吮吸即可。

步骤C：将3M胶带缠绕于腭护板的连接杆上，用于固定腭护板并贴在双侧颊部。

步骤D：将腭护板的取戴、清洗教会给患儿家长，24小时戴用，弹力胶带每天更换2-4次，因为奶渍会浸湿弹力胶带使其力量降低。腭护板按顺序每周更换至下一副。

步骤E：我们使用鼻钩代替鼻撑来更好地进行鼻部塑形。鼻钩和上颌骨腭护板同步使用。将鼻钩钩于鼻尖，利用弹力胶布将其悬挂于非裂隙侧额头。力量大小以鼻尖发白为准。患者一个月复诊一次。

从图3和图4可以看出，采用本发明的治疗后，唇腭裂患者的上颌牙槽骨形态得到明显改善，双侧牙槽骨段台阶得到良好消除。

本发明将现有PNAM矫正器的一体式结构改进为分体式结构，从而避免腭护板和鼻部装置间的相互作用力对治疗产生的不良影响；其制作方法利用数字化技术对PNAM的矫治过程实现了全程精确度控制，不受临床医生的经验影响，可精准完成矫治。本发明基于3D打印技术，全程数字化控制操作，制作流程简单，无需技工参与，对缺乏配合技工的偏远区域，患者也可获得较好的医疗帮助。本发明可在初次就诊时即设计并打印出一系列后续治疗所需的腭护板矫治器，无需一周一次的腭护板矫治器调磨修正，大大减轻了唇腭裂家庭的复诊成本和人力耗费。本发明根据患者的初诊情况，个性化设计腭护板矫治器，在每一付腭护板中，通过工程软件设计，精确补偿每个阶段的牙槽骨生长量，为每个患儿个性化定制符合其治疗需求的矫治器，可以让每一例患儿都能获得良好和稳定的矫治效果。从而为唇腭裂患者提供了一种标准、快捷的个体化治疗方法，利于该项技术在临床的普及应用。本发明的另一个性化在于，每个手术医生对于患者的术前矫正状态要求不同，有的手术医生希望双侧牙槽骨在唇裂手术前完全靠拢，有的手术医生希望双侧牙槽骨在唇裂手术前保留一定间隙，本发明可在设计时即设定牙槽塑形的最终状态，以满足每个手术医生的个性化需求。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、获取数字化模型：

S2、腭护板的虚拟数字化设计：

导出每一步的腭护板和对应的调整模型；

S3、虚拟装配腭护板和对应的调整模型：

S4、腭护板设计实体化：

S5、3D打印腭护板：

将设计好的腭护板输入3D打印机进行打印，得到每一步的腭护板实物；

所述的S2中，所述的颌骨标志点包括：唇系带与切牙乳头连线与牙槽嵴的相交点I；牙槽突裂裂隙两侧牙槽嵴前端的顶点P/P’；上颌双侧结节点T/T’；以TT’连线为参考，双侧牙槽骨矢状向最前点A/A’；颊系带延长线与牙槽嵴顶的相交点C/C’；颊系带向腭部延伸形成的延伸沟与腭龈沟的交点G/G’；

其中，带’的为裂隙侧的标志点。

2.根据权利要求1所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：所述的S2中，治疗前后颌骨移动的规律，由前期PNAM治疗后的大样本患者数据进行收集分析得到。

3.根据权利要求1所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：所述的S2中，选取患儿上颌牙槽骨区域和腭部区域设计所述的基托，该区域以双侧上颌结节点作为后方边界，依据牙槽骨弧形形态的最外点连线作为左右及前方边界，在唇系带及双侧颊系带处预留V形缺口作为缓冲区域，将该缓冲区域作为基托，并赋予基托一定的实体厚度。

4.根据权利要求3所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：所述的S2中，在设计好基托之后，设计出圆柱形支柱结构，作为连接杆，连接杆的一端与基托外侧相连，位于牙槽裂缝处，连接杆的另一端悬空；连接杆的方向设置为，与其连接处的基托外弧线垂直并与基托的整体结构相平行；赋予连接杆一定的直径和长度。

5.根据权利要求1所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法，其特征在于：本方法还包括S6、将打印好的腭护板用95 % 酒精清洗两次，共20分钟，晾干；紫外灯固化10分钟；将腭护板灭菌处理。

6.一种数字化设计制作的唇腭裂牙槽塑形腭护板，其特征在于：它包括的6-8个腭护板，每个腭护板均包括相互连接的基托和连接杆，基托和连接杆按照权利要求1至5中任意一项所述的唇腭裂牙槽塑形腭护板的数字化制作方法制作得到。