CN113619120A - 一种3d打印真牙模型的制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种3D打印真牙模型的制作方法，涉及牙模型制备技术领域，解决了现有技术中的仿牙模型与真牙形态相比，细节差距较大，容易误导学生，使学生不能真正掌握真牙的形态的问题。本方案的方法包括如下步骤：收集并处理离体牙齿；筛选形态正常的离体牙齿；通过micro‑CT对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的DICOM数据；将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织；对牙体硬组织进行三维形态重建，形成三维模型数据；将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据；将STL数据导入3D打印机中进行牙齿模型的打印。通过采用本发明的真牙模型的制作方法，实现了高精度真牙模型的制作。

Description

一种3D打印真牙模型的制作方法

技术领域

本申请涉及牙模型制备技术领域，尤其涉及一种3D打印真牙模型的制作方法。

背景技术

牙齿形态的掌握是每一位牙医必备的基本功，对其掌握的程度直接影响其临床工作(牙体牙髓病学、口腔修复学、口腔种植学等)的质量。临床工作对牙齿形态精准度的要求较高，人的牙齿可以感觉到20μm咬合高度的改变，30μm的形态差异很有可能带来医源性的口腔疾病。

牙齿模型的好坏对于掌握牙齿形态影响很大。正常形态的真牙是学习牙齿形态的最好模型，但是正常形态的真牙获取比较困难，同时离体牙比较脆弱容易损坏，不易保存，因此学生主要是通过牙齿模型来实现对牙齿形态的掌握。而目前市场供应的恒牙形态的仿牙模型有日进齿科材料有限公司及国产的，其中，日进齿科材料有限公司生产的仿牙模型形态相对好些，但是具体每一个牙齿与真牙比较，形态还是有一定差距的；国产的仿牙模型形态与真牙相比差距更大。将以上仿牙模型作为教具与真牙形态相比，细节差距较大，常常误导学生，使学生不能真正掌握真牙的形态。因此，有必要设计制作一种正常形态的真牙模型，便于学生学习时参考。

发明内容

本申请实施例通过提供一种3D打印真牙模型的制作方法，解决了现有技术中的仿牙模型与真牙形态相比，细节差距较大，容易误导学生，使学生不能真正掌握真牙的形态的问题，实现了高精度真牙模型的制作。

本发明实施例提供了一种3D打印真牙模型的制作方法，包括如下步骤：

收集并处理离体牙齿；

筛选形态正常的离体牙齿；

通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的DICOM数据；

将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织；

对牙体硬组织进行三维形态重建，形成三维模型数据；

将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据；

将STL数据导入3D打印机中进行牙齿模型的打印。

更进一步地，所述筛选形态正常的离体牙齿包括：

筛选形态正常的离体32颗恒牙。

更进一步地，所述通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描包括：

所述micro-CT采用锥形X线束对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的各向同性的容积图像。

更进一步地，所述获取牙齿的DICOM数据包括：获取牙齿的几何信息和结构信息；

所述几何信息包括样品尺寸、体积以及各点的空间坐标；

所述结构信息包括样品的衰减值、密度以及多孔性。

更进一步地，获取所述牙齿的DICOM数据时，真牙样品保持静止，X线球管和探测器运动，所述X线球管绕所述真牙样品旋转。

更进一步地，其特征在于，所述micro-CT的扫描视场面为36mm×36mm，分辨率为36μm。

更进一步地，所述将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织包括：

将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，调整灰度值的阈值范围，以获取牙体硬组织。

更进一步地，所述将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据之前，还包括：

选择需要的放大倍数放大牙体硬组织三维模型，形成放大后牙齿三维模型数据。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的一种3D打印真牙模型的制作方法，首先完成对离体牙齿的收集，并进行消毒、处理后筛选出形态正常即无龋坏、无磨损的牙齿；然后通过micro-CT对筛选的牙齿进行扫描，以获得牙齿的DICOM数据，并将该数据导入Mimics软件中进行三维形态的重建，重建完成后以STL格式导出，形成STL数据，最后通过3D打印机将STL数据进行打印，形成牙齿模型，采用本发明的3D打印真牙模型的制作方法，有效解决了现有技术中仿牙模型与真牙形态相比，细节差距较大，容易误导学生，使学生不能真正掌握真牙的形态的问题，实现了高精度真牙模型的制作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的3D打印真牙模型的制作方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的上颌真牙髓腔立体形态示意图；

图3为本申请实施例提供的上颌真牙髓腔剖面形态示意图；

图4为为本申请实施例提供的3D打印上颌真牙模型的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

口腔解剖生理学是一门实践性很强的课程，其中牙齿形态是口腔解剖生理学教学的基础内容，也是临床教学及实践的关键。牙齿模型的好坏对于掌握牙形态影响很大，因此，应用真牙的标本是最理想的教学学习模型。而本方案则是提供了一种通过micro-CT及3D打印的技术以真牙为标本来实现真牙形态的再现，可以帮助学生快捷而准确的学习掌握牙体形态。

结合图1所示，本发明实施例提供的一种3D打印真牙模型的制作方法，包括如下步骤：

S101：收集并处理离体牙齿。

现有技术中通常是通过数字化口内扫描印模技术获得牙齿形态，但是通过该技术只能获得牙冠3个面(唇颊面、舌面、咬合面)的形态，但2个邻面(近中面、远中面)的形态无法获得，牙根的形态也无法获得，因此，发明人提出了通过收集离体牙并体外扫描，以获得牙齿的完整形态。

S102：筛选形态正常的离体牙齿。

需要筛选出无龋坏、无磨损的形态正常的牙齿，特别关注牙周病患者拔牙的牙齿收集。

S103：通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的DICOM数据。

建立32颗恒牙真牙外形的数据模型，建立32颗恒牙真牙内部形态-髓腔形态的数据模型。

S104：将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织。

S105：对牙体硬组织进行三维形态重建，形成三维模型数据。

三维真牙形态的再现，使得牙齿形态逼真，并且建立的数字模型可以实现立体观察。

S106：将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据。

S107：将STL数据导入3D打印机中进行牙齿模型的打印，制作出如图4所示的真牙模型。

本发明实施例提供的一种3D打印真牙模型的制作方法，首先完成对离体牙齿的收集，并进行消毒、处理后筛选出形态正常即无龋坏、无磨损的牙齿；然后通过micro-CT对筛选的牙齿进行扫描，以获得牙齿的DICOM数据，并将该数据导入Mimics软件中进行三维形态的重建，重建完成后以STL格式导出，形成STL数据，最后通过3D打印机将STL数据进行打印，形成牙齿模型，采用本发明的3D打印真牙模型的制作方法，有效解决了现有技术中仿牙模型与真牙形态相比，细节差距较大，容易误导学生，使学生不能真正掌握真牙的形态的问题，实现了高精度真牙模型的制作。

其基本原理是：通过micro-CT扫描，获取真牙形态(外部及内部)的数据，经过数据处理，完成牙齿形态的再现，并输出为数字牙外形、髓腔形态及实物的牙外形，最后通过3D打印的方式实现真牙形态的再现。

作为本实施例的进一步优化，所述筛选形态正常的离体牙齿包括：筛选形态正常的离体32颗恒牙。

在口腔解剖生理学课程的学习中，需要雕刻不同的恒牙形态，因此，需要制作32颗恒牙形态的牙齿模型以供教具使用。

作为本实施例的进一步优化，所述通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描包括：所述micro-CT采用锥形X线束对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的各向同性的容积图像。

本实施例的MicroCT采用锥形X线束，可获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率，提高射线利用率，在采集相同3D图像时速度远远快于扇形束CT。此外，在扫描过程中，micro-CT的扫描参数选用如下：电压90kV，电流88uA，扫描模式为High Resolution，扫描时间为14min。其中，如图2为锥形X线束扫描出的离体牙齿的髓腔立体形态示意图。

作为本实施例的进一步优化，所述获取牙齿的DICOM数据包括：获取牙齿的几何信息和结构信息；所述几何信息包括样品尺寸、体积以及各点的空间坐标；所述结构信息包括样品的衰减值、密度以及多孔性。

参考图2和图3，其中，图3为micro-CT锥形X线束扫描出的离体牙齿的髓腔示意图。利用micro-CT锥形X线束对离体牙齿进行扫描，通过获取的牙齿的几何信息(牙齿的尺寸、体积以及牙齿上各点的空间坐标)得到牙齿的外形形态，通过获取的牙齿的结构信息(牙齿的衰减值、密度以及多孔性)，得到牙齿内部结构即髓腔形态，以此获取牙齿的数据特征。

作为本实施例的进一步优化，获取所述牙齿的DICOM数据时，真牙样品保持静止，X线球管和探测器运动，所述X线球管和探测器绕所述真牙样品旋转。

本实施例中，具体在扫描过程中，使真牙样品保持静止，X线球管和探测器运动，X线球管和探测器绕真牙样品旋转，这种扫描方式的扫描速度快，射线剂量小，但射线利用率高，能够获得真正各向同性的容积图像，提高空间分辨率。

作为本实施例的进一步优化，其特征在于，所述micro-CT的扫描视场面为36mm×36mm，分辨率为36μm。

本实施例中micro-CT的扫描视场面为36mm×36mm，以便于获得完整的牙齿外形数据特征，并且发明人经过多次实验，发现将分辨率设置为36μm时，能够保证重建后样品的尺寸能够根据需要进行放大，并且可以保证放大后的图像依然清晰。

作为本实施例的进一步优化，所述将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织包括：将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，调整灰度值的阈值范围，以获取牙体硬组织。

由于在扫描不同的离体牙是，每个标本都不一样，一般默认扫描的灰度值涵盖范围很广，不调整的话无法重建出牙体的形态，并且不同人的组织钙化程度也不同，灰度值因此也不完全相同，因此，就需要人工进行核对，并调整灰度的阈值范围，最终以显现牙齿外形为目标，本实施例中选择调整牙体硬组织的灰度值，以便于获取并重建牙体硬组织。

作为本实施例的进一步优化，所述将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据之前，还包括：选择需要的放大倍数放大牙体硬组织三维模型，形成放大后牙齿三维模型数据。一般会选择放大10倍即可。

本实施例中，在对牙体硬组织进行三维形态重建后，对该三维形态进行放大，并选择需要的放大倍数放大牙体硬组织三维模型，再将放大后的牙齿三维模型数据以STL格式导出，最后，将STL数据导入3D打印机，打印出放大后的牙齿模型，做为教具使用。采用本方案的方法实现了真牙形态的再现，并且精确度高。

以上实施例是一个离体牙齿模型的制作方法，本方案需要制作出32颗恒牙的牙齿模型，其制作方法按照上述步骤，依次对32颗恒牙的真牙标本进行扫描，以制得对应的牙齿标本。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

收集并处理离体牙齿；

筛选形态正常的离体牙齿；

通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的DICOM数据；

将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织；

对牙体硬组织进行三维形态重建，形成三维模型数据；

将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据；

将STL数据导入3D打印机中进行牙齿模型的打印。

2.根据权利要求1所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述筛选形态正常的离体牙齿包括：

筛选形态正常的离体32颗恒牙。

3.根据权利要求1所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述通过micro-CT对筛选的离体牙齿进行扫描包括：

所述micro-CT采用锥形X线束对筛选的离体牙齿进行扫描，获取牙齿的各向同性的容积图像。

4.根据权利要求3所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述获取牙齿的DICOM数据包括：获取牙齿的几何信息和结构信息；

所述几何信息包括样品尺寸、体积以及各点的空间坐标；

所述结构信息包括样品的衰减值、密度以及多孔性。

5.根据权利要求4所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，获取所述牙齿的DICOM数据时，真牙样品保持静止，X线球管和探测器运动，所述X线球管绕所述真牙样品旋转。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述micro-CT的扫描视场面为36mm×36mm，分辨率为36μm。

7.根据权利要求1所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，获取牙体硬组织包括：

将牙齿的DICOM数据导入Mimics软件中，调整灰度值的阈值范围，以获取牙体硬组织。

8.根据权利要求1所述的3D打印真牙模型的制作方法，其特征在于，所述将三维模型数据以STL格式导出，形成STL数据之前，还包括：

选择需要的放大倍数放大牙体硬组织三维模型，形成放大后牙齿三维模型数据。

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