CN113631118B - 定制牙科膜 - Google Patents

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Abstract

一种使用三维(3D)患者数据制作预成型牙科膜的方法和系统。可以扫描在手术部位具有不足骨骼的患者颌骨以提供3D图像，该图像可以用于设计和制造虚拟的预成型牙科膜以用于放置在装塞的骨移植替代物上。

Description

定制牙科膜
相关申请的交叉引用
本国际申请要求于2019年4月4日提交的美国专利申请No.16/374,962号的权益，其出于所有目的通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及预成型牙科膜，更具体地涉及定制牙科膜以及使用三维(3D)患者数据制造定制牙科膜的方法和系统。
背景技术
人的天然牙齿可以由牙周纤维支撑在颚骨中，牙周纤维在施加压缩力时，例如在咀嚼期间，起到减震器的作用。由于蛀牙、意外伤害、解剖异常、年龄等原因，患者的天然牙齿可能会被移除或缺失。结果，牙科植入装置可植入患者的骨骼结构中以改善患者的外貌和/或牙齿功能。
当牙齿被移除或缺失时，用于包围它们的骨可能开始吸收。此外，失去足够的牙齿和支撑牙齿的骨骼，可能会导致面部特征下垂，从而导致外观更老化。使用骨移植技术，丢失的骨骼可能会再次堆积，从而通过加强患者的颚骨并允许更有效的牙齿更换来有益于患者的健康和/或外观。
在骨移植手术过程中，可以在患者的牙龈中做一个切口以接入其下方的骨骼，然后可以添加移植材料/骨移植替代物(BGS)。移植材料可以是经过处理的骨矿物质，身体可以在其周围沉积新的骨细胞。
目前，牙科专业人员可以用能够以颗粒或块状形式获得的骨移植替代物(bonegraft substitute，BGS)来增强患者的上颌和下颌嵴，并且临床医生可以将这种材料装塞(pack)到需要额外骨骼生长的区域中。该材料随后可被多孔膜结构覆盖以充当软组织的屏障。骨移植物可能需要该屏障以确保硬组织和软组织保持分离，以使得软组织不会长入骨移植材料中。
当前的膜可以方形或矩形片材形式商业获得。它们可以以小至1x1厘米或大至3x4厘米或其任何数字排列的尺寸交付。
在膜的使用期间，临床医生可以首先确定移植手术所需的尺寸，然后将膜切割成最适合患者手术部位的尺寸。决定该尺寸的变量可包括移植部位的尺寸、膜材料的使用量、牙齿解剖结构的曲率、切入软组织的方向或路径、和/或移植位置的具体区域。然后可以在使用后丢弃多余的膜。
然而，这些过程可能是耗时的，因为膜具有标准形状并且临床医生必须将每个膜切割成治疗患者所需的尺寸和形状。
美国专利No.9433707B2公开了生物相容的、不可吸收的多孔容纳结构，用于在所需位置容纳骨移植材料以刺激骨骼生长。多孔容纳结构可具有互连的孔，其尺寸允许纤维血管与周围组织的整合以及血管组织通过该结构传导到骨移植材料中。它还公开了一种通过如下而促进骨骼在期望位置处生长的方法：将包含具有互连孔的多孔基质的生物相容的、不可吸收的多孔材料弯曲成成形的多孔材料以放置到期望位置；将骨移植材料放入成形的多孔材料的内部区域内；通过在第二成形边缘处相对于侧部弯曲顶部，将顶部部分置于闭合位置，以覆盖所放置的骨移植材料；将包含骨移植材料的成形的多孔材料稳定地固定到与期望位置相邻的结构；以及允许骨骼在该期望位置处生长。
美国专利No.US10105198B2公开了了一种牙科膜，其设置在牙槽骨的缺陷区域，以形成用于牙槽骨再生的空间或以包围骨移植物，其中牙科膜通过插入并固定在牙槽骨中的插入物和与插入物结合的盖构件而固定，所述牙科膜包括：围绕牙槽骨缺陷区域的顶面的上部；从上部向下弯折并环绕牙槽骨的缺陷区域的侧表面的侧面弯曲部，其中所述上部包括：结合部，结合插入件和盖构件以便固定；突出部，从组合部向上延伸突出。
美国专利No.US6616698B2公开了一种可植入的、生物相容的、生骨的骨移植物，其包括与骨移植物一体的至少一个具有软组织向内生长不可渗透性的区域。
美国专利No.7531004B2公开了一种具有骨传导性泡沫的柔韧骨修复剂，该泡沫可以至少部分地围绕生物相容的网状物，并且其中该泡沫包含生物相容的、可吸收的聚合物和磷酸钙。
发明内容
与前述相关的现有限制以及其他限制可以通过预成型牙科膜和用于制造预成型牙科膜的方法和系统来克服。
根据本发明的一个方面，可以提供一种用于在骨质或骨量不足的患者中用骨移植替代物增强骨骼的方法，该方法包括以下步骤：获得要增强的骨骼区域的虚拟3D图像，所述要增强的骨骼区域包括手术部位的虚拟表示；用虚拟骨移植替代物对手术部位进行数字化装塞(pack)；基于虚拟骨移植替代物和所获得的要增强骨骼区域的虚拟3D图像，设计要放置在装塞的骨移植替代物上的虚拟预成型牙科膜；以及基于虚拟的预成型牙科膜制造预成型牙科膜。
根据本发明的另一方面，可以提供一种方法，包括以下中的一个或多个组合：(i)其中要增强的骨骼区域的虚拟3D图像是从CBCT、MRI和/或口腔内扫描，(ii)其中数字装塞步骤基于选自下列中的一种或多种属性：骨质、移植物区域、移植物量、软组织形貌、神经位置、邻牙或其他关键口腔解剖结构、以及所建议的牙科植入物的位置的，(iii)还包括；使虚拟的预成型牙科膜变平成基本上平坦的虚拟片，(iv)进一步包括用骨移植替代物物理地装塞手术部位，(v)进一步包括：将制造的预成型膜放置在装塞的骨移植替代物上，使得当所述制造的预成型膜被放置在装塞的骨移植替代物上时，其几何形状符合或基本符合所述虚拟的预成型牙科膜的几何形状，(vi)其中要增强的骨骼区域的虚拟3D图像是从先前的扫描操作中获得的。
下面参照附图详细描述本文中的各种实施例的其他特征和优点以及结构和操作。
附图说明
从本文下面给出的详细描述和附图中将更充分地理解示例实施例，其中相同的元件由相同的附图标记表示，这些附图标记仅以说明的方式给出，因此并不限制本文的示例实施例，其中：
图1示出了呈现骨骼不足以用于植入物放置的颌骨的侧视图。
图2a图示了呈现具有必要量的移植材料以支撑牙植入物的颌骨的侧视图。
图2b图示了图2a的视图的横截面。
图3示出了根据本发明示例性实施例的过程。
图4示出了从图2a的移植物形状产生平坦的预成型牙科膜的多个阶段的透视图。
图5示出了本发明的替代实施例的透视图。
图6示出了根据本发明实施例的计算机系统。
不同的图可以具有至少一些可以相同的附图标记以标识相同的部件，尽管下面可能不会针对每个图提供每个这样的部件的详细描述。
具体实施方式
定制牙科膜和制作定制牙科膜的方法
根据本文所述的示例方面，可以实现定制(custom)/预成型(performed)牙科膜和制造与手术部位形状匹配的定制/预成型牙科膜的方法。
图1显示了患者颌骨2在手术部位4骨量不足。患者颌骨2骨量不足可能是由于诸如牙周病、牙齿脱落、骨吸收、由于遗传导致的上颌和下颌弓较薄等因素造成的.通过根据手术部位4的形状、牙齿解剖结构的虚拟三维表示(例如下颌3的呈现，如图2a中所示)或要增强的骨骼的部分或区域的虚拟三维图像来进行确定，可以生产虚拟预成型膜6以覆盖放置在手术部位4中的虚拟骨移植替代物/材料18，以便将硬组织与软组织分离，从而软组织不会长入骨移植材料中。图2b示出了沿着颌3呈现的平面SS'的横截面，图示了在骨20的薄截面的旁边装塞(pack)的虚拟骨移植替代物18。在本发明的实施例中，颌3的呈现可以通过以下方式获得，可以使用锥形束或MRI获取扫描数据，以及可以以数字文件格式例如dicom、stl或一些其他格式在屏幕上呈现扫描数据。可以制造虚拟预成型牙科膜6以用于如下所述的治疗程序中。
在优选实施例中，可以获得预期移植物位置/手术部位4或牙腔的三维图像。这可以通过多种方法来实现，其中一些可以在后面更详细地讨论。可以使用3D图像构建技术，例如但不限于：在不同方向获得多个二维(2D)X射线图像，并使用计算技术将这些图像转换为三维图像，使用锥形束成像设备、CAT-SCAN设备或它们的某种组合。牙腔或手术部位的3D图像然后可以用作生成预成型牙科膜的基础。
物理预成型牙科膜可以模制或形成在增强部位的打印的模型上。在此，物理预成型牙科膜可以通过使用3D打印机打印负片或模具来制造，然后可以使用模具来生产定制的骨移移植物。在另一个实施例中，膜可以直接打印成其形状或直接打印在打印的骨移植基材的顶部。
图3显示了生产物理预成型牙科膜的过程1。过程1可以通过在步骤S100中获取患者牙腔的扫描开始。扫描可以是锥形束计算机断层扫描(CBCT)扫描、磁共振成像(MRI)扫描和/或口腔内扫描，所述扫描可以包括手术部位4的表面形貌。这里，扫描可以从由临床医生执行的扫描步骤获得。或者，临床医生可以从先前的扫描操作中获得扫描数据。如果使用CBCT扫描，可能会显示准确的骨质、移植区域和所需的移植物的量。
在获得扫描之后，可以基于扫描数据获得病人的颌骨3的呈现(虚拟颌骨)，并从颌骨3(虚拟颌骨)的所述呈现确定要增强的骨骼区域，所述区域是可以手术部位7的虚拟表示，如步骤S102所示。在步骤S104中，手术部位7的虚拟表示可以用虚拟骨移植材料18数字化装塞。所述数字装塞可以基于一种或多种特性，包括骨质、移植物区域和移植物量、软组织形貌和建议种植牙的位置。数字装塞可以显示所需的移植材料体积。移植物形状的主要目的可能是建立足够的骨量以支撑牙种植体。牙种植体的尺寸可以基于种植体的位置。较小(3.0–4.0mm)的种植体通常放置在前部，而较大的4.0+mm种植体通常放置在后部。理想情况下，移植部位可以在种植体直径周围有几毫米的骨头，以完全支持骨整合。此外，移植部位可以在牙槽嵴高度和宽度方面与相邻的牙齿解剖结构相匹配。
随后，可以在步骤S106中，通过限定虚拟预成型膜6的三维几何形状8来获得要放置在虚拟骨移植替代物18上的虚拟预成型膜6。可以获取并分离移植部位的表面形状以创建移植部位的虚拟表面几何形状。然后这可用于创建定制膜。这可以是手动或自动过程。在一个实施例中，用户或临床医生可以绘制或标记移植部位的准确形状和所需覆盖范围。在限定了3D几何形状8之后，所获得的虚拟预成型牙科膜6可以通过网格划分或通过类似的算法进行平整过程(步骤S108)，如图4的阶段2所示，以形成预成型膜12的平坦的或基本平坦的虚拟片材/虚拟数字表示(显示平坦的预成型牙科膜6的2D轮廓)。可通过使用可将3D几何体图案化成平面的2d形状的CAD软件来完成平坦化过程。
一旦虚拟的预成型牙科膜6被压平，它就可以被制造，步骤S110，并在临床医生进行牙科治疗之前的任何点成形。这种形状的制造可以通过创建增强的骨部位的3D打印结构，然后在这种形式上覆盖预先切割的水合膜来完成。然后可以将膜脱水以保持其形成的三维形状。当然，可以实现其他方法，包括膜的3D打印或使用其他模制或形成技术。在牙科治疗期间，临床医生可能会打开增强部位，用足够的移植材料装塞该位置，然后将膜放在上面，来作为骨移植替代物和软组织之间的屏障。然后可以缝合手术部位并待其愈合。
优选地，制造的预成型膜可以由胶原蛋白、不可吸收聚合物、可吸收聚合物、合成可吸收材料和/或天然可吸收材料制成。
在牙科治疗期间，物理手术部位4可以用实际的骨移植材料/替代物填充，步骤S112，并用成形的预成型牙科膜覆盖，步骤S114。然后可以将手术部位4缝合起来(suturedback up)，步骤S116。
图5示出了本发明的替代实施例。在本文中，虚拟预成型膜6可以被配置成可以单独包装的有机形状(例如，在其自己单独的用于单次使用装置的无菌包装内)，或者被预切割成更大的膜片14。这些几何形状可能不是特定于任何一位患者，但可能代表临床医生最常用的标准膜形状。临床医生可以从这种类型的产品中受益，因为它有最合适的替代物，而不需要在手术过程中手动修改膜的形状。这可以在骨移植过程中节省时间并提供优质的产品。在该实施例中，可以不需要患者数字扫描。
用于制作定制牙科膜的计算机系统
已经描述了制造定制牙科膜的过程1，现在将参考图6。图6示出了可以根据这里的示例实施例中的至少一些而采用的计算机系统100的框图。尽管这里可能就该示例性计算机系统100来描述各种实施例，但是在阅读了本说明书之后，相关领域的技术人员可以清楚如何使用其他计算机系统和/或体系结构来实现本公开。
计算机系统100可以包括扫描仪，例如CBCT、MRI和/或口腔内扫描仪，用于获得牙腔的3D图像。计算机系统还可以包括至少一个计算机处理器122。计算机系统可以被配置为接收3D图像，并且处理器122可以被配置为分析所述3D图像以创建颌骨3的呈现，其可以被显示在计算机系统100的显示器128上。在本文的一个实施例中，计算机系统100可以通过诸如键盘、鼠标、触摸屏监视器等输入单元130从临床医生获取输入，以创建完成的预成型膜6。所述输入可以包括手术部位边界的选择、骨骼结构的轮廓、种植体的大小、种植体的位置、相邻的牙齿解剖结构、关键神经、现有骨骼、骨骼质量等。在另一个实施例中，处理器122可以被配置为基于对骨骼轮廓、植入物尺寸、植入物位置、相邻牙齿解剖结构、关键神经、现有骨骼、骨质等的分析来自动选择手术部位。处理器122可以连接到通信基础设施124(例如，通信总线、交叉汇流设备、或网络)。
显示接口(或其他输出接口)126可以转发来自通信基础设施124(或来自帧缓冲器(未示出))的视频图形、文本和其他数据，以用于在显示单元128上显示。
如图3的过程1中所示的生成预成型膜的一个或多个步骤可以以计算机可读程序指令的形式存储在非暂时性存储设备上。为了执行过程，处理器122将适当指令(如存储在存储设备上)加载到存储器中，然后执行加载的指令。
计算机系统100还可以包括主存储器132，其可以是随机存取存储器(“RAM”)，并且还可以包括辅助存储器134。辅助存储器134可以包括例如硬盘驱动器136和/或可移动存储驱动器138(例如，软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、闪存驱动器等)。可移动存储驱动器138可以以众所周知的方式从可移动存储单元140读取和/或写入。可移动存储单元140可以是例如软盘、磁带、光盘、闪存设备等，其可以被可移动存储驱动器138写入和读取。可移动存储单元140可以包括存储计算机可执行软件指令和/或数据的非暂时性计算机可读存储介质。
在进一步的替代实施例中，辅助存储器134可以包括存储计算机可执行程序或要加载到计算机系统100中的其他指令的其他计算机可读介质。这样的设备可以包括可移动存储单元144和接口142(例如，程序盒和盒接口)；可移动内存芯片和相关的内存插槽；以及其他可移动存储单元144和允许软件和数据从可移动存储单元144传输到计算机系统100的其他部分的接口142。
计算机系统100还可以包括通信接口146，其使得软件和数据能够在计算机系统100和外部设备之间传输。经由通信接口146传输的软件和数据可以是信号的形式，其可以是电子的、电磁的、光学的或者能够被通信接口146发送和/或接收的其他类型的信号。信号可以是经由通信路径148(例如，信道)提供给通信接口146。通信路径148可以携带信号并且可以使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝链路、射频(“RF”)链路等来实现。通信接口146可用于在计算机系统100和远程服务器或基于云的存储(未示出)之间传输软件或数据或其他信息。
一个或多个计算机程序或计算机控制逻辑可以存储在主存储器132和/或辅助存储器134中。计算机程序也可以通过通信接口146接收。计算机程序可以包括计算机可执行指令，其在由计算机处理器122执行时使计算机系统100执行所描述的方法。因此，计算机程序可以控制计算机系统100。
在另一个实施例中，软件可以存储在非暂时性计算机可读存储介质中，并且使用可移动存储驱动器138、硬盘驱动器136和/或通信接口146加载到计算机系统100的主存储器132和/或辅助存储器134中。控制逻辑(软件)当由处理器122执行时，可以使计算机系统100执行这里描述的所有或一些方法。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。尽管上文描述了合适的方法和材料了，但在本公开的实践或测试中可以使用与本文中描述的那些相似或等同的方法和材料。在适用的法律和法规允许的范围内，本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献均通过引用整体并入。本公开可以在不脱离其精神或本质属性的情况下以其他具体形式体现，因此可以期望本公开实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。说明书中使用的任何标题仅为方便起见，不具有法律或限制作用。

Claims (9)

1.一种在骨质或骨量不足的患者中使用骨移植替代物来增强骨骼的方法，包括以下步骤：
获得要增强的骨骼区域的虚拟3D图像，所述要增强的骨骼区域包括手术部位的虚拟表示；
用虚拟骨移植替代物数字化地装塞手术部位；
基于所述虚拟骨移植替代物和所获得的要增强的骨骼区域的虚拟3D图像，设计要放置在装塞的骨移植替代物上的虚拟的预成型牙科膜；和
根据所述虚拟的预成型牙科膜制造预成型牙科膜，
其中所述制造包括打印增强的骨骼部位的3D结构，在3D结构上覆盖预切割的水合膜，以及使预切割的水合膜脱水以使其保持其所形成的三维形状。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述要增强的骨骼区域的虚拟3D图像是从CBCT、MRI和/或口内扫描获得的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数字地装塞的步骤基于选自由骨质、移植区域、移植量、软组织形貌、所建议的牙科植入物的尺寸和所建议的牙科植入物的位置组成的组中的一种或多种属性。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
使所述虚拟的预成型牙科膜变平成基本上平坦的虚拟片。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括用骨移植替代物物理地装塞所述手术部位。
6.如权利要求5所述的方法，还包括：
将制造的预成型膜放置在装塞骨移植替代物上，使得当所述制造的预成型膜放置在装塞的骨移植替代物上时，其几何形状符合或基本符合所述虚拟的预成型牙科膜的几何形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述要增强的骨骼区域的虚拟3D图像是从先前的扫描操作中获得的。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述制造包括将所述预成型牙科膜直接打印成其形状。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述制造包括将所述预成型牙科膜直接打印在定制骨移植材料的顶部上以形成包括所述预成型牙科膜和所述定制骨移植材料的部件。
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