CN113827356B - 一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，包括如下步骤：1)制作带定位网格的标记模型并扫描；2)标记模型与CBCT颌骨数据配准；3)通过定位网格虚拟植入微种植支抗；4)虚拟微种植支抗位置检查；5)标记模型上转移植入位置和方向；6)制作个性化植入导板；7)引导植入及核心附件回收。本发明引入了带有三维属性的双向定位网格，在设计虚拟植体的过程中，通过连接定位孔形成虚拟植体，导入颌骨CBCT数据中检查调整确定最佳植入位置和方向，并在标记模型上进行转移后制作个性化植入导板。其定位可控性好，可重复性高，不需要对导板进行逆向工程设计及3D打印制作，也在一定程度上节约了设计时间和制作成本。

Description

一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法

技术领域

本发明涉及一种口腔正畸临床治疗领域，尤其涉及一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法。

背景技术

目前临床植入微种植支抗时，多数时候都是凭借临床医生的经验，评估可能的安全植入位置和方向，一些情况下也会参考CBCT影像，但仅限于结构观察，不能与病人口内情况进行精准的结合。若想要进行精准植入，目前主要是使用逆向工程技术，三维重建牙列和部分颌骨后进行虚拟植入，再制作数字化导板，3D打印后使用。此项技术在设计阶段需要专门的数字化技术人员，生成阶段需要专门的3D打印机器，技术成本和材料成本都较高。设计并生成一颗微种植支抗数字化导板产生的费用，相当于微种植支抗材料本身和临床操作治疗费之和，因此很少有临床医生会使用精准植入。但随着矫治病人数目的增加，矫治要求的提高，种植支抗的应用场景更加广泛，植入的安全性和精确性更需要保证。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，替代数字化导板3D打印成形的设计生产方式，在保证准确性的基础上，降低了微种植支抗或种植体精准植入的技术难度和加工成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，该方法包括如下步骤：

1)制作带定位网格的标记模型并扫描

1.1)在制取患者上颌或下颌印模后，在充填石膏模型时，埋入带有三维属性的双向定位网格于待植入区域的牙槽骨两侧或植入区域及对应的模型基座另一侧，将其分别命名为植入侧和辅助定位侧；

1.2)石膏印模灌注凝结后，充分暴露网格面；

1.3)使用模型或口腔扫描仪器扫描，形成标记模型3D重建数据；

2)标记模型与CBCT颌骨3D重建数据配准

2.1)使用Mimics软件截取CBCT中与标记模型重叠且结构清晰的部分作为重叠参考模型，比如前牙段牙齿及颌骨数字化模型；

2.2)使用3-matic软件，固定重叠参考模型，将3D重建的标记模型与重叠参考数字化模型进行空间配准；

3)通过定位网格虚拟植入微种植支抗

3.1)使用3-matic软件，在3D重建的标记模型的植入侧和辅助定位侧的双向定位网格中各选择一个定位孔，将其正中点作为植入标记点；

3.2)连接两侧标记点形成直径与待植入微种植支抗相同的圆柱体，作为虚拟植入的微种植支抗基体；

3.3)从植入部位表面计算，截取与待植入种植支抗等长的圆柱体作为虚拟微种植支抗；

4)虚拟微种植支抗位置检查

将虚拟植入的微种植支抗导出到Mimics软件中，结合患者CBCT影像数据，从三个维度，每个截面检查虚拟植入的微种植支抗是否处于理想位置，即避开牙根和大血管神经，且有足够的植入深度；若并非处于理想位置，则退回到第三步重新调整虚拟微种植支抗的位置和方向；

5)标记模型上转移植入位置和方向

根据虚拟微种植支抗理想植入位的定位孔位置，在标记模型上插入定位辅助件进行转移；

6)制作个性化植入导板

6.1)安装金属连接导筒，该导筒使用CNC定制加工，其内径与定位套外径嵌合，也等于微种植支抗手柄头端外径；

6.2)固定导筒后，制作牙面导板与之连接；

7)引导植入及核心附件回收

将导板消毒后，稳定佩戴于牙面，微种植手柄卡入连接导筒，即可实现对微种植支抗植入的引导；导板使用后，拆卸下金属连接导筒进行再次消毒使用。

作为本发明的一种优选方案，所述定位辅助件包括定位件和定位套，步骤5)包括如下步骤：

5.1)根据理想植入位的定位孔位置，插入定位件；

5.2)套上与定位件嵌合匹配的定位套。

作为本发明的一种优选方案，所述定位辅助件由定位件和定位套一体成型。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明专利所阐述的一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法针对微种植支抗植入需要准确定位的临床痛点，通过带有三维属性的双向定位网格，将虚拟植入后的微种植支抗位置准确转移到同一个模型中，在此模型上结合传统导板制作技术，替代数字化导板3D打印成形的生产方式。另外由此项技术延伸，其核心设计生产方式也可用于种植体的植入。此过程不需要专门数字化技术人员和3D打印机器，在保证准确性的基础上，大大降低了微种植支抗或种植体精准植入的技术难度和加工成本。

2、保持数字化设计准确性的基础上更简化规范的操作流程

逆向工程技术能够比较准确的进行植入的关键在于虚拟植入后进行了虚拟植入体与CBCT数据的检测，本发明在保留此部分核心要点的基础上，引入了带有三维属性的双向定位网格。在设计虚拟植体的过程中，通过连接植入侧和辅助定位侧相应的定位孔即可形成虚拟植体，虚拟植体位置不佳时通过改变两侧定位孔重新生成虚拟植体，相较于传统方式依靠设计人员手动调整观察，其可控性好，且不同的操作者之间更具有可重复性，也一定程度节约了设计时间。

3、同一模型完成设计和制作，保证植入位置的准确转移

在本发明中，扫描形成的3D重建数据来自带有三维属性的双向定位网格的标记模型，与后期加工植入导板的为同一个模型，因为定位网格的存在，能轻松的将虚拟微种植支抗植入的位置和方向准确复制到标记模型上，保证植入位置转移的准确性。

4、使用CNC定制加工配件，提高制作精度

该导板中引导植入关键金属连接导筒及金属连接配件均采用CNC定制加工，平行加工精度为0.005mm，大大优于3D打印一般加工精度的0.1mm。且该部分可重复使用，也一定程度节约加工成本。

5、灵活多变的导板成形方式，降低加工难度

相较于逆向工程技术中需要设计并使用3D打印机打印数字化导板，本发明中牙面导板在石膏模型上直接制作，因此硅橡胶、树脂基托或铸造金属等多种传统加工方式均可完成相应的导板制作，节约加工成本，降低加工难度。

附图说明

图1为制作带标记网格的模型并扫描的示意图；

图2为标记模型与CBCT颌骨3D重建数据配准的示意图；

图3中(a)为选取牙槽骨两侧植入区域目标点位的示意图；(b)为虚拟微种植支抗的示意图；

图4为虚拟微种植支抗位置检查的示意图；

图5中(a)为定位件插入定位孔位置的示意图；(b)为连接上定位套的示意图；(c)为定位件的结构示意图；(d)为定位套套在定位件上的结构示意图；(e)为定位件和定位套一体成型的结构示意图；

图6中(a)为安装连接导筒的示意图；(b)为固定导筒后制作牙面导板与之连接的示意图；

图7为制作好的微种植支抗导板的结构示意图；

图8为临床试戴的示意图；

图9为微种植支抗手柄头端卡入金属连接导筒的示意图；

图10为将虚拟植入的微种植支抗的位置和方向准确转移到同一个标记模型中的示意图；

图11为植入侧和辅助定位侧分布于植入结构两侧的示意图。

图中：1—定位件；2—定位套；3—定位辅助件；4—导筒；5—牙面导板；6—微种植支抗手柄头端；7—植入侧；8—辅助定位侧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。

一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，该方法包括如下步骤：

1)制作带定位网格的标记模型并扫描

1.1)在制取患者上颌或下颌印模后，在充填石膏模型时，埋入带有三维属性的双向定位网格于待植入区域的牙槽骨两侧或植入区域及对应的模型基座另一侧，将其分别命名为植入侧和辅助定位侧；1.2)石膏印模灌注凝结后，充分暴露网格面；1.3)使用模型或口腔扫描仪器扫描，形成标记模型3D重建数据；如图1所示。

2)标记模型与CBCT颌骨3D重建数据配准

2.1)使用Mimics软件截取CBCT中与标记模型重叠且结构清晰的部分作为重叠参考模型，比如前牙段牙齿及颌骨数字化模型；

2.2)使用3-matic软件，固定重叠参考模型，将3D重建的标记模型与重叠参考数字化模型进行空间配准；如图2所示。

3)通过定位网格虚拟植入微种植支抗

3.1)使用3-matic软件，在3D重建的标记模型的植入侧和辅助定位侧的双向定位网格中各选择一个定位孔，将其正中点作为植入标记点，如图3(a)所示；3.2)连接两侧标记点形成直径与待植入微种植支抗相同的圆柱体，作为虚拟植入的微种植支抗基体；3.3)从植入部位表面计算，截取与待植入种植支抗等长的圆柱体作为虚拟微种植支抗，如图3(b)所示。

4)虚拟微种植支抗位置检查

将虚拟植入的微种植支抗导出到Mimics软件中，结合患者CBCT影像数据，从三个维度，每个截面检查虚拟植入的微种植支抗是否处于理想位置，即避开牙根和大血管神经等重要结构，且有足够的植入深度；若并非处于理想位置，则退回到第三步重新调整虚拟微种植支抗的位置和方向，如图4所示。

5)标记模型上转移植入位置和方向

根据虚拟微种植支抗理想植入位的定位孔位置，在标记模型上插入定位辅助件3进行转移，如图5(b)所示。

定位辅助件3包括定位件1和定位套2，定位件1和定位套2可以是两个独立的，如图5(c)和图5(d)所示，使用两个配件分离形式更方便后续相关研究的开展，其步骤为：5.1)根据理想植入位的定位孔位置，插入定位件1，如图5(a)所示；5.2)套上与定位件1嵌合匹配的定位套2，如图5(b)所示。

定位辅助件3也可由定位件1和定位套2一体成型，即定位件1和定位套2合并为一个配件，如图5(e)所示。

其中定位件1和定位套2均使用计算机数字化控制精密加工(CNC)定制而成，可多次使用，不需要特殊消毒处理。

6)制作个性化植入导板

6.1)安装金属连接导筒4，如图6(a)所示，该导筒使用CNC定制加工，可多次使用，其内径与定位套2的外径嵌合，也等于微种植支抗手柄头端外径，使其在实际使用时能准确卡住微种植支抗手柄头端，确保种植支抗按照设计的位置和方向准确植入。

6.2)固定导筒4后，制作牙面导板5与之连接(牙面导板5的材料可使用硅橡胶、树脂基托或铸造金属等多种方式)，如图6(b)所示。

7)引导植入及核心附件回收

将导板消毒后，稳定佩戴于牙面，微种植手柄卡入连接导筒，即可实现对微种植支抗植入的引导；导板使用后，拆卸下金属连接导筒进行再次消毒使用。

制作好的微种植支抗导板如图7所示。使用该微种植支抗导板，可按照如下步骤操作：①临床试戴，如图8所示；②固位导板后，将微种植支抗手柄头端6卡入金属连接导筒，如图9所示，局麻下植入微种植支抗；③导板使用后分离出金属连接导筒部分，消毒后重复使用。

本发明要点：

1)带有三维属性的双向定位网格的引入

以往使用逆向工程技术的微种植支抗精准植入方法中，不能实现虚拟植入位置到实际模型位置的准确转移，因此需要制作数字化导板，再3D打印成形。而本发明通过将带有三维属性的双向定位网格嵌入到石膏模型，形成标记模型，再使用此标记模型定点设计，可以将虚拟植入的微种植支抗的位置和方向准确转移到同一个标记模型中，如图10所示。此双向定位网格应当与植入位置基本垂直，且分布于植入结构两侧，其中与植入部位接触侧为植入侧7，另一侧为辅助定位侧8，如图11所示。如果是应用到种植体植入的场景，则定位网格植入侧应嵌合在石膏印模的于牙槽嵴表面，其顺应植入方向的牙槽骨下方为辅助定位侧，理论上两侧距离越远，可选定位划分越精细。

2)定点形成微种植支抗虚拟植体

在使用逆向工程技术进行微种植支抗的虚拟植入过程中，因为没有定位网格的存在，虚拟植入过程都是通过手动调试。如果在没有内部牙根等结构的参考的情况下，并不能直观看到所需避开结构，可能造成一些设计的反复，若需要看到牙根等结构，则往往需要进行牙根重建，又增加了设计时间。本发明中将可植入区域明确的划分为三维空间网格，既可以实现快速的定位，同时也简化并规范了设计流程，增加了设计的可重复性。在遇到与传统逆向工程技术虚拟植入同样的需要调整植入位置的情况下，由于定位网格的存在，可以更快速准确的实现控制性的调整，节约设计时间。

3)替代3D打印的更灵活多变的导板成形方式

虚拟植入后的微种植支抗位置通过本发明的方法，使用连接附件可以准确转移到同一个模型中。在连接附件上安装金属连接导筒后，即可在同一模型上制作植入导板。由于此导板不再需要3D打印成形，因此硅橡胶、树脂基托或铸造金属等多种传统加工方式均可完成相应的导板制作，可根据加工中心各自情况进行协调，加工难度降低，同时也节约了加工成本。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)制作带定位网格的标记模型并扫描

1.1)在制取患者上颌或下颌印模后，在充填石膏模型时，埋入带有三维属性的双向定位网格于待植入区域的牙槽骨两侧，或植入区域及对应的模型基座另一侧，将其分别命名为植入侧和辅助定位侧；

1.2)石膏印模灌注凝结后，充分暴露网格面；

1.3)使用模型或口腔扫描仪器扫描标记模型，形成标记模型3D重建数据；

2)标记模型与CBCT颌骨3D重建数据配准

2.1)使用Mimics软件截取CBCT中与标记模型重叠且结构清晰的部分作为重叠参考模型；

2.2)使用3-matic软件，固定重叠参考模型，将3D重建的标记模型与重叠参考数字化模型进行空间配准；

3)通过定位网格虚拟植入微种植支抗

3.1)使用3-matic软件，在3D重建的标记模型的植入侧和辅助定位侧的双向定位网格中各选择一个定位孔，将其正中点作为植入标记点；

3.2)连接两侧标记点形成直径与待植入微种植支抗相同的圆柱体，作为虚拟植入的微种植支抗基体；

3.3)从植入部位表面计算，截取与待植入种植支抗等长的圆柱体作为虚拟微种植支抗；

4)虚拟微种植支抗位置检查

将虚拟植入的微种植支抗导出到Mimics软件中，结合患者CBCT影像数据，从三个维度，每个截面检查虚拟植入的微种植支抗是否处于理想位置，即避开牙根和大血管神经，且有足够的植入深度；若并非处于理想位置，则退回到第三步重新调整虚拟微种植支抗的位置和方向；

5)标记模型上转移植入位置和方向

根据虚拟微种植支抗理想植入位的定位孔位置，在标记模型上插入定位辅助件(3)进行转移；

所述定位辅助件(3)包括定位件(1)和定位套(2)，步骤5)包括如下步骤：

5.1)根据理想植入位的定位孔位置，插入定位件(1)；

5.2)套上与定位件(1)嵌合匹配的定位套(2)；

6)制作个性化植入导板

6.1)安装金属连接导筒(4)，该导筒使用CNC定制加工，其内径与定位套(2)外径嵌合，也等于微种植支抗手柄头端外径；

6.2)固定导筒(4)后，制作牙面导板(5)与之连接；

7)引导植入及核心附件回收

将导板消毒后，稳定佩戴于牙面，微种植手柄卡入连接导筒，即可实现对微种植支抗植入的引导；导板使用后，拆卸下金属连接导筒进行再次消毒使用。

2.根据权利要求1所述的一种微种植支抗个性化精准植入的设计制作方法，其特征在于：所述定位辅助件(3)由定位件(1)和定位套(2)一体成型。

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