CN114617652A

CN114617652A - 一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法

Info

Publication number: CN114617652A
Application number: CN202210145968.8A
Authority: CN
Inventors: 朱房勇; 高宇峰; 张秋香
Original assignee: Affiliated Hospital of Jiangnan University
Current assignee: Affiliated Hospital of Jiangnan University
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2042-02-17
Also published as: CN114617652B

Abstract

本发明公开了一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法，属于种植导板制作技术领域。本发明制作方法包括数据采集、数据拟合、设计种植体、设计套孔、设计栅栏式种植导板、3D打印和制成成品步骤。其中在设计栅栏式种植导板步骤中采用PlastyCAD软件，在工作侧的三维数据STL文件中填满工作侧的牙齿倒凹，在套孔的STL文件中根据需要种植牙的位置在相邻侧牙龈组织处框选，通过相邻牙齿横跨相连接，生成栅栏式的种植导板STL文件。通过本发明制作的栅栏式种植导板，可以使术区充分暴露，容易在口内就位，无倒凹，容易出水，不产热，确保手术及后期修复的成功。本发明的数字化栅栏式种植导板制作是全球口腔界探索的重要课题和未来口腔诊疗发展的方向，代表了现代数字化医疗技术的顶尖水平，令口腔种植更快捷、更精确、更安全。

Description

一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法

技术领域

本发明涉及种植导板制作技术领域，具体涉及一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法，主要应用于口腔种植需要整合软硬组织数据，并进行术前规划、精确预测手术结果的病例。

背景技术

传统的种植手术需要术者根据颌骨的骨质量和解剖结构来设计种植体植入的角度和位置，一般需在手术中翻开黏骨膜瓣后评估确定再进行手术。近年来微创不翻瓣牙种植技术以其可以减轻患者对种植手术的恐惧心理，减少术中出血，缩短手术时间，减轻术后肿胀、疼痛、不适，减少术后感染风险，降低牙槽骨吸收，避免切口瘢痕有利于软组织美学效果恢复等优势被广泛采用。传统种植牙中，在非直视情况下手术对医生来说挑战极大，没有有效仪器设备的辅助，单纯依靠医生的感觉经验以人工目测的方式确定人工牙根的位置，以盲种的方式进行种植牙加大了手术的风险。而种植导板的应用使得微创不翻瓣手术成为了可能。

种植导板是术前对患者所有信息判读后进行设计，帮助在手术过程中精确定位，减小手术误差的信息载体。目前种植导板应用主要在部分骨量不足或离重要解剖结构距离较近的单颗或多颗牙种植、前牙美学区单颗或多颗牙列缺损、半口牙列缺失或全牙列缺失进行种植固定义齿修复的患者。种植手术过程中，将种植体植入到理想的位置、最大限度地利用骨量并且确保不伤及邻近的重要组织结构是种植的目标。种植导板可将设计的种植体精确地定位于颌骨内，调节上部结构，为后期修复的功能与美学效果提供保证。种植导板的应用降低患者损伤、简化手术复杂程度，提高种植修复的精确度，极大地推动了种植技术的发展。

目前传统的种植导板仍存在以下若干问题：(1)就位问题：在使用种植导板的时候，种植导板的就位问题相当关键，特别是牙支撑导板，牙的倒凹会造成导板就位产生误差，术中将种植导板在口内就位时，需通过观察使种植导板基托内表面与牙体硬组织表面、黏膜软组织表面高度贴合；由于传统种植导板对视线的阻挡，医生难以观察到就位状态，若种植导板未完全就位稳定，轻微移动就会使得定位不准产生误差；种植导板就位不良可导致穿孔、牙槽嵴骨裂、种植位置改变，影响上部修复体的修复，导致种植失败；(2)冷却问题：种植牙术中需不间断地用冷却液进行冲洗，起到局部冷却作用，减少组织损伤；由于传统种植导板设计时覆盖在口腔内，术中由于种植导板的阻挡，手术时冷却液软管冲出的冷却液无法顺利进入到种植区域，不能完全满足冷却需求；部分种植导板设计时会在导板套环四周开冷却窗口，冷却液通过冷却窗口进入种植区域，实际种植时由于种植导板与口内牙龈贴合，因此此种方法冷却液依然很难进入到种植区；(3)积热问题：工具高速旋转时产生大量的热量，如若冷却不足可能引起骨灼伤，最终导致手术失败；(4)排水问题：由于种植导板的阻挡，不利于口腔内冷却液、血水和碎屑的吸出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法，本发明的数字化种植导板制作方法是基于数字化数据，通过专业的种植软件设计，结合快速成型技术制作栅栏式种植导板，本发明优化了栅栏式种植导板的设计工序，可以降低医疗成本，提高手术精度，由此制作而成的栅栏式种植导板具有容易就位、无倒凹、容易出水、不产热的优点。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法，应用于具备牙缺失的患者的数字化种植导板制作；制作方法包括：

数据采集：获取包括锥形束CBCT拍摄的DICOM文件、口扫或模型扫描获取的工作侧的三维数据STL文件、对颌的三维数据STL文件、咬合关系的三维数据STL文件；

数据拟合：将工作侧的三维数据STL文件和锥形束CBCT拍摄的DICOM文件进行数据拟合匹配处理，得到需要种植牙位、牙龈软组织、骨组织三者的位置和关系；

设计种植体：在数据拟合匹配处理的文件中模拟设计种植体植入的三维位置关系；

设计套孔：根据模拟种植体的位置设计种植体上部种植导板套孔的位置，生成套孔的STL文件；

设计栅栏式种植导板：在工作侧的三维数据STL文件中填满工作侧的牙齿倒凹；在套孔的STL文件中，根据需要种植牙的位置在相邻侧牙龈组织处框选，通过相邻牙齿横跨相连接，生成栅栏式的种植导板STL文件；

3D打印：将栅栏式的种植导板STL文件导入3D打印的排版软件中，导板的套孔垂直朝下，添加支撑杆和短横杆，进行3D打印；

制成成品：将打印后的导板去除支撑杆、光照、打磨抛光后，在套孔位置插入金属导环，制作完成。

进一步的，所述数据拟合步骤中，数据拟合匹配处理的原则是令待拟合的两个数据中的硬组织牙齿位置相同且清晰。

进一步的，所述设计套孔步骤中，种植体的颈部距离套孔的顶部固定10mm，孔的直径为5.5mm，孔高度为4mm，套孔的厚度为5mm，如果有两颗或者两颗以上的套孔则通过连接板相连。

进一步的，所述数据拟合、设计种植体、设计套孔步骤采用3Shape Dental System软件。

进一步的，所述设计栅栏式种植导板步骤采用PlastyCAD软件；在PlastyCAD软件中，选择Create Model功能，在工作侧的三维数据STL文件中填满工作侧的牙齿倒凹；选择Curves功能，在套孔的STL文件中制作栅栏式种植导板；选择Remove intersections with功能，生成栅栏式的种植导板STL文件。

进一步的，所述设计栅栏式种植导板步骤中，填满工作侧的牙齿倒凹的方向是从牙合平面向下，在牙齿的颊舌侧均分。

进一步的，所述设计栅栏式种植导板步骤中，框选范围在需种植牙前后2～3个牙位，横跨的连接杆为3～4mm。

进一步的，所述制成成品步骤中，插入的金属导环的内径为4.8mm，外径为5.5mm，高度为4mm。

本发明的有益效果在于：

本发明借助CBCT和3D扫描获取三维数据，采用导板设计软件3Shape DentalSystem和PlastyCAD精准设计种植导板，精确控制种植导板的套孔、栅栏的位置、方向、长度、直径等，最后采用3D打印技术制作出栅栏式种植导板。本发明制作的栅栏式种植导板，可以使术区充分暴露，容易在口内就位，无倒凹，冷却水可顺利进入术区，且容易出水，不产热，从而确保手术及后期修复的成功。本发明的数字化栅栏式种植导板制作是全球口腔界探索的重要课题和未来口腔诊疗发展的方向，代表了现代数字化医疗技术的顶尖水平，让口腔种植能更快捷、更精确、更安全。

附图说明

图1为本申请实施例中拍摄锥形束CBCT导出的DICOM文件的示意图；

图2为本申请实施例中3D扫描获得的工作侧的三维数据STL文件的示意图；

图3为本申请实施例中3D扫描获得的对颌的三维数据STL文件的示意图；

图4为本申请实施例中3D扫描获得的咬合关系的三维数据STL文件的示意图；

图5为本申请实施例中对工作侧的三维数据STL文件和拍摄锥形束CBCT导出的DICOM文件进行数据拟合后的示意图；

图6为本申请实施例中设计种植体的示意图；

图7为本申请实施例中设计种植体上部种植导板套孔的示意图；

图8为本申请实施例中生成的套孔的STL文件的示意图；

图9为本申请实施例中在工作侧的三维数据STL文件中填满牙齿倒凹后的示意图；

图10为本申请实施例中设计栅栏式的种植导板STL文件的示意图；

图11为本申请实施例中栅栏式的种植导板STL文件在3D打印软件中的示意图；

图12为本申请实施例中数字化栅栏式种植导板的制作方法的流程总结图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

病例资料：患者：女性，年龄57岁，职业：退休。主诉：左下后牙缺失数月，要求修复。现病史：病人十年前因牙痛拔除，行活动义齿修复，今来我科就诊要求种植。过敏史：无。既往史：体健，否认系统疾病。无吸烟史。口内缺失区相关情况：可用骨的形态分类：A骨密度的形态分类：2类；菌斑指数：1度；颊侧附着龈宽度：大于2mm；牙槽嵴方向：理想；牙龈生物型：厚龈型；咬合面：良好；颞下颌关节：无症状。诊断：牙列缺损。治疗计划：数字化导板种植后，延期修复。

制作步骤：

一.数据采集：

a)对需行种植体植入患者拍摄锥形束CBCT，导出DICOM文件(参见图1)；

CBCT：Cone beam CT，即锥形束投照计算机重组断层影像设备。其原理是X线发生器以较低的射线量围绕投照体做环形数字式投照。然后将围绕投照体多次数字投照后交集中所获得的数据在计算机中重组后进而获得三维图像。CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT不同，而后期计算机重组的算法原理有类似之处。

DICOM：Digital Imaging and Communications in Medicine，即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准(ISO 12052)。它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。DICOM被广泛应用于放射医疗，心血管成像以及放射诊疗诊断设备，例如X射线，CT，核磁共振，超声等，并且在眼科和牙科等其它医学领域得到越来越深入广泛的应用。在数以万计的在用医学成像设备中，DICOM是部署最为广泛的医疗信息标准之一。

b)利用口扫或对制取的石膏模型及咬合关系进行3D扫描，分别导出：

①工作侧的三维数据STL文件(参见图2)；

②对颌的三维数据STL文件(参见图3)；

③咬合关系的三维数据STL文件(参见图4)；

STL：Stereo lithographic文件格式，是美国3D SYSTEMS公司提出的三维实体造型系统的一个接口标准，其接口格式规范。采用三角形面片离散地近似表示三维模型，目前已被工业界认为是快速成形领域的标准描述文件格式。在逆向工程、有限元分析、医学成像系统、文物保护等方面有广泛的应用。STL文件的最大特点是由一系列的三角形面片无序排列组合在一起。

上述采集的“.DICOM”数据和“.STL”数据为后期设计依据。

二.数据拟合：

将①工作侧的三维数据STL文件和拍摄锥形束CBCT导出的DICOM文件共同导入到3Shape Dental System软件，通过该软件自带的功能，自动进行数据拟合匹配处理(参见图5)。3Shape Dental System软件进行自动数据拟合匹配的原理是两个数据中的硬组织牙齿位置相同且清晰。拟合后得到需要种植牙位，牙龈软组织，骨组织三者的位置和关系(参见图5)。

3Shape Dental System：是3Shape公司开发的Dental System软件，是专门为牙科技师们设计的，以成本高效的方式为技工所客户提供各种高质量的修复体的软件。

三.设计种植体：

在3Shape Dental System软件中，根据种植体植入的原则，模拟设计种植体植入的三维位置关系(参见图6)。具体过程是在3Shape Dental System的种植体模型库中，选择相应品牌、规格的种植体模型，如果没有合适的也可自建种植体模型存入库中，然后将所选的种植体模型放置在植入位置，并调整其三维位置关系使其处于合适的植入位置。

四.设计套孔：

在3Shape Dental System软件中，根据模拟种植体的位置，设计种植体上部种植导板套孔的位置。具体原则为：种植体的颈部距离套孔的顶部固定10mm，孔的直径为5.5mm，孔高度为4mm，套孔的厚度为5mm(参见图7，其中36表示牙位)。如果有两颗或者两颗以上的套孔则通过连接板相连。然后生成：④套孔的STL文件(参见图8)。

五.设计栅栏式的种植导板：

将④套孔的STL文件和①工作侧的三维数据STL文件先后导入PlastyCAD软件：

PlastyCAD：意大利公司开发的CAD设计软件。

a)将①工作侧的三维数据STL文件导入PlastyCAD软件；使用软件的Create Model功能，在①工作侧的三维数据STL文件中自动填满工作侧的牙齿倒凹(参见图9)；注意：填满工作侧的牙齿倒凹的方向是从牙合平面向下，在牙齿的颊舌侧均分；

b)将④套孔的STL文件导入PlastyCAD软件，将表面积改为体积；选择软件的Curves功能，在④套孔的STL文件中制作栅栏式种植导板；具体过程是：首先根据需要种植牙的位置，在相邻侧牙龈组织处用Curves框选，框选范围在需种植牙前后2～3个牙位；然后在框选中的每个牙位上分别用Curves连接杆横跨相连接，横跨的Curves连接杆通常为3～4mm直径；最后，选择Remove intersections with功能，生成栅栏式的种植导板STL文件(参见图10)。

六.3D打印：

将栅栏式的种植导板STL文件导入3D打印的排版软件中，使种植导板的套孔垂直朝下，然后添加支撑杆和短横杆，进行3D打印(参见图11)。

七.制成成品：

将打印后的种植导板去除支撑杆，光照，打磨抛光后在套孔位置插入内径为4.8mm，外径为5.5mm，高度为4mm的金属导环。制作完成。

参见图12，展示了本申请的数字化栅栏式种植导板的制作方法的整体流程。

综上所述，采用本申请数字化栅栏式种植导板应用于即刻种植即刻修复，临床可行性良好，可操作性及可重复性强，效果可靠，能快速、高效、精准的完成种植外科及修复程序，是一种有效且值得推广的数字化设计技术。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种新型数字化栅栏式种植导板的制作方法，其特征在于，应用于具备牙缺失的患者的数字化种植导板制作；所述制作方法包括：

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述数据拟合步骤中，数据拟合匹配处理的原则是令待拟合的两个数据中的硬组织牙齿位置相同且清晰。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述设计套孔步骤中，种植体的颈部距离套孔的顶部固定10mm，孔的直径为5.5mm，孔高度为4mm，套孔的厚度为5mm，如果有两颗或者两颗以上的套孔则通过连接板相连。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述数据拟合、设计种植体、设计套孔步骤采用3Shape Dental System软件。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述设计栅栏式种植导板步骤采用PlastyCAD软件；在PlastyCAD软件中，选择Create Model功能，在工作侧的三维数据STL文件中填满工作侧的牙齿倒凹；选择Curves功能，在套孔的STL文件中制作栅栏式种植导板；选择Remove intersections with功能，生成栅栏式的种植导板STL文件。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述设计栅栏式种植导板步骤中，填满工作侧的牙齿倒凹的方向是从牙合平面向下，在牙齿的颊舌侧均分。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述设计栅栏式种植导板步骤中，框选范围在需种植牙前后2～3个牙位，横跨的连接杆为3～4mm。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述制成成品步骤中，插入的金属导环的内径为4.8mm，外径为5.5mm，高度为4mm。