CN116077218A - 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法 - Google Patents

一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116077218A
CN116077218A CN202310042761.2A CN202310042761A CN116077218A CN 116077218 A CN116077218 A CN 116077218A CN 202310042761 A CN202310042761 A CN 202310042761A CN 116077218 A CN116077218 A CN 116077218A
Authority
CN
China
Prior art keywords
porous
implant
section
model
gyroid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310042761.2A
Other languages
English (en)
Inventor
宿玉成
王心彧
刘锐
宋颐函
郑晓晓
姜至秀
张亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiamusi University
Original Assignee
Jiamusi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiamusi University filed Critical Jiamusi University
Priority to CN202310042761.2A priority Critical patent/CN116077218A/zh
Publication of CN116077218A publication Critical patent/CN116077218A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
    • A61C13/0004—Computer-assisted sizing or machining of dental prostheses
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0018—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the shape
    • A61C8/0022—Self-screwing
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0018—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the shape
    • A61C8/0037—Details of the shape
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
    • A61C8/0018—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the shape
    • A61C8/0037—Details of the shape
    • A61C2008/0046—Textured surface, e.g. roughness, microstructure

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，构建种植体实体模型，其中颈段位于多孔段上方；多孔段完全位于骨水平以下并采用Gyroid结构；螺纹位于多孔段外侧，设计为反支撑螺纹；中央螺丝为光滑实心结构，位于种植体中心中上2/3的位置；与种植体多孔段相接触位置，于多孔段内部设置一与中央螺丝螺纹契合的薄壁。该建模方法以Gyroid结构作为单胞，通过调节孔隙率、孔径等参数，匹配皮质骨及松质骨的强度及弹性模量，设计仿生多孔种植体，从而改善应力屏蔽效应，匹配了皮质骨及松质骨的强度及弹性模量，有效提高结合强度，提升骨结合速率，提高种植成功率；利用本发明的设计方法可以获得力学性能及生物相容性优良的复杂多孔结构种植体。

Description

一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法
技术领域
本发明涉及牙体种植修复技术领域，更具体的说是涉及一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法。
背景技术
口腔种植修复作为治疗牙列缺损的一种常用方式，与传统的固定与可摘义齿修复相比，具有美观、舒适、不伤邻牙等优点。种植成功的关键是种植体与骨界面之间的骨结合。
目前，纯钛(TA1)及钛合金(TC4)是最常用的种植体材料，其优点是耐磨性、耐腐蚀性、细胞及组织相容性良好，除种植领域外，在骨科植入等方面也有广泛的应用。但该材料也存在一定的缺点，钛及钛合金的弹性模量(110GPa)显著高于人骨的弹性模量(0.02-20GPa)，往往会出现应力屏蔽效应，引起种植体-骨界面微动过大，导致种植失败。同时，与纯钛和骨相比，钛合金的强度相对较高，可通过钛合金多孔化降低其弹性模量。多孔结构不仅可以有效降低弹性模量，改善应力屏蔽效应，又有利于细胞附着及长入，加快骨结合。
三周期极小曲面(Triply periodic minimal surface, TPMS)是基于隐式函数的平均曲率为零的曲面结构，与人骨相近，具有良好的力学传导性能。其优点包括：1.具有良好的拓扑优化性，在激光选区熔融工艺成形过程中能够提供更好的自支撑性；2.具有光滑接头的无限连续的表面确保了更少的应力集中和更高的机械性能；3.通过调整曲面方程的参数，可以实现对结构单元形状和尺寸的精确控制。其中Gyroid结构具有高比表面积、高渗透率的特点，其表面开放的孔隙有利于细胞长入，从而促进骨结合。
有研究表明，通过调节孔隙率、孔径等参数，可以调节材料的强度及弹性模量。孔隙率越大，强度及弹性模量越小；反之，孔隙率越小，强度及弹性模量越大。
因此，如何提供一种通过调节孔隙率、孔径等参数进而改善应力屏蔽效应的仿生多孔种植体的建模方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，通过调节孔隙率、孔径等参数，匹配皮质骨及松质骨的强度及弹性模量，设计仿生多孔种植体，从而改善应力屏蔽效应。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，包括以下步骤：
S1.构建种植体实体模型：构建种植体实体模型的各个部分，所述种植体实体模型包括颈段、多孔段、螺纹和中央螺丝；其中，所述颈段为光滑实心结构，位于多孔段上方；所述多孔段完全位于骨水平以下，其多孔结构采用Gyroid结构；所述螺纹位于多孔段外侧，设置为反支撑螺纹；所述中央螺丝为光滑实心结构，位于种植体中心中上2/3的位置，与种植体多孔段相接触位置，于多孔段内部设置一与所述中央螺丝螺纹契合的薄壁；将所述种植体实体模型的各个部分分别导出为STL格式；
S2.构建Gyroid结构模型：设定所述Gyroid结构模型单胞大小、长、宽、高以及孔隙率，导出为STL格式；
S3.组装仿生多孔种植体模型：将所述种植体实体模型中的多孔段实体模型与Gyroid结构模型做布尔运算交集，得到骨内多孔结构；将所述骨内多孔结构替换所述多孔段并与所述种植体实体模型的其他部分对齐，做布尔运算并集，得到仿生多孔种植体模型，导出为STL格式文件。
优选的，所述多孔段高度为8-12mm，直径为2.7-4.5mm，下方0.5-1.0mm设计为圆角。
优选的，所述颈段高度为1.5-2.5mm，颈段最宽处直径为3.5-6.5mm。
优选的，所述螺纹为反支撑螺纹，截面为等腰直角三角形，螺纹高度为6.0-11.5mm，螺距为0.8-1.5mm，螺纹宽度为0.2-0.5mm。
优选的，所述中央螺丝高度为6-10mm，从上至下依次包括外展段、螺纹段和底角段，所述外展段外展角度为5°-8°；所述螺纹段位于底角段上方，高度为1.5-4.0mm，直径为1.5-3.0mm，螺纹角度为55°-60°，牙距为0.3-0.4mm；所述底角段高度为0.2-0.5mm，底角为118°-120°。
优选的，在所述中央螺丝与种植体多孔段相接触的位置上，于多孔段内部设置一与所述中央螺丝螺纹契合的薄壁，其厚度为0.1-0.3mm。
优选的，所述Gyroid结构单胞边长为1.5-3.0mm。
优选的，所述Gyroid结构模型长、宽大于5mm，Gyroid结构模型的高与所述多孔段高度一致。
优选的，所述Gyroid结构模型为均一孔隙率Gyroid结构或梯度孔隙率Gyroid结构，孔隙率区间为50％-90％，所述梯度孔隙率Gyroid结构自上而下孔隙率逐渐增大。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明以Gyroid结构作为单胞，通过调节孔隙率、孔径等参数，匹配骨密质及骨松质的力学性能，制备力学性能及生物相容性优良的仿生多孔种植体，有效改善应力屏蔽效应，从而有效提高结合强度，提升骨结合速率，提高种植成功率；
(2)TPMS连续光滑的表面使其具有更少的应力集中和更高的机械性能；
(3)Gyroid结构具有高比表面积、高渗透率的特点，其表面开放的孔隙能够增强细胞的粘附、迁移和增殖，从而促进骨结合；
(4)TPMS函数更简易的实现结构参数的变化，克服了传统桁架晶胞结构设计中的缺点，可以自动获得复杂微结构和高质量表面的多孔骨支架数字化模型，即能够获得力学性能及生物相容性优良的复杂多孔结构种植体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的种植体实体模型各段结构示意图；
图2为本发明实施例提供的仿生多孔种植体的中央螺丝模型示意图；
图3为本发明实施例提供的仿生多孔种植体模型示意图；
图4为本发明实施例提供的仿生多孔种植体模型剖面示意图；
图5为本发明实施例提供的Gyroid结构模型示意图；
其中，1-种植体颈段，2-种植体多孔段，3-种植体螺纹，4-种植体多孔骨内部分，5-种植体中央螺丝，6-薄壁，7-中央螺丝外展段，8-中央螺丝螺纹段，9-中央螺丝底角段。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
本发明实施例公开了一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，包括以下步骤：
S1.构建种植体实体模型：构建种植体实体模型的各个部分，种植体实体模型包括颈段、多孔段、螺纹和中央螺丝；其中，颈段为光滑实心结构，位于多孔段上方；多孔段完全位于骨水平以下，其多孔结构采用Gyroid结构；螺纹位于多孔段外侧，设置为反支撑螺纹；中央螺丝为光滑实心结构，位于种植体中心中上2/3的位置，与种植体多孔段相接触位置，于多孔段内部设置一与中央螺丝螺纹契合的薄壁；将种植体实体模型的各个部分分别导出为STL格式；
S2.构建Gyroid结构模型：设定Gyroid结构模型单胞大小、长、宽、高以及孔隙率，导出为STL格式；
S3.组装仿生多孔种植体模型：将种植体实体模型中的多孔段实体模型与Gyroid结构模型做布尔运算交集，得到骨内多孔结构；将骨内多孔结构替换多孔段并与种植体实体模型的其他部分对齐，做布尔运算并集，得到仿生多孔种植体模型，导出为STL格式文件。
在本实施例中，如图1-2所示，分别通过Solidworks 19.0完成种植体实体模型的各部分外形，并将各实体模型导出为STL格式。如图3所示，将STL格式的种植体各部分实体模型及Gyroid结构实体模型导入Magics23.0中。
为了进一步实施上述技术方案，多孔段高度为8-12mm，直径为2.7-4.5mm，下方0.5-1.0mm设计为圆角。
为了进一步实施上述技术方案，颈段高度为1.5-2.5mm，颈段最宽处直径为3.5-6.5mm。
为了进一步实施上述技术方案，螺纹为反支撑螺纹，截面为等腰直角三角形，螺纹高度为6.0-11.5mm，螺距为0.8-1.5mm，螺纹宽度为0.2-0.5mm。
为了进一步实施上述技术方案，中央螺丝高度为6-10mm，从上至下依次包括外展段、螺纹段和底角段，外展段外展角度为5°-8°；螺纹段位于底角段上方，高度为1.5-4.0mm，直径为1.5-3.0mm，螺纹角度为55°-60°，牙距为0.3-0.4mm；底角段高度为0.2-0.5mm，底角为118°-120°。
为了进一步实施上述技术方案，在中央螺丝与种植体多孔段相接触的位置上，于多孔段内部设置一与中央螺丝螺纹契合的薄壁，其厚度为0.1-0.3mm。
需要说明的是：
设置薄壁的目的是旋入中央螺丝时中央螺丝与实体面接触。
为了进一步实施上述技术方案，Gyroid结构单胞边长为1.5-3.0mm。
在本实施例中，如图4所示，在MSLattice中设计Gyroid结构。
为了进一步实施上述技术方案，Gyroid结构模型长、宽大于5mm，Gyroid结构模型的高与多孔段高度一致。
为了进一步实施上述技术方案，Gyroid结构模型为均一孔隙率Gyroid结构或梯度孔隙率Gyroid结构，孔隙率区间为50％-90％，梯度孔隙率Gyroid结构自上而下孔隙率逐渐增大。
需要说明的是：本发明不仅适用于软组织水平种植体，也适用于其他种植体设计,并且还适用于除了gyriod结构以外的TPMS结构。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.构建种植体实体模型：构建种植体实体模型的各个部分，所述种植体实体模型包括颈段、多孔段、螺纹和中央螺丝；其中，所述颈段为光滑实心结构，位于多孔段上方；所述多孔段完全位于骨水平以下，其多孔结构采用Gyroid结构；所述螺纹位于多孔段外侧，设置为反支撑螺纹；所述中央螺丝为光滑实心结构，位于种植体中心中上2/3的位置，与种植体多孔段相接触位置，于多孔段内部设置一与所述中央螺丝螺纹契合的薄壁；将所述种植体实体模型的各个部分分别导出为STL格式；
S2.构建Gyroid结构模型：设定所述Gyroid结构模型单胞大小、长、宽、高以及孔隙率，导出为STL格式；
S3.组装仿生多孔种植体模型：将所述种植体实体模型中的多孔段实体模型与Gyroid结构模型做布尔运算交集，得到骨内多孔结构；将所述骨内多孔结构替换所述多孔段并与所述种植体实体模型的其他部分对齐，做布尔运算并集，得到仿生多孔种植体模型，导出为STL格式文件。
2.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述多孔段高度为8-12mm，直径为2.7-4.5mm，下方0.5-1.0mm设计为圆角。
3.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述颈段高度为1.5-2.5mm，颈段最宽处直径为3.5-6.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述螺纹为反支撑螺纹，截面为等腰直角三角形，螺纹高度为6.0-11.5mm，螺距为0.8-1.5mm，螺纹宽度为0.2-0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述中央螺丝高度为6-10mm，从上至下依次包括外展段、螺纹段和底角段，所述外展段外展角度为5°-8°；所述螺纹段位于底角段上方，高度为1.5-4.0mm，直径为1.5-3.0mm，螺纹角度为55°-60°，牙距为0.3-0.4mm；所述底角段高度为0.2-0.5mm，底角为118°-120°。
6.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，在所述中央螺丝与种植体多孔段相接触的位置上，于多孔段内部设置一与所述中央螺丝螺纹契合的薄壁，其厚度为0.1-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述Gyroid结构单胞边长为1.5-3.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述Gyroid结构模型长、宽大于5mm，Gyroid结构模型的高与所述多孔段高度一致。
9.根据权利要求1所述的一种基于TPMS的仿生多孔种植体的建模方法，其特征在于，所述Gyroid结构模型为均一孔隙率Gyroid结构或梯度孔隙率Gyroid结构，孔隙率区间为50％-90％，所述梯度孔隙率Gyroid结构自上而下孔隙率逐渐增大。
CN202310042761.2A 2023-01-28 2023-01-28 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法 Pending CN116077218A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310042761.2A CN116077218A (zh) 2023-01-28 2023-01-28 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310042761.2A CN116077218A (zh) 2023-01-28 2023-01-28 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116077218A true CN116077218A (zh) 2023-05-09

Family

ID=86204055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310042761.2A Pending CN116077218A (zh) 2023-01-28 2023-01-28 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116077218A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117010145A (zh) * 2023-06-09 2023-11-07 昆明理工大学 一种基于拓扑优化的股骨多孔结构设计方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117010145A (zh) * 2023-06-09 2023-11-07 昆明理工大学 一种基于拓扑优化的股骨多孔结构设计方法
CN117010145B (zh) * 2023-06-09 2024-03-22 昆明理工大学 一种基于拓扑优化的股骨多孔结构设计方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5002488A (en) Dental implants with resorption preventing means
EP2078509A1 (en) Dental implant
WO2014028505A1 (en) Methods for fabricating dental prostheses
EP3000439A1 (en) Maxillomandibular prosthesis and production method
CN105232169A (zh) 多段式种植体组件及其制备方法
CN202724012U (zh) 个体化解剖型牙根种植体
CN116077218A (zh) 一种基于tpms的仿生多孔种植体的建模方法
WO2021169063A1 (zh) 一种直接种植的个性化牙槽骨修复假体及其制备方法
CN106109032A (zh) 一种梯度多孔结构牙种植体
CN112043433A (zh) 一种牙种植体及牙种植体制造方法
CN110742705B (zh) 一种填充可降解陶瓷多孔超短种植体及其制备方法
CN212382766U (zh) 一种牙种植体
CN110200726A (zh) 下颌骨缺损修复体
CN208481503U (zh) 一种具有多段结构的3d打印牙根植入体
US20150147720A1 (en) Tooth-Replacement Implant
CN205460049U (zh) 一种多孔微球骨填充材料的三维可控结构
CN109259879A (zh) 钛合金一段式即刻修复牙种植体及其制备方法
CN213910619U (zh) 一种具有3d打印结构的牙种植体
RU93671U1 (ru) Надесневая опора для протезирования
CN211300521U (zh) 支架假体
CN209074964U (zh) 一种可调整的牙种植体
CN116250948A (zh) 一种基于tpms的3d打印仿生多孔种植体的制备方法
CN111870368A (zh) 一种口腔植入物
CN115054388B (zh) 功能引导个性仿生多孔纯钽牙种植体及其制备方法
CN107638223B (zh) 一种牙种植体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination