一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法技术

本发明专利技术涉及一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，属于牙种植体辅助制造领域，本发明专利技术基于锥形束X射线层析成像系统获得的牙齿轮廓的平面裁剪模型进行种植体根部的设计，种植体根部包括坡台和螺纹结构，然后基于平面裁剪轮廓进行种植体穿龈部的设计，最后在种植体穿龈部设计的基础上，生成种植体基台，完成种植体的设计，与传统牙种植体相比，设计方案更为灵活，并且可以完成不同牙齿，不同需求的种植体设计，在满足种植体设计精度的同时，降低设计时间和生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，主要应用于牙科种植体的增材制造领域。
技术介绍
牙科种植是口腔修复中的一个重要领域。传统的牙种植体在即刻种植时由于采用柱状或锥柱状的外形设计(如图1示)，与拔牙窝形状差异大、不密合，医生需要在缺牙区域的牙槽骨上进行扩大拔牙创伤的种植孔洞的预备，孔洞必需在方向、位置、直径等方面达到很高的精度才能使种植体得到所需的初期稳定性差，即使是经验丰富的口腔科医师也需要经过系统培训才能逐步掌握这一技术。同时还需要植骨、放屏障膜和埋入愈合较长时间，难以即刻修复。技术复杂、费时、治疗周期长达6-8个月，费用约1-1.6万元。未来牙种植技术的发展方向是创伤更小、愈合时间更快，即拔牙后即刻种植、即刻修复。这就需要根据病人拔牙窝的形状，与邻牙和对侧牙之间的位置关系，来设计适合的种植体，以满足个性化的需求。但是个性化种植体形状复杂，难以使用传统的机械加工来进行制作。近些年，增材制造技术的出现，给个性化种植体的设计提供了可行的生产方案。基于增材制造技术的解剖根形种植体，以钛粉或Ti6Al4V粉为原料，基于由X射线层析成像系统提取的牙齿三维模型，以电子束或激光的高能量熔融材料粉末，逐层打印，逐层累加，达到精确快速制造出与待拔除的患牙牙根形态完全吻合的解剖根形牙根，可在患者病牙被拔出前已经设计制作出来。掌握常规的口腔外科拔牙术的医生经过短期培训，在临床拔牙后就可即刻植入种植体，并结合数字化制造技术即刻修复拔除的患牙，为患者提供一种更简单、快速和经济的即刻种植、即刻修复的治疗方案，从拔牙到种植修复的周期由传统的6-8个月减至2小时，费用由1.6万元减至0.8万元，具有非常明显的临床应用价值。一段式螺纹式解剖根形牙种植体与传统形态种植体相比，具有以下优点：(1)与拔牙窝更吻合，制造误差可控制在0.1mm以内，初期稳定性更好，无需以骨材料填补骨与植入体之间的空隙。(2)无需逐级预备植入孔，种植手术简单，临床医生容易掌握，风险降低，且种植体拔牙前即完成加工制作，手术中拔除换牙，植入种植体，真正意义上实现了即刻种植。(3)可采用种植体与基台一体的设计，减少了修复步骤和难度，更利于功能和美观，可以实现即刻临时修复，降低了种植修复的费用。(4)种植体周围牙槽骨的应力分布更符合生理，利于剩余牙槽骨骨量的保存，减少骨吸收。(5)表面的孔隙层结构更利于骨长入，从而具备更好的骨结合能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种基于计算机辅助设计的一段式螺纹式解剖根形牙种植体的设计方法，为种植体的设计提供了灵活的设计方案，可以完成不同牙齿，不同需求的种植体设计，在满足种植体设计精度的同时，降低设计时间和生产成本。本专利技术的技术方案：1)一段式螺纹式解剖根形牙种植体的组成解剖根形牙种植体共由三部分组成，从下到上依次包括：根部，穿龈部和基台。一段式螺纹式解剖根形牙种植体各部分的示例图如图2所示。2)一段式螺纹式解剖根形牙种植体根部的设计一段式螺纹式解剖根形牙种植体的根部是基于X射线层析成像系统所提供的牙齿轮廓的平面裁剪模型而进行设计的，从而保证种植体根部形状与拔牙窝的形状吻合。这里的裁剪平面的位置与牙齿和牙槽骨交界线的位置(下简称“骨水平位置”)平齐，从而保证种植体根部的长度与拔牙窝的深度相当。种植体根部包括坡台和螺纹结构两部分。螺纹结构的外轮廓与牙齿根部的外轮廓一致。3)一段式螺纹式解剖根形牙种植体穿龈部的设计一段式螺纹式解剖根形牙种植体穿龈部通过种植体根部的裁剪轮廓得到。种植体穿龈部的设计包括穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓的设计。底部轮廓为种植体根部裁剪轮廓向内收缩的形状。顶部的轮廓根据不同需求，可以设计为空间圆周，裁剪轮廓和牙齿与牙龈交界线(下简称“龈牙边界”)三种。底部轮廓和顶部轮廓的距离根据种植体穿龈部的高度进行设定，高度与骨水平位置与龈牙边界的距离相当。4)一段式螺纹式解剖根形牙种植体基台的设计一段式螺纹式解剖根形牙种植体基台根据穿龈部顶部轮廓进行设计。种植体基台根据不同要求，包括三类：空间圆锥基台、标准化基台、牙冠形状基台。基台的高度根据种植体整体的高度进行确定。基台根据牙冠的方向和形状进行偏转和裁切。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术基于计算机辅助设计理论，利用X射线层析成像系统获得的牙齿三维模型来进行一段式螺纹式解剖根形牙种植体设计的方法。本专利技术通过在平面裁减后的牙齿三维模型的基础上进行种植体根部的设计，然后基于裁剪轮廓进行种植体穿龈部的设计，最后在种植体穿龈部的基础上，生成种植体基台，完成种植体的设计，为种植体的设计提供了灵活的设计方案，可以完成不同牙齿，不同需求的种植体设计，在满足种植体设计精度的同时，降低设计时间和生产成本。附图说明图1是标准种植体示意图；图2是一段式螺纹式解剖根形牙种植体示意图；图3是种植体根部三维模型示意图；图4是生成螺纹使用的三维模型示意图；图5是种植体根部外围螺纹三维模型示意图；图6是种植体根部坡台三维模型示意图；图7是种植体根部坡台顶部轮廓设计示意图；图8是种植体穿龈部底部轮廓与顶部轮廓(空间圆周)位置示意图；图9是种植体穿龈部底部轮廓与顶部轮廓(裁剪轮廓)位置示意图；图10是种植体穿龈部底部轮廓与顶部轮廓(龈牙曲线)位置示意图；图11是空间圆锥基台设计示意图；图12是标准基台设计示意图；图13是牙冠基台设计示意图；图14是一段式螺纹式解剖根形牙种植体与原始牙齿模型比较图。具体实施方式下面结合附图及两个实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1，一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法。如图1、2所示，解剖根性牙种植体共由三部分组成，分别包括：根部3，穿龈部2和基台1，其中根部又包括坡台4和螺纹结构5。本专利技术实施例1具体实现步骤如下：第1步，牙齿三维模型的获取在设计一段式螺纹式解剖根形牙种植体之前，需要首先使用X射线层析成像系统获取病人待种植牙及其周围组织的三维图像，并提取待种植的牙齿的区域，生成牙齿的三维模型。第2步，骨水平位置的确定在第1步使用的三维图像中，标记出牙齿与牙槽骨交界处的点i＝0，1，2...，N。这里点的个数N需要满足N≥3。根据这些标记的点，拟合出对牙齿三维模型进行裁剪的平面。设求解的平面方程为Ax+By+Cz+1＝0。将点i＝0，1，2...，N带入到平面方程中，可以得到线性方程组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，其特征在于实现如下：(1)一段式螺纹式解剖根形牙种植体的组成一段式螺纹式解剖根性牙种植体从下到上的依次包括：种植体根部、种植体穿龈部和种植体基台三部分；(2)一段式螺纹式解剖根形牙种植体根部的设计种植体根部包括坡台和螺纹结构，坡台用于连接螺纹结构和种植体穿龈部，螺纹结构的外轮廓与锥形束X射线层析成像系统获得的牙齿三维模型的根部外轮廓一致；对X射线层析成像系统所提供的牙齿三维模型的根部进行平面裁剪得到根部轮廓，保证种植体根部的形状与拔牙窝的形状吻合；平面裁剪的位置与骨水平位置平齐，骨水平位置即是牙齿和牙槽骨交界线的位置，以保证种植体根部的长度与拔牙窝的深度相当；将裁剪轮廓向内收窄，作为坡台上轮廓；将骨水平平面向牙根平移一定距离，此时的裁剪轮廓作为坡台下轮廓；使用坡台上、下轮廓，通过三角剖分生成坡台三维模型；对平移以后的骨水平平面裁剪得到的根部模型，使用沿根部长轴排列的多个漏斗形的三维模型进行相减，并与缩小后的根部模型进行融合，得到螺纹结构；(3)一段式螺纹式解剖根形牙种植体穿龈部的设计在得到种植体根部模型后，根据根部平面裁剪的轮廓对穿龈部进行设计；种植体穿龈部的设计包括穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓的设计；穿龈部底部轮廓为坡台上轮廓；穿龈部顶部的轮廓根据不同需求，设计分为三种：空间圆周、裁剪轮廓、牙齿与牙龈交界线即龈牙边界；穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓的距离根据种植体穿龈部的高度进行设定；在得到了穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓之后，使用三维三角剖分的方法，生成穿龈部的模型；(4)一段式螺纹式解剖根形牙种植体基台的设计种植体基台根据穿龈部顶部轮廓进行设计；种植体基台根据不同要求包括三类：空间圆锥基台、标准化基台、牙冠形状基台；种植体基台的高度根据种植体整体的高度进行确定；种植体基台的方向根据牙冠的方向进行确定；(5)使用空间三维模型的布尔与运算，进行一段式螺纹式解剖根形牙种植体根部、穿龈部、基台三者的组合，得到种植体三维模型。...

【技术特征摘要】
1.一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，其特征在于实现如下：
(1)一段式螺纹式解剖根形牙种植体的组成
一段式螺纹式解剖根性牙种植体从下到上的依次包括：种植体根部、种植体穿龈部和
种植体基台三部分；
(2)一段式螺纹式解剖根形牙种植体根部的设计
种植体根部包括坡台和螺纹结构，坡台用于连接螺纹结构和种植体穿龈部，螺纹结构
的外轮廓与锥形束X射线层析成像系统获得的牙齿三维模型的根部外轮廓一致；对X射线层
析成像系统所提供的牙齿三维模型的根部进行平面裁剪得到根部轮廓，保证种植体根部的
形状与拔牙窝的形状吻合；平面裁剪的位置与骨水平位置平齐，骨水平位置即是牙齿和牙
槽骨交界线的位置，以保证种植体根部的长度与拔牙窝的深度相当；将裁剪轮廓向内收窄，
作为坡台上轮廓；将骨水平平面向牙根平移一定距离，此时的裁剪轮廓作为坡台下轮廓；使
用坡台上、下轮廓，通过三角剖分生成坡台三维模型；对平移以后的骨水平平面裁剪得到的
根部模型，使用沿根部长轴排列的多个漏斗形的三维模型进行相减，并与缩小后的根部模
型进行融合，得到螺纹结构；
(3)一段式螺纹式解剖根形牙种植体穿龈部的设计
在得到种植体根部模型后，根据根部平面裁剪的轮廓对穿龈部进行设计；种植体穿龈
部的设计包括穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓的设计；穿龈部底部轮廓为坡台上轮廓；
穿龈部顶部的轮廓根据不同需求，设计分为三种：空间圆周、裁剪轮廓、牙齿与牙龈交界线
即龈牙边界；穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓的距离根据种植体穿龈部的高度进行设
定；在得到了穿龈部底部轮廓和穿龈部顶部轮廓之后，使用三维三角剖分的方法，生成穿龈
部的模型；
(4)一段式螺纹式解剖根形牙种植体基台的设计
种植体基台根据穿龈部顶部轮廓进行设计；种植体基台根据不同要求包括三类：空间
圆锥基台、标准化基台、牙冠形状基台；种植体基台的高度根据种植体整体的高度进行确
定；种植体基台的方向根据牙冠的方向进行确定；
(5)使用空间三维模型的布尔与运算，进行一段式螺纹式解剖根形牙种植体根部、穿龈
部、基台三者的组合，得到种植体三维模型。
2.根据权利要求1所述的一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，其
特征在于：所述(2)中骨水平位置的确定如下：
(1)标记出牙齿与牙槽骨交界处的点N为点的个
数，N≥3，根据这些标记的点，拟合出对牙齿三维模型进行裁剪的平面；
(2)将点带入到平面方程Ax+By+Cz+1＝0中，得到
线性方程组：
x0y0z0x1y1z1.........xNyNzNABC=-1-1...-1---(1)]]>线性方程组简写为：
Ax＝b(2)
其中，
A=x0y0z0x1y1z1.........xNyNzN]]>x=ABC]]>b=-1-1...-1]]>(3)采用最小二乘法求解公式(2)，求解方法为：
ATAx＝ATb(3)
对公式(3)进行求解，得到系数向量x＝[A，B，C]T，得到与骨水平位置相当的平面Ax+By+
Cz+1＝0系数参数。
3.根据权利要求1所述的一段式螺纹式解剖根形牙种植体的计算机辅助设计方法，其
特征在于：所述(2)中种植体根部包括螺纹结构和坡台两部分；带螺纹结构的根部上有2～3
个螺纹，螺纹的外轮廓与牙齿根部的轮廓一致，种植体根部内部的轮廓同样为牙齿根部的

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦蛟，王亚杰，张硕，张朴，王韶怡，
申请(专利权)人：北京朗视仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11