CN104116569A - 牙假体的计算机制造 - Google Patents

Abstract

公开一种用于通过下述来制作牙齿修复体的方法：获取病人的齿系的图像以及产生齿系的三维模型；将齿系的一部分定位在铣磨空白部的计算机模型内；限定环绕牙目标的齿缘区域；限定所述齿缘外的基牙沟；将原扫描轮廓与由原工具路径产生的输出进行比较以校验牙齿修复体，并且如果需要产生新的工具路径；形成具有两个虚拟部分的铣磨模型，两个虚拟部分包括齿缘区域和基牙沟区域；以及按不同的速度铣磨牙齿修复部，其中，以比修复部分的铣磨更高的速度完成基牙沟的铣磨。

Description

牙假体的计算机制造

本申请是2013年4月12日递交的申请序列号为13862197的申请的部分继续申请，其内容通过引用被结合在本文中。

技术领域

本发明广义地涉及计算机辅助设计以及机加工处理，以由铣磨的坯料进行补牙。

已知有多种牙工艺用于更换或修补损坏的、功能减弱的或脱落的牙齿结构。例如，通常已知为填补的补牙术经常用于填充由于牙齿腐烂或龋齿导致的牙齿中的空腔。也用于填充空腔的略大一些的修补已知为镶牙或贴面。填充、镶牙或贴面也可用于恢复已经碎裂或断裂的牙齿的形状。其他类型的补牙包括齿桥、全镶冠或局部镶冠。通常，这些修复术比填充大，因而经常在口腔中比较可见。通过原牙齿结构的保留部分和／或通过朝向颚部的多骨区域延伸的柱来支撑全部和局部镶冠。另一方面，齿桥是连接到邻近牙齿结构的结构，并且齿桥提供人工牙齿或牙齿冠，以代替相应的、脱落的结构。

大的修复术通常在口腔外部制作，并且随后一量完成被放置在病人的口腔中。对于这些类型的修复术，利用弹性压印材料沿着齿龈的邻近区域通常进行病人的相关牙齿结构的压印。该压印材料提供牙齿结构和齿龈区域的负的物理镜像。接着，通过将大量的巴黎（Paris）石膏喷注到压印模中并且允许巴黎石膏硬化形成正的铸模。产生的巴黎石膏或“石”模型随后用于实验室中，以制造修复物，该修复物最终转移到病人的口腔中。

依据需要修复的类型，用于进行修复的实验室工艺可能会被略微涉及并且可能需要病人要多次去找牙医。一种方法，例如，理想的牙冠的蜡复制品形成在石模上。蜡复制品随后镶嵌在难熔的蜡模材料上并且烧结以产生另一种相应的口腔结构的负的物理镜像。烤瓷随后在压力下被强加到蜡模材料内并且加热，目的在于形成镶冠。

传统的牙冠的制作和由石模人工进行的其他修复是涉及高度技巧和技能以及强劳动技术。此外，放置在病人口腔前面区域中的修复物通常具有高度可见性。制作烤瓷修复物，其精确地匹配自然牙齿的半透明及颜色是广范考虑的难度。

由于上述原因，增加的关注度已经直接朝向利用计算机自动制造以便制作牙齿修复体。当前牙CAD／CAM的应用允许牙医在病人在牙诊所（椅侧）等待的同时，在椅子侧进行人工复原。随着个人口腔扫描仪的发展，该技术允许专业人员在病人处于椅子一侧的同时进行复原。个人口腔扫描仪直接扫描病人的嘴，以获得病人的嘴和颌部结构的数字印模。下一步是应用CAD技术，以从个人口腔扫描仪获得的扫描轮廓（File）中设计脱落牙齿的复原。并且随后，通过CNC铣磨机器铣磨最终设计的复原物，然后如果需要，牙医进行最终的润色，例如，着色以及抛光复原物，以与现有的邻近牙齿匹配。

然而，上述新发展的技术已经仅用于有限的恢复，例如用于后牙的内置、上置的单个镶冠以及不需要任何牙齿子结构以支撑断裂刚性的填充。其还没有用于前牙的修复，因为其需要精确地匹配半透明度和形成。其也还没有用于齿桥，这是由于通过椅侧***铣磨的烤瓷不足于紧固地支承咬合。如果牙医想要具有超过椅侧***能力的人工恢复，全如，PFM（瓷熔合到金属），PFG（瓷熔合到金），以及PFZ（瓷熔合到氧化锆）等，则牙医不得不采用传统的压模并且将发送到牙医实验室或发送数字压模到快速原型***或其他模型铣磨应用可获得的地方，以便牙医技术人员具有病人的嘴的复制模型以形成镶冠或齿桥。

由于椅侧***的限制，在从由通过个人口腔扫描仪获得的数字轮廓的模型复制的需求已经增加。一些公司已经尝试应用快速原型***以复制和／或打印，以便产生病人牙齿结构的正向副本，而同时其它人已经利用了CNC铣磨***。

快速原型***可快速地产生复制模型，但是其使用了对于牙科技术人员来说相对于由牙医采用的传统压模昂贵的材料。而且其难以维持并且其精确性不像CNC铣磨***一样的好。另外，快速原型机器不能产生氧化锆复制品或者是当前通过CNC铣磨***产生的陶瓷全镶冠。另一方面，CNC铣磨***每次限于一个模具，并且由于允许工具行进区域短距离的CNC机器的小尺寸，其比较耗时。由此，如果牙医需要可由数字压模生产到最终恢复物的CAD，CAM***，除了快速原型***之外的牙医CNC铣磨机器也需要，从而增加了成本。

发明内容

在一方面，公开了一种方法用于通过下述来制作牙齿修复体：获得病人齿系图像、产生齿系的三维模型，将齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；限定环绕牙目标的齿缘区域；限定所述齿缘外的基牙沟；将原始扫描轮廓与从原始工具路径产生的输出相比较以校验牙齿修复体；并且如果需要产生新工具路径；形成具有两个虚拟部分的铣磨模型，包括齿缘区域及基牙沟区域；以及按不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比修复部的铣磨更高的速度完成基牙沟部的铣磨。

在另一方面，一种用于制作牙齿修复体的方法，包括：获取病人齿系的图像并且产生该齿系的三维模型；将齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；定义环绕牙目标的齿缘区域；定义所述齿缘外的基牙沟；定义通过擦洗牙目标的表面的区域以及容许用户以计算机模式自动地旋转并标记该表面来铣磨的区域；存储5轴角度作为标记；自动地识别角度标记以及标记的表面区域并且应用工具路径，以便产生具有两个实际部分的铣磨模型，所述两个实际部分包括齿缘区域以及基牙沟区域；以及以不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比修复部分的铣磨更高的速度完成基牙沟部分的铣磨。

在又一方面，公开了一种方法，用于通过下述来制作牙齿修复体：获取病人齿系的图像并且产生齿系的三维模型；将齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；定义环绕牙目标的齿缘区域；定义所述齿缘外的基牙沟；产生具有两个实际部分的铣磨模型，所述两个实际部分包括齿缘区域以及基牙沟区域；以及以不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比修复部分的铣磨更高的速度完成基牙沟部分的铣磨。

在又一方面，一种用于制作牙齿修复体的***，包括：铣磨机和扫描仪，所述扫描仪用于获取病人的齿系的图像并且产生该齿系的三维模型。连接到铣磨机和扫描仪的计算机，所述计算机包括计算机代码，用于：将齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；定义环绕牙目标的齿缘区域；定义所述齿缘外的基牙沟；产生具有两个虚拟部分的铣磨模型，所述两个虚拟部分包括齿缘区域和基牙沟区域；以及以不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比修复部分的铣磨更高的速度完成基牙沟部分的铣磨。

优选实施方式的优点可包括下述中的一个或更多个。CAD/CAM软件的结合使用，并且CNC铣磨机提供了用于直接地加工牙齿修复体全自动装置。该方法容许以在生产具有高精度形状的修复物方面的较大灵活性。该***省时，经济并且节省了与传统的牙齿修复体制作技术相关的劳动力。该***容许一个***不仅能由数字扫描轮廓产生病人的嘴的复制模型，而且其能够产生烤瓷副本和镶冠及蜡副本以及全冠，而几乎不用仅通过用户改变其工作台的任何限定。该***还满足了小和大的牙医们需求的经济及技术要求，因为其容许在不通过牙医进行物理压模的情况下进行修复。根据本发明的优选实施方式，利用铣磨／研磨机在各种牙材料的医学、牙医学及牙技术、植入部分、镶嵌、部分冠、冠、齿桥、人工基部以及辅助部分方面，精确地并且以符合用意的高机械坚固性，经济地进行全部的牙齿修复体。

附图说明

本发明的优选实施例（其中申请人已经预期应用原理的最佳示例的示意性说明）在下面的说明中阐述并且在附图中示出，而且在所附的权利要求书中特定且清楚地指出并阐述。

图1和图2A－2H示意出由铣磨坯料形成牙齿修复体的示例性工艺。

图3示出在顶侧上带有铣磨坯料的示例性工作台。

图4示出在两侧上带有铣磨坯料的示例性工作台。

图5示出没有夹紧到工作台的塑料夹具的工作台。

图6示出表示铣磨坯料的顶部的一个计算机模型结构的视图。

图7示出表示铣磨坯料的紧邻同一铣磨坯料或不同的铣磨坯料的底部的顶部的两个计算机模型结构的视图。

图8A示出仅带有夹具的示例性工作台。

图8B示出将铣磨坯料安装到工作台的示例性安装***。

图8C示出安装***的又一视图。

图8D示出在图8C中使用的示例性安装件。

图9A和9B示出应用刀具路径以减少工具断裂的示例性方法。

图10示出示例性修复物制作***。

图11A－11B示出示例性自动角度旋转***。

图12A－12F示出用于将病人嘴部的原始3D扫描轮廓与输出结果进行比较，以通过机器利用预定的刀具路径进行生产的示例性***。

图13示出用于将刀具路径与3D扫描轮廓进行检查的示例性工艺。

具体实施方式

按照要求，本文公开本发明的具体实施方式，然而，应该理解的是，公开的实施方式仅用于本发明的原理的示例，该示例可以由多种方式体现。因此，说明书公开的特定结构及功能的细节不被用于解释为限定，而仅作为用于权利要求书的基础，以及作为用于教导本领域技术人员以事实上任何适当的详细结构来以用多种方式体现本发明的代表性基础。

图1和图2A－2H示意出由铣磨坯料形成牙齿修复体的示例性工艺。首先，获取病人的齿系扫描轮廓（10）。在图2A中示出一个示例性扫描的齿系。接下来，扫描轮廓附连到基部材料计算机模型（12）。这可以通过简单的在基部材料模型上叠置扫描的轮廓来完成。扫描的齿系到基部材料的一个示例性附连在图2B中示出。在该示例中，上牙弓和下牙弓中的每一个附连到相应的基部材料。

该工艺随后进行监测，以观察是否扫描的轮廓被封装在目标基部材料之内（14）。这在图2C中示意出。图2D示出一个示例，其中，病人的齿系模型附连到基部并且准备用于修饰操作。

接下来，工艺从操作者处接收齿缘以及基牙沟边界（16）。操作者可描绘齿系基部的形状，以图表的方式限定每个牙齿的齿缘。操作者也可以限定用于牙齿之间的基牙的沟边界。图2E示出示例图，其中，每个牙齿的基部被描绘在基牙牙齿之间的沟边界内侧。

工艺随后应用图示齿缘（18）。如在图2F中所示，应用图示齿缘，并且从基部分离牙齿模型的基牙。图2G示出空的牙齿基部，该空的牙齿基部之后将被铣磨，图2H示出在通过计算机数字控制（CNC）设备对坯料进行铣磨之后的完整基牙。

一种执行具有快速且精确生产的特性。在一个实施例中，***不仅精确地复制模型，而且还克服了通过CNC铣磨机的铣磨复制模型的不利因素。该***减少了铣磨时间，这在模型复制通过CNC机器完成时是非常关键的。由于最终获得的工具的直径必须小，以允许接触每个修复物的弯曲表面，通常地并且在概念上更小直径的工具能生产更精细且精确的复制物。由于铣磨的时间问题，随后发明了一或更多个项目，以减少铣磨时间，而不会损失最终结果的精确性及整体性。

首先，在设计应用期间，***将一实体材料本体分成两个独立的轮廓，扫描轮廓停留在轮廓顶部内并且仅对于除基牙沟区域之外的顶部区域应用铣磨工艺，在铣磨工艺以后独立铣磨的基牙被放置在该基牙的压沟区域内。该***代替了工作台，允许***不仅铣磨模型复制品而且铣磨氧化锆或蜡或ppma或者其他所需要的陶瓷材料。该***还存储了一种在CAD和CAM内部被铣磨的预先成型的材料，以与在机器上命名为目标1或2或3等实际材料放置一样精确的相同位置，并且其允许材料的任何类型或形状以被适当地铣磨，只要每个位置和每个名称在扫描参数设定中内部的存储并被指出。

***随后设置多个孔以夹紧到机器上，通过匹配所述孔还提供了适当地铰接的模具的上端和下端的导引。独立铣磨的上颌和下颌应当与原扫描轮廓一样精确地铰接，并且这些孔确保铣磨模型的位置将与通过扫描仪获得的原扫描轮廓相同。

使用者可选择在带有通常使用的铰接器装置或附接的沟的塑料的背面上的一或多种设计。该***随后确保图示铰接器沟边界被圆筒地成形从而最终的工具将覆盖沟的整个表面。由于其用于铰接器设计的两个基部在设计工艺中从未独立地移动，因而导致上和下扫描轮廓彼此保持同一相应的X和Y坐标，并且允许仅在Z方向上移动。因此，四个塑料孔允许在铣磨工艺之后与上颌和下颌扫描轮廓对准的精确匹配。为了保持每个扫描轮廓匹配到塑料体的坐标，用于上部和下部的材料的基部移动并且一起旋转，目的是使塑料孔保持匹配，这是必须的功能，因为上颌和下颌独立地定位在工作台上以便进行铣磨工艺，并且这两个部分需要与用于从口腔内扫描仪或模型扫描仪获得的上颌及下颌两者获得的扫描轮廓一样精确地对准。

接下来，讨论刀具路径的形成。通过将被铣磨的材料放置在CAD、CAM的内部并且将实体材料放置在机器中，允许使用者将刀具路径应用在不连续位置上，无论是有一些还是有许多将被铣磨的材料，使用者对于***的利用具有极大的灵活性而与工作负荷的量无关。通过其命名及其放置，CAM程序自动地识别。换言之，凸轮刀具路径仅通过其目标名称应用，其可修正机器的任何类型的工作台以及形状上的改变或材料的将充分应用刀具路径的位置，只要实际形状和尺寸或材料的位置通过使用者存储在指定的轮廓夹中。

如果最终的薄形工具用于沿着表面切割，则人体牙齿的深沟槽形状或者窄的间隙区将导致工具的损坏。可以使用自动Z水平刀具路径应用来消除此问题。***的工作如下：自动寻找任一种这类区域，并且应用增量Z水平刀具路径，该Z水平刀具路径使得工具可以按照用户设置在参数中的潜在工具损坏区域中的参数进行微小移动。

CNC可以提供5轴同时运动。然而，这种运动需要很长时间来铣磨整个模型，这是通过CNC铣床进行铣磨的非常重要的不利因素。采用未切割区域将基本上减少切割时间，这就自动地识别不能到达的先前表面工具的任一种，然后仅针对按照用户设置参数中的给定角度的特定区域施机加工具的运动。为了减少切割时间，***被设计为允许用户在扫描轮廓上标记某一区域，并且特定的刀具路径将应用于仅标记的区域，这也可以由用户设置为一个或者更多个参数。

牙齿CNC铣床是沿着X，Y，Z轴线包线旋转切割的三维铣磨。基于陶瓷的原材坯料可以安装在外壳内的夹头或夹具中，铣头可以绕着坯料转动以切割坯料以便进行切割并且使坯料形成希望的形状。通常，通过基于CAM的软件程序将希望形状编程到CNC铣床控制器中。例如，使用大圆盘或者单一材料块体（其中可以铣磨多个牙齿假体的铣床）的铣磨机的示例包括威兰德（Weiland）ZENO^TM铣床，Tizian铣床，和卡塔纳（Katana）铣床。可替换地，CEREC铣床使用在其中铣磨单一假体的单个小块体。

一旦完成了具有图形边缘的假体的电子模型，就可以使用任何制造工艺来制造牙齿器具，所述任何制造工艺接受以上述讨论的标准形式表示的物理物体的电子模型。在一个实施例中，标准STL规定轮廓被用于限定要被制造的器具的体积。STL规定轮廓用于利用原型机制造工业中熟知的快速原型机制造工艺来生产用于器具的效果。当然，本领域技术人员将认识到，在不背离如本发明随附权利要求书中所限定的精神和范围的情况下，可以采用任何类型的快速原型机制造方法来制造假体。除了在本文中使用的CNC技术以外，其他的替代制造技术还可以包括铣磨牙齿器具材料和使用火花机技术，如现有技术中已知的一样。

除了如上述生成的器件之外，用于器件的模型可以被手动地编辑或者雕刻，一旦形成，在它被制造之前用于限定器件的最终规格。这种雕刻在电子模型上被电操作，一旦形成，由牙科专业人员手动地移动计算机模型的表面以改变器件的形状，直到限定希望的假体形状。这个工艺类似于业界中熟知的手工雕刻物理模型。

为了改变计算机模型的表面，牙科专业人员在计算机模型上定义待移动的表面的一个点和受影响的表面区域。受影响的区域是围绕待移动的点的区域。之后，牙科专业人员将所述点移动到一个新位置，处理***改变在受影响表面的区域内的电子模型的表面上的所有点，以生成被移动点1241和电子模型的其与表面之间的连续平滑表面。

采用计算机辅助机器***的牙假体制造使用“研磨坯料”，从中切割牙假体的块材料。牙科磨块通常由陶瓷材料或者树脂材料组成。本文中使用的“牙科铣磨坯料”指的是固体材料片，可以利用减磨从固体材料片形成诸如齿冠或者齿桥的修复体。本文中使用的“铣磨”指的是铣磨，抛光，受控蒸发，电火花铣磨（EDM），水切割或激光切割或者切割、移动、整形或切开材料的任何方法。通常，铣磨主要由机器来进行。坯料可以制成任何期望的形状或大小，包括圆柱、条、立方体、多面体、卵形体和板。从牙科铣磨坯料制造牙齿修复体包括牙种植体基体集成的方法，牙科铣磨坯料，牙假体，和制造牙科铣磨坯料的方法。在被牙科医生使用（例如，封装）或者收到前，完成的牙种植体基体被永久粘合到牙铣磨坯料上。

牙铣磨坯料可以包括多种材料，只要材料适合用于口腔，并且也能够被铣床铣磨而没有过多的妨碍或者工具磨耗。例如，适合的材料包括陶瓷、聚合物，聚合物-陶瓷组合材料，和金属。例如，合适的材料包括不锈钢，黄金合金或钛合金，钯基合金，镍基合金，钴基合金或者适合用于口腔环境的任何其他合金。

合适的陶瓷材料的示例包括玻璃，单晶体和多晶体陶瓷，和具有结晶态的玻璃。多晶体陶瓷包括非晶态材料，并且可以是单相或者多相。优选的结晶陶瓷材料包括氧化铝，锰铝尖晶石（MgAl2O4），氧化锆，钇铝石榴石，硅酸锆，氧化钇和莫来石。优选的含玻璃材料包括长石质陶瓷，含玻璃晶体，诸如云母、白榴石、硅碱钙石、氧化铝、氧化锆，尖晶石，羟磷灰石的相体，市面上可获得的纽约康宁的康宁公司的“Pyrex”和“Vycor”的非晶态玻璃。例如，对于陶瓷铣磨坯料实施例，陶瓷可以是完全致密的形式，很少有孔或者没有孔，或者可以是多孔的同时部分孔被燃烧的形式。如果陶瓷铣磨坯料是多孔的，在铣磨后可以燃烧至使它成为完全致密的状态。可替换地，例如可以用在渗透后***的融化玻璃或者树脂渗透有孔陶瓷铣磨材料。

优选地，铣磨材料（例如，陶瓷）传输可见光波长的光，以在铣磨成牙假体和放置在口腔中时提供美观的外表。优选地，（例如陶瓷）材料基本是无色的，即它没有对穿过材料的光进行任何程度的颜色增加或减少。然而，可选地，可以增加色剂来获得模仿天然牙齿的颜色的期望阴影，该期望阴影可以在某些病人中观察到。

优选地，（例如，陶瓷）铣磨坯料具有小于大约0.7，优选地小于大约0.6，更优选地小于大约0.5的对比率值。对比率值可以通过按照ASTM-D2805-95的3.2.1节中描述的、修改到大约1mm厚的样品的技术来确定。对比率值是最终的假体拥有的光透射率等级的指示。

优选的聚合物-陶瓷组合铣磨坯料材料包括具有足够的强度、水解稳定性和无毒性以使其可以用于口腔环境的可聚合树脂。优选地，树脂是从包括自由基固化单体、低聚体，或者聚合物，或者阳离子固化单体，或者低聚体或聚合物的材料制成。可替换地，树脂可以从包括单基体，低聚体或者包括自由基固化单体和阳离子固化单体的聚合物的材料制成。合适的树脂包括环氧树脂，异丁烯酸，丙烯酸和乙烯醚。

聚合物-陶瓷合成的铣磨材料包括热塑和热固聚合物。合适的热塑材料包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯的丙烯聚合物，聚碳酸酯，尼龙，聚醚醚酮，聚胺酸脂，聚酰亚胺，聚酰胺，和诸如可在贸易指定“Delrin”下从杜邦获得的聚甲醛材料。聚合物材料通常填充有一种或多种无机填料，如下所述。

聚合物-陶瓷合成的铣磨坯料材料通常包括（例如有机）填充物。所述填充物优选地是可以具有有机涂层的细碎材料。合适的涂层包括硅烷或者聚合物基体的封装。所述填充物可以从适合于组合入用于医用或者牙科用的组合物中的一种或多种材料中选出，所述材料诸如当前用于牙齿修复体组合物等。

图3示出在顶部有铣磨坯料的示例工作台。图3中，铣磨坯料40具有包括要铣磨作为假体的材料的顶部42。坯料40也具有包括铣磨为基体沟的材料的底部44。图6中具体示出的塑料夹46用于将坯料40紧固到工作台48上。

图4示出在两侧有铣磨坯料的示例工作台。CNC可以有效率地处理工作台的顶部和顶部上的多个坯料。

图5示出工作台没有塑料夹的示例工作台。在这个示例中，A部分代表扫描轮廓，B部分代表使用软件产生的图形边缘的基体沟。铣磨坯料40是材料A和B的组合作为一体，但是软件区分分隔为两个区域以优化切割时间。因此，在形成高精度的牙假体中，控制CNC以得到精细切割精度。在形成基体沟中，对于简单形状的沟槽，CNC可以工作得很快，一种情况是圆柱形状，但是对于其他沟槽形状也可以进行。

图6示出了表示铣磨坯料的顶部的一个计算机模型结构图。在这个例子中，仅示出了顶部42。

图7示出了表示邻近相同或者不同铣磨坯料的底部的、铣磨坯料的顶部的两个计算机模型结构。在这个***中，多个陶瓷可铣磨牙坯料可以放置在一平层中，其中所述多个陶瓷可铣磨牙坯料中的每一个的顶部和底部没有被所述多个陶瓷可铣磨牙坯料中的另一个所阻碍。多个陶瓷可铣磨牙坯料可以通过将每一个固定到工作台而得到。夹具固定到铣床的卡盘上。利用金刚石毛刺刀具，可以在所述多个陶瓷可铣磨牙坯料中湿铣磨牙假体。所述多个陶瓷可铣磨牙坯料中的每一个的正面都可以被铣磨；夹具可以被翻转；所述多个陶瓷可铣磨牙坯料中的每一个的相对底面可以被铣磨。所述多个陶瓷铣磨牙坯料被从夹具移出。根据本发明的另一个方面，通过将夹具从卡盘移出，并且将单个陶瓷可铣磨牙坯料的柱（post）固定到卡盘，夹具和该单个陶瓷可铣磨牙坯料可以互换。可以用金刚石毛刺刀具来湿铣磨所述单个陶瓷可铣磨牙坯料。因此，***可以铣磨陶瓷坯料组，或者单个的坯料。

图8A示出了仅带有塑料夹具的工作台。在这个示例中，示出有三个夹182,184和186紧固到工作台上。所述夹具是将铣磨坯料粘到工作台上并牢固保持的塑料支持架。所述支持架具有附接到工作台的U型或弧形凹部。进一步，夹具可以一件或者两件，如图8A所示。

图8B示出了将铣磨坯料安装到工作台的示例安装***。铣磨坯料被固定到附连到工作台上的基体支承架。基体支承架可以放置在工作台的两侧以提高铣磨速度。而且，铣磨坯料被安装为使边缘修剪基体靠近基体支承架。

图8C示出了安装***的另一个视图。在这个***中，用户可以放置各种形状的铣磨坯料，只要这些形状被文件名引用，使得刀具路径仅在指示的目标区域进行。在图8C中，义齿材料安装到工作台的底面，而四分之一咬合（quadrant bite）的材料安装在工作台的顶面。

图8D示出了图8C中使用的示例安装件。如图所示，安装件具有接近沟，该接近沟允许牙科医生或者牙科专业人员使用可获得的咬合架产品，使得牙科医生在将牙假体安装到病人上之前可以看到上颌和下颌的咬合。

图9A和9B示出了采用刀具路径以减少工具损坏的方法。图9A中，将粗加工工具用于铣磨牙齿区域的顶面。然而，牙齿之间的区域A和B无法被粗加工工具去除，因为粗加工工具的直径较大。图9B中，精细机加工工具应用于表面。然而，由于要移除的残余材料的不一致性，工具在区域A和B可能损坏。在精细刀具路径将应用一个函数以加速精细工具而没有工具损坏之前，刀具路径将自动控制Z水平增量力。

参见图10，示出了本发明的一个优选实施例***，其中，多个切割机器100a，100b和100c连接到中央控制单元120。控制单元120连接到扫描仪130。机器100a，100b和100c中的每一个包括切割工具112，激光雕刻机114，和自动坯料进料器116。各种形状和大小的铣磨坯料被装载到机器100a，100b和100c中。

图11A-11B示出了示例性自动角度旋转***。***通过旋转CAD应用中的扫描轮廓的三维图像，允许用户在表面上标记，然后CAM模块在内部识别角度和标记的表面，并根据用户原始标记的角度来自动生成刀具路径。在CAD中，***通过擦洗表面上的区域，允许用户定义待铣磨的区域。用户可以在三维图像中自由旋转和标记需要的表面，然后5轴角度被适当地存储作为标记，和自动识别角度以及标记的表面区域。然后，***可以自动应用刀具路径。

在用户生成刀具路径之后，并在用户运行机器的NC（数字代码）之前，可以使用输出比较函数。这种函数将病人口腔的原始3D扫描轮廓与机器利用刀具路径生成的输出结果比较。图12A示出了扫描轮廓，而图12B示出了机器根据CAM模型生成的刀具路径运行时的示例输出结果。图12C示出了两个轮廓的比较，用户使用该两个轮廓可以提前识别实际的病人口腔和机器产生的模型复制件之间的差异。在图12C中，绿色表面表示原始扫描轮廓，蓝色表面表示如果机器运行时的期望输出。如果存在任何差异区域，或者用户想要对于特定区域得到详细和精确铣磨，则软件允许用户用红色标记标识区域，CAM模型识别5轴角度并生成在仅用于标记区域中的附机加刀具路径。通过允许用户验证来自机器的输出结果，***基本上减小了不希望的错误或者劣质产品。图12D示出了用户的附加标记，用户可以自由旋转图形并从机器铣磨方向的期望角度标记表面。图12E示出了仅在标记的区域上生成的刀具路径，而图12F示出了在应用附机加刀具路径后产生的期望输出结果。图12A-12F的处理工艺可以重复，直到用户对最后的结果精度满意。这些功能允许用户预览输出，并且防止潜在的应用错误的刀具路径，并且允许用户在操作NC机器来产生牙器件之前验证输出的精确度。***消除了认为误差，并优化铣磨时间以满足经济的生产速度。

在实际运行所述机器之前，所述***允许用户将原始扫描轮廓与将由机器按照具体刀具路径用户设置形成的输出进行对比。如果用户发现需要更精确地磨制一区域或者已确定的刀具路径不适合，则***允许用户以额外标记来标示将被精确磨制的额外区域，***识别出用户的标记标示角度和标示表面区域并自动生成新的刀具路径。一旦用户核准，则CNC机器将相应地制造该部件。图13显示出各操作，其中，来自扫描轮廓的模型生产CAM特征对于磨制模型应用而优化了快速磨制时间和准确结果规范。

202-204）用户生成齿模型并自由旋转图形影像且在用户想要详细切割处的特定表面上标示。包括5轴线坐标角度和标示表面在内的所有信息出于磨制目的而均被存储在内。

206）用户运行模型磨制软件。表格弹出并询问在预定机器工作台中材料的位置和具有用户标示的存储轮廓的名称。

208）***基于所述信息自动生成刀具路径。如果使用用户提供的信息来切割，则***还自动生成预期输出。

210）用户打开原始扫描轮廓，预期输出随用户生成刀具路径而自动生成。

212）如果用户想要对特定区域更详细地磨制，则用户可再次标示并生成额外刀具路径。用户然后可重复将原始轮廓与预期输出轮廓进行比较的工艺，直到用户对预期输出感到满意。

结果形成的磨制区段适于制造多种不同的修复部，包括嵌入体、高嵌体、齿冠、贴面、齿桥、种植基牙、齿顶和齿桥框架。可采用各种方式对磨制区段进行机机加工，以形成具有期望形状的适配于客户的牙假体。

通过使用CAD-CAM磨制装置，假体可被有效、精确地制成。在磨制工艺中，在磨制工具与磨制区段之间的接触区域可以是干的，或者其可通过润滑剂冲刷或浸入润滑剂中。可替代地，所述接触区域可通过空气或气体流冲刷。在磨制之后，可能有必要进行某种程度的精修、抛光和/或调节，以获得客户口腔适配和/或呈现所期望的美学外观。

在操作中，控制单元120接收将由扫描器130形成的牙假体规格。扫描器130可位于控制单元120和机器100a、100b、100c的紧邻处。可替代地，扫描器130可远离控制单元120而定位，例如在牙科办公室或实验室中，控制单元120和机器100a、100b、100c可位于核心工厂或制造中心中。在图1中所示的实施例中，扫描器130是现有技术中已经可得的独立的扫描器，并可包括适合的CAD/CAM软件以获得将被切割的工件的规格（在扫描器内或者在与扫描器相连的计算机内）。在这样的实施例中，牙科专业人员将使用扫描器获得将被制造的工件的规格，并将所述规格以电子方式（例如经由调制解调器）传送到核心工厂。

在另一实施例中，所述方法可进一步包括：获得患者牙齿影像，例如通过口内扫描或基于石膏模型而获得。CAD软件用于设计牙假体。CAM软件用于控制磨制机器的切割工具，其中磨制机器对于置于磨制机器中的陶瓷坯料进行磨制以获得牙假体。

CAD/CAM软件和CNC磨制机器结合使用，提供了直接机机加工牙假体的全自动方式。这种方法允许生产具有高精度形状的假体。该***在与传统牙假体制造技术相关的时间、成本、劳力方面有所节省。总体上可由此根据本发明的优选实施例通过磨制/研磨机器而在医疗、牙疗和牙科技术、种植部件、嵌入体、部分齿冠、齿冠、齿桥、假体基体和辅助部件方面准确地以适于预期目的的高机械强度且通过不同牙科材料而经济地生产。进一步的优点是：假体部件的生产者可继续采用其在处理工艺中熟知的原先的辅助工作材料。进一步可行的是：通过针对工件量和工件尺寸采用各种可用机器而灵活地挖掘机器能力。其结果是：浪费的时间显著减少，机器能力挖掘得以改善，处理可靠性增大。采用磨制/研磨机器因而不限于陶瓷机加工，而是所有其它牙科材料均可被机加工。

可通过各种方式进行患者牙齿扫描。可通过非接触光学方法确定物体表面轮廓的扫描器在包括牙结构活体内扫描以形成3D模型在内的许多应用中已经变得日益重要。典型地，3D表面轮廓通过多点的群形成，其中群中的每个点的相对位置代表扫描物体的表面在给定点处的估计位置。

在对于这些光学方法收集点位置之后的一种基本测量原理是：三角测量。在三角测量中，若给定一个或多个三角形，其中每个三角形的基线由两个光学中心构成且每个三角形的顶点为目标物体表面，则从目标物体表面到光学中心的范围可基于光学中心间隔和从光学中心到目标物体表面的角度而确定。如果已知光学中心在给定的坐标基准***（例如笛卡尔X、Y、Z基准***）中的坐标位置，则所述点在目标表面上的相对X、Y、Z坐标位置可在相同的基准***中计算出来。

三角测量方法可分为无源三角测量和有源三角测量。无源三角测量（也被公知为立体分析）典型地利用环境光，沿三角形基线的光学中心是相机。与此不同的是，有源三角测量典型地使用单一相机作为三角形的沿基线的一个光学中心，作为在另一光学中心处的第二相机的替代方式，有源三角测量使用受控照明源（也被公知为结构光）。

立体分析基于在一个相机像帧中识别表面特征，这些表面特征也在相对于目标表面的不同相机观看位置处拍摄的一个或多个像帧中被观测到。每个像帧内被识别出的特征的相对位置取决于来自相机的每个表面特征的范围。通过从两个或更多个相机位置观测所述表面，表面特征的相对位置可被计算出来。

立体分析虽然在理论上简单，但并未被广泛使用，这是因为难以获得多个相机影像中观测到的特征之间的对应关系。具有明显限定边缘和角部的物体（例如实块）的表面轮廓可使用立体分析被相当容易地测量，但具有平滑变化表面的物体（例如皮肤或牙齿表面）基本没有易于识别的点来着手，这对立体分析方法提出了相当大的挑战。

为了解决这一问题，固定的标记或成形图样（例如小点）可置于表面物体表面上以提供用于立体分析对应关系的易于识别的点。Hans Ahlen等人的名称为“用于测量三维形状的方法和装置”的WO98/48242（其内容通过引用并入本文）公开一种测量物体形状的方法，其中，首先将颜料图样施加于物体表面，然后从多个位置观测该物体。颜料图样与多个影像结合使用以执行立体分析，从而计算出目标物体表面的形状。

有源三角测量（或称为结构光方法）通过将已知的光图样投射到物体上以测量其形状而克服了立体对应关系问题。最简单的结构光图样仅为光斑，典型地通过激光产生。在光投影机与观测从目标物体表面反射的光斑的相机的位置之间设置的几何关系能够通过三角学计算出光斑落点的相对范围。也可以使用其它光透射图样，例如条或二维图样（例如光点栅格），以减少捕获目标表面影像所需的时间。

使用结构光方法时目标物体表面特征的测量分辨率是所用光图样的细度和用于观测反射光的相机的分辨率的直接函数。3D激光三角测量扫描***的整体准确度主要基于其满足两个目的的能力：1）准确测量从目标表面反射的照明光的中心；2）准确测量照明源和扫描器使用以获得影像的每个位置处的相机的位置。

为了实现第二个目的，商业3D扫描器典型地利用精度线性或旋转台而在影像获取操作之间准确重新定位成对的照明器/相机或目标物体。不过，各种的现实情况，例如口内人齿3D成像，不会使其适合于使用传统的线性或旋转台。进一步，人的颌面和齿系在尺寸和形状上的大范围差异使得使用单一固定路径***是不切实际的。

3D扫描器***可通过包含操作者持有的棒型扫描器适应各种人的齿系。在这些***中，操作者将扫描器在将被扫描的区域上移动并收集一系列像帧。不过，在这种情况下，在各像帧之间不存在已知的位置对应关系，这是因为，每个帧取自未知的坐标位置，该坐标位置取决于所述棒在获取该帧时的位置和取向。这些手持***因而必须依赖于屏幕对准或在将被扫描的区域上施加准确的成组标记。例如，Rudger Rubbert等人的名称为“基于口内齿扫描的交互式牙科正畸护理***”的美国专利6,648,640（其内容通过引用并入本文）公开了一种扫描器，其获取被转化为三维帧数据的牙假体影像。然后可使用图样识别将来自多个帧的数据相互对应，以提供齿的三维模型。Duane Durbin等人的美国专利申请20060154198（其内容通过引用并入本文）公开通过以下方式对口腔内的齿结构进行光学成像的***和方法：移动与口腔外的固定坐标基准***相关联的臂上的一个或多个影像孔；使用固定外坐标基准***来确定一个或多个影像孔的位置；通过一个或多个影像孔捕获齿结构的一个或多个影像；基于所捕获的影响而生成齿结构的3D模型。

所述***可通过硬件、固件或软件、或者这三者的组合实施。优选地，本发明通过在可编程计算机上执行的计算机程序实施，该可编程计算机具有处理器、数据存储***、易失性和非易失性的记忆体和/或存储元件、至少一个输入装置和至少一个输出装置。

每种计算机程序被实体地存储在能够由通用或专用目的的可编程计算机读取的机器可读存储介质或装置（例如程序记忆体或磁盘）中，以当存储介质或装置被计算机读取以执行在此所述的工艺时配置和控制计算机操作。本发明的***也可被认为在配置以计算机程序的计算机可读存储介质中实现，其中，如此配置的存储介质使计算机以特定或预定方式操作以执行在此所述的功能。以上对所述***的示例性实施例的描述已经为了例示和描述目的而提供。它们并不是意在穷举或者将本发明限制到所公开的精确形式。根据以上教示，多种修改和变化都是可行的。本意在于，本发明的范围不限于这种详细描述，而是由所附的权利要求书限定。这样，本发明目前实现为方法、设备、包含计算机程序的计算机存储介质或传播信号，以提供用于构造齿冠、齿桥、和种植体的方法、设备和制造构件。

虽然本发明的以上实施例描述了使用CNC机器构造齿冠、齿桥、和种植体的***和方法，不过本领域技术人员应认识到，其它齿装置的制造方法也是可行的。本发明允许制造固定的和可移除的口腔修复假体，例如齿顶、齿冠、嵌入体、高嵌体、贴面、齿桥、框架、种植体、基牙、内支撑、全副或部分的牙假体、和用于牙科应用的其它复合固定假体。本领域技术人员应易于认识到，根据本发明可易于构造其它的CBI和牙科正畸器具。这样，只要制造工艺利用用于患者牙齿印记的电子模型和用于齿冠装置的对应电子模型，则本发明将可用于其它制造方法。应理解，其它实施例也可应用，在不背离本发明的范围的情况下可以进行操作变化。

在以上描述中，为了简要、清楚和易于理解而使用特定术语；不过，其中并不暗示超出现有技术所需的非必要限制，这是因为这样的术语用于描述目的且意在被广义地解释。另外，本发明的描述和例示是示例性的，本发明的范围不限于所示或所述的具体细节。

虽然本发明的以上详细描述已经参照示例性实施例进行描述而且可想到的实施本发明的最佳模式已经被显示和描述，不过应理解，在实现以上发明及构造不同于在此具体所述的发明时可进行特定的改变、修改或变化，在不背离本发明的精神和范围的情况下可由本领域技术人员实现，这样的改变、修改或变化被认为处于本发明的总体范围内。因此，可想到的是，涵盖本发明和处于在此所公开和要求保护的重点原理的真实精神和范围内的任意和所有的改变、修改、变化或等同方式。因此，本发明的范围意在仅有所附权利要求书限定，在以上描述中包含的和在附图中显示的所有内容应被解释为是示例性的，而不是限制性的。

前述的和其它的优点意在例示本发明，而不是意味着限制。通过学习以下专利文件和包括其部分的附图，本发明的许多可行实施例可以实现并将显见。本发明的各种特征和子组合可在不参照其它特征和子组合的情况下采用。通过以下结合附图的描述，本发明的其它优点将变得明显，其中通过图示和示例来描述本发明的实施例及其各种特征。

通过现在所述的本发明的特征、发现和原理，构造和使用本发明的方式、构造特点、所获得的有利的、新的和有用的结果，新的、有用的结构、装置、元件、布置、部件和组合在所附权利要求书中提出。还应理解，所附权利要求书意在覆盖在此所述的本发明的所有通用的和特有的特征以及本发明范围内的所有论述，这些论述由于语言原因可能落在这些通用和特有的特征之外。

Claims (20)

1.一种用于制作牙齿修复体的方法，包括：

获取病人的齿系的图像以及产生所述齿系的三维模型；

将所述齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；

限定环绕牙目标的齿缘区域；

限定所述齿缘外的基牙沟；

通过擦洗牙目标的表面上的区域以及容许用户以计算机模式自由地旋转并标记所述表面来定义铣磨的区域；

存储5个轴角作为标记；

将原扫描轮廓与由原工具路径产生的输出进行比较以校验牙齿修复体的特性，如果需要进一步的加工则通过在预定的表面进行标记来规定新的工具路径；

在所述标记的区域上以由所述用户擦洗的角度自动地产生工具路径；

应用工具路径，以便产生具有两个虚拟部分的铣磨模型，所述两个虚拟部分包括所述齿缘区域和所述基牙沟区域；以及

以不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比所述修复部分的铣磨更高的速度完成所述基牙沟部分的铣磨。

2.如权利要求1所述的方法，包括模制所述铣磨料坯，所述铣磨料坯具有带修复部分及基牙沟部分的虚拟划界。

3.如权利要求1所述的方法，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台，其中，所述塑料基部具有弓形凹陷部以容纳所述铣磨料坯。

4.如权利要求1所述的方法，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台，所述塑料基部具有每一个紧固到所述工作台的两个分开的部分，并且所述两个部分联合紧固所述铣磨料坯。

5.如权利要求1所述的方法，包括将多个铣磨料坯紧固到工作台的顶部和底部。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述铣磨料坯形状选自由弓形、圆柱形、杆形、立方块形、多面体形、卵形以及板形组成的组。

7.如权利要求1所述的方法，包括利用口腔扫描仪或石模型来扫描病人的齿系。

8.如权利要求1所述的方法，包括将所述铣磨料坯内在地分成顶部和底部，以便通过容许所述顶部用于修复物以及所述底部用于所述基牙沟来快速的切割。

9.如权利要求1所述的方法，包括应用工具路径策略以防止工具损坏并且以精确的结果来快速生产。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述工具路径策略包括未切割区域寻找，标记所述区域，找到深度区域。

11.一种用于制造牙齿修复体的***，包括：

铣磨机；

扫描仪，所述扫描仪用于获取病人的齿系的图像以及产生所述齿系的三维模型；以及

计算机，所述计算机联接到所述铣磨机和所述扫描仪，所述计算机包括计算机代码，用于：

将所述齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；

限定环绕牙目标的齿缘区域；

限定所述齿缘外的基牙沟；

将原扫描轮廓与由原工具路径产生的输出进行比较，以校验牙齿修复体的特性，以及如果需要进一步的加工，则通过在预定的表面进行标记来规定新的工具路径；

产生具有两个虚拟部分的铣磨模型，所述两个虚拟部分包括所述齿缘区域和所述基牙沟区域；以及

以不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比所述修复部分的铣磨更高的速度完成所述基牙沟部分的铣磨。

12.如权利要求11所述的***，包括用于模制所述铣磨料坯的代码，所述铣磨料坯具有带修复部分及基牙沟部分的虚拟划界。

13.如权利要求11所述的***，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台的代码，其中，所述塑料基部具有弓形凹陷部以容纳所述铣磨料坯。

14.如权利要求11所述的***，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台的代码，所述塑料基部具有每一个紧固到所述工作台的两个分开的部分，并且所述两个部分联合紧固所述铣磨料坯。

15.如权利要求11所述的***，包括将多个铣磨料坯紧固到工作台的顶部和底部的代码。

16.如权利要求11所述的***，包括用于将多个铣磨料坯在一个打期间进行铣磨的代码，其中，所述料坯安装在工作台的两侧上。

17.一种用于制作牙齿修复体的方法，包括：

获取病人的齿系的图像以及产生所述齿系的三维模型；

将所述齿系的一部分定位在铣磨料坯的计算机模型内；

限定环绕牙目标的齿缘区域；

限定所述齿缘外的基牙沟；

将原扫描轮廓与由原工具路径产生的输出进行比较以校验牙齿修复体的特性，以及如果需要进一步的加工，则通过在预定的表面上进行标记来规定新的工具路径；

形成具有两个虚拟部分的铣磨模型，所述两个虚拟部分包括所述齿缘区域和所述基牙沟区域；以及

按不同的速度铣磨牙齿修复体，其中，以比修复部的铣磨更高的速度完成邻接沟部的铣磨。

18.如权利要求17所述的方法，包括模制所述铣磨料坯，所述铣磨料坯具有带修复部分及基牙沟部分的虚拟划界。

19.如权利要求17所述的方法，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台，其中所述塑料基部具有弓形凹陷部以容纳所述铣磨料坯。

20.如权利要求17所述的方法，包括利用塑料基部将铣磨料坯固定到工作台，所述塑料基部具有每一个紧固到所述工作台的两个分开的部分，并且所述两个部分联合紧固所述铣磨料坯。