CN109124830B - 一种基于数字化设计和数控加工制作的赝复体制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于数字化设计和数控加工制作的赝复体制作方法，包括基于多源数据数字化设计阻塞器模型，获得阻塞器模型数据，并通过数控成型装置获得阻塞器模型；将阻塞器模型数据通过可摘局部义齿支架设计软件获得赝复体支架数据，并通过数控成型装置获得赝复体支架模型；将赝复体支架模型就位于阻塞器模型上，进行测合试牙，经装盒充胶后得到赝复体。本发明基于多源数据融合建模，通过逆向设计获得阻塞器模型，并依此获得数字化赝复体，降低了阻塞器印模的临床操作难度，缩短了临床制作时间，减少患者不适感。利用数字化技术制作阻塞器模型和赝复体支架模型，缩短临床与技术室操作时间，缩短患者就诊次数，降低赝复体制作难度，提高工作效率。

Description

一种基于数字化设计和数控加工制作的赝复体制作方法
技术领域
本发明涉及一种医用器材的制作方法，尤其涉及一种基于数字化设计和数控 加工制作的赝复体制作方法。
背景技术
上颌骨缺损患者，需要通过阻塞器赝复体来阻止口鼻腔交通，从而改善他们 的发音、咀嚼和吞咽问题。因此，制作固位良好、封闭性佳、咬合关系合理的阻 塞器赝复体至关重要。而在制作过程中，能否精确获得患者口内软硬组织解剖形 态，将直接决定最终赝复体能否获得成功的治疗效果。传统模型的制作依赖于颌 面修复专科医师的临床经验，通过复杂的步骤和多种印模材料来获得患者口内的 结构，其操作困难、耗时长、患者易感恶心不适，甚至由于靠近气道而存在一定 的临床风险。
对于上颌骨缺损的患者，制作固位良好，封闭性佳，咬合关系合理的阻塞器 赝复体至关重要，制作过程中对获得的患者模型精度要求高，其直接决定最终赝 复体的成功与否。目前对于上颌骨缺损患者而言，申请人已申请中国专利，申请 号CN201810163339.1，发明创造名称：一种基于多源数据数字化设计和制作 阻塞器模型的方法。然而基于该数字化阻塞器模型，如何充分利用数字化技术进 行后续的支架设计与制作，以及如何制作最终的赝复体，并形成完善的治疗流程， 成为需要突破的难关。
发明内容
本发明提供了一种基于数字化设计和数控加工制作的赝复体制作方法，利用 申请号CN201810163339.1所述的方法制作阻塞器模型，并与数字化设计与制 作的金属支架结合，最终通过技术室传统排牙、充胶流程完成赝复体制作。
本发明提供的基于数字化设计和数控加工制作的赝复体制作方法包括如下 步骤：
步骤1、基于多源数据数字化设计阻塞器模型，获得阻塞器模型数据，将所 述阻塞器模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体阻塞器模型；
步骤2、将步骤1中获得阻塞器模型数据，通过可摘局部义齿支架设计软件设 计赝复体支架，获得数字化赝复体支架数据；将所述赝复体支架数据通过数控成 型装置成型，以获得实体赝复体支架模型；
步骤3、将步骤2制作的所述赝复体支架模型就位于步骤1制备的阻塞器模型之上，就位稳定后进行临床测合、试牙，经装盒、充胶后得到所述赝复体。
其中，所述数控成型装置选自数控雕刻设备、3D打印机中的一种或几种。
其中，所述可摘局部义齿支架设计软件选自3Shape Dental System软件。
其中，步骤1中所述基于多源数据数字化设计阻塞器模型的方法，包括：
应用口内扫描获取口内光学扫描数据文件；
应用螺旋CT获取颌面部螺旋CT扫描数据文件；
将螺旋CT扫描数据文件导入三维建模软件，进行三维建模，以获得颌面部软硬 组织的三维模型数据；
将所述三维模型数据与口内光学扫描数据通过逆向设计软件设计，获得阻塞器模型数据；
将所述阻塞器模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体阻塞器模型。
其中，所述三维建模软件选自Mimics建模软件。
其中，所述逆向设计软件选自Geomagic Studio软件。
其中，所述数控成型装置选自数控雕刻设备、3D打印机中的一种或几种。
在本发明的一种优选实施例中，所述赝复体支架模型的设计的具体步骤如下： 步骤a1、在可摘局部义齿(RPD)设计软件中对数字化阻塞器模型进行模型观 测，确定就位道，填倒凹；
蜡型修整，暴露设计所需的倒凹范围；
步骤a2、设计网状结构；
网状结构的边界与缺损腔内侧壁相对应，网状结构下缘及支架终止线应位于 缺损腔内侧壁与缺损腔开口处交界处附近，并且位于口扫数据上；
网状结构上缘位于缺损腔上部边界附近，网状结构前后缘沿缺损腔前后壁做适当延伸；
对于口扫不包含缺损腔内侧壁患者，除网状结构外，其余支架结构均基于口 扫数据；对于口扫包含缺损腔内侧壁患者，支架设计均基于口扫数据；
步骤a3、设计大连接体、小连接体、支托、卡环、终止线的形态；
完成设计，形成带有花纹腭部磨光面的RPD赝复体支架数据，导出STL格 式数据。
在本发明的一种优选实施例中，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复 合模型相对应的部分，并进行初步配准；
根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行提高精度 的配准；
步骤a3、在上述提高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数 据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模。
在本发明的另一种优选实施例中，所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复 合模型相对应的部分，并进行初步配准；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行更高精度 的配准；
步骤a3、在上述更高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数 据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模；
步骤a4、根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度。
本发明上述内容中，所述融合建模是通过删除三维模型数据与光学扫描数据 中的重叠部分，填充三维模型数据中的空缺部分，将三维模型数据与光学扫描模 型数据合并，形成一个复合模型数据。
本发明上述内容中，所述方法优选为包括：
螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件中，三维重建软硬组织的三维 模型，并以STL格式输出；
将STL格式的三维模型数据与光学扫描的STL数据导入到Geomagic Studio 软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与光学扫描STL数据中与最 终所需复合模型相对应的部分，通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能 模块进行“n点注册”操作，完成初步配准；
在所述初步配准基础上，利用“创建边界”、“创建曲线”、“曲线投影”的方式选 取三维模型数据、光学扫描数据中牙列及硬腭部分的数据，通过Geomagic Studio软件“最佳拟合对齐”功能模块进行拟合对齐，完成更高精度配准；
将上述对齐过程中浮动部分数据的非配准部分通过Geomagic Studio软件“手 动注册”功能模块进行配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定位；
在上述更高精度配准位置基础上选取三维模型数据中的缺损腔部分数据以及光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除重叠部分，填充空缺部分，并通过 GeomagicStudio软件的“转为点”、“封装”功能模块将整体转为点并重新封装， 将所述三维模型数据与光学扫描数据的融合建模；
根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道，设计阻塞器的形态和高度，通过Geomagic Studio软件的创建样条边界功能模块创建样条边界 并延伸填充边界孔确定缺损腔的形态；
通过Geomagic Studio软件“延伸边界到平面”功能模块将其转变成立体的具 有相应厚度的三维模型。
本发明将基于多源数据融合建模，通过逆向设计获得个性化的阻塞器模型， 并依此获得数字化赝复体，降低了阻塞器印模的临床操作难度，缩短了临床和患 者的制作时间，减少患者临床不适感，并提高阻塞器模型的精度。充分利用数字 化技术制作阻塞器模型和实体赝复体支架模型，大大缩短临床与技术室操作时间， 缩短患者就诊次数。这项技术可以缓解临床颌面修复专科医师数量不足造成的专 业瓶颈，将有利于颌骨缺损修复技术的推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明设计和制作阻塞器模型的方法如下：
对患者进行口内光学扫描获得口内光学扫描数据，并转化为STL格式输出；
对患者颌面部进行螺旋CT扫描获得DICOM数据；
将螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件(比利时Materialise Software 公司提供)中，三维重建患者颅颌面的软硬组织的三维模型模型，并以STL格 式输出；将螺旋CT建模所得三维模型数据与口内扫描数据通过逆向设计软件 Geomagic Studio设计个性化复合模型；具体步骤如下：
步骤a1、将STL格式的螺旋CT建模数据与口内光学扫描得到的STL数据 导入到Geomagic Studio软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与 口内光学扫描STL数据中与最终所需个性化复合模型相对应的部分，通过该软 件“手动注册”模块进行“n点注册”操作，实现初步配准；
步骤a2、在上述初步配准基础上利用“创建样条边界”、“从边界创建曲线”、 “曲线投影”的方式选取两者相似度高的牙列及硬腭部分数据，并进行“最佳拟 合对齐”，获得更高精度配准；
步骤a3、将上述对齐过程中浮动部分数据的非配准部分通过所述“手动注 册模块”进行“n点注册”操作，配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定 位，在上述更高精度配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺 损腔部分数据及口内光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除二者重叠的部分， 填充三维模型数据中口腔空缺部分的数据，并通过将整体“转为点”并重新“封 装”的方法进行两者数据的融合建模，将二者数据合并形成一个复合模型；
步骤a4、根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道， 设计合理的个性化阻塞器的形态和高度，通过创建样条边界并适当延伸填充边界 孔确定缺损腔形态；(该步骤也可于步骤a1后完成)
将所述个性化复合模型数据通过“创建样条边界”等功能模块的操作将其转变成立体的具有相应厚度的模型，得到STL格式的三维模型；
通过数控快速成型装置成型，以获得实体模型；其中，数控快速成型装置可采用数控雕刻机或者三维打印机。
本发明设计和制作赝复体的方法如下：
对患者进行口内光学扫描获得口内光学扫描数据，并转化为STL格式输出；
对患者颌面部进行螺旋CT扫描获得DICOM数据；
将螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件(比利时Materialise Software 公司提供)中，三维重建患者颅颌面的软硬组织的三维模型模型，并以STL格 式输出；将螺旋CT建模所得三维模型数据与口内扫描数据通过逆向设计软件 Geomagic Studio设计个性化复合模型；
将所述的个性化复合模型数据导入3Shape Dental System软件中，进行数字化赝复体支架的设计，具体步骤如下：
步骤a1、在“观测和填倒凹”功能模块中，从视图设置“***方向”，即 观测方向，以此确定就位道，根据显示出的倒凹位置进行微调之后确定“***方 向”；
***默认已对所有倒凹进行蜡型填充；
根据不同颜色图示，决定设计图所示卡环等需进入的倒凹深度0.25mm，蜡 型修整将所需倒凹暴露；
步骤a2、在“RPD设计”功能模块中，设置“树脂间距”0.50mm的网状 结构，即代表网状结构离开组织面0.50mm；
网状结构的边界与缺损腔内侧壁相对应，因是基于已经设计完成的一体化上 颌骨缺损复合模型，其缺损腔形态已做适当处理，网状结构下缘及支架终止线应 位于缺损腔内侧壁与缺损腔开口处交界处附近，并且位于口扫数据上；
网状结构上缘位于缺损腔上部边界附近，网状结构前后缘沿缺损腔前后壁做 适当延伸；
对于口扫不包含缺损腔内侧壁患者，除网状结构外，其余支架结构均基于口 扫数据；对于口扫包含缺损腔内侧壁患者，支架设计均基于口扫数据；
步骤a3、同样在“RPD设计”功能模块中，根据设计图设计大连接体、小 连接体、支托、卡环、终止线的形态，注意大连接体离开龈缘边界至少6mm， 小连接体处适当加厚，支托形态占满支托凹，卡环臂尖前1/3进入倒凹区；
最终完成设计，形成带有花纹腭部磨光面的RPD赝复体支架数据，导出STL 格式数据。
通过数控快速成型装置成型，以获得数字化阻塞器模型与数字化赝复体支架 实体模型；
其中，数控快速成型装置可采用数控雕刻机或者三维打印机。
将赝复体支架就位于阻塞器模型上，进行后续技术室制作与临床操作，完成 最终一体化上颌骨赝复体的制作。具体操作步骤，如下：
步骤s1、将快速成型的阻塞器模型模翻制成石膏模型。利用复模材料混合机(Sidomix，Wassermann公司，德国)、复模硅橡胶(
Figure BDA0001704105590000071
Duplicating silicone， BEGO公司，德国)、复模盒(
Figure BDA0001704105590000072
duplicating flask system，BEGO公司， 德国)，制作树脂模型的硅橡胶阴模，后利用经真空调拌机(Twister vacuum mixer，Renfert公司，德国)真空搅拌的牙科超硬石膏(
Figure BDA0001704105590000073
丹特 纳，德国)灌注复制成石膏模型。
步骤s2、将金属赝复体支架在患者口内进行试戴，必要时可进行微调以确保就位；进行咬合检查，进行适当调
步骤s3、咬合正常的前提下，在支架上制作暂基托记录咬合关系，面弓转移、 上架；
步骤s4、在金属支架在位情况下进行人工排牙，临床试牙。
步骤s5、确定排牙情况后，磨除缺损腔上部对应暂基托，去除之前所填倒凹的 蜡，沿缺损腔四周填两层红蜡，即约2mm厚的蜡。支架与排牙就位后封蜡。分 离出上颌石膏模型，逐渐磨薄底部暴露缺损腔上部，以此做揭顶状磨除缺损腔上 部石膏。由于前期设计，缺损腔上部形态为平滑曲面，与缺损腔四周有所区分， 容易辨别。利用2mm厚的蜡补片恢复缺损腔口内开口，即恢复腭部形态。
步骤s6、装盒。灌水检查补片衔接处是否有渗漏，无渗漏时往缺损腔中灌注白 石膏，或待装盒时先往缺损腔内灌注白石膏再将石膏模型面朝上进行装盒。冲 蜡法去除蜡，适当磨除剩余部分暂基托去除多余暂基托，涂布分离剂，灌注热凝 塑料，沸煮100℃至少1小时后开盒，打磨抛光成中空开放式阻塞器赝复体。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并 不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行 的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范 围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种基于数字化设计和数控加工制作的赝复体的制作方法，包括如下步骤：
步骤1、基于多源数据数字化设计阻塞器模型，获得阻塞器模型数据，将所述阻塞器模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体阻塞器模型；
步骤2、将步骤1中获得阻塞器模型数据，通过可摘局部义齿支架设计软件设计赝复体支架，获得数字化赝复体支架数据；将所述赝复体支架数据通过数控成型装置成型，以获得实体赝复体支架模型；
步骤3、将步骤2制作的所述赝复体支架模型就位于步骤1制备的阻塞器模型之上，就位稳定后进行临床测合、试牙，经装盒、充胶后得到所述赝复体；
其中，步骤1中所述基于多源数据数字化设计阻塞器模型的方法，包括：
应用口内扫描获取口内光学扫描数据文件；
应用螺旋CT获取颌面部螺旋CT扫描数据文件；
将螺旋CT扫描数据文件导入三维建模软件，进行三维建模，以获得颌面部软硬组织的三维模型数据；
将所述三维模型数据与口内光学扫描数据通过逆向设计软件设计，获得阻塞器模型数据；
将所述阻塞器模型数据通过数控成型装置成型，以获得实体阻塞器模型；
所述三维建模的具体步骤如下：
步骤a1、选取螺旋CT建模所得三维模型数据与光学扫描数据中与最终所需复合模型相对应的部分，并进行初步配准；
根据缺损腔形态及位置，利用倒凹固位，设计阻塞器的形态和高度；
步骤a2、在上述初步配准基础上选取两者牙列及硬腭部分数据，进行提高精度的配准；
步骤a3、在上述提高精度的配准位置基础上选取螺旋CT建模所得三维模型数据中的缺损腔部分数据及光学扫描数据中牙列及腭部数据，进行融合建模；
所述融合建模是通过删除三维模型数据与光学扫描数据中的重叠部分，填充三维模型数据中的空缺部分，将三维模型数据与光学扫描模型数据融合，形成一个复合模型数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述赝复体支架模型的设计的具体步骤如下：
步骤a1、在可摘局部义齿设计软件中对数字化阻塞器模型进行模型观测，确定就位道，填倒凹；
蜡型修整，暴露设计所需的倒凹范围；
步骤a2、设计网状结构；
网状结构的边界与缺损腔内侧壁相对应，网状结构下缘及支架终止线应位于缺损腔内侧壁与缺损腔开口处交界处附近，并且位于口扫数据上；
网状结构上缘位于缺损腔上部边界附近，网状结构前后缘沿缺损腔前后壁做适当延伸；
对于口扫不包含缺损腔内侧壁患者，除网状结构外，其余支架结构均基于口扫数据；对于口扫包含缺损腔内侧壁患者，支架设计均基于口扫数据；
步骤a3、设计大连接体、小连接体、支托、卡环、终止线的形态；
完成设计，形成带有花纹腭部磨光面的可摘局部义齿赝复体支架数据，导出STL格式数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
螺旋CT扫描DICOM数据导入Mimics建模软件中，三维重建软硬组织的三维模型，并以STL格式输出；
将STL格式的三维模型数据与光学扫描的STL数据导入到Geomagic Studio软件中，选取螺旋CT建模所得三维模型STL数据与光学扫描STL数据中与最终所需复合模型相对应的部分，通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行“n点注册”操作，完成初步配准；
在所述初步配准基础上，利用“创建边界”、“创建曲线”、“曲线投影”的方式选取三维模型数据、光学扫描数据中牙列及硬腭部分的数据，通过Geomagic Studio软件“最佳拟合对齐”功能模块进行拟合对齐，完成更高精度配准；
将上述对齐的过程中浮动部分数据的非配准部分通过Geomagic Studio软件“手动注册”功能模块进行配准移动至相应位置，完成所需全部数据的定位；
在上述更高精度配准的位置的基础上选取三维模型数据中的缺损腔部分数据以及光学扫描数据中牙列及腭部数据，通过删除重叠部分，填充空缺部分，并通过GeomagicStudio软件的“转为点”、“封装”功能模块将整体转为点并重新封装，将所述三维模型数据与光学扫描数据的融合建模；
根据缺损腔形态及位置并利用倒凹固位，为上呼吸道留出气道，设计阻塞器的形态和高度，通过Geomagic Studio软件的创建样条边界功能模块创建样条边界并延伸填充边界孔确定缺损腔的形态；
通过Geomagic Studio软件“延伸边界到平面”功能模块将其转变成立体的具有相应厚度的三维模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数控成型装置选自数控雕刻设备、3D打印机中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可摘局部义齿支架设计软件选自3Shape Dental System软件。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逆向设计软件选自Geomagic Studio软件。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维建模软件选自Mimics建模软件。
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