CN111281581A - 用于设计和制造牙科部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于设计和制造具有表面的牙科部件的方法，其中借助于CAD单元设计牙科部件的3D模型，并且基于3D模型通过CAM单元制造牙科部件。为了提供显著地缩短设计和制造牙科部件所需的时间以便缩短患者必须在场的牙科疗程长度的方法，创造性地提出了：在至少一个第一设计步骤中以及在第二设计步骤中制造3D模型，在第一设计步骤中设计具有至少一个第一表面部段的第一3D子模型，在第二设计步骤中设计具有至少一个第二表面部段的第二3D子模型，其中，第一设计步骤在第二设计步骤之前完成，并且CAM单元在第二3D子模型的设计完成之前开始基于第一3D子模型制造牙科部件的第一表面部段。

Description

用于设计和制造牙科部件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于设计和制造牙科部件的方法。牙齿部件可以是例如牙齿假体，诸如嵌体、高嵌体、超嵌体、贴面、牙冠、牙桥、种植冠或即刻种植体。牙科部件也可以是咬合夹板或印模托盘。

背景技术

在下文中，将以牙齿假体、尤其是牙冠的设计和制造为例来描述已知方法。牙齿假体可以具有连接至颌的附接元件，以用于附接目的。例如，附接元件可以是准备好的牙(也称为准备好的牙桩)。可替代地，附接元件也可以是种植体的基台。

为了设计和制造牙齿假体，通常首先通过CAD单元设计牙齿假体的3D模型，然后基于3D模型由CAM单元制造牙齿假体。

通常，在牙医已经准备好牙齿来接收牙齿假体之后，确定准备好的牙齿的三维形状。

这通常是借助于数字化方法来进行的。然后，在许多情况下，将准备好的牙齿的三维形状发送给外部牙科实验室，以便牙科技术人员根据3D形状来设计和制造对应的牙齿假体。

在设计和制造牙齿假体之前，患者必须带着对应的准备好的牙齿生活，这可能对患者意味着大的限制。

因此，在没有牙医技术人员协助的情况下，越来越多的牙齿假体是由牙医诊所制作的。例如从DE 195 18 702C2中已知这种方法。

在第一步骤中，将待修复和待准备好的牙齿的几何形状以及必要时其周围以及可能的对颌牙齿的几何形状进行电子记录和存储。

在下一步骤中，解读准备好的牙齿的图像。在图像中识别出制备边缘(通常也称为制备边界或制备线)，即包围将牙齿假体施加到要修复的牙齿上的表面的边缘。这可以由有经验的牙医手动实现，也可以部分地或甚至完全地由软件使用算法自动实现。

最后，在CAD单元的帮助下设计牙齿假体的3D模型。在设计3D模型之后，该已知方法最终在CAM单元中由材料块研磨或铣削牙科部件。

然后可以在疗程期间将牙齿假体***到患者的颌中并通过可UV固化的粘合剂将其附接至附接元件。

特别是在牙齿假体具有复杂形状的情况下，上述过程可能会花费相对较长的时间。

一方面，在此特别耗时的是牙齿假体的可见侧的设计，因为牙医的经验起着作用并且因为可能需要在与患者商榷后确定准确的形状，另一方面，在此特别耗时的是对牙齿假体的不可见基部部分、即面对附接元件的部段进行减材加工。

以相同的方式，可以设计和制造咬合夹板或个性化的印模托盘，其中这些部件不附接到颌。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的目的是提供一种方法，该方法显著减少了设计和制造牙科部件所需的时间，以便缩短患者必须在场的牙科疗程长度。

根据本发明，该目的在上述方法中得以实现：在至少一个第一设计步骤中以及在第二设计步骤中制造3D模型，在第一设计步骤中设计具有至少一个第一表面部段的第一3D子模型，在第二设计步骤中设计具有至少一个第二表面部段的第二3D子模型设计，其中在第二设计步骤之前完成第一设计步骤，并且CAM单元在第二3D子模型的设计完成之前开始基于第一3D子模型制造牙科部件的第一表面部段。

因此，根据本发明，3D模型划分为多个3D子模型，这些3D子模型被顺序地和/或以不同的速度设计。一旦第一3D子模型完成设计，便开始制造牙科部件。

在一优选实施例中，牙科部件通过减材制造方法由工件毛坯进行制造。特别优选地使用诸如铣削或研磨的加工方法。

在一替代实施例中，通过增材制造方法、优选经由3D打印来进行牙科部件的制造。

在一优选实施例中，第一3D子模型的第一表面部段对应于牙科部件的第一表面部段，并且第二3D子模型的第二表面部段对应于牙科部件的第二表面部段。换句话说，牙科部件的表面的一部分由第一3D子模型表示，而牙科部件的表面的另一部分由第二3D子模型表示。

一旦已经设计了限定待创建的牙科部件的第一表面部段的第一3D子模型，便在仍然正在设计第二3D子模型的同时开始制造牙科部件的该第一表面部段。

基本上，一旦获得关于牙科部件的表面结构的至少一个部分的第一信息，根据本发明的方法便开始制造牙科部件。不一定需要将设计分为两个设计步骤。而是，将设计分为超过两个的设计步骤(每个步骤创建一对应的3D子模型)可能是有益的。一旦已经创建了3D子模型，便可以开始制造由该3D子模型限定的牙科部件的表面部段。

在一替代实施例中，在第一设计步骤中使用算法设计3D粗略模型作为第一3D子模型，并且在第二设计步骤中设计3D精细模型作为第二3D子模型，其中：

a)使用减材制造方法，并且3D粗略模型的体积大于3D精细模型的体积，或者

b)使用增材制造方法，并且3D粗略模型的体积小于3D精细模型的体积。

在这种情况下，3D粗略模型的体积由第一3D子模型的该至少一个表面部段限制，而3D精细模型的体积由第二3D子模型的该至少一个表面部段限制。

代替将3D模型划分为代表牙齿部件的不同表面部段的多个3D子模型，该实施例被划分为粗略模型和精细模型。

可以在算法的帮助下以计算机辅助方式自动创建粗略模型。经验值可用于此目的。例如，可以基于之前设计的3D模型，使用用于诸如深度学习之类的机器学习的人工神经网络(卷积神经网络，CNN)自动执行3D粗略模型的设计。

可替代地或组合地，可以基于牙科部件类型自动执行3D粗略模型的设计。牙科部件类型可以包括牙齿假体类型(可以根据要安装牙齿假体的牙齿的位置进行再细分)，例如嵌体、高嵌体、贴面、牙冠、牙桥、种植冠或即刻种植体，也可以是部件类型，例如咬合夹板或印模托盘。

一般而言，在开始设计之前，要了解要制造哪种类型的牙科部件。该了解可以自动用于3D粗略模型的设计中。例如，如果确定应该为左上犬齿制造牙冠(ref.23)，则该信息可用于3D粗略模型的设计。

通常还使用具有层状贴面陶瓷的陶瓷硬芯框架作为牙科部件的毛坯。陶瓷的各个层具有不同的颜色，这样要制造的牙科部件的颜色取决于3D精细模型在毛坯内的定位。结果，3D粗略模型可以与3D精细模型基本相同，但是当使用减材制造方法时，3D粗略模型的体积大于3D精细模型的体积，这样3D精细模型可以在3D粗略模型中移动，以便实现所期望的着色。一旦已经在3D粗略模型中确定了3D精细模型的位置，便可以最终创建牙科部件。

在第二设计步骤执行期间，对牙齿部件的可见表面进行建模通常很费时。另外，必须确定在咀嚼期间牙科部件和相对牙齿之间应该在哪些位置存在接触。在这种情况下，可能也需要患者花费大量时间。然而，有经验的牙医的这些必然与设计有关的干预对要制造的牙科部件的表面部段仅具有相对较小的影响。

利用3D粗略模型，可以在第二设计步骤完成之前容易地确定牙科部件的粗略形状。然后可以例如以大致对应于牙齿部件的期望形状的刮擦工序来制造牙齿部件。一旦完成第二设计步骤，便执行修整工序，并由此限定牙科部件的所期望的确切的最终形状。

但是，必须注意，在减材制造方法中，精细模型的体积在粗略模型的体积之内。因此，在制造粗略模型期间不可能从毛坯去除如此多的材料以致于无法再制造精细模型。

但是，在采用增材制造方法(例如3D打印)的情况下，粗略模型的体积必须在精细模型的体积之内，因为否则材料已经在制造粗略模型期间被施加到精细模型不提供任何材料的地方。

在一优选实施例中，使用用于诸如深度学习之类的机器学习的人工神经网络(卷积神经网络，CNN)来执行3D粗略模型的自动设计。这些技术使用之前设计的3D模型，以便学习如何能够确定3D粗略模型。通过使用之前的3D模型，该软件可以学习待准备的牙科部件的尺寸。3D粗略模型的某些尺寸也可以存储在表格中，然后可以访问该表格。

通常有利的是，在设计3D模型之前至少在旨在与待设计的牙科部件接触的区域中捕获或确定附接元件的三维形状，并且基于所捕获或确定的附接元件的三维形状来执行3D模型的设计。

如果附接元件是种植体、基台或植入体，则附接元件的三维形状是已知的。仅需要确定已使用了哪种种植体。通常不需要额外捕获三维形状。

但是，如果附接元件是对应准备好的牙齿，则必须确定附接元件的实际三维形状。

为此，例如可以从患者身上取硅树脂印模，然后可以对石膏模型进行模制成型并数字化。

然而，为了加速进程，如果捕获是口内的并因此最好借助于3D扫描仪进行，则是有利的。首先，仅需要捕获附接元件，即仅需要捕获例如准备好的牙齿以及有可能的话相邻牙齿。

该信息足以开始制造牙科部件，因为已经确立了牙科部件的最大侧向膨胀量以及与准备好的牙齿相对应的牙科部件的3D模型表面的外观。

一般而言，牙医还将产生相对的颌部段的相应3D图像。此外，通常从侧面拍摄封闭的牙列的图像，以便确定两个颌的定位以及由此也确定待创建的牙齿部件相对于相对的对牙的定位。

在封闭的牙列和相对的颌部段的三维捕获期间，至少对于形状已知的表面部段，已经可以进行牙科部件的制造。

在另一优选实施例中规定，基于附接元件的三维形状来确定制备接触表面，并且在第一设计步骤中，与制备接触表面相接触的表面部段包括在第一3D子模型中。一旦已经设计了该表面部段，就可以开始制造与制备接触表面相接触的牙科部件的表面(多个表面)。

制备接触表面的确定最好使用算法自动执行。为了限定制备接触表面，可以确定所谓的制备边缘。制备边缘界定了制备接触表面(多个制备接触表面)。

制备接触表面可以包括旨在与牙科部件相接触的表面的一部分。制备接触表面也可以包括旨在与牙科部件相接触的所有表面。也可以在第一3D子模型中包括不应与牙科部件相接触的其他表面部段。

通常，待制造的牙科部件的表面具有背对附接元件的顶表面和面对附接元件的底表面。因此，底表面总是包括制备边缘。

在该方法的一优选实施例中，第一表面部段是要制造的牙科部件的底表面，而第二表面部段是要制造的牙科部件的顶表面。待制造的牙齿部件的底表面的建模相对简单，并且可以由计算机控制，无需有经验的牙医的人工干预，因为在附接元件和相邻牙齿的已知位置中，底表面是已知的，因此不需要与设计有关的干预。

即使可以相对简单地完成底表面的设计并且因此可以由计算机辅助，但是该表面的制造通常非常耗时，特别是当底表面为凹入弯曲的并且具有用于接收准备好的牙齿的空腔时。因此，如果在牙医仍然忙碌着牙科部件的帽表面的计算机辅助建模的同时开始制造待制造的牙科部件的底表面，则具有很大的优势。

可能有利的是，在第二设计步骤中首先使用算法自动设计3D粗略子模型，然后再使用算法自动设计第二3D子模型，其中与3D粗略子模型相对应的牙科部件的表面的制造在第二设计步骤完成之前开始。同样，如果使用减材制造方法，则3D粗略子模型的体积应大于第二3D子模型的体积，或者如果使用增材制造方法，则3D粗略子模型的体积应小于第二3D子模型的体积。

在第二设计步骤执行期间，对牙齿部件的可见表面进行建模通常很费时。另外，必须确定在咀嚼期间牙科部件和相对牙齿之间应该在哪些位置接触。在这种情况下，可能还需要患者花费大量时间。然而，有经验的牙医的这些必然与设计有关的干预对待制造的牙科部件的表面部段仅具有相对较小的影响。

利用3D粗略模型，可以在第二设计步骤完成之前容易地确定牙科部件的粗略形状。

在一优选实施例中，使用人工神经网络(卷积神经网络，CNN)进行机器学习，例如深度学习，来进行3D粗略子模型的自动设计，如前面描述的3D粗略模型一样。这些技术使用之前设计的3D模型，以便学习如何能够确定3D粗略模型。通过使用之前的3D模型，该软件可以学习要准备好的牙科部件的尺寸。3D粗略模型的某些尺寸也可以存储在表格中，然后可以访问该表格。

还可以参考与此同时(即在设计第一3D子模型之后)可获得的信息，例如到相邻牙齿的侧向距离或到相对牙齿(对合牙)的距离。

因此，在该实施例中，首先将3D模型细分为两个3D子模型，每个子模型描述一不同的表面部段。一旦设计了第一3D子模型，便开始在与3D子模型相对应的表面部段处制造牙科部件。

第二3D子模型又被分为两个子模型，即粗略子模型和精细子模型。在这里，同样，一旦涉及了粗略子模型，便可以开始粗略子模型的制造。一旦完成了第二3D子模型的精细子模型的耗时设计，便可以完全制造牙科部件，该牙科部件当前已经在某些表面部段处完成并且在其他表面部段处具有至少大致所期望的轮廓。

因此，根据本发明，在开始全面设计3D模型之前，使用至少部分关于待制造的牙科部件的表面的可获得信息，以便开始耗时的牙科部件的制造。一旦获得进一步的信息，便还可以使用该进一步的信息来继续或改善牙科部件的制造。例如，在第二设计步骤中，牙医可以在设计顶表面(即，面对对合牙的表面)之前首先设计待制造的牙科部件的侧向表面。一旦确立了侧向表面的设计，便可以开始制造牙齿部件的侧向表面。

附图说明

通过使用以下对优选实施例的描述和附图来说明本发明的另外的优点、特征和可能的应用。示出了以下附图：

图1至图6是根据本发明的方法的第一实施例的各个步骤的示意图，以及

图7是本发明方法的第二实施例的方法步骤的示意图。

具体实施方式

基于图1至图6，描述了根据本发明的方法的第一实施例。

在图1中，示出了由有关牙医或患者看到的初始情况。未准备好的牙齿1牢固地连接到上颌或下颌(未示出)。牙齿由牙冠、牙颈和牙根组成。牙根锚固在颌骨中。如果由于任何原因导致牙冠损坏或患病，则可能有必要用人造牙冠、即用牙科部件替换天然牙冠或使天然牙冠完整。在诊断过程中，牙医将与患者一起确定哪种牙科部件类型最能解决当前情况下患者的需求。

可能的牙科部件类型是例如牙科嵌体、牙科高嵌体、牙科超嵌体、贴面、牙冠、牙桥，种植体等等。

基于诊断，可以在CAM单元中使用相应的修复毛坯，其大小已经适应于所计划的修复。

这样的修复毛坯2在图2中示出。修复毛坯2连接至保持元件3，利用该保持元件3可以将修复毛坯2附接在CAM单元中。修复毛坯2的材料可以在牙医的决定下选择，只要其可以由CAM单元进行处理即可。全陶瓷毛坯最近已被广泛采用。但是，还有其他材料，例如由固态金属或金属合金与陶瓷或塑料组合制成的毛坯。

在下一步骤中，牙医准备好患病的牙齿。在本示例中，这意味着将天然牙冠一直研磨到牙龈线或者甚至略微低于牙龈线。天然牙冠通常被研磨成圆柱形的或略微圆锥形的。在牙齿的颈部形成一台阶。以这种方式准备好的牙齿如图3示意性所示。齿根连接到颌骨。可见准备好的牙齿4的牙冠具有研磨表面6。此外，可见制备边缘5，其在准备好的牙齿上形成一台阶。

准备好后，将准备好的牙齿数字化。在优选实施例中，这是通过口内3D扫描仪以数字方式执行的。这样的口内3D扫描仪是已知的，并且可以以各种实施方式获取。根据主动三角测量的原理，这种口内扫描仪可以例如以真实的颜色和无粉的方式进行。

在数字化过程结束时，存在了未被牙龈或颌骨覆盖的准备好的牙齿的三维轮廓。

现在必须确定制备边缘，即与待制备的牙科部件相接触的制备接触表面的界限。该确定可以由有经验的牙医人工执行，也可以在适合的软件的帮助下自动执行。一旦确定了制备边缘5，就知道了待制造的牙科部件的对应表面部段的形状。然后可以使用计算机简单地创建待制造的牙科部件的对应3D子模型。因为牙科部件放置在准备好的牙齿上并且必须精确地连接到制备边缘，所以在面对准备好的牙齿的牙科部件的表面(所谓的底表面)上不存在设计自由度，这样在识别制备边缘之后，可以容易地创建牙科部件的底侧的对应3D子模型，然后可以开始制造牙科部件。

图4示出了对应的修复毛坯2，其中已经引入了制备底片，即第一3D子模型的表面部段。可以看到对应于制备边缘5的表面部段8和设置用于接收准备好的牙齿4的空腔7。因此，可以在该过程的非常早期阶段就对凹入形式进行这种精细的加工。

同时，可以执行CAD支持的恢复计划，即第二3D子模型的设计。有经验的牙医可以在算法的帮助下确定咬合、牙间接触等等。为了进行准备，还可能需要数字化位于准备好的牙齿旁边的相邻牙齿、对合牙(相对牙齿)和患者的颌的静态咬合，例如利用口内3D扫描仪。

一旦已经创建了第二3D子模型，现在便可以从相对一侧(即顶侧)处理牙科部件10。此阶段如图5所示。

牙科部件10仍然仅通过保持杆9附接到保持元件3。保持杆9在制造结束时被切除，并且该区域由牙医抛光。

在图6中，牙科部件10已经被放置在准备好的牙冠4上。牙科部件10可以例如借助于可UV固化的粘合剂被粘结到牙齿。

图7示意性地示出了该方法的替代实施例。

在此，同样，首先将准备好的牙齿数字化，然后形成牙科部件的底侧。但是，接着首先为第二3D子模型创建3D粗略子模型。该3D粗略子模型仅大致反映待制造的牙科部件的顶侧，其中确保第二3D子模型的表面部段位于3D粗略子模型的轮廓内。因此，例如，可以计算出牙科部件的最大可能高度并且可以制造粗略上表面12，其代表了牙科部件的最大高度。此外，材料可以已经从牙科部件的侧向表面去除，由此产生粗略侧向表面11。

一旦在最后已经创建了第二3D子模型，便可以接着对表面11和12进行处理，以便到达图5所示的阶段。

尽管本申请区分了CAD(“计算机辅助设计”)单元和CAM(“计算机辅助制造”)单元，但是可以代替使用承担来自CAD单元和CAM单元两者的任务的CAD/CAM单元。

附图标记列表

1 牙齿

2 修复毛坯

3 保持元件

4 准备好的牙齿

5 制备边缘

6 研磨表面

7 空腔

8 表面部段

9 保持杆

10 牙科部件

11 粗略侧向表面

12 粗略上表面

Claims (15)

1.一种用于设计和制造牙科部件的方法，所述牙科部件具有表面，其中，借助于CAD单元设计牙科部件的3D模型，并且基于该3D模型，通过CAM单元制造牙科部件，其特征在于，在至少一个第一设计步骤中以及在第二设计步骤中设计该3D模型，在所述第一设计步骤中设计具有至少一个第一表面部段的第一3D子模型；在所述第二设计步骤中设计具有至少一个第二表面部段的第二3D子模型，

其中，所述第一设计步骤在所述第二设计步骤之前完成，并且

在所述第二3D子模型的设计完成之前，CAM单元开始使用所述第一3D子模型制造牙科部件的第一表面部段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牙科部件由工件毛坯借助于减材制造方法进行制造，优选地借助于切割工艺进行制造。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助于铣削和/或研磨进行制造。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牙科部件借助于增材制造方法进行制造，优选地借助于3D打印进行制造。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一3D子模型的第一表面部段对应于所述牙科部件的第一表面部段，并且所述第二3D子模型的第二表面部段对应于所述牙科部件的第二表面部段。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第一设计步骤中，使用算法来设计3D粗略模型作为所述第一3D子模型，并且在所述第二设计步骤中，设计3D精细模型作为第二3D子模型，其中，

a)使用减材制造方法，并且由至少一个第一表面部段限制的3D粗略模型的体积大于由至少一个第二表面部段限制的3D精细模型的体积，或者

b)使用增材制造方法，并且由至少一个第一表面部段限制的3D粗略模型的体积小于由至少一个第二表面部段限制的3D精细模型的体积。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于之前设计的3D模型，使用用于诸如深度学习之类的机器学习的人工神经网络(卷积神经网络，CNN)来自动进行所述3D粗略模型的设计。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述3D粗略模型的设计基于牙科部件类型自动进行。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述牙科部件旨在被固定至连接至颌的附接元件，其中，在设计所述3D模型之前，至少在旨在与待设计的牙科部件相接触的区域中捕获或确定所述附接元件的三维形状，并且基于所捕获或确定的所述附接元件的三维形状执行所述3D模型的设计。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述捕获是在口内进行的，并且优选借助于3D扫描仪进行。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，基于附接元件的三维形状，确定制备接触表面，并且在所述第一设计步骤中，与制备接触表面相接触的表面部段包括在所述第一3D子模型中，所述第一3D子模型对应于所述制备接触表面而形成。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述制备接触表面的确定借助于算法自动执行。

13.根据权利要求5所述或者根据从属于权利要求5的权利要求6至12中任一项所述的方法，其特征在于，待制造的牙科部件的表面具有背对所述附接元件的顶表面和面对所述附接元件的底表面，其中所述第一表面部段是待制造的牙科部件的底表面，而所述第二表面部段是待制造的牙科部件的顶表面。

14.根据权利要求5所述或者根据从属于权利要求5的权利要求6至13中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二设计步骤中，首先使用算法自动设计3D粗略子模型，然后设计第二3D子模型，其中在所述第二设计步骤完成之前启动与所述3D粗略子模型相对应的牙科部件的表面的制造，其中，

a)使用减材制造方法，并且所述3D粗略子模型的体积大于所述第二3D子模型的体积，或者

b)使用增材制造方法，并且所述3D粗略子模型的体积小于所述第二3D子模型的体积。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，基于之前设计的3D模型，使用用于诸如深度学习之类的机器学习的人工神经网络(卷积神经网络；CNN)来进行所述3D粗略子模型的自动设计。

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