專利名稱：聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種醫(yī)用器械技術(shù)領(lǐng)域的導向模板的制作方法，特別是一種 聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法。
背景技術(shù)：
目前，口腔種植手術(shù)在很大程度上已替代多種常規(guī)修復方法，成為恢復牙列 缺失的常規(guī)臨床手段。然而，它也是一種風險性較高的手術(shù)。由于頜骨本身的解 剖特征(如上頜左右上頜竇腔、下頜骨內(nèi)下牙槽神經(jīng)血管束等)，以及與牙列 缺失相關(guān)的其它癥狀(如牙周病、外傷、局部病變切除、或老年性牙槽骨的吸 收和萎縮等)，使相應(yīng)的缺失牙部位的骨量和骨高度不足；同時由于術(shù)中體位和 手術(shù)視野的限制，使預測和實際植入的位置和方向極易發(fā)生偏差，從而造成種植 區(qū)骨裂、穿孔及附近下頜神經(jīng)、上頜竇、鄰牙的損傷，導致種植體周炎的產(chǎn)生， 影響種植體的長期成功率。總之，在口腔種植手術(shù)過程中，如何最大限度地利用 骨量，確保種植體植入的精確性與鄰近重要生理組織結(jié)構(gòu)的安全性，并能提供術(shù) 前規(guī)劃與模擬，給臨床醫(yī)生提出了挑戰(zhàn)性的難題。
以保障手術(shù)安全、提高手術(shù)精度為目的而設(shè)計的傳統(tǒng)種植外科定位導向模 板，可以在一定程度上提高種植手術(shù)治療計劃的可靠性，但由于傳統(tǒng)模板制作是 基于放射學X線片而進行的，而X線片是結(jié)構(gòu)重疊的二維影像，密度分辨率低， 且由于拍攝角度的關(guān)系，組織結(jié)構(gòu)會有不同程度的變形和放大，因此，最終制成 的模板存在準確度不高、精度不夠、操作難度較大等缺點。近年來雖然出現(xiàn)了基
于CT圖像的導向模板技術(shù)，但由于CT等斷層序列醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)本身精度不高，
不能精確反映牙齒牙合面，仍無法從根本上解決模板定位難度大、精度不夠的問 題。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，已出現(xiàn)"計算機輔助口腔種植外科定位導向模
板"技術(shù)并應(yīng)用于l臨床(Ganz SD. Presurgical planning with CT-derived fabrication of surgical guides. J Oral Maxillofac Surg 2005;63:59-71)，它通過基于CT圖像的口腔種植輔助設(shè)計系統(tǒng)進行三維術(shù)前規(guī)劃，將擬植入種植體的位置、數(shù)量、各自的方向、角度和 深度等數(shù)據(jù)信息作為控制參數(shù)轉(zhuǎn)化為STL文件格式，用快速原型方法加工，制 成導向模板。該技術(shù)消除了傳統(tǒng)模板與支持表面的間隙，定位更趨于合理、引導 的方向更準確，且操作方便，臨床上更有利于把握種植體植入的正確位置和方向。 但是在該技術(shù)中，由于僅依賴于缺牙區(qū)牙槽嵴頂?shù)恼衬せ蚬敲鎭碇С郑瑢е履０?定位位置形態(tài)不唯一，使術(shù)前規(guī)劃方案向臨床轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生一定程度的偏差， 影響最終的鉆孔精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聯(lián)合支持型計算機輔助口 腔種植定位導向模板的制作方法，以解決傳統(tǒng)導板的定位不準、精度不高、可靠 性不夠、安全性難以得到保障的難題。本發(fā)明采用兩種不同支持方式的模板，通 過鄰牙的聯(lián)合支持，使其定位牢固性更高、可靠性更好，從而大大提高定位精度。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟
a. 計算機輔助手術(shù)規(guī)劃對患者進行斷層序列醫(yī)學圖像掃描，然后將掃描獲 得的斷層序列醫(yī)學圖像進行幾何建模獲得顱頜面三維重建模型，得到沿牙槽骨弓 弧線展開的序列參數(shù)曲面全景片圖像以及任意垂直于牙槽骨弓弧線的橫截面圖 像，在幾何建模上以二維/三維交互方式放置虛擬的種植體，并由醫(yī)生根據(jù)臨床 需要對虛擬的種植體的類型、位置、方向進行優(yōu)化調(diào)整，最終確定每個虛擬的種 植體沿該種植體的軸線延伸的圓柱模型。
所述的幾何建模是指采用醫(yī)學圖像處理中的三維可視化技術(shù)將斷層序列醫(yī) 學圖像變換為三維模型；
b. 圖像配準對經(jīng)取模后的患者牙列石膏模型進行激光掃描，然后利用醫(yī)學
圖像配準技術(shù)將掃描獲得的激光牙列三維模型與步驟a中獲得的顱頜面三維重
建模型進行配準，從而將牙列三維模型疊加到顱頜面模型中，形成一個綜合三維 模型，其牙列部分為激光掃描數(shù)據(jù)，而其它部分，如牙槽骨、頜骨等為斷層序列 醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)。
所述的配準的具體步驟是指將患者缺牙區(qū)域的鄰牙模型分別從激光牙列三 維模型與顱頜面三維重建模型中切割出來，然后利用圖像配準技術(shù)，將切割出的 激光牙列三維模型的鄰牙模型疊加到切割后的顱頜面三維重建模型中，形成一個綜合三維模型。
C.定位導向模板的設(shè)計首先設(shè)計定位導向模板原坯模型，將這個原坯模型 調(diào)入至由b步驟得到的綜合三維模型的患者缺牙區(qū)域，并將其與牙槽骨或粘膜、 鄰牙、以及由a步驟得到的圓柱模型進行布爾求減，從而得到帶有孔洞結(jié)構(gòu)的定 位導向模板計算機模型，該孔洞的形狀即為圓柱模型的形狀，該孔洞的內(nèi)表面與 缺牙區(qū)域的牙槽骨、粘膜或鄰牙的外表面相吻合。
所述的定位導向模板原坯模型是指用來生成模板的基礎(chǔ)CAD模型，該模型根 據(jù)患者的牙弓形狀曲線模擬的條狀薄片模型，該模型的厚度為l-2mm。
所述的牙弓形狀曲線是通過提取牙列表面的一系列點列來進行擬合，根據(jù)患 者的個體差異，沿牙弓形狀曲線生成一個寬13-18mm，厚l-2mm的條狀薄片。
所述的條狀薄片的形狀還可以帶有圓柱形凸臺或觀察窗結(jié)構(gòu)。
d.快速原型加工根據(jù)由c步驟得到的定位導向模板計算機模型，通過液態(tài) 光敏選擇性固化法采用丙烯酸樹脂作為原材料經(jīng)快速原型加工為模板實物，并在 孔洞中安裝導向金屬套筒，消毒后備用。在手術(shù)進行過程中，醫(yī)生只須將導向模 板置于患者口腔內(nèi)，依靠缺牙區(qū)域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，即可根據(jù)模板 內(nèi)預先設(shè)計的導向金屬套筒的引導進行種植手術(shù)。
所述的導向金屬套筒的為鈦合金或不銹鋼制成。
綜上，本發(fā)明充分利用了激光掃描技術(shù)與斷層序列掃描技術(shù)各自的優(yōu)點，激 光掃描數(shù)據(jù)精度可達到0.05mm，但僅能反映物體的外表面信息；斷層序列圖像 數(shù)據(jù)Z方向精度一般才0.625 1.25mm，但可反映解剖組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部信息)，制 作出依靠患者缺牙區(qū)域的牙槽骨或粘膜以及鄰牙的聯(lián)合支持定位型模板，解決了 傳統(tǒng)模板準確度不高、精度不夠、操作難度較大等問題。本發(fā)明可使醫(yī)生在手術(shù) 過程中確保種植體植入的精確性與鄰近重要生理組織結(jié)構(gòu)的安全性，并最大限度 地利用骨量。對于患者而言，可減小手術(shù)創(chuàng)傷，提高種植體的遠期成功率，從而 提高其生存質(zhì)量；對于臨床醫(yī)生而言，可有力減小種植手術(shù)的難度，使口腔種植 這類復雜手術(shù)為廣大醫(yī)學院校畢業(yè)生所掌握，提高種植手術(shù)的普及率。


圖1為實施例中，手術(shù)規(guī)劃后每個種植體沿其軸線延伸的圓柱模型示意圖； 圖2為實施例中，從牙列三維模型(激光掃描數(shù)據(jù))中切割出鄰牙示意圖；圖3為實施例中，從口腔顱頜面三維模型(斷層序列醫(yī)學圖像數(shù)據(jù))中切割 出鄰牙示意圖4為實施例中，通過布爾運算并經(jīng)過CAD設(shè)計后得到的模板三維模型示意
圖5為實施例中，利用快速原型技術(shù)制作的樹脂模板示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
如圖1至圖3所示，患者上頜右側(cè)牙列缺失，編號為2、 3、 4、 5，根據(jù)其 實際情況及醫(yī)生診斷，擬采用骨-鄰牙聯(lián)合支持的定位導向模板進行手術(shù)，模板 制作過程如下
(a) 計算機輔助手術(shù)規(guī)劃對患者進行斷層序列醫(yī)學圖像掃描，讀入該數(shù) 據(jù)，并重建出顱頜面三維模型及各個方向的二維圖像，在此基礎(chǔ)上以二維/三維 交互方式放置虛擬的種植體，醫(yī)生根據(jù)臨床需要進行優(yōu)化調(diào)整，將種植體的位置、 方位調(diào)整到最佳效果，共植入4枚直徑為5mm，長度為13 的SCREW-LINE Promote CAML0G種植體1，最終獲取每個種植體1沿其軸線延伸的圓柱模型， 如圖l所示。
(b) 圖像配準首先利用激光掃描設(shè)備，對經(jīng)取模后的患者牙列石膏模型 進行掃描，然后將缺牙區(qū)域的鄰牙模型2與3分別從牙列三維模型(由激光掃描 數(shù)據(jù)得到)與顱頜面三維模型(由斷層序列醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)得到)中切割出來，如 圖2、 3所示；再利用圖像配準技術(shù)，將切割出的鄰牙模型(激光掃描數(shù)據(jù))疊 加到切割后的顱頜面模型(斷層序列醫(yī)學圖像數(shù)據(jù))中，形成一個綜合的三維模 型，其牙列部分為激光掃描數(shù)據(jù)，而其它部分，如牙槽骨、頜骨等為斷層序列醫(yī) 學圖像數(shù)據(jù)。
(C)定位導向模板的設(shè)計首先設(shè)計一個具有患者牙弓形狀的條狀薄片即
定位導向模板的原坯模型，將這個原坯模型調(diào)入至由b步驟得到的綜合三維模型
的患者缺牙區(qū)域，并將其與牙槽骨、鄰牙、以及由a步驟得到的圓柱模型進行布爾求減，從而得到帶有孔洞的定位導向模板計算機模型，其內(nèi)表面與缺牙區(qū)域的 牙槽骨及鄰牙的外表面相吻合。此外，還在模板上設(shè)計有圓柱形凸臺4以及觀察 窗等結(jié)構(gòu)，如圖4所示。
(d)快速原型加工根據(jù)定位導向模板的計算機模型，通過SLA法采用丙
烯酸樹脂作為原材料經(jīng)快速原型加工為模板實物，并在孔洞中安裝導向金屬套筒
5 (如圖5所示)，消毒后備用。
在手術(shù)進行過程中，醫(yī)生只須將導向模板定位于患者口腔內(nèi)，即可根據(jù)模板 內(nèi)預先設(shè)計的導向金屬套筒的引導進行種植手術(shù)。由于術(shù)中依靠缺牙區(qū)域的牙槽 骨以及鄰牙的聯(lián)合支持定位，使得定位非常穩(wěn)定、精確，醫(yī)生操作簡便，手術(shù)時 間縮短，最終順利植入4枚CAML0G種植體。術(shù)后CT顯示種植體方向和位置理想， 與術(shù)前規(guī)劃方案一致，與周圍其它解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系合理，手術(shù)質(zhì)量顯著提高。
權(quán)利要求
1、一種聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法，其特征在于，包括以下步驟a. 計算機輔助手術(shù)規(guī)劃對患者進行斷層序列醫(yī)學圖像掃描，然后將掃描獲得的斷層序列醫(yī)學圖像進行幾何建模獲得顱頜面三維重建模型，得到沿牙槽骨弓弧線展開的序列參數(shù)曲面全景片圖像以及任意垂直于牙槽骨弓弧線的橫截面圖像，在幾何建模上以二維/三維交互方式放置虛擬的種植體，并對虛擬的種植體的類型、位置、方向進行優(yōu)化調(diào)整，最終確定每個虛擬的種植體沿該種植體的軸線延伸的圓柱模型；b. 圖像配準對經(jīng)取模后的患者牙列石膏模型進行激光掃描，然后將掃描獲得的激光牙列三維模型與步驟a中獲得的顱頜面三維重建模型進行配準，從而將牙列三維模型疊加到顱頜面模型中，形成一個綜合三維模型，其牙列部分為激光掃描數(shù)據(jù)，牙槽骨、頜骨為斷層序列醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)；c. 定位導向模板的設(shè)計首先設(shè)計定位導向模板原坯模型，將這個原坯模型調(diào)入至由b步驟得到的綜合三維模型的患者缺牙區(qū)域，并將其與牙槽骨或粘膜、鄰牙、以及由a步驟得到的圓柱模型進行布爾求減，從而得到帶有孔洞結(jié)構(gòu)的定位導向模板計算機模型；d. 快速原型加工根據(jù)由c步驟得到的定位導向模板計算機模型，經(jīng)快速原型加工為模板實物，并在孔洞中安裝導向金屬套筒，依靠缺牙區(qū)域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，根據(jù)模板內(nèi)預先設(shè)計的導向金屬套筒的引導進行種植手術(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的 制作方法，其特征是，所述的幾何建模是指采用醫(yī)學圖像處理中的三維可視化 技術(shù)將斷層序列醫(yī)學圖像變換為三維模型。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的 制作方法，其特征是，所述的配準的具體步驟是指將缺牙區(qū)域的鄰牙模型分別 從激光牙列三維模型與顱頜面三維重建模型中切割出來，然后利用圖像配準技 術(shù)，將切割出的激光牙列三維模型的鄰牙模型疊加到切割后的顱頜面三維重建模 型中，形成一個綜合三維模型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法，其特征是，所述的定位導向模板原坯模型是指用來生成模板的基礎(chǔ) CAD模型，該模型根據(jù)患者的牙弓形狀曲線模擬的條狀薄片模型，該模型的厚度 為l-2圓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的 制作方法，其特征是，所述的牙弓形狀曲線是通過提取牙列表面的一系列點列來 進行擬合，沿牙弓形狀曲線生成一個寬13-18mm,厚卜2mm的條狀薄片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的 制作方法，其特征是，所述的條狀薄片的形狀帶有圓柱形凸臺或觀察窗結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的 制作方法，其特征是，所述的孔洞的形狀為圓柱模型的形狀，該孔洞的內(nèi)表面與 缺牙區(qū)域的牙槽骨、粘膜或鄰牙的外表面相吻合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法， 其特征是，所述的導向金屬套筒的為鈦合金或不銹鋼制成。
全文摘要
一種醫(yī)用器械技術(shù)領(lǐng)域的聯(lián)合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法，包括計算機輔助手術(shù)規(guī)劃；圖像配準；定位導向模板的設(shè)計；快速原型加工。在手術(shù)進行過程中，醫(yī)生只須將導向模板置于患者口腔內(nèi)，依靠缺牙區(qū)域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，即可根據(jù)模板內(nèi)預先設(shè)計的導向金屬套筒的引導進行種植手術(shù)。本發(fā)明方法解決了傳統(tǒng)導板的定位不準、精度不高、可靠性不夠、安全性難以得到保障的難題。
文檔編號A61C8/00GK101530349SQ20091004872
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者王成燾, 陳曉軍 申請人:上海交通大學