CN105497981A - 一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法。该方法在术前根据慢性牙周炎致中重度牙槽骨缺损患者的医学影像数据对缺损牙槽骨进行分析定位，确定缺损牙槽骨的形状、大小，建立三维模型，选择可降解、可诱导骨再生的生物相容性材料，利用生物三维打印技术将缺损牙槽骨模型打印成型。本发明通过精确测量牙槽骨修复模块的大小、体积，减少人为因素对骨粉添加量的错误计算；骨粉颗粒成型性状的变化，使植入物制作的骨缺损修复形态，不仅可有效填塞骨内缺损，还能稳固增高垂直向促骨再生材料堆积高度，修复部分水平型牙槽骨吸收，提升牙槽骨再生量；利用快速成型技术，可成型不同患者所需牙槽骨修复模块，内部孔隙率可调，成型效率高。

Description

一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法

技术领域

本发明涉及医学治疗领域及牙种植领域，特别是一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法。

背景技术

牙周病是人类口腔两大类主要疾病之一，在我国发病率高达80﹪，是引起成年人牙齿丧失的主要原因，也是危害人类牙齿和全身健康的主要疾病。理想的牙周病治疗，不仅在于去除致病因素，消除炎症以控制疾病发展，而且要使被病变破坏的牙周组织恢复原有结构和功能，即实现牙周组织(牙龈、牙槽骨、牙周膜和牙骨质)的再生。传统的牙周病治疗方法主要通过刮治术，以进行机械性地除去牙周囊内的斑块，但传统牙周治疗方法不能使丧失的牙周组织获得再生。目前，引导组织再生术(Guidedtissueregeneration,GTR)、牙周植骨术、结合各种生长因子的牙周再生术是获得牙周组织再生最主要的手术方法，但近年来发现由于GTR仅起到机械性屏障作用，缺少足够的活性细胞，对再生组织成分缺乏主动的诱导分化和加速生长作用，且残余的牙周膜和与骨组织本身固有的修复能力较弱，影响牙周组织再生，另外胶原膜对空间的维持能力较差，亦不利于牙周组织再生，这些均导致牙周组织再生的量和速度较为有限，对于慢性牙周炎患者，长期的慢性炎症使宿主自身间充质干细胞数量减少，功能受损，很难满足骨再生手术的要求。

口腔内牙齿的稳定性主要依赖牙周组织，尤其是牙槽骨的支持。患牙周病时，同一牙在不同部位和牙面，存在不同形式和不同程度的牙槽骨吸收破坏，外形各异。传统牙槽骨修复手术是在牙龈翻瓣后牙槽骨缺损区域直接植入骨粉，再覆盖上骨膜，但由于牙槽骨吸收破坏形式各异，存在植入骨粉手术时间长，不易堆积，操作复杂，易引起感染等缺点。而3D打印技术与医学、生物材料、计算机技术结合的新技术，可以针对患者特定的解剖结构、生理功能和治疗需求，在三维数字模型驱动下，定位装配生物材料，制造一款能够个性化定制、材质可吸收的牙槽骨种植体。

三维打印技术是一种是采用材料逐渐累加的方法制造实体的技术。相对于传统的材料去除技术，三维打印技术具有制造产品模型、样品时间短，无需组装，精确的实体复制及个性化生产等特点，目前广泛地被各个领域所应用，对于医疗领域的影响更是革命性的。由于每个人的身体构造和病理状况均存在特殊性和差异化，与生物医学信息技术结合以后，3D打印技术在人体器官制造、手术模拟、人工植入体和医疗器械的个性化制造方面显示出它的独特优势。本发明提出一种基于3D打印技术的个性化、材质可吸收的牙槽骨修复方法。

本方法根据患者的医学影像数据对牙槽骨缺损病人进行评估，发掘可进行牙周引导性再生术的I壁、II壁、III壁骨袋，导出三维数据，进行牙槽骨骨缺损模块的三维重建，利用生物三维打印技术按照模型制备出符合要求的个性化牙槽骨修复模块，解决传统手术中材料堆积高度不够，操作的时间长等问题，减少了手术难度，使医学、材料学和制造技术有机结合，达到转化医学的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有牙槽骨修复方法存在植入骨粉手术时间长，操作复杂，易引起感染、骨粉不易堆积等缺点，提出一种基于生物三维打印技术的个性化牙槽骨制备修复方法。该方法在术前根据慢性牙周炎致中重度牙槽骨缺损患者的医学影像数据对缺损牙槽骨进行分析定位，确定缺损牙槽骨的形状、大小，建立三维模型，选择可降解、可诱导骨再生的生物相容性材料，利用生物三维打印技术将缺损牙槽骨模型打印成型。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：

一种“个性化”牙槽骨的制作方法，包括以下步骤：

步骤(1)、首先从患者的牙周专科检查报告中获得探诊深度(PD)、附着丧失(CAL)、松动度、出血指数(BI)、根分叉水平探入深度(HPD)等牙周指数，然后根据该患者的全口CBCT检查获得所需的全口牙齿影像数据；

所述的全口牙齿影像数据包括横断面、矢状位、冠状位的三个角度的数据；

步骤(2)、根据步骤(1)获取的数据，通过三维图像重建算法或医学图像处理软件重建该患者牙齿的三维图像，定量测量后获得该患者牙齿的三维形态数据，建立牙齿模型；

步骤(3)、在步骤(2)获得的牙齿三维图像中，根据牙槽骨图像特点利用图像分割算法分离出牙槽骨缺损模块的三维影像数据；基于影像分辨率和成像层厚确定牙槽骨缺损的形状、大小和位置，个性化设计与缺损三维外形相吻合的牙槽骨缺损修复模块；

步骤(4)、根据步骤(3)中的修复模块转化为三维打印机可以识别的机器指令文件，设置牙槽骨缺损修复模块的大小、打印速度、打印层厚、轮廓相关打印参数；

所述的牙槽骨缺损修复模块的大小、轮廓相关参数是指打印出的牙槽骨缺损修复模块使得其与牙槽骨缺损模块相吻合；

所述的打印速度为0.5～9mm/s、打印层厚为0.1～0.2mm；

步骤(5)、将选择打印的生物材料吸入到微注射器中，装配到三维打印机上，在打印平台上放置基板，根据选择的生物材料设置步骤(4)优化的打印参数，生物三维打印机直接或间接打印出牙槽骨修复模块；

所述的“个性化”牙槽骨直接打印方法：对步骤(3)中的牙槽骨修复模块进行孔隙率、孔径大小、内部连通性等内部结构设计，以满足成骨细胞的吸附、延伸、繁殖，并将三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件。生物三维打印机在打印路径的指导下控制喷头的三轴运动，逐层打印制备出整个与患者缺损区吻合且具有一定三维内部孔隙结构的牙槽骨修复模块；

所述的牙槽骨修复模块孔隙率为40～80﹪；

所述的孔径大小为50～500μm，用以满足成骨细胞的吸附、延伸；

所述的“个性化”牙槽骨间接打印方法：对步骤(3)中的牙槽骨修复模块进行抽壳，并将抽壳后的三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件，使用生物相容材料打印牙槽骨缺损模具，填入可降解、具有孔隙结构、能促进骨再生的天然骨粉，加入自体提取的富血小板血浆蛋白成型后与模具分离。

本发明的有益效果：

1、构建牙齿模型，充分展现临床牙槽骨吸收形态，对术前牙槽骨缺损进行评定；

2、通过精确测量牙槽骨修复模块的大小、体积，减少人为因素对骨粉添加量的错误计算的影响；

3、牙槽骨材料为可降解促骨的天然材料不需通过二次手术进行去除，减少病患二次感染；

4、骨粉颗粒成型性状的变化，使植入物制作的骨缺损修复形态，不仅可以有效填塞骨内缺损，还能稳固增高垂直向促骨再生材料堆积高度，修复部分水平型牙槽骨吸收，提升牙槽骨再生量；

5、利用快速成型技术，生产迅速，可成型不同患者所需牙槽骨修复模块，内部孔隙率可调，成型效率高。

附图说明

图1为本发明的获取影像数据示意图；其中1～3为DICOM医学影像；

图2和图3为本发明的牙槽骨修复模块的三维建模示意图；其中4和7为牙齿整体模型，5和8为缺损牙槽骨牙齿模块，6和9为牙槽骨修复模块；

图4为本发明的牙槽骨快速成型的示意图；其中10为三维打印机，11和13分别为实施例1、2成型后牙槽骨缺失的牙齿模型，12为加入牙槽骨修复模块成型后的牙齿模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

通过对42岁牙周病患者行牙周专科检查，记录牙槽骨缺损牙齿的探诊深度(PD)、附着丧失(CAL)、松动度、出血指数(BI)、根分叉水平探入深度(HPD)等牙周指数，并进行全口CBCT检查(1-3)，如图1所示，发现病人为三壁骨下袋牙周骨缺损，可进行牙周组织引导性再生手术。

如图2所示，基于CBCT所得的医学影像数据，通过图像处理算法或医学图像处理软件，如Mimics，重建牙齿的三维图像(4)，分割并重建出牙槽骨骨缺损牙齿的三维模块(5)，基于影像分辨率和成像层厚确定牙槽骨缺损的形状、大小和位置，个性化设计与缺损三维外形相吻合的牙槽骨缺损修复模块(6)，并进行牙周基础治疗、牙龈上下洁治、刮治、根面平整、调整咬合、脱敏处理等术前准备。

如图4所示，对牙槽骨修复模块进行内部结构设计，并将三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件，输入到三维打印机中(10)，将骨粉注入到微注射器，装配至打印机上，将打印速度设置为3mm/s，打印压强设置成0.55MPa，打印层厚设置成0.16mm。

在打印平台上放入基板，打印喷头按分层文件中的路径在X/Y平面进行扫描喷射骨粉材料，同时利用高能激光按生成的扫描路径扫描基板上的沉积的生物材料，使生物材料在基板上烧结成型。当一层造型打印完毕，打印喷头沿打印平台的Z轴方向升高200μm，继续在工作台面上沿特定的方向喷射骨粉材料，同时高能激光将该层材料融化粘附在之前打印的材料上，层层堆积，直至整个打印模块达到设计的高度，形成孔隙直径界于200μm～500μm的三维多孔修复模块，与基板分离，将打印好的牙槽骨修复模块植入到病人口腔中，加入自体提取的富血小板血浆蛋白，并用引导性组织再生膜覆盖伤口。如图4所示，12为实施1加入牙槽骨修复模块成型后的牙齿模型，11为实施1成型后牙槽骨缺失的牙齿模型。

实施例2

通过对44岁牙周病患者行牙周专科检查，记录探诊深度(PD)、附着丧失(CAL)、松动度、出血指数(BI)、根分叉水平探入深度(HPD)等牙周指数，并进行全口CBCT检查，发现病人为二壁骨下袋牙周骨缺损，可进行牙周组织引导性再生手术。

如图3所示，基于CBCT所得的医学影像数据，利用图像处理算法或者医学图像处理软件，如Mimics，重建牙齿的三维图像(7)，分割并重建出牙槽骨缺损牙齿的三维模块(8)，基于影像分辨率和成像层厚确定牙槽骨缺损的形状、大小和位置，个性化设计与缺损三维外形相吻合的牙槽骨缺损修复模块(9)，并进行牙周基础治疗、牙龈上下洁治、刮治、根面平整、调整咬合、脱敏处理等术前准备。

如图4所示，对牙槽骨修复模块进行抽壳处理，并将抽壳后的三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件，输入到三维打印机中(10)，将生物相容性材料注入到微注射器，装配至打印机上，将打印速度设置为7mm/s，打印压强设置成0.55MPa，打印层厚设置成0.1mm。

在打印平台上放入基板，打印喷头按分层文件中的路径在X/Y平面进行扫描喷射生物材料，并与基板接触附在对应路径上，当一层造型打印完毕，打印喷头沿打印平台的Z轴方向升高200μm，继续在工作台面上沿特定的方向喷射生物材料，层层堆积，直至整个打印模块达到设计的高度，形成牙槽骨的修复模具，并与基板分离，将本身具有一定孔隙的骨粉填入到打印好的牙槽骨修复模具中，加入自体提取的富血小板血浆蛋白，使骨粉间相互粘合后除去打印好的模具，将个性化的粘合骨粉块植入到病人口腔中，并用引导性组织再生膜覆盖伤口。如图4所示，13为实施1成型后牙槽骨缺失的牙齿模型。

上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施案例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

从患者的牙周专科检查报告中获得探诊深度、附着丧失、松动度、出血指数、根分叉水平探入深度等牙周指数，然后根据该患者的全口CBCT检查获得所需的全口牙齿影像数据；

根据上述获取的数据，通过三维图像重建算法或医学图像处理软件重建该患者牙齿的三维图像，定量测量后获得该患者牙齿的三维形态数据，建立牙齿模型；

在上述牙齿三维图像中，根据牙槽骨图像特点利用图像分割算法分离出牙槽骨缺损模块的三维影像数据；基于影像分辨率和成像层厚确定牙槽骨缺损的形状、大小和位置，个性化设计得到与缺损三维外形相吻合的牙槽骨缺损修复模块；

根据修复模块转化为三维打印机可识别的机器指令文件，设置牙槽骨缺损修复模块合适的大小尺寸、轮廓、打印速度、打印层厚等相关打印参数，使得打印出的修复模块与牙槽骨缺损模板相吻合；

将选择打印的可降解、可诱导骨再生的生物相容材料吸入到微注射器中，装配到三维打印机上，在打印平台上放置基板，根据选择的生物材料设置上述优化的打印参数，生物三维打印机直接或间接打印出牙槽骨修复模块。

2.如权利要求1所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于步骤(1)所述的全口牙齿影像数据包括横断面、矢状位、冠状位的三个角度的数据。

3.如权利要求1所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于步骤(4)所述的打印速度为0.5～9mm/s。

4.如权利要求1所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于步骤(4)所述的打印层厚为0.1～0.2mm。

5.如权利要求1所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于所述的“个性化”牙槽骨直接打印方法如下：对步骤(3)中的牙槽骨修复模块进行孔隙率、孔径大小、内部连通性等内部结构设计，以满足成骨细胞的吸附、延伸、繁殖，并将三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件；生物三维打印机在打印路径的指导下控制喷头的三轴运动，逐层打印制备出整个与患者缺损区吻合且具有一定三维内部孔隙结构的牙槽骨修复模块。

6.如权利要求1所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于所述的“个性化”牙槽骨间接打印方法：对步骤(3)中的牙槽骨修复模块进行抽壳，并将抽壳后的三维模型进行分层处理，生成对应的打印路径文件，使用生物相容材料打印牙槽骨缺损模具，填入可降解、具有孔隙结构、能促进骨再生的天然骨粉，加入自体提取的富血小板血浆蛋白成型后与模具分离。

7.如权利要求5所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于所述的牙槽骨修复模块孔隙率为40～80﹪。

8.如权利要求5所述的一种基于三维打印技术的牙槽骨修复方法，其特征在于所述的孔径大小为50～500μm，用以满足成骨细胞的吸附、延伸。