CN101530349A

CN101530349A - 联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法

Info

Publication number: CN101530349A
Application number: CN200910048727A
Authority: CN
Inventors: 陈晓军; 王成焘
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: CN101530349B

Abstract

一种医用器械技术领域的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，包括计算机辅助手术规划；图像配准；定位导向模板的设计；快速原型加工。在手术进行过程中，医生只须将导向模板置于患者口腔内，依靠缺牙区域的牙槽骨或粘膜与邻牙的定位，即可根据模板内预先设计的导向金属套筒的引导进行种植手术。本发明方法解决了传统导板的定位不准、精度不高、可靠性不够、安全性难以得到保障的难题。

Description

联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法

技术领域

本发明涉及的是一种医用器械技术领域的导向模板的制作方法，特别是一种联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法。

背景技术

目前，口腔种植手术在很大程度上已替代多种常规修复方法，成为恢复牙列缺失的常规临床手段。然而，它也是一种风险性较高的手术。由于颌骨本身的解剖特征(如：上颌左右上颌窦腔、下颌骨内下牙槽神经血管束等)，以及与牙列缺失相关的其它症状(如：牙周病、外伤、局部病变切除、或老年性牙槽骨的吸收和萎缩等)，使相应的缺失牙部位的骨量和骨高度不足；同时由于术中体位和手术视野的限制，使预测和实际植入的位置和方向极易发生偏差，从而造成种植区骨裂、穿孔及附近下颌神经、上颌窦、邻牙的损伤，导致种植体周炎的产生，影响种植体的长期成功率。总之，在口腔种植手术过程中，如何最大限度地利用骨量，确保种植体植入的精确性与邻近重要生理组织结构的安全性，并能提供术前规划与模拟，给临床医生提出了挑战性的难题。

以保障手术安全、提高手术精度为目的而设计的传统种植外科定位导向模板，可以在一定程度上提高种植手术治疗计划的可靠性，但由于传统模板制作是基于放射学X线片而进行的，而X线片是结构重叠的二维影像，密度分辨率低，且由于拍摄角度的关系，组织结构会有不同程度的变形和放大，因此，最终制成的模板存在准确度不高、精度不够、操作难度较大等缺点。近年来虽然出现了基于CT图像的导向模板技术，但由于CT等断层序列医学图像数据本身精度不高，不能精确反映牙齿牙合面，仍无法从根本上解决模板定位难度大、精度不够的问题。

经过对现有技术的检索发现，已出现“计算机辅助口腔种植外科定位导向模板”技术并应用于临床(Ganz SD.Presurgical planning with CT-derivedfabrication of surgicalguides.J Oral Maxillofac Surg 2005；63：59-71)，它通过基于CT图像的口腔种植辅助设计系统进行三维术前规划，将拟植入种植体的位置、数量、各自的方向、角度和深度等数据信息作为控制参数转化为STL文件格式，用快速原型方法加工，制成导向模板。该技术消除了传统模板与支持表面的间隙，定位更趋于合理、引导的方向更准确，且操作方便，临床上更有利于把握种植体植入的正确位置和方向。但是在该技术中，由于仅依赖于缺牙区牙槽嵴顶的粘膜或骨面来支持，导致模板定位位置形态不唯一，使术前规划方案向临床转移过程中发生一定程度的偏差，影响最终的钻孔精度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，以解决传统导板的定位不准、精度不高、可靠性不够、安全性难以得到保障的难题。本发明采用两种不同支持方式的模板，通过邻牙的联合支持，使其定位牢固性更高、可靠性更好，从而大大提高定位精度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

a.计算机辅助手术规划：对患者进行断层序列医学图像扫描，然后将扫描获得的断层序列医学图像进行几何建模获得颅颌面三维重建模型，得到沿牙槽骨弓弧线展开的序列参数曲面全景片图像以及任意垂直于牙槽骨弓弧线的横截面图像，在几何建模上以二维/三维交互方式放置虚拟的种植体，并由医生根据临床需要对虚拟的种植体的类型、位置、方向进行优化调整，最终确定每个虚拟的种植体沿该种植体的轴线延伸的圆柱模型。

所述的几何建模是指：采用医学图像处理中的三维可视化技术将断层序列医学图像变换为三维模型；

b.图像配准：对经取模后的患者牙列石膏模型进行激光扫描，然后利用医学图像配准技术将扫描获得的激光牙列三维模型与步骤a中获得的颅颌面三维重建模型进行配准，从而将牙列三维模型叠加到颅颌面模型中，形成一个综合三维模型，其牙列部分为激光扫描数据，而其它部分，如牙槽骨、颌骨等为断层序列医学图像数据。

所述的配准的具体步骤是指：将患者缺牙区域的邻牙模型分别从激光牙列三维模型与颅颌面三维重建模型中切割出来，然后利用图像配准技术，将切割出的激光牙列三维模型的邻牙模型叠加到切割后的颅颌面三维重建模型中，形成一个综合三维模型。

c.定位导向模板的设计：首先设计定位导向模板原坯模型，将这个原坯模型调入至由b步骤得到的综合三维模型的患者缺牙区域，并将其与牙槽骨或粘膜、邻牙、以及由a步骤得到的圆柱模型进行布尔求减，从而得到带有孔洞结构的定位导向模板计算机模型，该孔洞的形状即为圆柱模型的形状，该孔洞的内表面与缺牙区域的牙槽骨、粘膜或邻牙的外表面相吻合。

所述的定位导向模板原坯模型是指用来生成模板的基础CAD模型，该模型根据患者的牙弓形状曲线模拟的条状薄片模型，该模型的厚度为1-2mm。

所述的牙弓形状曲线是通过提取牙列表面的一系列点列来进行拟合，根据患者的个体差异，沿牙弓形状曲线生成一个宽13-18mm，厚1-2mm的条状薄片。

所述的条状薄片的形状还可以带有圆柱形凸台或观察窗结构。

d.快速原型加工：根据由c步骤得到的定位导向模板计算机模型，通过液态光敏选择性固化法采用丙烯酸树脂作为原材料经快速原型加工为模板实物，并在孔洞中安装导向金属套筒，消毒后备用。在手术进行过程中，医生只须将导向模板置于患者口腔内，依靠缺牙区域的牙槽骨或粘膜与邻牙的定位，即可根据模板内预先设计的导向金属套筒的引导进行种植手术。

所述的导向金属套筒的为钛合金或不锈钢制成。

综上，本发明充分利用了激光扫描技术与断层序列扫描技术各自的优点，激光扫描数据精度可达到0.05mm，但仅能反映物体的外表面信息；断层序列图像数据Z方向精度一般才0.625～1.25mm，但可反映解剖组织结构内部信息)，制作出依靠患者缺牙区域的牙槽骨或粘膜以及邻牙的联合支持定位型模板，解决了传统模板准确度不高、精度不够、操作难度较大等问题。本发明可使医生在手术过程中确保种植体植入的精确性与邻近重要生理组织结构的安全性，并最大限度地利用骨量。对于患者而言，可减小手术创伤，提高种植体的远期成功率，从而提高其生存质量；对于临床医生而言，可有力减小种植手术的难度，使口腔种植这类复杂手术为广大医学院校毕业生所掌握，提高种植手术的普及率。

附图说明

图1为实施例中，手术规划后每个种植体沿其轴线延伸的圆柱模型示意图；

图2为实施例中，从牙列三维模型(激光扫描数据)中切割出邻牙示意图；

图3为实施例中，从口腔颅颌面三维模型(断层序列医学图像数据)中切割出邻牙示意图；

图4为实施例中，通过布尔运算并经过CAD设计后得到的模板三维模型示意图；

图5为实施例中，利用快速原型技术制作的树脂模板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1至图3所示，患者上颌右侧牙列缺失，编号为：2、3、4、5，根据其实际情况及医生诊断，拟采用骨-邻牙联合支持的定位导向模板进行手术，模板制作过程如下：

(a)计算机辅助手术规划：对患者进行断层序列医学图像扫描，读入该数据，并重建出颅颌面三维模型及各个方向的二维图像，在此基础上以二维/三维交互方式放置虚拟的种植体，医生根据临床需要进行优化调整，将种植体的位置、方位调整到最佳效果，共植入4枚直径为5mm，长度为13mm的SCREW-LINE

CAMLOG种植体1，最终获取每个种植体1沿其轴线延伸的圆柱模型，如图1所示。

(b)图像配准：首先利用激光扫描设备，对经取模后的患者牙列石膏模型进行扫描，然后将缺牙区域的邻牙模型2与3分别从牙列三维模型(由激光扫描数据得到)与颅颌面三维模型(由断层序列医学图像数据得到)中切割出来，如图2、3所示；再利用图像配准技术，将切割出的邻牙模型(激光扫描数据)叠加到切割后的颅颌面模型(断层序列医学图像数据)中，形成一个综合的三维模型，其牙列部分为激光扫描数据，而其它部分，如牙槽骨、颌骨等为断层序列医学图像数据。

(c)定位导向模板的设计：首先设计一个具有患者牙弓形状的条状薄片即定位导向模板的原坯模型，将这个原坯模型调入至由b步骤得到的综合三维模型的患者缺牙区域，并将其与牙槽骨、邻牙、以及由a步骤得到的圆柱模型进行布尔求减，从而得到带有孔洞的定位导向模板计算机模型，其内表面与缺牙区域的牙槽骨及邻牙的外表面相吻合。此外，还在模板上设计有圆柱形凸台4以及观察窗等结构，如图4所示。

(d)快速原型加工：根据定位导向模板的计算机模型，通过SLA法采用丙烯酸树脂作为原材料经快速原型加工为模板实物，并在孔洞中安装导向金属套筒5(如图5所示)，消毒后备用。

在手术进行过程中，医生只须将导向模板定位于患者口腔内，即可根据模板内预先设计的导向金属套筒的引导进行种植手术。由于术中依靠缺牙区域的牙槽骨以及邻牙的联合支持定位，使得定位非常稳定、精确，医生操作简便，手术时间缩短，最终顺利植入4枚CAMLOG种植体。术后CT显示种植体方向和位置理想，与术前规划方案一致，与周围其它解剖结构的关系合理，手术质量显著提高。

Claims

1、一种联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.计算机辅助手术规划：对患者进行断层序列医学图像扫描，然后将扫描获得的断层序列医学图像进行几何建模获得颅颌面三维重建模型，得到沿牙槽骨弓弧线展开的序列参数曲面全景片图像以及任意垂直于牙槽骨弓弧线的横截面图像，在几何建模上以二维/三维交互方式放置虚拟的种植体，并对虚拟的种植体的类型、位置、方向进行优化调整，最终确定每个虚拟的种植体沿该种植体的轴线延伸的圆柱模型；

b.图像配准：对经取模后的患者牙列石膏模型进行激光扫描，然后将扫描获得的激光牙列三维模型与步骤a中获得的颅颌面三维重建模型进行配准，从而将牙列三维模型叠加到颅颌面模型中，形成一个综合三维模型，其牙列部分为激光扫描数据，牙槽骨、颌骨为断层序列医学图像数据；

c.定位导向模板的设计：首先设计定位导向模板原坯模型，将这个原坯模型调入至由b步骤得到的综合三维模型的患者缺牙区域，并将其与牙槽骨或粘膜、邻牙、以及由a步骤得到的圆柱模型进行布尔求减，从而得到带有孔洞结构的定位导向模板计算机模型；

d.快速原型加工：根据由c步骤得到的定位导向模板计算机模型，经快速原型加工为模板实物，并在孔洞中安装导向金属套筒，依靠缺牙区域的牙槽骨或粘膜与邻牙的定位，根据模板内预先设计的导向金属套筒的引导进行种植手术。

2、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的几何建模是指：采用医学图像处理中的三维可视化技术将断层序列医学图像变换为三维模型。

3、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的配准的具体步骤是指：将缺牙区域的邻牙模型分别从激光牙列三维模型与颅颌面三维重建模型中切割出来，然后利用图像配准技术，将切割出的激光牙列三维模型的邻牙模型叠加到切割后的颅颌面三维重建模型中，形成一个综合三维模型。

4、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的定位导向模板原坯模型是指用来生成模板的基础CAD模型，该模型根据患者的牙弓形状曲线模拟的条状薄片模型，该模型的厚度为1-2mm。

5、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的牙弓形状曲线是通过提取牙列表面的一系列点列来进行拟合，沿牙弓形状曲线生成一个宽13-18mm，厚1-2mm的条状薄片。

6、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的条状薄片的形状带有圆柱形凸台或观察窗结构。

7、根据权利要求1所述的联合支持型计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的孔洞的形状为圆柱模型的形状，该孔洞的内表面与缺牙区域的牙槽骨、粘膜或邻牙的外表面相吻合。

8、根据权利要求1所述的计算机辅助口腔种植定位导向模板的制作方法，其特征是，所述的导向金属套筒的为钛合金或不锈钢制成。