由三維測定的數字化陽模制造假牙的制作方法

專利名稱：由三維測定的數字化陽模制造假牙的制作方法
技術領域：
本發明涉及由三維測定的數字化陽模制造要固定到牙齒殘根上的假牙的方法，該方法包括以下步驟-輸入該數字化陽模的數據；-將一預定的偏移值加在該陽模內表面上以便在隨后的假牙和牙齒殘根之間形成一道縫隙；-運算一個用于借助機床加工毛坯來制造假牙的程序。
本發明尤其涉及制造用于假牙且尤其是齒冠和/或要固定在準備好的天生和/或人造的牙齒殘根等上的齒橋的基本結構的領域。
背景技術：
知道了許多種用于制造人造齒橋和齒冠的裝置和方法。通常，在通過研磨準備好固定用齒以便接納齒冠或齒橋或者例如植入一銷的牙科準備工作之后，制作出一個牙齒殘根、牙齒周圍區域和頜的印模。這通常是用硅樹脂填料完成的，但也知道其它材料。
由該印模，可以通過石膏模制作出所謂的母模。母模真實地反映出病人嘴內情況。在母模中，具有手工技能的牙科技師用低溫熔化的或聚合硬化的塑料或蠟塑造出假牙基本結構模型(陽模)。在這種情況下，牙科技師也可以依靠已有母模來考慮另一頜的咬合狀況。
過去，由牙科技師制作的模型被埋入耐熱物質中并被熔化。在由此形成的鑄模中，通過精密鑄造并用常見的金屬牙科合金制作出該基本結構。
出于美觀考慮，通常至少在前齒區內還要鑲上陶瓷或塑料。
WO 99/47065公開了在制作出蠟模后完全將該結構模型的內、外表面數字化。然后，與三維的內外表面有關地依靠計算機將沒有充分反映病人嘴內情況的模型補充完整。數字化及依靠計算機補充的結果應該是對該假體基本結構的整個表面的數字描述。
為能夠用由蠟模數字化獲得的數據來加工一個由多孔陶瓷構成的毛坯，在WO99/47065中明確描述了，數字化物體的表面模型尺寸在所有空間方向上被線性放大，以補償毛坯在燒結期間內發生的收縮。因此，放大系數f應該按照某個根據該毛坯體積密度和由此制成的齒橋基本結構之比的函數來產生。
可以從該放大表面的數據中產生用于加工機床的控制指令，通過所述控制指令，由毛坯制造出放大的齒橋基本結構。與該齒橋基本結構的計算放大的表面相比，沒有規定加工余量，在這里，加工出的表面與燒結收縮后的數字化物體相比應具有恰好一樣的尺度。此外，隨后應不進行二次加工。
WO99/47065還提出了，這樣的毛坯被用于齒橋基本結構的制造，其中在毛坯本身上或在其包裝、掛簽或附寄單上帶有可機讀或目讀的識別碼，所述識別碼包含了該放大系數。
齒橋基本結構的蠟模可真實地在一個通過硅樹脂制成的預制牙齒殘根陰模的石膏模上制成，其中所述牙齒殘根應該先用手涂上間隔漆，以便隨后形成一道粘固縫。
數字化可以通過機械方式或光學方式來實現。為此，參見在病人嘴內對準備好的牙齒殘根或一個模型進行數字化的方法，所述方法例如與如US 4182312所述的機械式數字化和與如EP 0054785A1所述的光學式數字化有關地被公開了。
US 4182312所公開的機械式數字化的主要缺點在于，機械掃描被固定在病人上，因為掃描要直接在病人口腔內進行。該裝置在狹小口腔內的可靠操作也成問題。就象在仿型銑床中那樣，在掃描牙齒和周圍組織時，應直接控制一個加工機床來制作假牙。
為此，牙醫必須使一個其上緊固有一傳輸桿的探頭移動到病人嘴內的有關表面之上。徹底探測該表面需要大量的掃描運動，這由于耗時長而給病人帶來很大負擔。此外，必須根據該加工工具的形狀來更換該探頭尖。
在EP 0054785A1所描述的方法中，一圖像記錄頭被裝入病人嘴內。該圖像記錄頭探測牙洞等的三維圖像。為此，圖像數據應顯示在計算機屏幕上，從而牙醫可以檢查該圖像記錄頭的定位是否能足夠精確地產生圖像。必要時，可以相應改變圖像記錄頭的有利定位。
當獲得令人滿意的位置時，應該立體尺寸精確地(不用隨后說明)形成該齒腔等的三維圖像。然后，通過內插法和按照CAD構造方式的人為處理數據組來補充適當的數據，直到完全模型化出一個相應的假牙體。隨后，相應數據被直接用于制造適當的毛坯，以便直接由該圖像制作出適當的假牙并且避免了上述的手工加工步驟。
實際上，在這樣的方法中，在病人嘴內難以操作照相機被證明是不利的，尤其是這對病人要求非常嚴格。
此外，如在上述文獻中描述地，需要用粉末涂覆要測定的牙齒，以獲得確定的反光情況，這是因為天生的牙齒物質具有半透明特性。否則，由于半透明特性，光會不受控制地部分透入待測牙齒殘根里并且可能在反射到更深的層面中，這將導致錯誤的結果。然而，涂覆反光粉同時提高了因粉末涂層帶來的不精確性，該涂層由于病人嘴內條件有限而實際上自然是不平整的。此外，圖像記錄頭的有限分辨能力和在待測口腔內難以照明也是不利的。
從DE 19642247C1中知道了一種用于制造假牙件的方法，根據該方法，將準備好的齒進行數字化，以便在考慮了數字化牙齒模型的情況下制作假牙。為制作假牙，根據WO 94/27523，測定牙齒、準備好的牙齒部分、牙齒印模或牙齒復制品。三角測量法被用于該測定。
EP 0774933B1公開了用于形狀精確的假牙的粉末冶金制造法。在這里，準備好的牙齒的三維光學或機械輸入直接在嘴內或在石膏模上進行。在制作假牙時也要考慮以之使假牙與準備好的齒膠合的膠合層。
與假牙制作類型無關地，出于美觀考慮而要注意，盡量纖細地制造假牙。憑經驗并首先從美觀角度出發來進行牙齒模型的制作，以便給隨后的鑲飾流有足夠的空間。結果就忽視了需要充分的機械構造并進而不利地縮短了由此制作的假牙的壽命。

發明內容
本發明的目的是如此改進一種用于制造上述類型的假牙的方法，即該假牙的強度足以允許長期使用，其中要同時保證，假牙足夠美觀并且具有天生牙齒的外觀。也要提供一種在由此制作出的假牙的操作、經濟性和的質量方面得到改善的方法。
根據本發明，主要如此解決該問題，即這樣的材料被用于假牙材料，即在正常使用假牙時出現的最大拉應力約等于所用材料抗拉強度的0.1-0.7倍。
尤其是，該假牙中出現的最大拉應力應該≤所用材料抗拉強度的0.5倍，尤其是0.2-0.5倍。
通過本發明的教導，與由拉應力造成的負荷有關地進行假牙三維尺寸的設計，除非是例如其壁厚、材料橫截面或在由牙齒殘根形成的樁之間區域內的齒橋件的連接半徑。結果，可以保證假牙具有所需強度而又不必使外觀受損。換句話說，仍然可以獲得纖細的外觀，而在假牙正常應力下沒有缺失危險。因此，假牙的三維尺寸與特強的壓力區有關地按照所用材料強度來設計。例如，如果Al2O3被用作假牙陶瓷材料，則該材料的抗拉強度為350N/mm2，所以在最強壓力區內可以產生35N/mm2-245N/mm2且尤其是約為175N/mm2的最大拉應力。對齒橋來說，最大的拉應力發生在齒橋件與由牙齒殘根形成的樁之間的過渡區內。如果把其抗拉強度為650N/mm2的Y2O3穩定型ZrO2用作陶瓷材料，則必須把假牙設計成在最強負載區內出現在65N/mm2與455N/mm2之間的且尤其是≤325N/mm2的最大拉應力。
此外，應與軸線有關地預定出偏移值。
此外，通過本發明的教導，可以獲得一個可靠的精確縫隙，它用于容納粘合劑或其它膠以便將假牙固定在有理想縫寬曲線的準備好的牙齒殘根上。因而，可以消除已知方法的、在手涂間隔漆時與保持涂層的最佳厚度、均勻性和再現性有關地出現的風險。尤其是，由于縫隙與軸線有關地形成而保證了該假牙能夠最佳安裝在牙齒殘根上并且能夠相互連接。
如果該偏移值高達150μm，則對于所有目前用于牙齒殘根的齒冠或齒橋的固定技術來說都較為有利。
如果該縫隙在由該陽模內表面限定的空隙邊緣的小值和該空隙頂端內的大值之間變化時，尤其是當在空隙邊緣的縫隙小于5μm且最好小于2.8μm并尤其是最好不超過1.5μm時，可以在假牙與牙齒殘根的界面區內獲得最小縫隙并因而獲得特別好的防齲齒效果。
如果本發明方法的特征進一步體現在以下步驟中，即結合陽模相鄰區的數據來進行數據的似真性檢驗并且必要時發出警告，則本發明方法無須操作人員干涉是特別可靠的。
在另一個有利實施例中，該方法的特征還體現在以下步驟結合陽模相鄰區數據并用內插值來替代最好是單個丟失數據或似是而非的數據點并且借助平滑函數使陽模內外表面的數據變平滑。
為防止空隙形成在假牙與牙齒殘根之間，其中該空隙可能引起牙齒殘根被進一步被齲齒化和進而使齒橋的齒樁受損，該方法的特征還有利地體現在以下步驟中結合陽模相鄰區數據對陽模內表面數據進行底切檢查并必要時發出警告。
為在病人隨后使用期間內非常可靠地抵抗假牙斷裂，該方法的特征還體現在以下步驟中通過對比該陽模的內表面與外表面的數據來計算陽模壁厚并且對比該壁厚值與壁厚最小值，修正陽模的外表面數據以至少獲得壁厚最小值和/或發出警告，尤其是，壁厚最小值至少約為0.5mm并最好約為0.1mm且尤其是至少約為0.3mm。
為保證有利地形成假牙，有利地通過比較陽模內表面和/或外表面的半徑與至少約為0.1mm且最好約為0.2mm并尤其是為0.3mm的最小半徑來確保該陽模的內外表面數據的修正，從而至少獲得了最小半徑和/或發出警告。
為產生特別堅固耐用的齒橋，該方法的特征還體現在以下步驟中計算齒橋件的在由牙齒殘根形成的兩個樁之間區域內的材料橫截面，比較該橫截面與一最小值，修正該陽模的外表面數據，從而至少獲得該最小值和/或發出警告，尤其是當最小值至少約為2mm2并最好約為5mm2且尤其是至少約為7mm2時。
如果牙齒殘根頂端沒有為傳統銑刀留有足夠大槽面，則為了在這種情況下防止假牙空隙太窄，該方法的特征還體現在以下步驟中計算陽模內表面半徑，比較該半徑值與最小半徑，修正該陽模內表面數據，以便將空隙擴大到至少獲得該最小半徑和/或發出警告的程度。
根據對待用加工機床的控制而可能適當的是，該方法的特征還體現在，將預定偏移值機加到該陽模上，以便在隨后的加工中適應于工具輪廓。
為用毛坯如未燒結或預燒結的陶瓷毛坯制作假牙，其中該毛坯在加工期間內在機加工后遇到尺寸改變并在定形加工后還要進行成品燒結并因而收縮，本發明方法的特征尤其還有利地體現在以下步驟中給陽模數據加上一個放大系數，以補償假牙材料在制作中的收縮或膨脹，尤其是當該放大系數為非線性和/或各向異性時，尤其是為獲得良好的形狀匹配。
尤其是對確實各向異性的或不均勻的毛坯而言，如果該放大系數由一個三維傳遞函數f(x，y，z)決定，則可以獲得特別精確匹配的假牙，其中該三維傳遞函數f(x，y，z)適當地由陶瓷毛坯的三維密度分布F(x，y，z)決定。
為了盡可能地自動化生產，該方法的特征還有利地體現在，從一數據載體上讀取配屬于一待處理毛坯的傳遞函數f(x，y，z)或密度分布F(x，y，z)，尤其是當該數據載體是一個條形碼標記、一個可以通過輸入裝置讀取的應答器標記或一個數據庫時，其中可以通過一個安置在毛坯上或毛坯中的識別裝置來訪問該數據庫。


從權利要求書、權利要求書單獨或組合描述的特征以及以下對從附圖中看到的優選實施例的描述中，都可以得到本發明的其它細節、優勢和特征，其中圖1以橫截面示意圖表示齒橋形假牙的兩個牙齒殘根。
具體實施例方式
圖1示出了兩個準備好的牙齒殘根1、2，它們的上部區域3、4經過磨削以便接納假牙。在這里，該假牙包括一個齒橋基本結構5，另外，齒橋基本結構5按照傳統方式具有一個鑲面6以便產生一個表觀咀嚼面。該齒橋基本結構5分別借助在粘固縫7、8中的一層牙科粘固粉被固定在牙齒殘根1、2上。
為清楚起見，尤其是完全沒有按照實際比例來表示縫隙7、8如粘固縫。
為制作假牙，即在該實施例中為了制作有所需縫隙7、8的鑲面6的齒橋基本結構5，首先，根據本發明，制作出其中要放置假牙的頜的母模。該母模真實地反映出病人口內情況，該母模由一個對應于陰模的印模獲得。在該母模上，具有手工技能的牙科技師用蠟和低溫熔化的聚合硬化塑料制作出要制造的假牙基本結構的模型，以便獲得一個陽模。陽模被數字化，在此，可以采用已知的光學或機械方法。同時，通過輸入偏移值，在隨后的假牙與牙齒殘根之間產生一縫隙，以獲得所需的配合精度。在這里，該縫隙的寬度取決于軸線，即尤其是在z向上發生扭曲，而在下邊緣區域內選擇一個可變為0的小縫隙尺寸。
與此無關地，待制造的基本結構或假牙的尺寸選擇是這樣設計的，即在正常負荷下出現的最大拉應力約等于所用材料強度的0.1-0.7倍。在此僅僅例舉出幾種陶瓷材料地考慮使用Al2O3、氧化鋯混合水晶(ZrO2/Y-TZP)、MgO、Y2O3或TiO2。
在例如使用Al2O3時應注意，最大拉應力不超過245N/mm2。然而，按照最大拉應力175N/mm2來選取材料通常就足夠了。
當借助本發明的方法制作假牙5時，操作人員交互作用地調定或通過程序預先規定出偏移值，該偏移值被加到表面模型的內表面9之上以便在隨后的假牙5與牙齒殘根1、2之間形成粘固縫7、8。
當該縫隙從在由陽模內表面9限定的空隙的邊緣10上的窄縫到在空隙頂端11上的寬縫地變化時，尤其是當在空隙邊緣10上的縫隙小于5μm并最好小于2.8μm且尤其是最好不超過1.5μm時，在假牙5與牙齒殘根1、2的界面區內可以獲得最小縫隙尺寸，進而可以非常好地防止隨后的齲齒化。
為避免在假牙5與牙齒殘根1、2之間形成空隙，其中牙齒殘根1、2一般從該空隙受到進一步的齲齒侵襲并因而損壞齒橋5的齒樁，還結合陽模相鄰區數據檢查陽模內表面9數據是否有底切，這是有利的，因為底切或是致使假牙不能放置在牙齒殘根1、2上，或是形成空隙。
此外，為了在隨后使用期間內非常可靠地阻止假牙5斷裂，通過比較陽模內表面9與外表面12的數據并且比較壁厚值與可以由牙醫或牙科技師輸入來決定的或通過程序事先規定的最小壁厚值來進一步計算該數據模型的壁厚。當使用氧化鋯陶瓷時，壁厚值最好約為0.1mm-0.3mm，這比較有利。
為獲得特別穩定耐用的齒橋5，最好計算在由牙齒殘根1、2形成的兩個樁之間區域13、14內的齒橋件的材料橫截面并且比較該橫截面與一最小值，該最小值可由操作人員交互作用地調定或通過程序來預先規定，并且修正陽模外表面12的數據，以至少獲得該最小值，所述最小值在氧化釔加強型氧化鋯陶瓷的情況下最好約等于2mm2-7mm2。
權利要求
1.一種用于由三維測定的數字化陽模制造要固定到牙齒殘根(1，2)上的假牙(5)的方法，該方法包括以下步驟-輸入該數字化陽模的數據；-將一個預定的偏移值加在該陽模的內表面(9)上，以便在一隨后的假牙(5)與該牙齒殘根(1，2)之間形成一縫隙(7，8)；-運算一個借助機床加工毛坯來制造假牙的程序，其特征在于，作為該假牙(5)的材料而采用了這樣的材料，即在正常使用時出現的最大拉應力約等于該所用材料的抗拉強度的0.1-0.7倍。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，如此加工該假牙，即在該假牙內的出現的最大拉應力≤所用材料的抗拉強度的0.5倍且尤其是0.2-0.5倍。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于以下步驟，通過比較該陽模的內表面(9)與外表面(12)的數據來算出該數據模型的壁厚，并且比較該壁厚值與一個壁厚最小值，修正該陽模外表面(12)的數據，以便至少獲得該壁厚最小值和/或發出警告。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，所述壁厚最小值至少約為0.05mm，最好約為0.05mm-1.0mm，尤其是0.1mm-0.8mm。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述壁厚最小值至少為0.3mm。
6.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟計算該齒橋件的在由該牙齒殘根(1，2)形成的兩個樁之間的區域(13，14)內的材料橫截面，比較該橫截面與一個最小值，修正該陽模外表面(12)的數據，以至少獲得該最小值和/或發出警告。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述橫截面的最小值至少約為2mm2，最好約為2mm2-7mm2。
8.至少如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述橫截面的最小值至少為7mm2。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據軸線來預先規定所述偏移值。
10.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，該偏移值高達150μm。
11.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在空隙邊緣上的的偏移值約≤5μm，最好約≤2.8μm，尤其是≤1.5μm。
12.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟結合該陽模的相鄰區的數據來進行數據的似真性檢驗，并且在必要時發出警告。
13.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟最好結合該陽模的相鄰區數據并通過內插值來替代單個丟失的數據點或似是而非的數據點。
14.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟結合相鄰區域數據來檢查該陽模的內表面(9)數據是否有底切并且必要時發出警告。
15.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟借助一平滑函數使該數據模型的外表面和/或內表面(12)變平滑。
16.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟計算該表面模型的內表面的半徑，比較該半徑值與一個最小半徑，修正該陽模內表面的數據，以便擴大該空隙到至少獲得該最小半徑的程度和/或發出警告。
17.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟將一預定的偏移值加在該陽模上，以便在隨后的加工期間內適應于工具輪廓。
18.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟將一個放大系數加在該陽模的數據上，以便補償假牙材料在加工時的收縮或膨脹。
19.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟所述放大系數在該表面模型上是各向異性的和/或非線性的。
20.至少如上述權利要求之一述的方法，其特征在于以下步驟所述放大系數在該表面模型范圍里由一個三維傳遞函數f(x，y，z)決定。
21.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟該三維傳遞函數f(x，y，z)由一個陶瓷毛坯的三維密度分布F(x，y，z)決定。
22.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟從一個數據載體上讀取配屬于一個待加工毛坯的所述傳遞函數f(x，y，z)或密度分布F(x，y，z)。
23.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟該數據載體為一個條形碼標記、一個應答器標記或一數據庫，通過一個裝在該毛坯之上或之中的識別裝置可訪問該數據庫。
24.至少如上述權利要求之一所述的方法，其特征在于以下步驟比較該陽模的外表面和/或內表面的半徑和一個至少約為0.1mm并最好約為0.2mm且尤其是為0.3mm的最小半徑，修正該陽模的外表面和/或內表面的數據，以便獲得所述最小半徑和/或發出警告。
全文摘要
在由三維測定的數字化模型制造假牙(5)的方法中，為了改善由此制成的假牙(5)的操作、成本和質量，提出了這樣的方法即輸入該數字化模型的數據；將一個預定的偏移值加在該表面模型的內表面(9)上，從而假牙(5)與牙齒殘根(1，2)之間產生一縫隙(7，8)；運算一個用于借助機床加工毛坯或模子的程序。
文檔編號A61K6/02GK1545399SQ02814054
公開日2004年11月10日 申請日期2002年7月2日 優先權日2001年7月13日
發明者D·沃爾夫, S·費歇爾, A·佩斯特, L·維爾克爾, , D 沃爾夫, 固, 碩 申請人:德固薩有限責任公司