專利名稱：聯合支持型計算機輔助口腔種植定位導向模板的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種醫用器械技術領域的導向模板的制作方法，特別是一種 聯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：
目前，口腔種植手術在很大程度上已替代多種常規修復方法，成為恢復牙列 缺失的常規臨床手段。然而，它也是一種風險性較高的手術。由于頜骨本身的解 剖特征(如上頜左右上頜竇腔、下頜骨內下牙槽神經血管束等)，以及與牙列 缺失相關的其它癥狀(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)，使相應的缺失牙部位的骨量和骨高度不足；同時由于術中體位和 手術視野的限制，使預測和實際植入的位置和方向極易發生偏差，從而造成種植 區骨裂、穿孔及附近下頜神經、上頜竇、鄰牙的損傷，導致種植體周炎的產生， 影響種植體的長期成功率。總之，在口腔種植手術過程中，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構的安全性，并能提供術 前規劃與模擬，給臨床醫生提出了挑戰性的難題。
以保障手術安全、提高手術精度為目的而設計的傳統種植外科定位導向模 板，可以在一定程度上提高種植手術治療計劃的可靠性，但由于傳統模板制作是 基于放射學X線片而進行的，而X線片是結構重疊的二維影像，密度分辨率低， 且由于拍攝角度的關系，組織結構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。近年來雖然出現了基
于CT圖像的導向模板技術，但由于CT等斷層序列醫學圖像數據本身精度不高，
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。
經過對現有技術的檢索發現，已出現"計算機輔助口腔種植外科定位導向模
板"技術并應用于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計系統進行三維術前規劃，將擬植入種植體的位置、數量、各自的方向、角度和 深度等數據信息作為控制參數轉化為STL文件格式，用快速原型方法加工，制 成導向模板。該技術消除了傳統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。 但是在該技術中，由于僅依賴于缺牙區牙槽嵴頂的粘膜或骨面來支持，導致模板 定位位置形態不唯一，使術前規劃方案向臨床轉移過程中發生一定程度的偏差， 影響最終的鉆孔精度。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種聯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。本發明采用兩種不同支持方式的模板，通 過鄰牙的聯合支持，使其定位牢固性更高、可靠性更好，從而大大提高定位精度。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括如下步驟
a. 計算機輔助手術規劃對患者進行斷層序列醫學圖像掃描，然后將掃描獲 得的斷層序列醫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，并由醫生根據臨床 需要對虛擬的種植體的類型、位置、方向進行優化調整，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學圖像處理中的三維可視化技術將斷層序列醫 學圖像變換為三維模型；
b. 圖像配準對經取模后的患者牙列石膏模型進行激光掃描，然后利用醫學
圖像配準技術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據，而其它部分，如牙槽骨、頜骨等為斷層序列 醫學圖像數據。
所述的配準的具體步驟是指將患者缺牙區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，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.定位導向模板的設計首先設計定位導向模板原坯模型，將這個原坯模型 調入至由b步驟得到的綜合三維模型的患者缺牙區域，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構的定 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，該孔洞的內表面與 缺牙區域的牙槽骨、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CAD模型，該模型根 據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構。
d.快速原型加工根據由c步驟得到的定位導向模板計算機模型，通過液態 光敏選擇性固化法采用丙烯酸樹脂作為原材料經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。在手術進行過程中，醫生只須將導向模 板置于患者口腔內，依靠缺牙區域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，即可根據模板 內預先設計的導向金屬套筒的引導進行種植手術。
所述的導向金屬套筒的為鈦合金或不銹鋼制成。
綜上，本發明充分利用了激光掃描技術與斷層序列掃描技術各自的優點，激 光掃描數據精度可達到0.05mm，但僅能反映物體的外表面信息；斷層序列圖像 數據Z方向精度一般才0.625 1.25mm，但可反映解剖組織結構內部信息)，制 作出依靠患者缺牙區域的牙槽骨或粘膜以及鄰牙的聯合支持定位型模板，解決了 傳統模板準確度不高、精度不夠、操作難度較大等問題。本發明可使醫生在手術 過程中確保種植體植入的精確性與鄰近重要生理組織結構的安全性，并最大限度 地利用骨量。對于患者而言，可減小手術創傷，提高種植體的遠期成功率，從而 提高其生存質量；對于臨床醫生而言，可有力減小種植手術的難度，使口腔種植 這類復雜手術為廣大醫學院校畢業生所掌握，提高種植手術的普及率。
圖1為實施例中，手術規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(激光掃描數據)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(斷層序列醫學圖像數據)中切割 出鄰牙示意圖4為實施例中，通過布爾運算并經過CAD設計后得到的模板三維模型示意
圖5為實施例中，利用快速原型技術制作的樹脂模板示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案 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，患者上頜右側牙列缺失，編號為2、 3、 4、 5，根據其 實際情況及醫生診斷，擬采用骨-鄰牙聯合支持的定位導向模板進行手術，模板 制作過程如下
(a) 計算機輔助手術規劃對患者進行斷層序列醫學圖像掃描，讀入該數 據，并重建出顱頜面三維模型及各個方向的二維圖像，在此基礎上以二維/三維 交互方式放置虛擬的種植體，醫生根據臨床需要進行優化調整，將種植體的位置、 方位調整到最佳效果，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備，對經取模后的患者牙列石膏模型 進行掃描，然后將缺牙區域的鄰牙模型2與3分別從牙列三維模型(由激光掃描 數據得到)與顱頜面三維模型(由斷層序列醫學圖像數據得到)中切割出來，如 圖2、 3所示；再利用圖像配準技術，將切割出的鄰牙模型(激光掃描數據)疊 加到切割后的顱頜面模型(斷層序列醫學圖像數據)中，形成一個綜合的三維模 型，其牙列部分為激光掃描數據，而其它部分，如牙槽骨、頜骨等為斷層序列醫 學圖像數據。
(C)定位導向模板的設計首先設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，將這個原坯模型調入至由b步驟得到的綜合三維模型
的患者缺牙區域，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，其內表面與缺牙區域的 牙槽骨及鄰牙的外表面相吻合。此外，還在模板上設計有圓柱形凸臺4以及觀察 窗等結構，如圖4所示。
(d)快速原型加工根據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。
在手術進行過程中，醫生只須將導向模板定位于患者口腔內，即可根據模板 內預先設計的導向金屬套筒的引導進行種植手術。由于術中依靠缺牙區域的牙槽 骨以及鄰牙的聯合支持定位，使得定位非常穩定、精確，醫生操作簡便，手術時 間縮短，最終順利植入4枚CAML0G種植體。術后CT顯示種植體方向和位置理想， 與術前規劃方案一致，與周圍其它解剖結構的關系合理，手術質量顯著提高。
權利要求
1、一種聯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. 計算機輔助手術規劃對患者進行斷層序列醫學圖像掃描，然后將掃描獲得的斷層序列醫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、方向進行優化調整，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據，牙槽骨、頜骨為斷層序列醫學圖像數據；c. 定位導向模板的設計首先設計定位導向模板原坯模型，將這個原坯模型調入至由b步驟得到的綜合三維模型的患者缺牙區域，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構的定位導向模板計算機模型；d. 快速原型加工根據由c步驟得到的定位導向模板計算機模型，經快速原型加工為模板實物，并在孔洞中安裝導向金屬套筒，依靠缺牙區域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，根據模板內預先設計的導向金屬套筒的引導進行種植手術。
2、 根據權利要求1所述的聯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學圖像處理中的三維可視化 技術將斷層序列醫學圖像變換為三維模型。
3、 根據權利要求1所述的聯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，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、 根據權利要求1所述的聯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 CAD模型，該模型根據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、 根據權利要求1所述的聯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、 根據權利要求1所述的聯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構。
7、 根據權利要求1所述的聯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，該孔洞的內表面與 缺牙區域的牙槽骨、粘膜或鄰牙的外表面相吻合。
8、 根據權利要求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
一種醫用器械技術領域的聯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規劃；圖像配準；定位導向模板的設計；快速原型加工。在手術進行過程中，醫生只須將導向模板置于患者口腔內，依靠缺牙區域的牙槽骨或粘膜與鄰牙的定位，即可根據模板內預先設計的導向金屬套筒的引導進行種植手術。本發明方法解決了傳統導板的定位不準、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 優先權日2009年4月2日
發明者王成燾, 陳曉軍 申請人:上海交通大學