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一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板及制作方法

摘要本发明涉及一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板及制作方法,通过数字化虚拟模型设计操作,牙骨联合支持式种植及植骨导板能用于引导牙种植体窝洞的精准预备及植入;牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板能用于引导骨片按设计的三维植入位置及角度精确植入;取骨导板定位装置能用于对取骨区骨面设置若干个与取骨导板定位固定孔对应的固位孔;取骨导板能用于截取若干个骨片;薄骨片模板能用于引导骨片在受骨区的定位及固定;本发明能针对种植位点存在严重垂直向牙槽嵴骨缺损的情况,辅助医生实现精准、高效、微创、安全的植骨操作,缩短治疗周期,能实现不需口外大量取骨,成功率高,植骨当天种牙当天戴牙。

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专利类型 发明专利
申请/专利号 CN202410138310.3
申请日期 2024-02-01
公开/公告号 CN117918975A
公开/公告日 2024-04-26
主分类号 A61C8/00(2006.01) A A61 A61C A61C8
分类号 A61C8/00(2006.01) A61B34/10(2016.01) B33Y80/00(2015.01) B33Y50/00(2015.01) A61C8/00 A61B34/10 B33Y80/00 B33Y50/00
申请/专利权人 北京大学口腔医学院
主申请人地址 100081 北京市海淀区中关村南大街22号北大口腔医院医疗楼7层种植科
专利代理机构 北京神州华茂知识产权有限公司
代理人 吴照幸
国别省市代码 北京;11
主权项:
1.一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:包括牙骨联合支持式种植及植骨导板、牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板、取骨导板定位装置、取骨导板、薄骨片模板;所述牙骨联合支持式种植及植骨导板,能通过数字化虚拟模型的设计操作,用于引导牙种植体窝洞的精准预备及牙种植体在计划位置的精准植入,同时能用于对受骨区设置若干个引导骨片的垂直向定位及固定的孔洞;所述牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板,能通过数字化虚拟模型的设计操作,用于引导骨片按设计的三维植入位置及角度进行精确植入;所述取骨导板定位装置,能通过数字化虚拟模型的设计操作,用于对取骨区骨面设置若干个与取骨导板定位固定孔对应的固位孔,该固位孔能用于引导取骨导板的精确定位和坚固固定;所述取骨导板,能通过数字化虚拟模型的设计操作,用于截取若干个骨片;所述薄骨片模板,通过数字化虚拟模型的设计操作,能利用薄骨片模板上的定位固定钉孔对骨片设置若干个孔洞,该孔洞与牙骨联合支持式种植及植骨导板上的薄骨片定位固定钉预备导环对受骨区原始骨模型设置的若干个孔洞相对应,能用于引导骨片在受骨区的定位及固定,所述薄骨片模板的边缘还能够有效指导骨片边缘进行修整。 2.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:所述牙骨联合支持式种植及植骨导板包含种植导环a(13)、牙支持基板b(20)、连接装置b(17)、骨支持基板(15)、连接装置c(18)、种植导孔b(16)、薄骨片定位固定钉预备导环(19),连接方式:种植导环a(13)与牙支持基板b(20)通过连接装置b(17)连接,再通过连接装置c(18)与骨支持基板(15)连接,其中薄骨片定位固定钉预备导环(19)及种植导孔b(16)位于骨支持基板(15)上,通过数字化虚拟模型的设计操作,种植导环a(13)与种植导孔b(16),共同用于引导牙种植体窝洞预备及引导牙种植体精准植入拟种植位点,薄骨片定位固定钉预备导环(19)用于对受骨区原始骨设置若干个孔洞,该若干个孔洞能用于引导骨片垂直向的定位及用于骨片固定。 3.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:所述牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板包含三维定位卡块(46)、牙支持基板a(11)、连接装置a(12),三维定位卡块(46)通过连接装置a(12)与牙支持基板a(11)连接;其中三维定位卡块(46)还包含三维定位卡块的颊侧面(10)、三维定位卡块的舌侧面(41)、三维定位卡块的冠面(42);通过数字化虚拟模型的设计操作,拟植入受骨区颊侧的骨片植入时需与三维定位卡块的颊侧面(10)相接触,拟植入受骨区舌侧的骨片植入时需与三维定位卡块的舌侧面(41)相接触,以此确定骨片植入的水平向位置及角度;拟植入受骨区颊侧及舌侧的骨片植入时其冠方的位置均需与三维定位卡块的冠面高度(42)相一致,以此确定骨片植入的垂直向高度。 4.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:所述取骨导板定位装置包含牙支持基板c(34)、取骨导板固位孔预备导环(35)、连接装置d(37),取骨导板固位孔预备导环(35)内部的孔洞为取骨导板固位孔预备导孔(36);所述牙支持基板c(34)与取骨导板固位孔预备导环(35)通过连接装置d(37)连接。 5.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:所述取骨导板包含取骨导板定位固位孔(24)、若干个截骨引导面;所述取骨导板定位固位孔(24)位于取骨导板的角上,与取骨导板定位装置上的取骨导板固位孔预备导环(35)内部的取骨导板固位孔预备导孔(36)相对应,若干个截骨引导面位于取骨导板边框处,每4个截骨引导面围绕取骨导板边框分布,使用状态下各个截骨引导面与颌骨模型对应;其中,取骨导板定位固位孔(24)用于定位和固定取骨导板,若干个截骨引导面用于引导器械切割颌骨模型。 6.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板,其特征在于:所述薄骨片模板包含薄骨片模板上的定位固定钉孔(30)、薄骨片模板上的标记(31)、薄骨片模板的边缘(43);所述薄骨片模板上的定位固定钉孔(30)位于薄骨片模板内部,与牙骨联合支持式种植及植骨导板上的薄骨片定位固定钉预备导环(19)内部的孔洞相对应,薄骨片模板上的标记(31)位于薄骨片模板使用状态下的远离受骨区原始骨模型的一侧,且薄骨片模板上的标记(31)不与薄骨片模板上的定位固定钉孔(30)相接触,且薄骨片模板上的标记(31)位于方便设置和识别的位置。 7.根据权利要求1所述的一种用于牙槽骨三维重建的牙种植的全程导板的制作方法,其特征在于有以下步骤: 1)、生成数字化虚拟重建的上、下颌骨模型:获取需要牙种植及骨增量患者的三维影像学数据,通常为使用CBCT,并导出为DICOM(Digital Imaging and Communications inMedicine)格式的文件,接下来,打开Mimics Research软件,通过选择“File”菜单中的“NewProject Wizard”指令来加载并初始化DICOM格式包含的颌骨数据,点击“Masks”模块下的“New”命令,并在弹出的“Thresholding”对话框中调整阈值参数,这一步骤用于确定哪些区域的密度被视作颌骨,再通过右键点击并选择“Calculate Part”→“Calculate”指令,生成数字化虚拟重建的上、下颌骨模型; 2)、将牙列扫描数据配准叠加于颌骨模型:利用对灌制的牙列石膏模型进行模型扫描或者直接对患者进行口内扫描的方式获取患者的上下颌牙列扫描模型并导出为STL格式文件,在Blue Sky Plan软件中,利用“文件”→“新项目”命令,加载患者的颌骨DICOM格式数据,再利用“文件”→“导入stl模型”命令,分别加载上下颌的牙列扫描模型,利用“模型较直”→“自动校准”,将上下颌的牙列扫描模型配准至颌骨模型,检查配准效果,如果配准精确性欠佳则辅助手动微调进行调整,利用“文件”→“导出数据”命令,将配准于颌骨模型上的牙列扫描模型导出为STL格式; 3)、生成数字化虚拟设计的牙冠:打开Mimics Research软件,通过“File”→“Import”→“STL”命令,将配准于颌骨模型上的牙列扫描模型导入,并自动匹配于数字化虚拟重建的上、下颌骨模型,分析缺牙的位点和缺牙数目,利用“File”→“Import”→“STL”命令导入STL格式的标准牙模型,根据剩余牙列情况调整标准牙的位置及大小,形成缺牙区数字化虚拟设计的牙冠; 4)、生成数字化虚拟设计的种植体:在Mimics Research软件中,根据缺牙区原始骨的近远中距离结合数字化虚拟设计的牙冠信息设计拟植入种植体的数目、直径和长度,种植体的直径通常为3.0-6.0mm,种植体的长度通常为8-16mm,要求种植体与种植体的间距约2.0-4.0mm、种植体与天然牙的间距约1.5-3.0mm,利用“File”→“Import”→“STL”导入相应型号STL格式的标准种植体模型,通过“Analyze”→“Cylinder”→“Draw”命令生成若干个与数字化虚拟设计的牙冠长轴相同、且经过数字化虚拟设计的牙冠的前牙区舌隆突中央或后牙区咬合面中央的直径0.5-1mm的长圆柱体,在该长圆柱体与数字化虚拟设计的牙冠龈缘相交的位置及远离牙冠约3-4mm的位置分别裁剪该长圆柱体,生成长度为3-4mm、直径为0.5-1mm的数字化虚拟生成的与种植体轴心相同的同轴心小圆柱体,利用“Move”、“Rotate”功能调整导入的标准种植体模型位置,使种植体模型的轴心长轴与数字化虚拟生成的与种植体轴心相同的同轴心小圆柱体的轴心长轴相同,使种植体模型位于该同轴心小圆柱体的根方侧,且恰好与该长3-4mm的同轴心小圆柱体接触,从而保证种植体模型的嵴顶侧距离数字化虚拟设计的牙冠龈缘约3-4mm,此时该数字化虚拟生成的与种植体同轴心小圆柱体的两端分别接触种植体模型与牙冠模型,同时能保证种植体中心长轴与数字化虚拟设计的牙冠的关系有利于后期牙冠的美观与长期稳定性; 5)、生成薄骨片模板:在Mimics Research软件中,通过“Analyze”→“Cylinder”→“Draw”命令生成若干个与数字化虚拟设计的种植体轴心及长度相同,半径较种植体半径增大1.5-2mm的圆柱体,即为数字化虚拟生成的最小骨需求量圆柱体,该圆柱体代表植入数字化虚拟设计的种植体理想状态下所需的最小的骨量,在该圆柱体颊侧和舌侧分别设置厚度约1mm的薄片模型,该薄片模型的嵴顶侧需与种植体同一高度或略超出种植体高度1mm,该薄片模型的颊侧和舌侧与数字化虚拟生成的最小骨需求量圆柱体接触,且保证数字化虚拟生成的最小骨需求量圆柱体完全位于颊舌侧的薄片模型之内,薄片模型的缺牙区原始骨侧-根方侧,则需与受骨区原始骨接触,按住鼠标“Ctrl”键的同时选中薄片模型与数字化虚拟重建的上、下颌骨模型,右键选择“Boolean”→“Minus”命令,将薄片模型与数字化虚拟重建的上、下颌骨模型布尔减获得初步的薄骨片模型,该薄骨片模型的边缘与拟植入骨片的边缘相一致,并设置若干个数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉用以连接薄骨片模型及受骨区原始骨,保证该数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉的数量和排布能维持薄骨片稳定且需避开数字化虚拟设计的种植体及邻牙牙根的重要解剖结构,再将薄骨片模型与数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉利用 “Boolean”→“Minus”命令相减获得若干个带有薄骨片模板上的定位固定钉孔的薄骨片模型,将其导出STL格式并导入Geomagic Studio软件,利用Geomagic Studio软件中“多边形”→“偏移”→“雕刻”功能,在薄骨片模型上的适当位置雕刻标记制作薄骨片模板上的标记以方便区分辨认使用,该标记能进行自定义,能将位于近中颊侧的骨片标记“MB”、近中舌侧的骨片标记“MP”、远中颊侧的骨片标记“DB”、远中腭侧的骨片标记“DP”,标记的位置能定义为各个薄骨片模板的颊侧面的右下角,从而便于术中快速定位,对薄骨片模型进行标记后则能获得若干个薄骨片模板; 6)、生成牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板:在Geomagic Studio软件中,导入数字化虚拟重建的上、下颌骨模型与步骤5)生成的初步的薄骨片模型,在“模型管理器”栏选中数字化虚拟重建的上、下颌骨模型,鼠标左键圈选出颌骨模型中缺牙区位于颊侧与舌侧的初步的薄骨片模型之间的原始骨表面部分,再依次选中各个颊侧的初步的薄骨片模型的舌侧面和各个舌侧的初步的薄骨片模型的颊侧面,单击鼠标右键→“反转选区”,选中其余部分后,右键→“删除”,从而保留初步的薄骨片模型之间的颌骨的原始骨表面、颊侧初步的薄骨片模型的舌侧面和舌侧初步的薄骨片模型的颊侧面,利用“多边形”→“填充单个孔”→“搭桥”命令及“多边形”→“全部填充”→“平面”命令,利用平面连接各个表面薄片生成三维定位卡块,其中,颊侧初步的薄骨片模型的舌侧面即构成三维定位卡块的颊侧面,舌侧初步的薄骨片模型的颊侧面即构成三维定位卡块的舌侧面,该三维定位卡块与缺牙区原始骨接触的表面与原始骨相契合,能实现骨支持定位引导,利用“选择可见”功能,圈选出缺牙区两侧若干颗配准于颌骨模型上的牙列扫描模型的牙齿表面外形高点以上部分,利用“多边形”→“抽壳”→“抽壳多边形”命令,设置厚度为2mm,生成牙支持基板a,设置若干个杆状连接装置a连接三维定位卡块的冠面与牙支持基板a,按住“Ctrl”键在“模型管理器”栏依次选中三维定位卡块、牙支持基板a、连接装置a,利用“多边形”→“联合”功能将选中的三部分联合成一整体生成牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板; 7)、在Geomagic Studio软件中,计算拟植入颗粒状骨填充材料的体积:对于能在植骨同期植入种植体的病例,在Geomagic Studio软件中,选中步骤6)生成的三维定位卡块及步骤4)生成的数字化虚拟设计的种植体,利用“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“减1”命令,将二者相减则能得到拟植入颗粒状骨填充材料的形态模型,利用“分析”→“计算”→“计算体积”,在弹出的对话框中即显示出模型的体积,记录该数值则为拟植入颗粒状骨填充材料的体积,便于术中使用;对于在植骨同期无法同时植入种植体的病例,则记录步骤6)生成的三维定位卡块的体积,利用“分析”→“计算”→“计算体积”,在弹出的对话框中即显示出模型的体积即为拟植入颗粒状骨填充材料的体积,记录该数值; 8)、生成牙骨联合支持式种植及植骨导板:在Geomagic Studio软件中,根据步骤4)中数字化虚拟设计的种植体设计种植导环a,种植导环a与种植体同一轴心,其内径由种植体直径及相应的种植手术导板器械盒中的压板决定,如果选择的种植体直径为3.5mm则种植导环a的内径设计为4mm,种植导环a的高度由种植手术器械盒中的压板决定,通常为4mm,种植导环a距离种植体嵴顶侧的距离由配套的种植窝洞预备钻针与种植体的长度决定,为8-9mm;根据以上要求设置若干个与种植体相同轴心的圆柱体并对其进行“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“减1”获得种植导环a,选中数字化虚拟重建的上、下颌骨模型,利用“选择可见”功能圈选出缺牙区原始骨的表面,选择范围需包含数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉在原始骨颊侧的穿出位置及若干颗数字化虚拟设计的种植体在原始骨的穿出范围,右键“反转选区”,选中其余部分后,右键→“删除”,从而保留选中的部分,再利用“多边形”→“抽壳”→“抽壳多边形”对选中的部分进行加厚,设置厚度为1-2mm,获得初步的骨支持基板,创建若干个直径与步骤4)中数字化虚拟设计的种植体相同,高度大于种植体且穿出初步的骨支持基板的圆柱体,将初步的骨支持基板与该若干个圆柱体布尔运算→相减,获得带有种植导孔b的初步的骨支持基板,生成若干个与步骤5)中的数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉轴心相同,直径增大1-2mm的圆柱体,并利用“多边形”→“裁剪”→“用平面裁剪”功能,调整其长度获得若干个长度约2-3mm与数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉轴心相同的圆柱体,将该若干个圆柱体与数字化虚拟设计的薄骨片定位固定钉二者“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“减1”,获得若干个薄骨片定位固定钉预备导环,将若干个薄骨片定位固定钉预备导环与带有种植导孔b的初步的骨支持基板进行“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“合并”,生成骨支持基板,如果缺牙区位于上颌且需进行上颌窦外提升植骨术,能在Geomagic Studio软件中,选中数字化虚拟重建的上颌骨模型及数字化虚拟设计的种植体,利用“显示”→“常规”→“透明”,调整合适的透明度使得上颌窦空腔及数字化虚拟设计的种植体被清晰显示,根据数字化虚拟设计的种植体进入上颌窦空腔的高度设计上颌窦外提升开窗位置,利用“多边形”→“裁剪”→“用曲线裁剪”功能,在骨支持基板上勾画出上颌窦外提升开窗引导孔,从而形成最终的骨支持基板,在种植导环a两侧的配准于颌骨模型上的牙列扫描模型上选择若干颗牙齿表面,右键“反转选区”,选中其余部分后,右键→“删除”,从而保留选中的部分,“多边形”→“抽壳”→“抽壳多边形”,设置厚度为1-2mm,生成牙支持基板b,设置连接装置b连接种植导环a与牙支持基板b,并设置连接装置c将其与骨支持基板连接,在“模型管理器”中选中种植导环a、牙支持基板b、骨支持基板、连接装置b、连接装置c,利用“多边形”→“联合”命令将其联合,生成牙骨联合支持式种植及植骨导板。 9)生成取骨导板:在Mimics Research软件中,打开各个薄骨片模板及颌骨模型,在“STLs”模块下,依次选中各个薄骨片模板,利用“Move”“Rotate”功能,移动各个薄骨片模板至能安全取骨位置,包括下颌颏部、下颌骨外斜线、上颌窦前壁,选择取骨位置,保证避开神经管、牙根的重要解剖结构,且能实现对取下的骨块进行最小修整,即能与薄骨片模板一致,将颌骨模型与移动至取骨区合适位置的薄骨片模板导出至Geomagic Studio软件中,选中颌骨模型,利用“选择可见”功能圈选出拟设计取骨导板的表面薄片,右键“反转选区”,右键“删除”,则仅保留取骨导板表面薄片,利用“多边形”→“抽壳”→“抽壳多边形”及“多边形”→“裁剪”→“用平面裁剪”命令,生成具有若干个截骨引导面的厚度约1-2mm的取骨导板,该取骨导板能用于直接截取若干个骨块;能设置若干个直径为1.5mm的与取骨导板垂直的长圆柱体代表取骨导板固位钉,将其与取骨导板进行“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“减1”命令获得若干个取骨导板定位固位孔用于固定取骨导板; 10)生成取骨导板定位装置:在Geomagic Studio软件中,设置若干个与步骤8)中代表取骨导板固位钉的若干个直径为1.5mm的与取骨导板垂直的长圆柱体轴心相同且半径增加1-1.5mm的圆柱体,且该圆柱体高度约3-4mm,位于颌骨模型表面与颌骨模型距离0-1mm,将该若干个圆柱体与代表取骨导板固位钉的圆柱体进行“多边形”→“布尔”→“布尔运算”→“减1”操作,获得若干个取骨导板固位孔预备导环,在取骨导板两侧的配准于颌骨模型上的牙列扫描模型上选择若干颗牙齿表面,右键“反转选区”,选中其余部分后,右键→“删除”,从而保留选中的部分,“多边形”→“抽壳”→“抽壳多边形”,设置厚度为1-2mm,生成牙支持基板c,设置连接装置d连接取骨导板固位孔预备导环与牙支持基板c,在“模型管理器”中选中取骨导板固位孔预备导环、牙支持基板c、连接装置d,利用“多边形”→“联合”命令将其联合,生成取骨导板定位装置; 11)导出各导板装置并打印、制作:将牙骨联合支持式种植及植骨导板、牙骨联合支持式三维定位卡块植骨导板、取骨导板定位装置、取骨导板、薄骨片模板导出为STL格式文件并存储于同一文件夹内,导入三维模型打印机进行制作,分别根据临床实际选择使用医用树脂材料、钴铬合金金属材料、钛合金金属材料的不同材料进行打印制作;将步骤3)生成的数字化虚拟设计的牙冠导出为stl格式保存,将步骤7)求得的拟植入颗粒状骨填充材料的体积进行记录,备术中使用。
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