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1. CN108836533 - Denture plate for visual marking and manufacturing method of denture plate

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[ ZH ]
一种用于视觉标记的牙托板及其制作方法


技术领域
本发明涉及智能制造技术领域,具体涉及一种用于视觉标记的牙托板及其制作方法。
背景技术
机器人的智能化、高精准度等特点,使其在口腔医学领域的应用具有独特优势,由于口腔内结构精细复杂,需要通过机器人的定位导航系统才能进行精准定位,以提高治疗效果。
对于机器人种牙手术来说,种植体能否放置于颌骨内准确的位置,是影响种植效果的主要因素之一。机器人辅助种牙手术,需要一种牙托板将视觉标记与患者的颌骨牢固的连接在一起,机器人的定位导航系统通过识别视觉标记来间接定位预先设定的种植位置点。目前临床上采用的牙托板是通过压模法或印模法制作的。通过压模法制作牙托板需要经过制备牙列模型,压模成型,以及抛光打磨等步骤才能完成,费时费力,制备效率低。印模法采用制取硅橡胶印模的方法,在托盘中塞满硅橡胶,患者咬合住托盘,使托盘粘贴在牙列上,印模法虽然简化了压模法繁琐的制作步骤,但是通过印膜法制作的牙托板安装不够牢固且患者在咬合过程不舒适。
因此,如何提出一种用于视觉标记的牙托板的制作方法,能够简化牙托板的制作流程,并提高牙托板安装固定的可靠性,成为业界亟待解决的重要课题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供一种用于视觉标记的牙托板及其制作方法。
一方面,本发明提出一种用于视觉标记的牙托板制作方法,包括:
建立目标患者的目标牙列三维模型,所述目标牙列三维模型为下牙列三维模型或者上牙列三维模型;
根据所述目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型;
在所述牙托板基体三维模型的预设位置设置通孔;
在所述牙托板基体三维模型的外侧面建立固定连接部三维模型,形成牙托板三维模型;其中,所述固定连接部三维模型与所述牙托板基体三维模型一体连接;
基于所述牙托板三维模型制作所述牙托板。
另一方面,本发明提供一种牙托板,包括固定连接部、牙托板基体和至少一个通孔,其中:
所述固定连接部和所述牙托板基体的外侧面一体连接,在所述牙托板基体上设置至少一个所述通孔,所述牙托板基体的内表面与患者的下牙列的外表面相贴合,所述固定连接部用于固定视觉标记板,所述通孔与所述患者的种牙位置相对应。
本发明提供的用于视觉标记的牙托板及其制作方法,由于能够建立目标患者的目标牙列三维模型,并根据目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型,再在牙托板基体三维模型的预设位置设置通孔,然后在牙托板基体三维模型的外侧面建立固定连接部三维模型,形成牙托板三维模型,接着基于牙托板三维模型制作牙托板,牙托板包括的牙托板基体能够贴合患者的下牙列从而使牙托板固定在下牙列或者上牙列上,并且牙托板通过固定连接部固定连接视觉标记板提高了牙托板安装固定的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例用于视觉标记的牙托板制作方法的流程示意图;
图2为本发明另一实施例用于视觉标记的牙托板制作方法的流程示意图;
图3为本发明一实施例牙托板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明一实施例用于视觉标记的牙托板制作方法的流程示意图,如图1所示,本发明提供的用于视觉标记的牙托板制作方法,包括:
S101、建立目标患者的目标牙列三维模型;
具体地,对目标患者进行口腔专用锥体束CT(Cone bean computed tomography,简称CBCT)扫描,对扫描获得的一系列二维CT图像使用Marching cubes算法进行三维重建,可以获得目标患者的目标牙列三维模型,所述目标牙列三维模型为下牙列三维模型或者上牙列三维模型。其中,所述目标患者为需要进行种牙手术的人。
S102、根据所述目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型;
具体地,为了使牙托板能够固定在所述患者牙齿上,牙托板基体的内表面需要与所述患者的上牙列或者下牙列的外表面贴合,因此基于所述目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型,获得的所述牙托板基体三维模型的内表面与所述目标牙列三维模型的外表面相贴合。
例如,首先,根据预设视点和预设数量的位置点在所述目标牙列三维模型表面获得所述预设数量的顶点;其中,所述位置点是预设的;接着,根据所述预设数量的顶点在所述目标牙列三维模型表面获得一条封闭曲线;然后,对所述目标牙列三维模型表面在所述封闭曲线之上的封闭曲面进行偏移处理,获得偏移曲面;最后,基于所述封闭曲面和所述偏移曲面形成牙托板基体三维模型。
S103、在所述牙托板基体三维模型的预设位置设置通孔;
具体地,由于在种牙手术时需要在牙槽骨上钻孔,所述牙托板基体三维模型需要预留出种植钻头穿过的通孔,在预设位置对所述牙托板基体三维模型进行打通孔操作,获得可以穿过种植钻头的通孔,所述通孔的形状包括但不限于方形或者圆形。其中,所述预设位置根据所述患者的实际需要种牙的位置确定,本发明实施例不做限定。
S104、在所述牙托板基体三维模型的外侧面建立固定连接部三维模型,形成牙托板三维模型;其中,所述固定连接部三维模型与牙托板基体三维模型一体连接;
具体地,由于需要将所述牙托板与视觉标记板固定连接,在本实施例中,在所述牙托板上设置固定连接部将所述牙托板与视觉标记板固定连接。所以,在所述牙托板基体三维模型的外侧面建立固定连接部三维模型,所述固定连接部三维模型与所述目标牙列三维模型一体连接,例如,所述固定连接部三维模型和所述牙托板基体三维模型部分重合,通过布尔加运算将所述固定连接部三维模型和所述牙托板基体三维模型连接成一体。设置通孔的所述牙托板基体三维模型和所述固定连接部三维模型形成了牙托板三维模型。其中,当所述牙托板安装到所述患者的下牙列或者上牙列上之后,牙托板包括的牙托板基体位于所述下牙列或者上牙列的外侧的外表面为所述牙托板基体的外侧面,所述牙托板基体三维模型的外侧面与所述牙托板基体的外侧面相对应;所述固定连接部三维模型与所述牙托板基体三维模型的连接位置根据实际情况进行设置,本发明实施例不做限定。
S105、基于所述牙托板三维模型制作所述牙托板。
具体地,利用3D打印机将所述牙托板三维模型打印出来,获得所述牙托板,所述牙托板包括牙托板基体、固定连接部和设置在所述牙托板基体上的通孔。所述固定连接部用于固定视觉标记板,在进行种牙手术的时候,将所述牙托板安装在所述患者的下牙列或者上牙列上,使所述牙托板基体的内表面贴合所述患者的下牙列或者上牙列的外表面,实现将所述牙托板固定在所述下牙列或者上牙列上。
本发明提供的一种用于视觉标记的牙托板制作方法,由于能够建立目标患者的目标牙列三维模型,并根据目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型,再在牙托板基体三维模型的预设位置设置通孔,然后在牙托板基体三维模型的外侧面建立固定连接部三维模型,形成牙托板三维模型,接着基于牙托板三维模型制作牙托板,牙托板包括的牙托板基体能够贴合患者的下牙列或者下牙列从而使牙托板固定在下牙列上,并且牙托板通过固定连接部固定连接视觉标记板,提高了牙托板安装固定的可靠性。
图2为本发明另一实施例用于视觉标记的牙托板制作方法的流程示意图,如图2所示,在上述各实施例的基础上,进一步地,所述根据所述目标牙列三维模型,获得牙托板基体三维模型包括:
S1021、根据预设视点和预设数量的位置点在所述目标牙列三维模型表面获得所述预设数量的顶点;其中,所述位置点是预设的;
具体地,以预设视点为射线的原点,以所述预设视点到位置点的方向为所述射线的发射方向,构造出与预设数量的所述位置点各自对应的射线,利用光线跟踪算法可以获取到每个所述射线与所述目标牙列三维模型表面的交点,如果所述射线与所述目标牙列三维模型表面有一个交点,将该交点所在三角形网格的三个顶点中距离该交点最近的顶点作为一个所述顶点,如果所述射线与所述目标牙列三维模型表面存在两个及两个以上的交点,那么将上述交点中距离所述视点最近的交点所在三角形网格的三个顶点中距离所述最近的交点最近的一个顶点作为一个所述顶点,可以获得每个所述位置点对应的顶点,从而在所述目标牙列三维模型表面上获得所述预设数量的顶点。其中,所述预设数量的位置点根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定;所述预设视点与所述目标牙列三维模型的视角有关,可以通过旋转所述目标牙列三维模型更改所述预设视点;所述预设数量的位置点可以是医生在所述目标牙列三维模型上通过鼠标选择出来的。
S1022、根据所述预设数量的顶点在所述目标牙列三维模型表面获得一条封闭曲线;
具体地,采用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法获取所述预设数量的顶点中任意相邻的两个顶点之间在所述目标牙列三维模型表面上的最短路径,各个所述顶点通过所述最短路径相连可以获得一条封闭曲线。
S1023、对所述目标牙列三维模型表面在所述封闭曲线之上的封闭曲面进行偏移处理,获得偏移曲面;
具体地,所述目标牙列三维模型表面是由三角形网格组成的,所述封闭曲线将所述目标牙列三维模型表面分为两部分,在所述封闭曲线之上的部分构成一个封闭曲面,对所述封闭曲面进行偏移处理,即将所述封闭曲面上的各个所述三角形网格的顶点沿各自的法向量方向移动预设距离,形成新的封闭曲面,所述新的封闭曲面即偏移曲面。其中,对于多个所述三角形网格共同所有的顶点,该顶点的法向量可通过求多个所述三角形网格的法向量的平均值获得;所述预设距离根据实际经验进行设置,本发明实施例不做限定。
例如,顶点P被8个三角形网格所共有,那么顶点P的法向量N可以根据公式计算获得,其中,N i 为第i个三角形网格的法向量,i为整数,i大于等于0且小于等于7,n等于8。
S1024、基于所述封闭曲面和所述偏移曲面形成牙托板基体三维模型。
具体地,将所述封闭曲面和所述偏移曲面进行缝合操作形成一个封闭的曲面,上述封闭的曲面及其封闭的内部空间构成所述牙托板基体三维模型。
在上述各实施例的基础上,进一步地,在所述获得牙托板基体三维模型之后,对所述牙托板基体三维模型进行平滑处理。
具体地,在所述获得牙托板基体三维模型之后,采用拉普拉斯网格平滑算法(Laplacian smoothing)对所述牙托板基体三维模型进行平滑处理,可以平滑所述牙托板基体三维模型的三角形网格以降低模型表面的粗糙度。
在上述各实施例的基础上,进一步地,本发明提供的用于视觉标记的牙托板制作方法还包括:
在所述牙托板基体三维模型上建立口腔扩张凸台三维模型,所述口腔扩张凸台三维模型与所述牙托板三维模型一体连接;相应地,所述基于所述牙托板三维模型制作所述牙托板包括:
基于建立所述口腔扩张凸台三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,所述牙托板包括口腔扩张凸台,所述口腔扩张凸台用于撑开所述患者的口腔以增大种牙手术空间。
具体地,在所述牙托板基体三维模型上建立与所述牙托板基体三维模型一体连接的口腔扩张凸台三维模型,所述口腔扩张凸台三维模型的位置和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。相应地,基于建立所述口腔扩张凸台三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,在通过3D打印机打印出来的牙托板上包括与所述口腔扩张凸台三维模型相应的口腔扩张凸台。所述口腔扩张凸台用于顶住所述患者的上颌骨,从而撑开所述患者的口腔以增大种牙手术空间,所述扩张凸台与所述患者的上牙列或者下牙列相接触的表面可以做成锯齿形以防止其与所述上牙列或者下牙列接触时打滑。
例如,在所述牙托板基体三维模型上建立一个长×宽×高为30mm×10mm×12mm的长方体三维模型,将所述长方体三维模型的底面即一个30mm×12mm的面与所述牙托板基体三维模型的外表面一体连接,可以通过将所述长方体三维模型与所述牙托板基体三维模型部分重合,再通过布尔加运算实现,然后将所述长方体三维模型的顶面,即一个30mm×12mm的面做成锯齿形的面,经过上述处理后的长方体三维模型构成口腔扩张凸台三维模型,为了减轻为减轻所述口腔扩张凸台的重量,在保证所述口腔扩张凸台强度的情况下,可以在所述长方体三维模型的中部设置孔或者槽。其中,所述长方体三维模型在所述牙托板基体三维模型上的具体位置根据实际经验进行设置,本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上,进一步地,本发明提供的用于视觉标记的牙托板制作方法还包括:
在所述牙托板基体三维模型上建立吸唾插入孔三维模型;相应地,所述基于所述牙托板的三维模型制作所述牙托板包括:
基于建立所述吸唾插入孔三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,所述牙托板包括吸唾插入孔,所述吸唾插入孔用于放置吸唾管。
具体地,在所述牙托板基体三维模型上设置吸唾插入孔三维模型,所述吸唾插入孔三维模型的位置和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。相应地,基于建立所述吸唾插入孔三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,在通过3D打印机打印出来的牙托板上包括与所述吸唾插入孔三维模型相应的吸唾插入孔。在做种牙手术时所述患者的口腔内会不断产生唾液,所述种牙手术的过程中也会有血液溢出,可以将吸唾管插入所述吸唾插入孔进行吸唾,避免所述患者被唾液或血液呛住,所述吸唾插入孔方便放置所述吸唾管。
在上述各实施例的基础上,进一步地,本发明提供的用于视觉标记的牙托板制作方法还包括:
在所述牙托板基体三维模型的外侧面建立口腔挡板三维模型,所述口腔挡板三维模型的位置与所述通孔的位置对应,所述口腔挡板三维模型与所述牙托板的三维模型一体连接;相应地,所述基于所述牙托板的三维模型制作所述牙托板包括:
基于建立所述口腔挡板三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,所述牙托板包括口腔挡板,所述口腔挡板用于在种牙手术时保护所述患者的口腔内壁。
具体地,在所述牙托板基体三维模型的外侧面建立口腔挡板三维模型,所述口腔挡板三维模型的位置与所述通孔的位置对应,即在所述牙托板基体三维模型设置所述通孔的位置对应设置所述口腔挡板三维模型,所述口腔挡板三维模型的形状和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。相应地,基于建立所述口腔挡板三维模型的所述牙托板三维模型制作所述牙托板,在通过3D打印机打印出来的牙托板上包括与所述口腔挡板三维模型相应的口腔挡板。在所述种牙手术过程中,需要将种植手机伸入所述患者的口腔内在需要种牙的位置进行钻孔,在所述患者的下牙列或者上牙列上安装包括所述口腔挡板的牙托板之后,所述种植手机会在所述口腔挡板的内侧进行钻孔操作,所述空腔挡板限定了种植手机的安全操作区域,能够防止所述种植手机碰到所述患者的口腔内壁,提高了种牙手术的安全性。
例如,在牙托板基体三维模型设置所述通孔的外侧面上建立一个半径为12mm,长度为30mm,厚度为2mm的半圆管三维模型,将所述半圆管三维模型与所述牙托板基体三维模型设置所述通孔的外侧面一体连接,可以通过将所述半圆管三维模型与所述牙托板基体三维模型部分重合,再通过布尔加运算实现,经过上述处理的半圆管三维模型构成口腔挡板三维模型。其中,所述半圆管三维模型在所述牙托板基体三维模型上的具体位置根据实际经验进行设置,本发明实施例不做限定。
在上述各实施例的基础上,进一步地,所述固定连接部三维模型包括安装孔三维模型和至少两个定位孔三维模型,所述定位孔三维模型的轴线垂直于所述安装孔三维模型的轴线。
具体地,所述固定连接部三维模型包括安装孔三维模型和至少两个定位孔三维模型,所述定位孔三维模型的轴线垂直于所述安装孔三维模型的轴线。视觉标记板的安装轴能够插入固定连接部的安装孔,所述定位孔可以为销孔或者螺钉孔,将定位销或螺钉安装到所述定位孔中之后,可以固定所述视觉标记板的安装轴,从而将所述牙托板和所述视觉标记板固定连接。其中,所述安装孔和所述定位孔的尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定;视觉标记板包括三个圆盘,用于安装光学标记,可将由3D打印或UV喷绘制成的光学标记粘贴或安装在上述三个圆盘上,视觉标记板可采用普通金属加工工艺制作,也可使用3D打印制成。
图3为本发明一实施例牙托板的结构示意图,如图3所示,本发明提供的牙托板,包括固定连接部2、牙托板基体1和至少一个通孔3,其中:
固定连接部2和牙托板基体1的外侧面一体连接,在牙托板基体1上设置至少一个通孔3,牙托板基体1的内表面与患者的下颌骨4上的下牙列的外表面相贴合,固定连接部2用于固定视觉标记板,通孔3与所述患者的种牙位置相对应。
具体地,在进行种牙手术的时候,本发明实施例提供的牙托板通过牙托板基体1安装在所述患者的下牙列或者上牙列上,使牙托板基体1的内表面与所述患者的下牙列或者上牙列的外表面相贴合,从而将所述牙托板固定到所述下牙列或者上牙列上。所述患者的种牙位置通过通孔3露出,以便于在所述种牙手术时进行钻孔。固定连接部2用于固定视觉标记板,通过固定连接部2将所述牙托板和所述视觉标记板固定连接。
本发明提供的牙托板,由于牙托板基体能够贴合患者的下牙列从而使牙托板固定在下牙列或者上牙列上,并且牙托板通过固定连接部固定连接视觉标记板,提高了牙托板安装固定的可靠性。
在上述各实施例的基础上,进一步地,固定连接部2包括安装孔和至少两个定位孔,所述定位孔的轴线垂直于所述安装孔的轴线。
具体地,固定连接部2包括安装孔和至少两个定位孔,所述定位孔的轴线垂直于所述安装孔的轴线。固定连接部2的安装孔能够插入所述视觉标记板的安装轴,所述定位孔可以为销孔或者螺钉孔,将定位销或螺钉安装到所述定位孔中之后,可以固定所述视觉标记板的安装轴,从而将所述牙托板和所述视觉标记板固定连接。其中,所述安装孔和所述定位孔的尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。
如图3所示,在上述各实施例的基础上,进一步地,本发明提供的牙托板还包括吸唾插入孔6、口腔扩张凸台5和口腔挡板7中的至少一个,其中:
吸唾插入孔6设置在牙托板基体1上,用于放置吸唾管;口腔扩张凸台5设置在牙托板基体1上,与牙托板基体1一体连接,用于撑开所述患者的口腔以增大种牙手术空间;口腔挡板7与通孔3对应设置,并与牙托板基体1的外侧面一体连接,用于在所述种牙手术时保护所述患者的口腔内壁。
具体地,在做种牙手术时所述患者的口腔内会不断产生唾液,所述种牙手术的过程中也会有血液溢出,可以将吸唾管插入吸唾插入孔6进行吸唾,避免所述患者被唾液或血液呛住,吸唾插入孔6方便放置所述吸唾管。其中,吸唾插入孔的具体位置和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。
口腔扩张凸台5用于顶住所述患者的上颌骨,从而撑开所述患者的口腔以增大种牙手术空间,口腔扩张凸台5与所述患者的上牙列或者下牙列相接触的表面可以做成锯齿形以防止其与所述上牙列接触时打滑。其中,口腔扩张凸台5的位置和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。
口腔挡板7的位置与通孔3的位置对应,即在所述牙托板设置通孔3的位置对应设置口腔挡板7,口腔挡板7的形状和尺寸根据实际需要进行设置,本发明实施例不做限定。在所述种牙手术过程中,需要将种植手机伸入所述患者的口腔内通过通孔3进行钻孔,在所述患者的下牙列或者上牙列上安装包括口腔挡板7的牙托板之后,所述种植手机会在口腔挡板7的内侧进行钻孔操作,空腔挡板7限定了种植手机的安全操作区域,能够防止所述种植手机碰到所述患者的口腔内壁,提高了种牙手术的安全性。
本发明提供的牙托板的实施例具体可以参照上述方法实施例的详细描述,在此不再赘述。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。