CN108618854A - 一种根尖手术导板的数字设计制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种根尖手术导板的数字设计制作方法，包括如下步骤：1)通过口腔CBCT扫描，获取患者口内软硬组织数据，三维重建CBCT模型；2)口内3D光学扫描，获取患者牙齿及黏膜表面信息的三维数字图像；3)CBCT模型联合三维光学扫描模型准确重建目标组织；4)运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计；5)通过3D打印，根据3D根尖手术导板模型制作导板。本发明结合CBCT三维影像、口内3D扫描，通过计算机辅助设计对根尖切除长度、角度、深度和根尖病变的范围进行准确定位，并利用3D打印制作根尖手术导板，既能实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种根尖手术导板，具体涉及一种根尖手术导板的数字设计制作方法。
背景技术
显微根尖手术在国内日益广泛的开展，挽救了大量常规根管治疗后仍难以治愈，或有桩、冠等修复体存在的情况下非手术再治疗很难实施的患牙。然而，如何准确的定位根尖位置，精准切除根尖，保护相邻重要组织结构是确保手术成功的重要环节。但是在操作中还是较为依赖术者的经验，缺乏客观手段的评判和引导。
结合三维影像的计算机辅助设计制作手术导板已经在种植手术中得到广泛应用，可以精确引导术者完成种植体的植入，降低手术风险，一定程度上提高种植成活率。但手术导板是否能够用于根尖手术，其准确性及使用效果仅见极少国外的个案报道。与种植手术相比，根尖手术的入路不同，操作空间较为狭小，在手术中需要充分考虑到对牙根的处理方式及对周围重要组织结构的保护。因此，手术导板的设计和制作应用方式与种植手术有显著不同，手术导板的设计和制作非常重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种根尖手术导板的数字设计制作方法，结合CBCT三维影像、口内3D扫描，通过计算机辅助设计对根尖切除长度、角度、深度和根尖病变的范围进行准确定位，并利用3D打印制作根尖手术导板，既能实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率。
为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：
本发明的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，包括如下步骤：
1)通过口腔CBCT扫描，获取患者口内软硬组织数据，三维重建CBCT模型；
2)口内3D光学扫描，获取患者牙齿及黏膜表面信息的三维数字图像；
3)CBCT模型联合三维光学扫描模型准确重建目标组织；
4)运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计；
5)通过3D打印，根据3D根尖手术导板模型制作导板。
其中，所述步骤1)中口腔CBCT扫描数据导入CT三维重建软件中，首先分别进行三维重建，获得含有牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变区域的初始三维实体图像模型；然后运用逆向工程软件geomagic studio进行修整，保留目标范围:包括患牙及其双侧均至少二分之一邻牙,生成包括牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变的三个CBCT三维重建模型。
其中，所述步骤2)中将口内3D光学扫描仪上的扫描头伸入患者口内，对患者口内目标范围的表面进行均匀扫描，进而获得患者患牙、双侧邻牙、相应黏膜表面信息的三维数字图像。
其中，所述步骤3)还包括将CBCT三维重建模型和口内三维光学扫描数字图像一同导入逆向工程软件geomagic studio内，进行区域配准：即固定CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型，将CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型和口内三维光学扫描数字图像中共有的牙冠部分对齐；二者之间的缝隙即为软组织的空间。
其中，所述步骤4)中运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计具体包括：
A、在逆向工程软件geomagic studio中，建立CBCT三维重建患牙模型的以下内容：①正中矢状面；②轴面a，位于根尖点的冠方，且轴面a与根尖点的距离为根尖切除长度，一般为3mm；③冠状面b，位于过牙长轴的冠状面的唇侧或颊侧，且与过牙长轴的冠状面的距离大于10mm；④冠状面c，位于过牙长轴的冠状面的舌侧或腭侧，且与轴面a所截根面相切；
B、定位根尖手术导板的切口范围，先定位特征曲线：轴面a与口内三维光学扫描数字图像的交线记为曲线1；根尖病变沿冠状面的法向在三维光学扫描数字图像上的投影边界记为曲线m；与根尖病变相切的近中矢状面记为面d、远中矢状面记为面e，面d与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线n，面e与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线p，曲线1、曲线m、曲线n、曲线p所围成的面积较大的闭合曲线即为根尖手术导板的切口范围；然后，抠除三维光学扫描数字图像上此闭合曲线所围部分，获得根尖手术导板切口；
C、在口内三维光学扫描数字图像上，确定根尖手术导板的外部边界，该范围需保证覆盖到根尖病变的同时，兼顾导板就位道、固位性及稳定性；如此，得到根尖手术导板的初步轮廓；
D、针对已选定外部边界、抠出切口的根尖手术导板的初步轮廓，对目标范围内的牙齿与牙龈交界、牙齿的凹陷及牙缝进行填充处理，以便导板就位；
E、针对根尖手术导板初步轮廓，向外表面加厚1.0-3.0mm，得到初始导板；
F、对于初始导板的切口范围附近，进一步向外表面加厚1.0-5.0mm，得到中间导板一；其次，以冠状面b截中间导板一，保留中间导板一内侧面的部分；封闭相交面，得到中间导板二；
G、目前，中间导板二与骨面存在软组织厚度的缝隙，运用逆向工程软件处理中间导板二的内侧面，在切口范围附近形成多处类球形凸起，使中间导板二与CBCT三维重建模型中的牙槽骨轮廓表面达到数个点状接触；至此，根尖手术导板3D模型设计最终完成。
其中，所述步骤5)中具体包括：利用3D打印机，将设计好的根尖手术导板3D模型以便携的条状聚乳酸材料打印而成。
本发明的优点在于：
本发明结合CBCT三维影像、口内3D扫描，通过计算机辅助设计对根尖切除长度、角度、深度和根尖病变的范围进行准确定位，并利用3D打印制作根尖手术导板，既能实现对手术的精确控制、降低手术风险，又能最大限度地降低手术难度、提高手术效率。
附图说明
图1是本发明数字化3D根尖手术导板制作方法的原理框图；
图2是本发明患牙、根尖病变区域、患牙和双侧邻牙相应牙槽骨表面及粘膜表面三维数字图像示意图；
图3是本发明患牙、根尖病变区域、患牙和双侧邻牙相应粘膜表面三维数字图像示意图；
图4是本发明中间导板一就位后示意图；
图5根尖手术导板就位后示意图。
图中，1、三维光学扫描数字图像；2、软组织空间；3、牙槽骨轮廓；4、患牙；5、冠状面b；6、根尖病变区域；7、正中矢状面；8、轴面a；9、冠状面c；10、曲线n；11、曲线p：12、导板切口；13、中间导板一；14、根尖手术导板；15、类球形凸起。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1-5，本发明实施例中，本发明的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，包括如下步骤：
1)通过口腔CBCT扫描，获取患者口内软硬组织数据，三维重建CBCT模型；
2)口内3D光学扫描，获取患者牙齿及黏膜表面信息的三维数字图像；
3)CBCT模型联合三维光学扫描模型准确重建目标组织；
4)运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计；
5)通过3D打印，根据3D根尖手术导板模型制作导板。
其中，所述步骤1)中口腔CBCT扫描数据导入CT三维重建软件中，首先分别进行三维重建，获得含有牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变区域的初始三维实体图像模型；然后运用逆向工程软件geomagic studio进行修整，保留目标范围:包括患牙及其双侧均至少二分之一邻牙,生成包括牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变的三个CBCT三维重建模型。
其中，所述步骤2)中将口内3D光学扫描仪上的扫描头伸入患者口内，对患者口内目标范围的表面进行均匀扫描，进而获得患者患牙、双侧邻牙、相应黏膜表面信息的三维数字图像。
其中，所述步骤3)还包括将CBCT三维重建模型和口内三维光学扫描数字图像一同导入逆向工程软件geomagic studio内，进行区域配准：即固定CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型，将CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型和口内三维光学扫描数字图像中共有的牙冠部分对齐；二者之间的缝隙即为软组织的空间。
其中，所述步骤4)中运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计具体包括：
A、在逆向工程软件geomagic studio中，建立CBCT三维重建患牙模型的以下内容：①正中矢状面；②轴面a，位于根尖点的冠方，且轴面a与根尖点的距离为根尖切除长度，一般为3mm；③冠状面b，位于过牙长轴的冠状面的唇侧或颊侧，且与过牙长轴的冠状面的距离大于10mm；④冠状面c，位于过牙长轴的冠状面的舌侧或腭侧，且与轴面a所截根面相切；
B、定位根尖手术导板的切口范围，先定位特征曲线：轴面a与口内三维光学扫描数字图像的交线记为曲线1；根尖病变沿冠状面的法向在三维光学扫描数字图像上的投影边界记为曲线m；与根尖病变相切的近中矢状面记为面d、远中矢状面记为面e，面d与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线n，面e与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线p，曲线1、曲线m、曲线n、曲线p所围成的面积较大的闭合曲线即为根尖手术导板的切口范围；然后，抠除三维光学扫描数字图像上此闭合曲线所围部分，获得根尖手术导板切口；
C、在口内三维光学扫描数字图像上，确定根尖手术导板的外部边界，该范围需保证覆盖到根尖病变的同时，兼顾导板就位道、固位性及稳定性；如此，得到根尖手术导板的初步轮廓；
D、针对已选定外部边界、抠出切口的根尖手术导板的初步轮廓，对目标范围内的牙齿与牙龈交界、牙齿的凹陷及牙缝进行填充处理，以便导板就位；
E、针对根尖手术导板初步轮廓，向外表面加厚1.0-3.0mm，得到初始导板；
F、对于初始导板的切口范围附近，进一步向外表面加厚1.0-5.0mm，得到中间导板一；其次，以冠状面b截中间导板一，保留中间导板一内侧面的部分；封闭相交面，得到中间导板二；
G、目前，中间导板二与骨面存在软组织厚度的缝隙，运用逆向工程软件处理中间导板二的内侧面，在切口范围附近形成多处类球形凸起，使中间导板二与CBCT三维重建模型中的牙槽骨轮廓表面达到数个点状接触；至此，根尖手术导板3D模型设计最终完成。
其中，所述步骤5)中具体包括：利用3D打印机，将设计好的根尖手术导板3D模型以便携的条状聚乳酸材料打印而成。
如上所述，便可较为充分的实现本发明。以上所述仅为本发明的较为合理的实施实例，本发明的保护范围包括但并不局限于此，本领域的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变性变更均包括在本发明包括范围之内。
Claims (6)
1.一种根尖手术导板的数字设计制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1)通过口腔CBCT扫描，获取患者口内软硬组织数据，三维重建CBCT模型；
2)口内3D光学扫描，获取患者牙齿及黏膜表面信息的三维数字图像；
3)CBCT模型联合三维光学扫描模型准确重建目标组织；
4)运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计；
5)通过3D打印，根据3D根尖手术导板模型制作导板。
2.按照权利要求1所述的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，其特征在于：
所述步骤1)中口腔CBCT扫描数据导入CT三维重建软件中，首先分别进行三维重建，获得含有牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变区域的初始三维实体图像模型；然后运用逆向工程软件geomagic studio进行修整，保留目标范围:包括患牙及其双侧均至少二分之一邻牙,生成包括牙槽骨轮廓、患牙、根尖病变的三个CBCT三维重建模型。
3.按照权利要求1所述的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，其特征在于：
所述步骤2)中将口内3D光学扫描仪上的扫描头伸入患者口内，对患者口内目标范围的表面进行均匀扫描，进而获得患者患牙、双侧邻牙、相应黏膜表面信息的三维数字图像。
4.按照权利要求1所述的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，其特征在于：
所述步骤3)还包括将CBCT三维重建模型和口内三维光学扫描数字图像一同导入逆向工程软件geomagic studio内，进行区域配准：即固定CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型，将CBCT三维重建牙槽骨轮廓模型和口内三维光学扫描数字图像中共有的牙冠部分对齐；二者之间的缝隙即为软组织的空间。
5.按照权利要求1所述的一种根尖手术导板的数字设计制作方法，其特征在于：
所述步骤4)中运用逆向工程软件进行根尖手术导板的3D模型设计具体包括：
A、在逆向工程软件geomagic studio中，建立CBCT三维重建患牙模型的以下内容：①正中矢状面；②轴面a，位于根尖点的冠方，且轴面a与根尖点的距离为根尖切除长度，一般为3mm；③冠状面b，位于过牙长轴的冠状面的唇侧或颊侧，且与过牙长轴的冠状面的距离大于10mm；④冠状面c，位于过牙长轴的冠状面的舌侧或腭侧，且与轴面a所截根面相切；
B、定位根尖手术导板的切口范围，先定位特征曲线：轴面a与口内三维光学扫描数字图像的交线记为曲线1；根尖病变沿冠状面的法向在三维光学扫描数字图像上的投影边界记为曲线m；与根尖病变相切的近中矢状面记为面d、远中矢状面记为面e，面d与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线n，面e与三维光学扫描数字图像的交线记为曲线p，曲线1、曲线m、曲线n、曲线p所围成的面积较大的闭合曲线即为根尖手术导板的切口范围；然后，抠除三维光学扫描数字图像上此闭合曲线所围部分，获得根尖手术导板切口；
C、在口内三维光学扫描数字图像上，确定根尖手术导板的外部边界，该范围需保证覆盖到根尖病变的同时，兼顾导板就位道、固位性及稳定性；如此，得到根尖手术导板的初步轮廓；
D、针对已选定外部边界、抠出切口的根尖手术导板的初步轮廓，对目标范围内的牙齿与牙龈交界、牙齿的凹陷及牙缝进行填充处理，以便导板就位；
E、针对根尖手术导板初步轮廓，向外表面加厚1.0-3.0mm，得到初始导板；
F、对于初始导板的切口范围附近，进一步向外表面加厚1.0-5.0mm，得到中间导板一；其次，以冠状面b截中间导板一，保留中间导板一内侧面的部分；封闭相交面，得到中间导板二；
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