个性化基台及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物医学工程技术领域，特别是涉及一种个性化基台及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 牙科种植体，又称人工牙根，包括基台、种植体和中央螺钉三部分，是通过外科手 术的方式将其植入缺牙部位的牙槽骨内，待其与牙槽骨结合后，在其上部（即基台）安装修 复假牙的装置。1965年德国人Branemark利用纯金属钛首先在兔子口中做了第一例钛钉种 植体，后来又对狗类进行了 10年的功能性试验，取得了良好效果。与传统的固定桥和活动 义齿修复相比，牙科种植体具有美观、舒适和可靠等优点，成为造福牙列缺损患者的"第三 副牙"，受到广泛关注。
[0003] 然而由于人与人之间的颂骨都是不同的，无论是牙齿的角度或是颂骨厚度，牙齿 的牙根的深度等。这些数据将密切影响基台的寿命，以及患者口腔的健康。牙齿的角度是 有两个自由度的方向，其准确角度可以使得种植体的受力均匀，螺钉不会轻易疲劳断裂掉， 更是牙齿美观整齐的必要条件。而牙根的深度，颂骨厚度等，则决定了基台的选择。目前市 面上的基台基本都是有固定型号的直基台，无法完美契合所有患者的患牙，如牙种植体的 受力方向，牙根深度，颂骨厚度等。
[0004] 现有技术公开利用3D扫描、CAD建模以及3D打印等技术根据扫描得到的患者患 牙的牙位、形状等，然后根据该结果建模设计个性化基台，再通过3D技术打印得到更具个 性化的基台。然而仅依据3D扫描结果设计基台模型并经CAD建模，无法很好的保证基台受 力方向与大小的准确性，且制作精度也难以控制，因此还是存在契合度较低的缺陷，影响患 者咀嚼效果和使用的舒适性。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要提供一种个性化基台的制造方法。
[0006] -种个性化基台的制造方法，包括如下步骤：
[0007] (1)逆向建模：对患者口腔进行CT扫描，获得患者颂骨模型（具体可以包括牙根 深度，牙齿倾角，咬合接触的受力倾角等信息），在计算机上对所述颂骨模型进行种植体的 模拟植入，并依据所述种植体进行基台的三维建模，得基台模型；
[0008] (2)正向建模：以UnigraphicsNX为平台，将步骤（1)所述基台模型进行参数化 设计，精确修补所述基台模型；
[0009] (3)利用有限元分析方法对步骤（2)所述精确修补后的基台模型进行模拟分析， 得到有限元应力分析结果；
[0010] (4)分析所述有限元应力分析结果是否满足基台材料的属性：如满足则进行下一 步骤，如不满足则依据所述有限元应力分析结果中的奇点值对所述基台模型进行优化设 计，重复步骤（3)至基台模型的有限元应力分析结果满足基台材料的属性；
[0011] (5)将满足基台材料的属性的基台模型进行三维切片分层处理，并生成相应的路 径文件；
[0012] (6)依据步骤（5)所述路径文件，采用选择性激光熔化设备进行成型，即得所述个 性化基台。
[0013] 在其中一个实施例中，所述基台材料为钛粉，步骤（6)所述成型的工艺如下：
[0014]a.于基板上铺设钛粉，粉层厚度为80-100ym;
[0015]b.于0.5-1.5MPa，20-30m3/h的氩气环境中，进行激光扫描成型，参数为：扫描 速度不大于lOm/s;激光光束直径为60-120ym;重复定位精度为±0. 003mm;成型速度为 l〇-20ccm/h；
[0016]c.基板下降，下降高度为所述粉层厚度，重复步骤a-b，至成型完毕。
[0017] 在其中一个实施例中，所述粉层厚度为89-91ym;所述激光光束直径为 100-120ym，成型速度为 14_16ccm/h。
[0018] 在其中一个实施例中，所述钛粉的粒径为45-95um。
[0019] 在其中一个实施例中，步骤（3)所述模拟分析为静力学分析。
[0020] 在其中一个实施例中，还包括如下表面处理步骤：
[0021] (i)以所述个性化基台为阳极，室温条件下进行电化学阳极氧化：电压为20-49V， 电解液为NaF和职04混合水溶液，其中NaF的质量浓度为0. 01-0.lmol/L，H#04的质量浓 度为0. 05-0. 2mol/L，氧化时间为10-45min，即在所述个性化基台表面形成Ti02纳米管层；
[0022] (ii)以所述表面形成1102纳米管层的个性化基台为阴极，超声条件下进行阴极电 化学沉积，电压为20-50V，电解液为含CaCl2、NH4H2P04、NaCl和三羟甲基氨基甲烷的水溶液， 其中CaCl2的质量浓度为 0? 01-0. 05mol/L，NH4H2P04的质量浓度为 0? 05-0. 2mol/L，NaCl的 质量浓度为〇. 05-0. 2mol/L，三羟甲基氨基甲烷的质量浓度为0. 01-0.lmol/L，沉积时间为 20-60min，即完成表面处理。
[0023] 本发明还提供所述的个性化基台的制造方法制造得到的个性化基台。
[0024] 本发明的原理及优点如下：
[0025] 本发明所述个性化基台的制造方法，综合采用CT扫描，UnigraphicsNX平台，有 限元分析以及选择性激光熔化技术，全面优化基台模型的构建和制造，保证基台模型受力 方向与大小的准确性和成型的精确性，其过程及原理如下：
[0026] (1)首先利用CT扫描进行逆向建模：对患者的口腔进行CT扫描，获得颂骨的精确 模型，包括牙根深度，牙齿倾角，咬合接触的受力倾角等信息，医生根据颂骨模型，在计算机 上对颂骨模型进行种植体的模拟植入，获取种植体的倾角等信息，根据所得的信息进行基 台建模，所得基台模型可以较好的吻合患者的颂骨特征。
[0027] (2)然后以UnigraphicsNX为平台，运用其参数化建模功能，将基台模型各个具 有特征性的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示，采用交互图形设计方法，实现 基台模型的参数化设计过程，使基台的各特征结构实现智能化和个性化功能设计，由此可 对基台结构的角度、方向、尺寸等细微特征进行准确微调，提高基台模型对颂骨特征的契合 度。
[0028] (3)再对获得的基台模型进行有限元的模拟分析（优选为静力学分析），获得基台 模型各部分的应力结果，分析应力结果是否符合用于制作基台的材料的力学属性（如屈服 强度，断裂强度等），如符合则进行下一步骤，如不符合，则可依据该结果对模型进行调整， 重复分析至符合。在所述调整过程中，可选择针对应力分析的奇点位置进行调整，可提高调 整的效率和准确性。此外，根据需要，还可在该过程中以应力最小为目标对基台模型进行优 化设计。
[0029] (4)最后利用选择性激光熔化设备对基台模型进行成型，合理控制成型的工艺参 数，尤其是铺设的粉层厚度、激光光速直径和成型速度等参数，可使成型后的产品尺寸精度 好，表面粗糙度较为理想，且成型效率高，由此精确，高效的实现基台的成型，完成个性化 基台的制造，同时，在该过程中还可以对制作基台的材料进行回收利用，降低基台的制造成 本。
[0030] 上述制作基台的材料优选为具有较好生物相容性的钛粉（粒径优选为45_95um)， 但鉴于人类成骨细胞对粗糙表面的结构和形态较高的敏感性，为了提高患者使用的舒适 度，以及基台的抗腐蚀性，还可以对制备得到的基台进行进一步的表面处理：
[0031] 先以所述个性化基台为阳极进行电化学阳极氧化，在其表面形成以特定结构和形 态特征排列的Ti02纳米管层；再对基台在超声条件下进行阴极电化学沉积，获得特定结构 和形态的纳米钙磷盐膜层，提高个性化基台耐蚀性能的同时，使基台表面结构具有更好的 生物相容性，降低患者的异物感，提高使用舒适度，预防牙周软组织的感染。
[0032] 在该过程中，电解液的选择对各膜层结构和形态特征的构建具有较为关键的影 响，本发明通过实验筛选，以一定质量浓度的NaF+H3P04水溶液进行阳极氧化构建TiO2纳米 管层，CaCl2+NH4H2P04+NaCl+Tris水溶液进行阴极电沉积构建钙磷盐膜层，可使制备得到的 基台表面结构具有更好的生物相容性，骨结合特性和生物学活性。
[0033] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0034] 本发明所述个性化基台的制造方法，综合采用CT扫描，UnigraphicsNX平台，有 限元分析以及选择性激光熔化技术，全面优化基台模型的构建和制造，保证构建基台模型 受力方向与大小的准确性和成型的精确性，制造所得个性化基台可较