改进的外科模板的制作方法
【专利说明】改进的外科模板
[0001]领域
[0002]本发明大体上涉及颅外科(包括牙科)的领域。更具体地，本发明涉及制备牙科夹板或咬合夹板的方法和装置，所述咬合夹板用来保护牙齿，诸如夜用护板或运动护板，或被外科医生用来促进和导引口腔植入物的安装或指导其他口腔手术，诸如上颌面部手术。
[0003]背景
[0004]使用导引外科方法用于在患者中安装口腔植入物的治疗工作流程的实例提供如下:
[0005]1.牙科医生检查患者并且可以获取患者口腔位置的X-线图像或扫描。
[0006]2.取该口腔位置的印模，并且使用其来制备患者的颌骨和牙齿的石膏模型。
[0007]3.在石膏模型上形成牙列，所述牙列模拟所需修复体的位置、尺寸和形状，然后将该牙列与患者进行配合。然后对其进行调整和优化以匹配患者口腔位置和临床需求。
[0008]4.基于所述牙列，制备射线照相导板。该射线照相导板包含不透射线的标志物并且被配置成与患者相配合。还生成咬合标记，所述咬合标记配合在射线照相导板和患者的相对的颌骨之间，使射线照相导板以正确的位置保持在患者的口中。
[0009]5.然后使用双重扫描程序对患者口腔位置进行成像。首先使用CT扫描仪利用就位的射线照相导板和咬合标记对患者进行扫描。然后单独扫描射线照相导板。从第一次扫描生成患者的计算机模型。从第二次扫描，生成射线照相导板的计算机模型。然后使用CT数据中来自不透射线的标志物的界标将两个模型彼此对准。这允许在显示骨和神经结构的CT数据旁边，详细地表示要在计算机上提供的患者口腔位置，包括软组织表面轮廓(即，射线照相导板的凹板表面)。
[0010]6.使用患者口腔位置的计算机表示(包括表面细节和CT数据)规划植入物的位置和定向。同样地，在此阶段还规划任何需要的定位钉的位置。
[0011]7.制备牙科夹板(在此情况下，也称为外科模板)，所述牙科夹板具有与射线照相导板相同的形状但在规划的植入物和定位钉的位置处含有钻孔。每个钻孔设置有金属套管。
[0012]8.将牙科夹板置于患者的口中并且使用其来导引牙植入物钻入和置入患者的颌骨中。
[0013]这种治疗工作流程存在着一些已知的问题。
[0014]首先，为了制备外科模板，必须首先制备射线照相导板。射线照相导板的制备通常不由外科医生本人完成，而是由专门制备牙科组件的实验室来完成。这使得治疗工作流程更加复杂并且由于运输而变得较慢。射线照相导板的制备也是耗时的和昂贵的。
[0015]第二，由于患者通常在早期阶段已经被扫描(参见上面的步骤I)，利用射线照相导板扫描会进一步增加患者的辐射剂量。此外，如果在扫描程序期间不正确地安装射线照相导板，则必须进行重新扫描，进一步增加了辐射剂量。
[0016]尽管口腔外科医生可能选择通过以常规的方式安装植入物而不使用计算机建模和规划来避免这些额外的费用和复杂性，但损失了现代治疗工作流程的提高的精度和可预测性。事实上，很少的外科医生可能选择这种选项。
[0017]因此，需要的是用于制备用于导引口腔外科或其他用途的牙科夹板的现代治疗工作流程，所述牙科夹板避免了对射线照相导板的需求。
[0018]概述
[0019]本发明的实施方案提供了一种制备外科模板的方法，所述方法包括以下步骤:获得一组3D表面数据，所述3D表面数据表示患者口腔位置的表面；获得描述牙科夹板的支撑结构模型，所述牙科夹板被配置成与所述患者口腔位置的表面的一部分相配合；获得规划的钻孔位置数据，所述规划的钻孔位置数据描述相对于所述3D表面数据的一组一个或多个规划的植入物钻孔的纵轴；自动修改所述支撑结构模型从而为与所述一个或多个规划的植入物钻孔对应的支撑结构模型中的导向孔提供支撑材料；依照修改的支撑结构模型制备所述外科模板。
[0020]附图
[0021]现在借助于实施例并参考附图描述本发明的各个方面。在附图中:
[0022]图1a示出患者口腔位置的3D表面模型。
[0023]图1b从第二透视角度示出图1a的3D表面模型。
[0024]图2a示出患者口腔位置的3D表面数据的距离图的水平切片。
[0025]图2b示出患者口腔位置的3D表面数据的冠状切片(左-右横截面)。
[0026]图3a示出透明支撑结构模型和下方的图1b的3D表面模型。
[0027]图3b示出没有任何透明度的图3a的支撑结构模型。
[0028]图4示出患者口腔位置(包括齿弓的指示)的3D表面数据的距离图的水平切片。
[0029]图5a示出距离图图像的全景最大强度投影。
[0030]图5b示出具有顶点线的图5a,描绘了 3D表面模型的上边缘。
[0031]图5c示出图5b的顶点线，其下降一定的距离以形成要在支撑结构的颊侧上使用的截止线。
[0032]图5d示出平滑化后的图5c的截止线。
[0033]图5e示出在支撑结构的舌侧上使用的直的截止线。
[0034]图5f示出对支撑结构上的颊侧或舌侧体素位置的确定。
[0035]图6a示出基于图5d的截止线在颊侧上应用的截断以及基于图5e的截止线在舌侧上的截断的图3a的支撑结构模型。
[0036]图6b从第二透视角度示出图6a的支撑结构模型。
[0037]图7a示出第二患者的具有截止线的距离图图像的全景最大强度投影。
[0038]图7b示出围绕规划的定位钉部位进一步下降的图7a的截止线。
[0039]图7c示出平滑化后的图7b的截止线。
[0040]图8示出用于截止线的平滑化过程的工艺流程图。
[0041]图9a示出用于第二患者的具有图7b中应用的截止线的经呈现的支撑结构模型。
[0042]图9b示出用于第二患者的具有图7c中应用的截止线的经呈现的支撑结构模型。
[0043]图1Oa示出图1Ob的支撑结构模型的距离图图像。
[0044]图1Ob示出支撑结构。
[0045]图1Oc示出图1Od的虚拟组件的距离图图像的三个透视图。
[0046]图1Od示出第一虚拟组件。
[0047]图1Oe示出第二虚拟组件。
[0048]图1la示出在连接支撑结构模型材料和套管支撑材料之前的支撑结构模型。
[0049]图1lb示出在导引孔周围连接支撑结构模型材料和套管支撑材料之后的图1la的支撑结构模型。
[0050]图1lc示出在支撑结构中两个近侧导引孔周围的周围支撑材料的连接。
[0051]图1ld示出在应用打孔器后的Ilb的支撑结构模型。
[0052]图12a_12c示出在表面上使用布尔运算(Boolean operat1ns)从支撑结构模型添加或去除的虚拟组件。
[0053]图13a示出图12a至12c的虚拟组件的组合。
[0054]图13b示出虚拟组件的另一组合。
[0055]图14a示出口腔位置的牙齿的横截面视图。
[0056]图14b示出应用支撑结构模型的图14a的牙齿并且示出对要被移除的下部凹陷(undercut)体素的确定。
[0057]图14c示出下部凹陷体素被移除的图14b的支撑结构模型。
[0058]实施方案的描述
[0059]现在将参考附图描述本发明的具体实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应当被解释为限于本文提出的实施方案；而是，提供这些实施方案使得本公开将是充分的和完整的，并且将会把本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在对附图中图示的实施方案的详细描述中使用的术语不意在限制本发明。在附图中，同样的数字表示同样的元件。
[0060]下面的描述集中于可应用于用于指引口腔植入物的安装的外科模板的本发明的实施方案。然而，要理解的是本发明不限于外科模板的使用，而是可应用于制备牙科夹板，例如，保护性口腔防护器或其他类似的应用。
[0061]下面描述了本发明的优选实施方案，S卩，在不使用射线照相导板的情况下制备外科模板的方法。相同的技术可以用来制备许多类型的牙科夹板。首先，获得一组描述患者口腔位置的表面的3D表面数据。第二，依照该3D表面数据和规划的植入物和定位钉位置生成虚拟外科模板模型。第三，由该虚拟外科模板模型制备物理的外科模板。
[0062]对患者口腔位置的确定
[0063]患者口腔位置的表面典型地是患者的上或下咬合的齿弓，包括颊侧、咬合面和舌侧上的软组织和牙齿。
[0064]患者口腔位置的3D表面数据可以使用许多已知的光学或射线照相成像技术来获得。例如，对患者的口腔使用的口内光学扫描仪将产生适合于本方法使用的3D表面数据。可选的方法包括:对患者口腔位置的印模的光学扫描(根据需要进行处理以补偿作为口腔位置的负印记的印模)，对患者口腔位置的印模压铸模型的光学扫描，口腔位置的高分辨率3D X-射线计算机断层扫描照相术(CT)或磁共振成像(MRI)图像与表面检测算法结合。
[0065]口内光学扫描和对印模的光学或触觉型扫描或印模压铸模型两者的优点是对患者的最小辐射暴露和高分辨率表面扫描。