一种基于3d打印的植牙快速成型系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种植入牙齿的设计和制造技术，尤其是涉及一种基于3D打印的植 牙快速成型系统及方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术自1987年发展到现在经过二十多年的时间，在世界范围内得到了很 快的发展并取得广泛的应用。该方法可以快速、高精度、个性化地将计算机模型、CT扫描数 据制造成任意形状和结构的植入体。
[0003] 在牙科领域中，作为牙齿的缺损部位的修复治疗，大多采用人造齿根、即生物再造 牙治疗。植牙治疗虽然已经取得突破，但科研人员还需解决几个关键问题，首先，在植体治 疗时，为了实现被植牙与耦合牙的良好咬合，必须掌握控制生物再造牙尺寸的技术，以达到 审美上的牙齿位置和形态，研究发现，在老鼠试验中，再造牙比正常牙齿稍小，其次，为实现 安全且稳定的预后，必须将植体植入适当的位置，包括牙钻植入的角度、位置的三维数据， 若考植体的植入位置不好，则难以构筑支持在植体上的人造牙与耦合牙之间的良好咬合。 另外，如果要将生物再造牙技术运用于人类，必须加快再造牙的生长速度，因为人类长一颗 完成的牙齿需要数年时间。
[0004] 韩国KR10-2014-0079556专利公布了一项整齿成模的技术，该技术中采用了旋转 平台，利用3D打印数据将整齿进行生殖，然而在该技术中并未显示其在制作时间上的优越 性，另外，在材料上面，该技术采用的是钛合金，研究发现，矫形外科领域应用非常广泛的 Ti-6A1-4V合金包含具有细胞毒性的V和A1，长期使用必然产生毒副作用；这些金属合金 的弹性模量较大，钛合金为llOGPa，牙齿的弹性模量仅为10 - 30GPa左右，高弹性模量的 金属植牙入口腔后将会产生应力遮挡现象，引起齿根吸收和植入体松动，需要二次更换，增 加病人痛。
[0005] 为了解决上述问题，现有技术经常使用根管填充技术对牙齿进行充填，这样既能 够在最短的时间内使牙体得到修复，又能够避免以往钛合金材料重金属污染，但是现有技 术的根管填充材料主要是牙胶，辅以氯化锌丁香油或氢氧化钙等根管封闭剂共同完成根管 治疗，在常温下的流动性过大，需要很大冷却系统来定型和固化，而另一方面，由于医师的 技术差异，对高难度部位的牙齿修复会明显存在植入的位置、角度不准确的现象，患者术后 咬合不适。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于为了解决上述问题而提供一种既能够快速制备适合人体植入 材料的植牙，又能够精确控制植牙的位置、角度的成型方法，在制备过程中将材料按照预设 扫描轨迹动态增加，系统精确度高、速度快，制备出的植牙体耐磨性强、抗弯曲强度大，所采 用的快速成型方法也减少了挠曲变形或温度等引起的废品率，大大降低了制造成本。
[0007] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的： 本发明的基于3D打印的植牙快速成型系统，其特征在于， 包括一扫描设备，用于对被植牙对象的表面进行三维扫描；计算机可读介质以及中央 处理器，用于接收扫描数据并进行存储以及存储相应的计算机程序；一器具制作设备，用于 基于上述三维数据将成型材料按照预设扫描轨迹动态构筑所述植牙体；所述计算机可读介 质被可操作地连接到处理器，并将三维数据传送至所述器具制作设备。
[0008] 所述成型材料为3型铸造钛合金丝，所述器具制作设备包括3D打印平台、成型 室、精度控制系统、温度控制系统以及送料控制系统。
[0009] 所述钛合金丝材料包括海绵钛、还原铁粉、电解锰、工业级纯钥粉、海绵锆和工业 纯铌。
[0010] 具体地，还包括利用上述的植牙快速成型系统进行3D打印成型的方法，其特征在 于，包含以下步骤。
[0011] 步骤1)根据扫描设备获得牙齿医学2D图像数据，导入计算机可读介质；步骤2) 中央处理器预先存入的计算机可视化模块，完成牙齿的2D数据的三维模型重建，并通过有 限元分析、牙齿力学分析确定种植体的参数；步骤3)将得到三维图像进行多模态医学图像 处理，生成临时文件，并保存为STL格式文件；步骤4)中央处理器预先存入的3D打印模块 读写步骤3)得到的STL格式文件，根据步骤2)得到的参数自动生成分层信息、扫描轨迹， 并控制器具制作设备完成预打印过程；步骤5)将步骤4)所得到的打印模型通过扫描设备 获得模型的2D图像数据，导入计算机可读介质的可视化模块进行三维模型重建；步骤6)对 步骤5)所得到的模型的三维图像和步骤2)所得到的牙齿的三维图像进行多模态医学图像 配准，并保存配准结果；步骤7)中央处理器预先存入的控制模块对步骤6)所得的结果进行 分析，当所得结果误差在允许误差范围内，则表示步骤4)的预打印所得模型为所需的植牙 快速成型材料；当所得结果误差超出允许误差范围，则通过有限元分析、牙齿力学分析调整 种植体参数，重复步骤3);步骤8)根据步骤7)得到的参数对器具制作设备的精度控制系 统、温度控制系统以及送料控制系统的控制参数进行优化，完成打印过程。
[0012] 步骤3)中的多模态医学图像的相关信息包括以下任一一种或若干种信息的任意 组合：图像像素的灰度、图像梯度、图像局部梯度方向、互相关系数、互信息、图像局部熵、拉 普拉斯邻域图和自相似性特征，以及基于以上信息的改进。
[0013] 本发明的有益效果在于：在使用P型铸造钛合金丝作为植入体材料的供给，由于 3型钛合金具有与牙齿更接近的弹性模量，有利于减少植入体和原齿之间的应力集中现 象，能够降低佩戴植入体的不适感；另外有温度控制系统的存在，在温度过高或过低时，能 及时报警，避免了器具制作设备的安全问题；此外，由于采用了多模态医学图像的配准方法 将预打印模型样本和牙齿的D维数据进行配准，保证了三维模型重建的精度。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的系统流程示意图。
[0015] 图2为本发明的系统结构图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明作进一步说明： 在安装使用本发明时，首先将丝材（8)安装于材料架内部的两侧凹槽内，然后将喷头 (13)移动到基板（3)上方，调整和设定3D打印速度，作为优选实施例，设计目标lOOmm/s作 为模拟打印条件下的打印速度，温度传感器（2)安装于成型室（10)两侧、喷嘴（16)附近以 及基板（3)上方，并分别连接成型室温控器（5)、喷头温控器（6)和基板温控器（4)，温度控 制系统根据上述温控器的实时数据控制基板加热器（12)、喷头加热器（14)以及成型室加 热器（15)的温度，中央处理器实时控制3D