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CT影像、三维设计、DLP3D打印推动下的种植牙导板数字化技术

时间:2018-02-12 16:04 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:

相关统计显示,直至2015年,在中国内地65岁以上老年人中,人均缺失牙齿11颗,全口无牙的比例为6.8%。受技术等因素的局限,我国大部分患者还是选择可摘式义齿(假牙)修复缺失牙齿,而发达国家已有超过50%的患者选择种植牙方式修复缺失牙齿。2013年我国人工种植牙种植体行业产能约4万颗,预计到2020年中国人工种植牙种植体行业产能将达到21.5万颗。

市场上对种植牙种植体的需求,将带动对种植牙及种植牙手术导板数字化技术的需求。

传统的口腔种植手术,是通过人工目测,来确定种植牙根的植入位置。牙医缺乏高科技设备的精确辅助,无法详细了解患者的口腔情况,仅仅是单纯依靠经验和感觉。其弊端显而易见。

数字化种植,是目前口腔种植的尖端技术。它依托全口CT扫描,测出缺牙部位的牙槽骨高度、宽度、紧密度,并计算出相关数据。这些数据,精度可达0.1毫米。医生通过分析这些三维数据,来确定种植的最佳位置、角度及深度,从而实现种植牙稳定固位。同时,它还可以帮助牙医在手术时避开重要的神经和血管,从而大大提高了种植手术的安全性。

数字化种植手术中,医生需要通过手术导板来实施手术。手术导板的设计与制造也由数字化技术来实现。

参考:种植导板在种植手术中的应用概述

口腔影像技术、三维建模技术、计算机模拟技术与3D打印等数字化加工技术相互衔接、配合,共同构成了手术导板的数字化设计与制造工艺。基于光聚合工艺的DLP 3D打印机与生物相容性材料逐渐挑起了手术导板制造的“大梁”。

手术导板是在实施种植手术前制造完成。通过数字化技术制造的手术导板,精准地确定了种植体半径、种植深度、倾斜度以及种植体与牙颌窦底距离等关键信息。牙医按照种植导板的“导航”进行操作,不需要反复切开、翻瓣、缝合,缩短了种植手术时间,使手术更加精准,大大减少了患者的痛苦。

1986年,菲林哈姆(Fellingham)医师首次应用了种植导板技术辅助种植外科手术的实施,当时并没有引起人们的重视,此时种植导板的应用仅局限于对种植方向的把握,并未涉及到使用数字化技术引导种植体的位置、深度、修复体的方向等因素。

最开始的压膜式导板技术实现的仅仅是对种植体植入位点的控制,而经过不断发展,目前计算机三维影像成像技术、种植体设计软件、数字加工技术推动了种植手术导板的应用。接下来,我们将介绍其中几种有代表性的手术导板数字化技术。

-- 口腔数字化的关键设备CBCT

口腔CT设备是一种专门针对口腔颌面部特点设计的X线成像系统,医生借助CT发现和治愈了多种口腔疾病,完成了以前不可能完成的手术。

在传统的螺旋式CT基础上,锥形束CT(CBCT)在扫描和数据获取方式上进行了升级。其原理是X线发生器以较低的射线量(通常球管电流在10毫安左右)围绕投照体做环形DR(数字式投照)。然后围绕投照体多次(180次-360次,依产品不同而异)数字投照,交集中所获得的数据在计算机中重组后进而获得三维图像。

CBCT获取数据的投照原理和传统扇形扫描CT是不同的,不过后期计算机重组的算法原理有类似之处。随着CBCT技术及相关重建算法的进一步精准化,相对于传统扇形扫描CT优势将逐步拉大。CBCT设备的出现改变了世界牙科放射学全景,使得数字化口腔成为可能。

-- 导板设计

3Shape Implant Studio 方案集成了种植牙计划,牙冠修复,种植牙导板设计功能于一体,为齿科加工所和牙医提供了一个可靠而性价比高的解决方案。

虚拟牙冠功能既能提高审美需求,更能提高临床应用效果。为牙医提供一整套的解决方案:种植导板,修复牙冠。 Implant Studio 为开放式系统,提供工具盒,金属套筒,CT/CBCT扫描,生成系统和各大主要厂商的种植体库。

GuideMia 是一个数字化种植方案和种植导板设计的开放式系统, 也是一个拥有“种植和导板设计软件系统” 美国专利的产品。该系统包括以下功能:

预防性种植设计/可预测设计

虚拟软组织模型和扫描质量检查

即刻修复设计

修复导板

种植后取模导板

植骨设计,上颌窦提升设计

多重扫描协议

术前术后对比和分析

GuideMia 专业版软件为诊所、医院和小型技工室提供了完整的解决方案。通过 GuideMia 的快捷导向工具在5到8分钟以内就可以完成一个简单的种植和导板设计。二十分钟就可以完成AllOnFour, AllOnSix 等全口设计。

SimPlant系统是一款为口腔医学研发的三维手术设计平台。该系统接受CT和CBCT导出的DICOM文件,精确实现三维数字化口腔手术。SimPlant平台包括以下应用:

种植

种植术前设计

种植手术导板

正颌外科

正颌手术模拟

容貌预测

正颌导板

正畸

头影测量分析

牵引模拟

其他应用

根尖炎症

埋伏牙

牙体牙髓

肿瘤

修复

讲解教学

SimPlant通过分体重建工具,把各个解剖结构分离成独立的三维模型,可实现CT和X-Ray影像切换诊断。

-- DLP 3D打印技术

EnvisionTEC 针对牙科应用推出了DLP 3D打印机(如本文视频中的Perfactory Vida)与一系列牙科3D打印材料。并与3Shape进行合作,提供种植牙手术导板、托盘等口腔修复工具的数字化设计方案。

EnvisionTEC与3Shape在2015年就建立了合作关系,双方共同提供口腔钻孔导板的数字化设计与生产解决方案。2017年,EnvisionTEC与3Shape又有了合作新动向,EnvisionTEC的Vida 3D打印机结合了3Shape的TRIOS intraoral 口腔扫描和Ortho Analyzer软件,这些数字化技术将共同用于间接粘结托盘的设计与生产。

EnvionTEC的DLP 3D打印技术与牙科材料可制造以下数字化产品:

牙科模型

牙冠、牙桥铸造模

直接制造临时冠桥(4个冠)

个性化托盘

手术导板

德国牙科设备与材料制造商贝格(BEGO)也推出了DLP 3D打印系统,这套3D打印系统被称为Varseo。Varseo是一款开放式的设备,它可以兼容所有的牙科软件。它能够使用八种不同的树脂材料来生产夹板、手术导板、CAD/施放局部义齿框架和个人印模托盘。

BEGO公司将该系统的功能扩展至生产基托、临时牙冠和牙桥修复、永久牙冠和牙桥等。

-- 牙科3D打印技术新趋势

打印速度更快

Bego将推出高速的牙科3D打印机,打印技术为nexa3D专有的润滑剂子层光固化(LSPc)技术,由XYZ Printing进行打印机制造。通过结构化光源矩阵专利技术,打印速度达1厘米/分钟。据称该技术将3D打印周期,从几小时缩短到几分钟。

无需支撑结构,后处理效率提升

德国Rapid Shape公司目前已有两类牙科3D打印设备,其中一种是面向小型技工所和牙科诊所的DLP 3D打印设备。这些设备用于快速制造种植牙手术导板、牙科模型、铸造模型等产品。另一种是面向隐形矫正器制造用的牙科模型批量产的3D打印设备。

Rapid Shape公司与德国Fraunhofer 研究所(Fraunhofer ILT)共同研发了一种3D打印技术“TwoCure”,通过该技术可以在无需添加支撑结构的情况下打印出牙科产品,有望进一步提升树脂3D打印的效率。

面向生产的流水线

3D Systems 推出了“高速数字成型”Figure 4 系统,该系统可以打印牙科设计原型和失蜡铸造模型,并可以集成自动化的后处理和物料传送设备,实现自动化批量生产。

参考资料:

口腔数字化;种植导板在种植手术中的应用概述;数字化种植–CT、软件、导板、工具;智研数据;动脉网-揭秘口腔数字化的关键设备CBCT.

(责任编辑:中国3D打印网)

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