個性化基臺及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種個性化基臺及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 牙科種植體，又稱人工牙根，包括基臺、種植體和中央螺釘三部分，是通過外科手 術(shù)的方式將其植入缺牙部位的牙槽骨內(nèi)，待其與牙槽骨結(jié)合后，在其上部（即基臺）安裝修 復(fù)假牙的裝置。1965年德國人Branemark利用純金屬鈦首先在兔子口中做了第一例鈦釘種 植體，后來又對狗類進(jìn)行了 10年的功能性試驗，取得了良好效果。與傳統(tǒng)的固定橋和活動 義齒修復(fù)相比，牙科種植體具有美觀、舒適和可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為造福牙列缺損患者的"第三 副牙"，受到廣泛關(guān)注。
[0003] 然而由于人與人之間的頌骨都是不同的，無論是牙齒的角度或是頌骨厚度，牙齒 的牙根的深度等。這些數(shù)據(jù)將密切影響基臺的壽命，以及患者口腔的健康。牙齒的角度是 有兩個自由度的方向，其準(zhǔn)確角度可以使得種植體的受力均勻，螺釘不會輕易疲勞斷裂掉， 更是牙齒美觀整齊的必要條件。而牙根的深度，頌骨厚度等，則決定了基臺的選擇。目前市 面上的基臺基本都是有固定型號的直基臺，無法完美契合所有患者的患牙，如牙種植體的 受力方向，牙根深度，頌骨厚度等。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)公開利用3D掃描、CAD建模以及3D打印等技術(shù)根據(jù)掃描得到的患者患 牙的牙位、形狀等，然后根據(jù)該結(jié)果建模設(shè)計個性化基臺，再通過3D技術(shù)打印得到更具個 性化的基臺。然而僅依據(jù)3D掃描結(jié)果設(shè)計基臺模型并經(jīng)CAD建模，無法很好的保證基臺受 力方向與大小的準(zhǔn)確性，且制作精度也難以控制，因此還是存在契合度較低的缺陷，影響患 者咀嚼效果和使用的舒適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要提供一種個性化基臺的制造方法。
[0006] -種個性化基臺的制造方法，包括如下步驟：
[0007] (1)逆向建模：對患者口腔進(jìn)行CT掃描，獲得患者頌骨模型（具體可以包括牙根 深度，牙齒傾角，咬合接觸的受力傾角等信息），在計算機(jī)上對所述頌骨模型進(jìn)行種植體的 模擬植入，并依據(jù)所述種植體進(jìn)行基臺的三維建模，得基臺模型；
[0008] (2)正向建模：以UnigraphicsNX為平臺，將步驟（1)所述基臺模型進(jìn)行參數(shù)化 設(shè)計，精確修補(bǔ)所述基臺模型；
[0009] (3)利用有限元分析方法對步驟（2)所述精確修補(bǔ)后的基臺模型進(jìn)行模擬分析， 得到有限元應(yīng)力分析結(jié)果；
[0010] (4)分析所述有限元應(yīng)力分析結(jié)果是否滿足基臺材料的屬性：如滿足則進(jìn)行下一 步驟，如不滿足則依據(jù)所述有限元應(yīng)力分析結(jié)果中的奇點(diǎn)值對所述基臺模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計，重復(fù)步驟（3)至基臺模型的有限元應(yīng)力分析結(jié)果滿足基臺材料的屬性；
[0011] (5)將滿足基臺材料的屬性的基臺模型進(jìn)行三維切片分層處理，并生成相應(yīng)的路 徑文件；
[0012] (6)依據(jù)步驟（5)所述路徑文件，采用選擇性激光熔化設(shè)備進(jìn)行成型，即得所述個 性化基臺。
[0013] 在其中一個實(shí)施例中，所述基臺材料為鈦粉，步驟（6)所述成型的工藝如下：
[0014]a.于基板上鋪設(shè)鈦粉，粉層厚度為80-100ym;
[0015]b.于0.5-1.5MPa，20-30m3/h的氬氣環(huán)境中，進(jìn)行激光掃描成型，參數(shù)為：掃描 速度不大于lOm/s;激光光束直徑為60-120ym;重復(fù)定位精度為±0. 003mm;成型速度為 l〇-20ccm/h；
[0016]c.基板下降，下降高度為所述粉層厚度，重復(fù)步驟a-b，至成型完畢。
[0017] 在其中一個實(shí)施例中，所述粉層厚度為89-91ym;所述激光光束直徑為 100-120ym，成型速度為 14_16ccm/h。
[0018] 在其中一個實(shí)施例中，所述鈦粉的粒徑為45-95um。
[0019] 在其中一個實(shí)施例中，步驟（3)所述模擬分析為靜力學(xué)分析。
[0020] 在其中一個實(shí)施例中，還包括如下表面處理步驟：
[0021] (i)以所述個性化基臺為陽極，室溫條件下進(jìn)行電化學(xué)陽極氧化：電壓為20-49V， 電解液為NaF和職04混合水溶液，其中NaF的質(zhì)量濃度為0. 01-0.lmol/L，H#04的質(zhì)量濃 度為0. 05-0. 2mol/L，氧化時間為10-45min，即在所述個性化基臺表面形成Ti02納米管層；
[0022] (ii)以所述表面形成1102納米管層的個性化基臺為陰極，超聲條件下進(jìn)行陰極電 化學(xué)沉積，電壓為20-50V，電解液為含CaCl2、NH4H2P04、NaCl和三羥甲基氨基甲烷的水溶液， 其中CaCl2的質(zhì)量濃度為 0? 01-0. 05mol/L，NH4H2P04的質(zhì)量濃度為 0? 05-0. 2mol/L，NaCl的 質(zhì)量濃度為〇. 05-0. 2mol/L，三羥甲基氨基甲烷的質(zhì)量濃度為0. 01-0.lmol/L，沉積時間為 20-60min，即完成表面處理。
[0023] 本發(fā)明還提供所述的個性化基臺的制造方法制造得到的個性化基臺。
[0024] 本發(fā)明的原理及優(yōu)點(diǎn)如下：
[0025] 本發(fā)明所述個性化基臺的制造方法，綜合采用CT掃描，UnigraphicsNX平臺，有 限元分析以及選擇性激光熔化技術(shù)，全面優(yōu)化基臺模型的構(gòu)建和制造，保證基臺模型受力 方向與大小的準(zhǔn)確性和成型的精確性，其過程及原理如下：
[0026] (1)首先利用CT掃描進(jìn)行逆向建模：對患者的口腔進(jìn)行CT掃描，獲得頌骨的精確 模型，包括牙根深度，牙齒傾角，咬合接觸的受力傾角等信息，醫(yī)生根據(jù)頌骨模型，在計算機(jī) 上對頌骨模型進(jìn)行種植體的模擬植入，獲取種植體的傾角等信息，根據(jù)所得的信息進(jìn)行基 臺建模，所得基臺模型可以較好的吻合患者的頌骨特征。
[0027] (2)然后以UnigraphicsNX為平臺，運(yùn)用其參數(shù)化建模功能，將基臺模型各個具 有特征性的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示，采用交互圖形設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn) 基臺模型的參數(shù)化設(shè)計過程，使基臺的各特征結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能化和個性化功能設(shè)計，由此可 對基臺結(jié)構(gòu)的角度、方向、尺寸等細(xì)微特征進(jìn)行準(zhǔn)確微調(diào)，提高基臺模型對頌骨特征的契合 度。
[0028] (3)再對獲得的基臺模型進(jìn)行有限元的模擬分析（優(yōu)選為靜力學(xué)分析），獲得基臺 模型各部分的應(yīng)力結(jié)果，分析應(yīng)力結(jié)果是否符合用于制作基臺的材料的力學(xué)屬性（如屈服 強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度等），如符合則進(jìn)行下一步驟，如不符合，則可依據(jù)該結(jié)果對模型進(jìn)行調(diào)整， 重復(fù)分析至符合。在所述調(diào)整過程中，可選擇針對應(yīng)力分析的奇點(diǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，可提高調(diào) 整的效率和準(zhǔn)確性。此外，根據(jù)需要，還可在該過程中以應(yīng)力最小為目標(biāo)對基臺模型進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計。
[0029] (4)最后利用選擇性激光熔化設(shè)備對基臺模型進(jìn)行成型，合理控制成型的工藝參 數(shù)，尤其是鋪設(shè)的粉層厚度、激光光速直徑和成型速度等參數(shù)，可使成型后的產(chǎn)品尺寸精度 好，表面粗糙度較為理想，且成型效率高，由此精確，高效的實(shí)現(xiàn)基臺的成型，完成個性化 基臺的制造，同時，在該過程中還可以對制作基臺的材料進(jìn)行回收利用，降低基臺的制造成 本。
[0030] 上述制作基臺的材料優(yōu)選為具有較好生物相容性的鈦粉（粒徑優(yōu)選為45_95um)， 但鑒于人類成骨細(xì)胞對粗糙表面的結(jié)構(gòu)和形態(tài)較高的敏感性，為了提高患者使用的舒適 度，以及基臺的抗腐蝕性，還可以對制備得到的基臺進(jìn)行進(jìn)一步的表面處理：
[0031] 先以所述個性化基臺為陽極進(jìn)行電化學(xué)陽極氧化，在其表面形成以特定結(jié)構(gòu)和形 態(tài)特征排列的Ti02納米管層；再對基臺在超聲條件下進(jìn)行陰極電化學(xué)沉積，獲得特定結(jié)構(gòu) 和形態(tài)的納米鈣磷鹽膜層，提高個性化基臺耐蝕性能的同時，使基臺表面結(jié)構(gòu)具有更好的 生物相容性，降低患者的異物感，提高使用舒適度，預(yù)防牙周軟組織的感染。
[0032] 在該過程中，電解液的選擇對各膜層結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征的構(gòu)建具有較為關(guān)鍵的影 響，本發(fā)明通過實(shí)驗篩選，以一定質(zhì)量濃度的NaF+H3P04水溶液進(jìn)行陽極氧化構(gòu)建TiO2納米 管層，CaCl2+NH4H2P04+NaCl+Tris水溶液進(jìn)行陰極電沉積構(gòu)建鈣磷鹽膜層，可使制備得到的 基臺表面結(jié)構(gòu)具有更好的生物相容性，骨結(jié)合特性和生物學(xué)活性。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0034] 本發(fā)明所述個性化基臺的制造方法，綜合采用CT掃描，UnigraphicsNX平臺，有 限元分析以及選擇性激光熔化技術(shù)，全面優(yōu)化基臺模型的構(gòu)建和制造，保證構(gòu)建基臺模型 受力方向與大小的準(zhǔn)確性和成型的精確性，制造所得個性化基臺可較