咬合板、咬合板的数字化设计方法及3D打印生产方法

摘要

本发明涉及口腔医疗领域，尤其是一种咬合板、咬合板的数字化设计方法及3D打印生产方法。采用本发明的咬合板的虚拟设计方法，可以精确地通过上下颌模型和实体架的扫描形成与虚拟架相结合的数字化模型，扫描过程中充分考虑了模型本身的扫描精度，保证了实体架与虚拟架的一致性，更保证了数字化上下颌模型在虚拟架上的就位与实体模型在实体架上的就位完全一致，在包含有虚拟架的高精度的数字化模型上进行咬合板的设计，不但能够发挥数字化设计的方便性，还可以通过虚拟架对初设计的咬合板进行咬合调磨，进一步提高设计出的咬合板精度。

说明书

技术领域

本发明涉及口腔医疗领域，尤其是一种咬合板、咬合板的数字化设计方法及3D打印生产方法。

背景技术

口颌系统功能紊乱是口腔医疗领域的常见问题之一，会造成患者牙体、牙周、咬合、颌面部肌肉及患者的精神、工作及生活等诸多方面的问题。因此，应及时对患者施以有效的咬合治疗以改善口颌系统各部分之间的协调性，恢复口颌系统的正常功能。咬合板治疗是咬合治疗的常用方法，因为其可逆的、无损伤的显著优点而被广泛应用于治疗咬合创伤、颞下颌关节紊乱病、磨牙症等口颌系统疾病，也同时作为辅助治疗手段被应用于口腔修复、正畸、牙周治疗、颌面部外伤、种植术后等领域。

咬合板是一种可摘式矫治器，可由硬质树脂或软弹性树脂材料制作而成，覆盖在某一颌牙弓

制作咬合板的方法有很多，目前常用的有：1.热凝树脂间接法，在模型上制作蜡型后进行热凝树脂充填等操作；2.自凝树脂间接法，省去蜡型操作，用自凝树脂在模型上制作；3.间接直接法，在模型上用自凝树脂或采用压膜法制作咬合板框架，再在口内用自凝树脂进行咬合面的衬垫，完成咬合面的形态；4.压膜法，采用专用压膜机及膜片进行压制成型。

上述传统方法中，用热凝树脂需要制作蜡型，工序繁琐；用自凝树脂成型的方法操作复杂，临床操作时间长，患者舒适感差，且自凝树脂存在易产生异味、易变形、不耐用等问题；如公开号CN102670340A的专利申请所公开的专利申请公开了一种稳定咬合板一次压膜同步咬合面成形的方法，即公开了一种压膜法，包括如下步骤：取印膜；转移正中关系；上架；填倒凹；填间隙；压膜；切割打磨、口内咬合调磨等步骤。压膜法虽然操作简单，但基本上只针对牙列较整齐、咬合板前后厚度差距不是很大才比较适用。当前后牙厚度差距较大时，为了满足前牙区的厚度，一般需要选用较厚的膜片，会使膜片冷却时产生较大的收缩，导致咬合板出现难就位，切割及调磨费时费力的情况。

增材制造又称3D打印，能够成型复杂形状零件、成型精度高、节约材料，具有复杂物品成型的成本优势，能够进行个性化定制服务，简化了生产流程，而且生产过程中节能环保，已经成为了牙科加工行业一种重要的加工方法。如公开号为CN109481067A的专利申请公开了一种3D打印的治疗颞下颌关节紊乱病的咬合板及其制备方法，该方法包括通过椎管束CT对颅颌面扫描，并通过三维扫描仪扫描上颌牙列、下颌牙列和上下颌牙列咬合时牙列数据，后将数据都导入Super Virtual软件中重建上下颌及牙列，后将上牙列数据上移，再将上移的及原来的上牙列数据导入CAD中，进行咬合板设计并打印。利用该方法可以解决颞下颌关节紊乱治疗中咬合板设计单一，治疗过程中程序复杂，制作不精准的问题。

在上述3D打印的咬合板制备方法中，是在软件中对咬合板进行设计，当咬合板加工完成后，仍可以如公开号CN102670340A所公开的专利申请一样，进行口内咬合调磨，以保证制作的咬合板与患者的匹配程度，但是此调磨过程难度是比较高的。为了降低此调整难度，公开号为CN110328856A的专利申请请求保护了一种数字化咬合板的制作方法，其包括以下步骤：口内光学扫描与模型重建，得到全牙列三维数据模型；根据全牙列三维数据模型模拟牙列和关节的运动情况，获取相应的颌位和下颌运动轨迹数据；根据得到的颌位和下颌运动轨迹数据对咬合板进行设计，得到咬合板建模数据；根据咬合板建模数据对咬合板进行制作。其在设计咬合板时，是通过获取患者个性化的下颌运动轨迹以及髁状突的运动轨迹的数字信息，并结合可视化虚拟

上述背景文件中多是以患者口腔扫描结果建立数据，进行咬合板的设计和加工，然而，实际上目前多数一线医疗机构并不具备设计生产咬合板的条件，常规的操作多是医疗人员将获取患者的上下颌模型，然后将上下颌模型送往专业的牙科加工企业进行咬合板的设计和加工。对于牙科加工企业而言，其难题在于如何基于获取的上下颌模型设计和加工出精确的高质量咬合板。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种咬合板、咬合板的虚拟设计方法及3D打印生产方法，可以有效提高咬合板设计和加工的精确度。

本发明公开的咬合板的数字化设计方法，包括如下步骤：

三维扫描及数据录入：

将工作模型进行三维外形扫描并建立相应的数字化模型A1；

将对颌模型进行三维外形扫描并建立相应的数字化模型A2；

将工作侧模型与对颌模型安置于实体

确定实体

将数字化模型A1与数字化模型A4中的工作模型相匹配，形成数字化模型A5；

将数字化模型A2与数字化模型A4中的对颌模型相匹配，形成数字化模型A6；

数字化模型A4、A5和A6组合形成用于设计咬合板的数字化模型A；

将确定好的实体

三维设计：

基于数字化模型A设计出三维数字化咬合板初形；

通过虚拟

优选地，在将数字化模型A3与虚拟

在将数字化模型A1与数字化模型A4重合匹配前，先在数字化模型A1上形成至少三个非共线的定位点，在数字化模型A4的相同位置上形成至少三个相同的定位点，通过将数字化模型A1的定位点与数字化模型A4上的定位点坐标一一对应匹配，使数字化模型A1与数字化模型A4重合匹配；

在将数字化模型A2与数字化模型A4重合匹配前，先在数字化模型A2上形成至少三个非共线的定位点，在数字化模型A4的相同位置上形成至少三个相同的定位点，通过将数字化模型A2的定位点与数字化模型A4上的定位点坐标一一对应匹配，使数字化模型A2与数字化模型A4重合匹配。

优选地，所述实体

在三维扫描时，数字化模型A3从实体

优选地，所述数字化模型A1与数字化模型A2的定位点分别包括切牙切角、第一磨牙颊尖或颊沟转角、第二前磨牙和第二磨牙颊尖或颊沟转角中至少分属于三颗牙的三个定位点；所述数字化模型A3的定位点包括上颌部分夹持切导针的前端转角、髁道边连接杆的前端转角、下颌部分底板凹弧转角以及下颌升枝模拟杆与下颌底板间的转角中的至少三个定位点。

优选地，录入虚拟

优选地，设计三维数字化咬合板初形的过程包括：

确定就位道；

根据所设置的就位道，计算并填补倒凹区；

设计咬合板边缘位置；

根据咬合板边缘位置生成咬合板。

优选地，确定就位道时，以工作模型牙列的

优选地，设计咬合板边缘位置时，咬合板的舌侧边缘止于牙龈缘下3-5mm，唇、颊侧边缘盖过切缘或颊

根据封闭的咬合板边缘线，在工作模表面生成1-10mm的材料，并设定咬颌与模型之间的间隙为0.02-0.1mm，形成三维数字化咬合板初形。

本发明提供的咬合板的3D打印生产方法所述咬合板的数字化设计方法设计出的三维数字化咬合板，通过3D打印生产出咬合板，具体包括如下步骤：

数据处理：

将设计出的三维数字化咬合板进行形态角度调整；

根据形态角度生成支撑；

将咬合板及支撑通过切片，获得切片数据；

3D打印成型：

将切片数据导入3D打印机，进行3D打印，获得实体咬合板；

后处理：

将打印出的实体咬合板进行清洗、光固化、去除支撑和打磨处理。

优选地，形态角度调整时，将三维数字化咬合板调整为组织面向上，咬合面向下进行放置，保证侧面相对底面不小于45度的角度；

支撑生成时，支撑点时选择为咬合面的尖上，在斜面及窝上尽量不放置支撑点，加大侧面支撑点密度，稳定支撑效果，保证组织面精度。

优选地，在打磨处理后，将实体咬合板就位至工作模型，工作模型和对颌模型就位于数字化设计采用的实体

本发明还提供了一种咬合板，基于所述数字化设计方法设计出的三维数字化咬合板进行加工生产而成，以及一种咬合板，通过所述3D打印生产方法加工生产而成。

采用本发明的咬合板的虚拟设计方法，可以精确地通过实体上下颌模型和实体

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

在执行本发明之前，需要一线医疗人员获取到患者的上下颌模型及咬合运动数据，现阶段口腔取模已经有了十分成熟的技术，一线医疗人员对于口腔取模也具有丰富的经验，能够获取到精确度极高的上下颌模型，同时实体

在获取了上下颌模型和患者的咬合运动参数后，即可实施本发明，本发明的咬合板的数字化设计方法，包括如下步骤：

三维扫描及数据录入，三维扫描优选采用精度小于15μm的扫描仪扫描采集模型数据，利用所采集的数据和配套的软件可以重建三维模型。三维扫描过程如下：

将工作模型进行三维外形扫描并建立相应的数字化模型A1；将对颌模型进行三维外形扫描并建立相应的数字化模型A2；上下颌模型中设置咬合板的一侧模型即为工作模型，另一侧则为对颌模型，此步骤分别对工作模型和对颌模型进行独立扫描，可以获取高精度的数字化工作模型以及对颌模型，为方便描述，两者分别称作数字化模型A1和A2；

将工作侧模型与对颌模型安置于实体

要将实体

将数字化模型A1与数字化模型A4中的工作模型相匹配，形成数字化模型A5；将数字化模型A2与数字化模型A4中的对颌模型相匹配，形成数字化模型A6；数字化模型A1和A2分别为独立扫描形成的高精度数字化工作模型和对颌模型，在数字化模型A4中已有至少部分工作模型和对颌模型，因而可以将数字化模型A1和A2重合在其上，数字化模型A4、A5和A6组合即形成了用于设计咬合板的数字化模型A；

为了方便数字化模型A3与虚拟

不在一条直线上三个定位点匹配重合，即可使两个数字化模型重合，在此基础上，也可根据实际情况设置更多的定位点，以进一步减少可能出现的系统误差。在定位点坐标匹配后，可以根据实际情况进行三维位置的微调，保证匹配的精度。此方式相对于直接进行匹配重合，可以较大程度上降低匹配重合的难度，提高匹配的效率。

定位点可以是扫描以后再进行标记，不过在本发明的优选实施例中，所述实体

定位点的选择也会很大程度上影响匹配的精确性，在本发明的优选实施例中，所述数字化模型A1与数字化模型A2的定位点分别包括切牙切角、第一磨牙颊尖或颊沟转角、第二前磨牙和第二磨牙颊尖或颊沟转角中至少分属于三颗牙的三个定位点；切牙切角以及磨牙颊尖或颊沟转角是模型中与咬合板组织面实现定位的关键部位，通过在此设置定位点，不但可以提高这些位置之间相对空间位置的精确性，使设计出的咬合板定位部位不会出现相互冲突，而且若直接在实体模型上进行定位点的标注，在定位点所在的区域就实现了两次扫描，即数字化模型A1或数字化模型A2的形成中具有这些区域的扫描结果，数字化模型A3的形成中也具有这些区域的扫描结果，通过将两次扫描结果进行叠加匹配，可以一定程度上提高定位点所在区域的数字化模型精度，为后续的设计和生产提供更好的基础。所述数字化模型A3的定位点包括上颌部分夹持切导针的前端转角、髁道边连接杆的前端转角、下颌部分底板凹弧转角以及下颌升枝模拟杆与下颌底板间的转角中的至少三个定位点。这些定位点离散分布于数字化模型A3的模拟运动的关键位置，保证虚拟

除了扫描形成数据化模型外，还需将确定好的实体

基于数字化模型A即可进行咬合板的三维设计。三维设计是一种利用3hspae、exocad等专业的3D设计软件，基于模型A制作对应的三维数字化咬合板的过程，包括以下步骤：

基于数字化模型A设计出三维数字化咬合板A；此步骤形成的三维数字化咬合板A仅是咬合板初形。

在咬合板初形的基础上，通过虚拟

在本发明优选实施例中设计三维数字化咬合板A的过程包括：确定就位道；根据所设置的就位道，计算并填补倒凹区；设计咬合板边缘位置；根据咬合板边缘位置生成咬合板。

确定就位道时，以工作模型牙列的

根据所设置的就位道，计算倒凹区，以视线不可见区域为0°倒凹区，视线外展1°为1°倒凹区，以此类推，根据打印机效能情况及临床需求，设置填补倒凹的角度为0-6°。根据指定的角度，虚拟填补就位道方向上所有倒凹区，并以不同颜色进行区分。

设计咬合板边缘位置时，咬合板的舌侧边缘止于牙龈缘下3-5mm，唇、颊侧边缘盖过切缘或颊

根据之前输入好的

基于设计好的三维数字化咬合板，即可进行下一步，咬合板的加工。具体加工方式可以采用3D打印技术、数字化切削技术等等。3D打印技术制作的咬合板具有足够的强度，较好的耐用性，无异味，不易变形，精确度高、生产过程简单的特点，解决了传统方法不能兼顾操作简单化、导板强度、耐用性、精确性、异味等方面的问题；利用3D打印技术制作咬合板的工艺工序更加简洁，操作更加简易，制作效率更高，所需材料更少，无材料浪费，更环保。因此，本发明优选采用了3D打印方法生产方法。要进行3D打印加工，因而通常将设计的三维数字化咬合板B转化为STL文件。3D打印步骤如下：

数据处理：是一种在如magics、CAMbridge、PreForm等数据处理软件中，对咬合板B进行相应的处理以确保咬合板能被成功地、高效地、高质量地打印成型的过程。其目的是获取可以直接应用于3D打印设备的切片数据，称切片数据C，包括以下步骤：

首先，可选择进行数据检查和修复：检查STL文件中的咬合板B有无未封闭孔洞、坏边等缺陷，若检查发现缺陷需要进行修复，必须确保咬合板B是一个完整和封闭的壳体。

将设计出的三维数字化咬合板进行形态角度调整，此步骤主要是调整三维数字化咬合板的高度及倾斜度调整，咬合板中与工作模型咬合面接触的组织面为就位定位面，必须保证组织面的精度，为此，作为优选方式，将三维数字化咬合板调整为组织面向上，咬合面向下进行放置，保证侧面相对底面不小于45度的角度；在保证以上要求基础上，使支撑面尽可能少及竖直方向的高度尽可能小，以提高成型的效率。若同时打印的多个STL文件，在三维软件中，分别对每一个文件进行高度及倾斜度的调整。

根据形态角度生成支撑，要求在确保能够牢固支撑所打印的咬合板的同时，也要使咬合板成型结束后容易去除。三维模型距离基板的高度为0.5-5mm。咬合板效果要好，必须保证功能窝点及功能引导斜面的打印精度。在设置支撑点时应选择为咬合面的尖上，在斜面及窝上尽量不放置支撑点，侧面由于不影响咬合板的咬合精度，可以任意放置，因此可加大侧面咬合面的支撑点密度，以能达到稳定支撑效果，保证组织面的打印精度。为了保证整体成形精度，设定支撑杆与相邻支撑杆进行侧向45度斜形连接，以加强支撑强度。

支撑设置后，将咬合板及支撑通过切片，获得切片数据；为了保证咬合板的打印精度，片层厚度设置为20-50μm。切片从基底侧逐层检查每一片层，不能出现悬空或片层悬臂梁过长的情况，如果出现，应当在对应区域添加或/及调整支撑点。

对于多个咬合板同时打印，还需要进行咬合板的排版和摆放，确保各三维模型之间不出现接触重叠的现象，各模型间的距离需大于等于0.5mm，同时距离成型边界5-10mm，以确保成型安全无缺陷。同时将咬合板牙弓正对打印基板移动方向，正反放置皆可，但不可过斜，以对抗移动时的可能形变。

保存上述设计，得到三维数字化片切数据，称为切片数据C。

3D打印成型：将切片数据导入3D打印机，进行3D打印，获得实体咬合板；

3D打印优选采用5微米以内的打印机。

将对应的符合国家相关医用标准的树脂材料、树脂槽、构建平台等构件按要求放置至打印机中。

导入切片数据C，为了打印精确度且不脱落，设置打印基底板，厚度为0.5-1mm，确定X、Y、Z各轴的补偿，以保证各轴向打印精度在5微米以内为准，然后开始打印。

完成打印后将咬合板从构件平台上取下，获得咬合板D。

后处理：是一种咬合板D进行成型后进一步处理的过程，其目的在于进一步光固化打印成型的咬合板D、去除咬合板D的支撑结构，对其表面进行相应的打磨、咬合微调及抛光，获取合乎标准的可以交付给医生/患者进行使用的咬合板，称咬合板E。具体包括将打印出的实体咬合板进行清洗、光固化、去除支撑和打磨处理。

清洗是将取下的实体咬合板分两次放入盛有医用酒精的烧杯中，然后放入超声震荡机中分别清洗4-6min。

然后将实体咬合板放入光固化仪器中进行光固化3-10min。

完成光固化后，去除咬合板的支撑结构。

用牙科打磨机去除咬合板的表面粗糙结构、锐边锐角等，对边缘形态进行适当调整。

为了进一步确保咬合板与患者的适配性，在打磨处理后，可以将打磨后的实体咬合板放置于就位至工作模型上并通过实体

仅从咬合板的设计角度来看，数字化模型A1、A2和A3的获取顺序可以任意排列，但是，若再结合此处实体咬合板的进一步调磨，则最好先进行数字化模型A1、A2的获取，再将工作侧模型与对颌模型安置于实体

实体咬合板调磨完成后，进行最后一步抛光处理，抛光处理后的实体咬合板即可交付一线医疗人员为患者使用，本发明咬合板设计和生产高度适配患者，交付患者的咬合板在患者佩戴时，基本无需再进行口内调磨，可以很大程度上提高患者的治疗体验。