[發(fā)明專利]一種中空種植牙的設(shè)計(jì)與制備

在審

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• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107169226A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)小剛;朱仕魁;陳賽;龔珍珍
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中空種植牙的設(shè)計(jì)與制備，屬于結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，國內(nèi)牙種植市場日益龐大，但是牙種植的價格還是比較昂貴，性價比差，始終無法追上國外的步伐。究其原因主要是：(1)國內(nèi)牙種植系統(tǒng)的發(fā)展還遠(yuǎn)沒有成熟，關(guān)鍵設(shè)備主要依賴進(jìn)口，手術(shù)成本一直居高不下，并受制于人；(2)牙種植相當(dāng)大的一部分費(fèi)用都來自于種植體、鏈接裝置等的材料費(fèi)，受設(shè)計(jì)和工藝等的影響，國內(nèi)種植牙普遍較為笨重，生物相容性差，國產(chǎn)化水平低；(3)國內(nèi)牙種植技術(shù)的落后、牙種植系統(tǒng)的不成熟、相對較差的種植品質(zhì)，也助漲了牙種植價格的提升。

由此可見，當(dāng)牙種植系統(tǒng)設(shè)備的價格一定的情況下，牙種植的材料費(fèi)及其設(shè)計(jì)制造成本將是牙種植技術(shù)中至關(guān)重要的影響因素。要想節(jié)省牙種植過程中的材料費(fèi)就要從牙種植所涉及的部件入手，在這一過程中不可忽略的是種植牙的設(shè)計(jì)。種植牙的好壞將直接影響到牙種植手術(shù)的成功與否，不管是對生物適應(yīng)性還是結(jié)構(gòu)受力而言都是非常重要的，因此種植牙的選材及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得到特別的關(guān)注。

Abuhussein于2010年在Medline上檢索了種植牙螺紋設(shè)計(jì)的有關(guān)研究，重點(diǎn)總結(jié)了15篇文章，形成以下結(jié)論：高的螺紋有利于提高種植牙在松質(zhì)骨內(nèi)的穩(wěn)定性；雙螺紋或多螺紋設(shè)計(jì)有利于種植體的快速植入，但減弱了其對垂直負(fù)荷的抗力；小螺距設(shè)計(jì)有利于提高種植牙的穩(wěn)定性；穿皮質(zhì)骨有螺紋設(shè)計(jì)可能有利于骨質(zhì)的保存，但需進(jìn)一步研究證實(shí)。Lee等研究了螺紋深度對牙種植體機(jī)械性能的影響。Kong等使用三維有限元分析法比較了柱狀種植牙十二種形狀螺紋的應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)幾種螺紋設(shè)計(jì)更有利于應(yīng)力的傳導(dǎo)，其中螺紋高度0.34-0.50mm，寬度0.18-0.30mm具有最佳的生物力學(xué)性能。Lin等建立了5種不同比例的功能梯度結(jié)構(gòu)種植牙模型，這種種植體與鈦種植體相比，更容易促進(jìn)骨改進(jìn)，同時還注意到羥基磷灰石的含量會影響到種植體的長期穩(wěn)定性。孫健等在設(shè)計(jì)牙種植體的過程中，將具有生物活性的陶瓷與鈦金屬進(jìn)行整體的功能梯度優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得種植體早期骨結(jié)合以及長期穩(wěn)定性的作用得到了最大程度地增強(qiáng)。

目前，種植牙的結(jié)構(gòu)優(yōu)化并不能大程度地降低材料消耗，現(xiàn)有種植牙的螺紋設(shè)計(jì)以及功能梯度設(shè)計(jì)只是為了增加骨結(jié)合性，無法有效進(jìn)行種植牙的輕量化設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，申請人在現(xiàn)有的種植牙結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合單元網(wǎng)格與功能梯度優(yōu)化理論，設(shè)計(jì)一種既能滿足強(qiáng)度與剛度等功能性要求，還能夠大大降低材料損耗的中空種植牙結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

1.一種中空種植牙的設(shè)計(jì)與制備，其特征在于包括以下步驟：

(一)單元網(wǎng)格庫的建立：

根據(jù)單元網(wǎng)格的設(shè)計(jì)依據(jù)，構(gòu)造具有較高性能質(zhì)量比的單元網(wǎng)格庫，并首次將這些單元網(wǎng)格引入到種植牙的填充設(shè)計(jì)當(dāng)中；

(二)中空種植牙的構(gòu)造：

分析牙齒內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，結(jié)合組建的單元網(wǎng)格庫以及功能梯度優(yōu)化理論，設(shè)計(jì)一種基于應(yīng)力驅(qū)動的功能梯度網(wǎng)格構(gòu)型填充種植牙，完成中空種植牙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；再將該種植牙通過3D打印技術(shù)制備出來。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述中空種植牙的設(shè)計(jì)與制備，其特征在于：所述步驟(一)的實(shí)現(xiàn)方法為：

(1)單元網(wǎng)格構(gòu)型的設(shè)計(jì)與制備；

將設(shè)計(jì)的單元網(wǎng)格分別通過陣列排布的方式組成單元網(wǎng)格構(gòu)型的“芯”，結(jié)合上下夾板組建成相應(yīng)的單元網(wǎng)格構(gòu)型結(jié)構(gòu)，并使用3D打印設(shè)備制作出來；

(2)具有較高性能質(zhì)量比的單元網(wǎng)格的優(yōu)選；

通過有限元分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法分析對比這些單元網(wǎng)格構(gòu)型在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、相對密度等方面的差異性。篩選出了具有較高性能質(zhì)量比的單元網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，組建一個單元網(wǎng)格庫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述中空種植牙的設(shè)計(jì)與制備，其特征在于：所述步驟(二)的實(shí)現(xiàn)方法為：

(1)獲得人體牙齒的CAD模型；

使用3D掃描儀得到人體牙齒的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，繼而通過逆向工程軟件Geomagic和三維制圖軟件UG得到牙齒的CAD模型；

(2)進(jìn)行人體牙齒咬合過程中的有限元分析；

將牙齒的CAD模型導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS中，并結(jié)合線應(yīng)力工具得到牙齒在待填充部位的中心應(yīng)力分布情況。

(3)選擇填充設(shè)計(jì)過程中耐受力性能最好的單元網(wǎng)格；