[發明專利]一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法

在審

• 申請號: 202210095325.7
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114429070A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉曉穎;黃家贊;江志城;劉斌;柯建國;呂建成
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/10;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張迪

1.一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于包括如下步驟：

第一步，通過逆向工程技術處理CT掃描數據，建立下頜第一磨牙缺失的三維模型；根據上頜第一磨牙、下頜第一前磨牙與第二磨牙的幾何形狀，設計下頜第一磨牙假體的牙冠幾何模型；下頜第一磨牙假體的種植體采用圓柱型；

第二步，給下頜第一磨牙假體的種植體三維模型劃分網格，施加材料屬性，定義載荷與邊界條件，進行有限元仿真分析；

第三步，在得到初步分析結果的基礎上，開展種植體的尺寸優化設計，定義尺寸優化目標，參數化設計變量，設置優化算法；

第四步，根據優化結果優選出種植體尺寸結構，進而開展種植體變密度拓撲優化，確定設計域和非設計域，設置拓撲優化參數，分多組進行拓撲優化；

第五步，提取拓撲優化結果，進行生物力學性能分析，確定最優拓撲優化結構，依據其等值線或等值面建立種植體拓撲優化結構。

2.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：上頜牙齒部分僅建立與下頜第一磨牙接觸周圍區域的模型。

3.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：所述牙冠和種植體均為均質、各向同性的線彈性材料；其中牙冠材料為長瓷石，其彈性模量為82800MPa，密度為2480kg/m³，泊松比為0.35；種植體為純鈦材質，其彈性模量為110000MPa，密度為4510kg/m³，泊松比為0.35。

4.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：第二步中定義載荷與邊界條件具體是指：模擬下頜第一磨牙與上頜磨牙咬合情況，在下頜第一磨牙牙冠的牙窩、遠中頰尖、近中頰尖、遠中舌尖、近中舌尖的咬合接觸區均布200N的力；邊界條件設定為上頜骨完全固定，下頜骨允許有限位移。

5.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：第三步中尺寸優化目標設定為模型位移量和應力值；種植體為圓柱型，將其長度和直徑作為設計變量，其中直徑為3.4mm-5mm，長度為7mm-12mm。

6.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：第三步中尺寸優化算法采用基于擬隨機數生成器的非迭代直接采樣方法和Screening方法。

7.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：第四步中種植體變密度拓撲優化將種植體內部區域設為設計域，種植體外表面設為非設計域；設置懲罰因子、體積比拓撲優化參數，以質量百分比為目標進行種植體變密度拓撲優化。

8.根據權利要求7所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：提取的拓撲優化結果中，以種植體與牙槽骨接觸面、種植體與牙冠接觸的位移量，種植體、牙周組織的應力分布情況等牙齒生物力學因素進行對比分析，確定最優種植體拓撲優化結構。

9.根據權利要求1所述的一種磨牙假體種植體的結構優化設計方法，其特征在于：所述種植體拓撲優化結構的長度為9mm，直徑為4.2mm。