[發(fā)明專利]一種磨牙假體種植體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210095325.7
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114429070A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉穎;黃家贊;江志城;劉斌;柯建國;呂建成
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 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(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張迪

本發(fā)明提供了一種磨牙假體種植體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法：根據(jù)上頜第一磨牙、下頜第一前磨牙與第二磨牙的幾何形狀，設(shè)計(jì)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；對種植體三維模型劃分網(wǎng)格，施加材料屬性，定義載荷與邊界條件，進(jìn)行有限元仿真分析；在得到初步分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，開展種植體的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，定義尺寸優(yōu)化目標(biāo)，參數(shù)化設(shè)計(jì)變量，設(shè)置優(yōu)化算法；根據(jù)優(yōu)化結(jié)果優(yōu)選出種植體尺寸結(jié)構(gòu)，進(jìn)而開展種植體變密度拓?fù)鋬?yōu)化，確定設(shè)計(jì)域和非設(shè)計(jì)域，設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，分多組進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化；提取拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，進(jìn)行生物力學(xué)性能分析，確定最優(yōu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，依據(jù)其等值線或等值面建立種植體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及口腔醫(yī)療，尤其涉及磨牙假體。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是提供一種磨牙假體種植體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，方便選出合適患者的種植體的結(jié)構(gòu)。

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磨牙假體種植體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

第一步，通過逆向工程技術(shù)處理CT掃描數(shù)據(jù)，建立下頜第一磨牙缺失的三維模型；根據(jù)上頜第一磨牙、下頜第一前磨牙與第二磨牙的幾何形狀，設(shè)計(jì)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(wǎng)格，施加材料屬性，定義載荷與邊界條件，進(jìn)行有限元仿真分析；

第三步，在得到初步分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，開展種植體的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，定義尺寸優(yōu)化目標(biāo)，參數(shù)化設(shè)計(jì)變量，設(shè)置優(yōu)化算法；

第四步，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果優(yōu)選出種植體尺寸結(jié)構(gòu)，進(jìn)而開展種植體變密度拓?fù)鋬?yōu)化，確定設(shè)計(jì)域和非設(shè)計(jì)域，設(shè)置拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，分多組進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化；

第五步，提取拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，進(jìn)行生物力學(xué)性能分析，確定最優(yōu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，依據(jù)其等值線或等值面建立種植體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。

在一較佳實(shí)施例中：上頜牙齒部分僅建立與下頜第一磨牙接觸周圍區(qū)域的模型。

在一較佳實(shí)施例中：所述牙冠和種植體均為均質(zhì)、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(zhì)，其彈性模量為110000MPa，密度為4510kg/m³，泊松比為0.35。

在一較佳實(shí)施例中：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(yuǎn)中頰尖、近中頰尖、遠(yuǎn)中舌尖、近中舌尖的咬合接觸區(qū)均布200N的力；邊界條件設(shè)定為上頜骨完全固定，下頜骨允許有限位移。

在一較佳實(shí)施例中：第三步中尺寸優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為模型位移量和應(yīng)力值；種植體為圓柱型，將其長度和直徑作為設(shè)計(jì)變量，其中直徑為3.4mm-5mm，長度為7mm-12mm。

在一較佳實(shí)施例中：第三步中尺寸優(yōu)化算法采用基于擬隨機(jī)數(shù)生成器的非迭代直接采樣方法和Screening方法。

在一較佳實(shí)施例中：第四步中種植體變密度拓?fù)鋬?yōu)化將種植體內(nèi)部區(qū)域設(shè)為設(shè)計(jì)域，種植體外表面設(shè)為非設(shè)計(jì)域；設(shè)置懲罰因子、體積比拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)，以質(zhì)量百分比為目標(biāo)進(jìn)行種植體變密度拓?fù)鋬?yōu)化。

在一較佳實(shí)施例中：提取的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)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(yīng)力分布情況等牙齒生物力學(xué)因素進(jìn)行對比分析，確定最優(yōu)種植體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。

在一較佳實(shí)施例中：所述種植體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)的長度為9mm，直徑為4.2mm。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例優(yōu)化后的種植體和原始種植體的位移圖；