CN1545399A - 由三维测定的数字化阳模制造假牙 - Google Patents

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Abstract

在由三维测定的数字化模型制造假牙(5)的方法中，为了改善由此制成的假牙(5)的操作、成本和质量，提出了这样的方法：即输入该数字化模型的数据；将一个预定的偏移值加在该表面模型的内表面(9)上，从而假牙(5)与牙齿残根(1，2)之间产生一缝隙(7，8)；运算一个用于借助机床加工毛坯或模子的程序。

Description

由三维测定的数字化阳模制造假牙
技术领域
本发明涉及由三维测定的数字化阳模制造要固定到牙齿残根上的假牙的方法，该方法包括以下步骤：
-输入该数字化阳模的数据；
-将一预定的偏移值加在该阳模内表面上以便在随后的假牙和牙齿残根之间形成一道缝隙；
-运算一个用于借助机床加工毛坯来制造假牙的程序。
本发明尤其涉及制造用于假牙且尤其是齿冠和/或要固定在准备好的天生和/或人造的牙齿残根等上的齿桥的基本结构的领域。
背景技术
知道了许多种用于制造人造齿桥和齿冠的装置和方法。通常，在通过研磨准备好固定用齿以便接纳齿冠或齿桥或者例如植入一销的牙科准备工作之后，制作出一个牙齿残根、牙齿周围区域和颌的印模。这通常是用硅树脂填料完成的，但也知道其它材料。
由该印模，可以通过石膏模制作出所谓的母模。母模真实地反映出病人嘴内情况。在母模中，具有手工技能的牙科技师用低温熔化的或聚合硬化的塑料或蜡塑造出假牙基本结构模型(阳模)。在这种情况下，牙科技师也可以依靠已有母模来考虑另一颌的咬合状况。
过去，由牙科技师制作的模型被埋入耐热物质中并被熔化。在由此形成的铸模中，通过精密铸造并用常见的金属牙科合金制作出该基本结构。
出于美观考虑，通常至少在前齿区内还要镶上陶瓷或塑料。
WO 99/47065公开了在制作出蜡模后完全将该结构模型的内、外表面数字化。然后，与三维的内外表面有关地依靠计算机将没有充分反映病人嘴内情况的模型补充完整。数字化及依靠计算机补充的结果应该是对该假体基本结构的整个表面的数字描述。
为能够用由蜡模数字化获得的数据来加工一个由多孔陶瓷构成的毛坯，在WO99/47065中明确描述了，数字化物体的表面模型尺寸在所有空间方向上被线性放大，以补偿毛坯在烧结期间内发生的收缩。因此，放大系数f应该按照某个根据该毛坯体积密度和由此制成的齿桥基本结构之比的函数来产生。
可以从该放大表面的数据中产生用于加工机床的控制指令，通过所述控制指令，由毛坯制造出放大的齿桥基本结构。与该齿桥基本结构的计算放大的表面相比，没有规定加工余量，在这里，加工出的表面与烧结收缩后的数字化物体相比应具有恰好一样的尺度。此外，随后应不进行二次加工。
WO99/47065还提出了，这样的毛坯被用于齿桥基本结构的制造，其中在毛坯本身上或在其包装、挂签或附寄单上带有可机读或目读的识别码，所述识别码包含了该放大系数。
齿桥基本结构的蜡模可真实地在一个通过硅树脂制成的预制牙齿残根阴模的石膏模上制成，其中所述牙齿残根应该先用手涂上间隔漆，以便随后形成一道粘固缝。
数字化可以通过机械方式或光学方式来实现。为此，参见在病人嘴内对准备好的牙齿残根或一个模型进行数字化的方法，所述方法例如与如US 4182312所述的机械式数字化和与如EP 0054785A1所述的光学式数字化有关地被公开了。
US 4182312所公开的机械式数字化的主要缺点在于，机械扫描被固定在病人上，因为扫描要直接在病人口腔内进行。该装置在狭小口腔内的可靠操作也成问题。就象在仿型铣床中那样，在扫描牙齿和周围组织时，应直接控制一个加工机床来制作假牙。
为此，牙医必须使一个其上紧固有一传输杆的探头移动到病人嘴内的有关表面之上。彻底探测该表面需要大量的扫描运动，这由于耗时长而给病人带来很大负担。此外，必须根据该加工工具的形状来更换该探头尖。
在EP 0054785A1所描述的方法中，一图像记录头被装入病人嘴内。该图像记录头探测牙洞等的三维图像。为此，图像数据应显示在计算机屏幕上，从而牙医可以检查该图像记录头的定位是否能足够精确地产生图像。必要时，可以相应改变图像记录头的有利定位。
当获得令人满意的位置时，应该立体尺寸精确地(不用随后说明)形成该齿腔等的三维图像。然后，通过内插法和按照CAD构造方式的人为处理数据组来补充适当的数据，直到完全模型化出一个相应的假牙体。随后，相应数据被直接用于制造适当的毛坯，以便直接由该图像制作出适当的假牙并且避免了上述的手工加工步骤。
实际上，在这样的方法中，在病人嘴内难以操作照相机被证明是不利的，尤其是这对病人要求非常严格。
此外，如在上述文献中描述地，需要用粉末涂覆要测定的牙齿，以获得确定的反光情况，这是因为天生的牙齿物质具有半透明特性。否则，由于半透明特性，光会不受控制地部分透入待测牙齿残根里并且可能在反射到更深的层面中，这将导致错误的结果。然而，涂覆反光粉同时提高了因粉末涂层带来的不精确性，该涂层由于病人嘴内条件有限而实际上自然是不平整的。此外，图像记录头的有限分辨能力和在待测口腔内难以照明也是不利的。
从DE 19642247C1中知道了一种用于制造假牙件的方法，根据该方法，将准备好的齿进行数字化，以便在考虑了数字化牙齿模型的情况下制作假牙。为制作假牙，根据WO 94/27523，测定牙齿、准备好的牙齿部分、牙齿印模或牙齿复制品。三角测量法被用于该测定。
EP 0774933B1公开了用于形状精确的假牙的粉末冶金制造法。在这里，准备好的牙齿的三维光学或机械输入直接在嘴内或在石膏模上进行。在制作假牙时也要考虑以之使假牙与准备好的齿胶合的胶合层。
与假牙制作类型无关地，出于美观考虑而要注意，尽量纤细地制造假牙。凭经验并首先从美观角度出发来进行牙齿模型的制作，以便给随后的镶饰流有足够的空间。结果就忽视了需要充分的机械构造并进而不利地缩短了由此制作的假牙的寿命。
发明内容
本发明的目的是如此改进一种用于制造上述类型的假牙的方法，即该假牙的强度足以允许长期使用，其中要同时保证，假牙足够美观并且具有天生牙齿的外观。也要提供一种在由此制作出的假牙的操作、经济性和的质量方面得到改善的方法。
根据本发明，主要如此解决该问题，即这样的材料被用于假牙材料，即在正常使用假牙时出现的最大拉应力约等于所用材料抗拉强度的0.1-0.7倍。
尤其是，该假牙中出现的最大拉应力应该≤所用材料抗拉强度的0.5倍，尤其是0.2-0.5倍。
通过本发明的教导，与由拉应力造成的负荷有关地进行假牙三维尺寸的设计，除非是例如其壁厚、材料横截面或在由牙齿残根形成的桩之间区域内的齿桥件的连接半径。结果，可以保证假牙具有所需强度而又不必使外观受损。换句话说，仍然可以获得纤细的外观，而在假牙正常应力下没有缺失危险。因此，假牙的三维尺寸与特强的压力区有关地按照所用材料强度来设计。例如，如果Al2O3被用作假牙陶瓷材料，则该材料的抗拉强度为350N/mm2，所以在最强压力区内可以产生35N/mm2-245N/mm2且尤其是约为175N/mm2的最大拉应力。对齿桥来说，最大的拉应力发生在齿桥件与由牙齿残根形成的桩之间的过渡区内。如果把其抗拉强度为650N/mm2的Y2O3稳定型ZrO2用作陶瓷材料，则必须把假牙设计成在最强负载区内出现在65N/mm2与455N/mm2之间的且尤其是≤325N/mm2的最大拉应力。
此外，应与轴线有关地预定出偏移值。
此外，通过本发明的教导，可以获得一个可靠的精确缝隙，它用于容纳粘合剂或其它胶以便将假牙固定在有理想缝宽曲线的准备好的牙齿残根上。因而，可以消除已知方法的、在手涂间隔漆时与保持涂层的最佳厚度、均匀性和再现性有关地出现的风险。尤其是，由于缝隙与轴线有关地形成而保证了该假牙能够最佳安装在牙齿残根上并且能够相互连接。
如果该偏移值高达150μm，则对于所有目前用于牙齿残根的齿冠或齿桥的固定技术来说都较为有利。
如果该缝隙在由该阳模内表面限定的空隙边缘的小值和该空隙顶端内的大值之间变化时，尤其是当在空隙边缘的缝隙小于5μm且最好小于2.8μm并尤其是最好不超过1.5μm时，可以在假牙与牙齿残根的界面区内获得最小缝隙并因而获得特别好的防龋齿效果。
如果本发明方法的特征进一步体现在以下步骤中，即结合阳模相邻区的数据来进行数据的似真性检验并且必要时发出警告，则本发明方法无须操作人员干涉是特别可靠的。
在另一个有利实施例中，该方法的特征还体现在以下步骤：结合阳模相邻区数据并用内插值来替代最好是单个丢失数据或似是而非的数据点并且借助平滑函数使阳模内外表面的数据变平滑。
为防止空隙形成在假牙与牙齿残根之间，其中该空隙可能引起牙齿残根被进一步被龋齿化和进而使齿桥的齿桩受损，该方法的特征还有利地体现在以下步骤中：结合阳模相邻区数据对阳模内表面数据进行底切检查并必要时发出警告。
为在病人随后使用期间内非常可靠地抵抗假牙断裂，该方法的特征还体现在以下步骤中：通过对比该阳模的内表面与外表面的数据来计算阳模壁厚并且对比该壁厚值与壁厚最小值，修正阳模的外表面数据以至少获得壁厚最小值和/或发出警告，尤其是，壁厚最小值至少约为0.5mm并最好约为0.1mm且尤其是至少约为0.3mm。
为保证有利地形成假牙，有利地通过比较阳模内表面和/或外表面的半径与至少约为0.1mm且最好约为0.2mm并尤其是为0.3mm的最小半径来确保该阳模的内外表面数据的修正，从而至少获得了最小半径和/或发出警告。
为产生特别坚固耐用的齿桥，该方法的特征还体现在以下步骤中：计算齿桥件的在由牙齿残根形成的两个桩之间区域内的材料横截面，比较该横截面与一最小值，修正该阳模的外表面数据，从而至少获得该最小值和/或发出警告，尤其是当最小值至少约为2mm2并最好约为5mm2且尤其是至少约为7mm2时。
如果牙齿残根顶端没有为传统铣刀留有足够大槽面，则为了在这种情况下防止假牙空隙太窄，该方法的特征还体现在以下步骤中：计算阳模内表面半径，比较该半径值与最小半径，修正该阳模内表面数据，以便将空隙扩大到至少获得该最小半径和/或发出警告的程度。
根据对待用加工机床的控制而可能适当的是，该方法的特征还体现在，将预定偏移值机加到该阳模上，以便在随后的加工中适应于工具轮廓。
为用毛坯如未烧结或预烧结的陶瓷毛坯制作假牙，其中该毛坯在加工期间内在机加工后遇到尺寸改变并在定形加工后还要进行成品烧结并因而收缩，本发明方法的特征尤其还有利地体现在以下步骤中：给阳模数据加上一个放大系数，以补偿假牙材料在制作中的收缩或膨胀，尤其是当该放大系数为非线性和/或各向异性时，尤其是为获得良好的形状匹配。
尤其是对确实各向异性的或不均匀的毛坯而言，如果该放大系数由一个三维传递函数f(x，y，z)决定，则可以获得特别精确匹配的假牙，其中该三维传递函数f(x，y，z)适当地由陶瓷毛坯的三维密度分布F(x，y，z)决定。
为了尽可能地自动化生产，该方法的特征还有利地体现在，从一数据载体上读取配属于一待处理毛坯的传递函数f(x，y，z)或密度分布F(x，y，z)，尤其是当该数据载体是一个条形码标记、一个可以通过输入装置读取的应答器标记或一个数据库时，其中可以通过一个安置在毛坯上或毛坯中的识别装置来访问该数据库。
附图说明
从权利要求书、权利要求书单独或组合描述的特征以及以下对从附图中看到的优选实施例的描述中，都可以得到本发明的其它细节、优势和特征，其中：
图1以横截面示意图表示齿桥形假牙的两个牙齿残根。
具体实施方式
图1示出了两个准备好的牙齿残根1、2，它们的上部区域3、4经过磨削以便接纳假牙。在这里，该假牙包括一个齿桥基本结构5，另外，齿桥基本结构5按照传统方式具有一个镶面6以便产生一个表观咀嚼面。该齿桥基本结构5分别借助在粘固缝7、8中的一层牙科粘固粉被固定在牙齿残根1、2上。
为清楚起见，尤其是完全没有按照实际比例来表示缝隙7、8如粘固缝。
为制作假牙，即在该实施例中为了制作有所需缝隙7、8的镶面6的齿桥基本结构5，首先，根据本发明，制作出其中要放置假牙的颌的母模。该母模真实地反映出病人口内情况，该母模由一个对应于阴模的印模获得。在该母模上，具有手工技能的牙科技师用蜡和低温熔化的聚合硬化塑料制作出要制造的假牙基本结构的模型，以便获得一个阳模。阳模被数字化，在此，可以采用已知的光学或机械方法。同时，通过输入偏移值，在随后的假牙与牙齿残根之间产生一缝隙，以获得所需的配合精度。在这里，该缝隙的宽度取决于轴线，即尤其是在z向上发生扭曲，而在下边缘区域内选择一个可变为0的小缝隙尺寸。
与此无关地，待制造的基本结构或假牙的尺寸选择是这样设计的，即在正常负荷下出现的最大拉应力约等于所用材料强度的0.1-0.7倍。在此仅仅例举出几种陶瓷材料地考虑使用Al2O3、氧化锆混合水晶(ZrO2/Y-TZP)、MgO、Y2O3或TiO2。
在例如使用Al2O3时应注意，最大拉应力不超过245N/mm2。然而，按照最大拉应力175N/mm2来选取材料通常就足够了。
当借助本发明的方法制作假牙5时，操作人员交互作用地调定或通过程序预先规定出偏移值，该偏移值被加到表面模型的内表面9之上以便在随后的假牙5与牙齿残根1、2之间形成粘固缝7、8。
当该缝隙从在由阳模内表面9限定的空隙的边缘10上的窄缝到在空隙顶端11上的宽缝地变化时，尤其是当在空隙边缘10上的缝隙小于5μm并最好小于2.8μm且尤其是最好不超过1.5μm时，在假牙5与牙齿残根1、2的界面区内可以获得最小缝隙尺寸，进而可以非常好地防止随后的龋齿化。
为避免在假牙5与牙齿残根1、2之间形成空隙，其中牙齿残根1、2一般从该空隙受到进一步的龋齿侵袭并因而损坏齿桥5的齿桩，还结合阳模相邻区数据检查阳模内表面9数据是否有底切，这是有利的，因为底切或是致使假牙不能放置在牙齿残根1、2上，或是形成空隙。
此外，为了在随后使用期间内非常可靠地阻止假牙5断裂，通过比较阳模内表面9与外表面12的数据并且比较壁厚值与可以由牙医或牙科技师输入来决定的或通过程序事先规定的最小壁厚值来进一步计算该数据模型的壁厚。当使用氧化锆陶瓷时，壁厚值最好约为0.1mm-0.3mm，这比较有利。
为获得特别稳定耐用的齿桥5，最好计算在由牙齿残根1、2形成的两个桩之间区域13、14内的齿桥件的材料横截面并且比较该横截面与一最小值，该最小值可由操作人员交互作用地调定或通过程序来预先规定，并且修正阳模外表面12的数据，以至少获得该最小值，所述最小值在氧化钇加强型氧化锆陶瓷的情况下最好约等于2mm2-7mm2。

Claims (24)

1、一种用于由三维测定的数字化阳模制造要固定到牙齿残根(1，2)上的假牙(5)的方法，该方法包括以下步骤：
-输入该数字化阳模的数据；
-将一个预定的偏移值加在该阳模的内表面(9)上，以便在一随后的假牙(5)与该牙齿残根(1，2)之间形成一缝隙(7，8)；
-运算一个借助机床加工毛坯来制造假牙的程序，其特征在于，作为该假牙(5)的材料而采用了这样的材料，即在正常使用时出现的最大拉应力约等于该所用材料的抗拉强度的0.1-0.7倍。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，如此加工该假牙，即在该假牙内的出现的最大拉应力≤所用材料的抗拉强度的0.5倍且尤其是0.2-0.5倍。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤，通过比较该阳模的内表面(9)与外表面(12)的数据来算出该数据模型的壁厚，并且比较该壁厚值与一个壁厚最小值，修正该阳模外表面(12)的数据，以便至少获得该壁厚最小值和/或发出警告。
4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述壁厚最小值至少约为0.05mm，最好约为0.05mm-1.0mm，尤其是0.1mm-0.8mm。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述壁厚最小值至少为0.3mm。
6、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：计算该齿桥件的在由该牙齿残根(1，2)形成的两个桩之间的区域(13，14)内的材料横截面，比较该横截面与一个最小值，修正该阳模外表面(12)的数据，以至少获得该最小值和/或发出警告。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述横截面的最小值至少约为2mm2，最好约为2mm2-7mm2。
8、至少如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述横截面的最小值至少为7mm2。
9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据轴线来预先规定所述偏移值。
10、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该偏移值高达150μm。
11、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在空隙边缘上的的偏移值约≤5μm，最好约≤2.8μm，尤其是≤1.5μm。
12、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：结合该阳模的相邻区的数据来进行数据的似真性检验，并且在必要时发出警告。
13、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：最好结合该阳模的相邻区数据并通过内插值来替代单个丢失的数据点或似是而非的数据点。
14、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：结合相邻区域数据来检查该阳模的内表面(9)数据是否有底切并且必要时发出警告。
15、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：借助一平滑函数使该数据模型的外表面和/或内表面(12)变平滑。
16、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：计算该表面模型的内表面的半径，比较该半径值与一个最小半径，修正该阳模内表面的数据，以便扩大该空隙到至少获得该最小半径的程度和/或发出警告。
17、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：将一预定的偏移值加在该阳模上，以便在随后的加工期间内适应于工具轮廓。
18、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：将一个放大系数加在该阳模的数据上，以便补偿假牙材料在加工时的收缩或膨胀。
19、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：所述放大系数在该表面模型上是各向异性的和/或非线性的。
20、至少如上述权利要求之一述的方法，其特征在于以下步骤：所述放大系数在该表面模型范围里由一个三维传递函数f(x，y，z)决定。
21、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：该三维传递函数f(x，y，z)由一个陶瓷毛坯的三维密度分布F(x，y，z)决定。
22、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：从一个数据载体上读取配属于一个待加工毛坯的所述传递函数f(x，y，z)或密度分布F(x，y，z)。
23、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：该数据载体为一个条形码标记、一个应答器标记或一数据库，通过一个装在该毛坯之上或之中的识别装置可访问该数据库。
24、至少如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于以下步骤：比较该阳模的外表面和/或内表面的半径和一个至少约为0.1mm并最好约为0.2mm且尤其是为0.3mm的最小半径，修正该阳模的外表面和/或内表面的数据，以便获得所述最小半径和/或发出警告。
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