用于制備牙科修復物的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于制備牙科修復物的方法和系統(tǒng)。所述方法包括提供三維基準表面的計算機模型的步驟，所述三維基準表面基于例如患者牙列中的待修復牙齒的牙齒結構。所述方法還包括使所述三維基準表面可視化、提供用戶可操作的虛擬材料沉積工具、以及利用所述虛擬材料沉積工具來將多個不同顏色的層沉積在所述基準表面上的步驟。所述系統(tǒng)提供用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的功能。本發(fā)明優(yōu)選地有助于最優(yōu)化牙科修復物中的光學和幾何品質。
【專利說明】用于制備牙科修復物的方法和系統(tǒng)
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及制備牙科修復物的方法，具體地講，涉及提供虛擬材料沉積工具的方 法，所述虛擬材料沉積工具用于至少部分牙科修復物的計算機輔助層疊并且用于為各個層 指定不同的顏色。本發(fā)明還提供了用于執(zhí)行此計算機輔助方法的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 牙科修復物或假牙常常由兩種或更多種部件制成，其中各部件為修復物提供不同 的特性。例如，框架可提供良好的結構支承性，并且飾面可提供良好的美學性。框架通常為 用于牙科修復物的支承結構，其提供機械穩(wěn)定性并且通常包括界面，所述界面可將修復物 粘附到患者的預加工牙齒。飾面提供滿意的美學特性，使得修復物在形狀和外觀方面類似 于自然牙齒。此外，框架和飾面均被成形為很好地匹配患者口中的相鄰和相對牙齒。
[0003] 近年來，陶瓷材料因其良好的物理、美學和生物學性質已被廣泛用于制備高品質 的牙科修復物。在一些應用中，通過組合陶瓷框架和玻璃或玻璃陶瓷飾面來制備此類牙科 修復物。可例如從坯料磨削或研磨，或者從熔融的陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷材料澆注框架和飾 面。
[0004] 牙科修復物常常通過自動化工藝來制備，所述自動化工藝通常包括：
[0005] -例如通過掃描患者牙齒的石膏模型或者通過掃描患者口中的真實牙齒來采集患 者牙齒的形狀；
[0006] -基于所采集的形狀利用計算機輔助設計（CAD)軟件來設計牙科修復物前體的形 狀；
[0007] -例如通過自動化計算機數(shù)控（CNC)機床來加工牙科修復物前體以對應于所設計 的形狀；以及
[0008] -通過燒結和/或手動飾面來精整牙科修復物前體。
[0009] 例如，US6, 398, 554公開了用于制備假牙的方法，所述方法包括基于人體植入?yún)^(qū)來 對三維假牙帽進行計算機建模。所述方法首先包括澆注人體的植入?yún)^(qū)的印模。然后，通過 利用傳感器感測植入?yún)^(qū)來構建植入?yún)^(qū)的數(shù)字三維表示。由此，基于植入?yún)^(qū)的數(shù)字三維表示 來限定假牙的內表面的數(shù)字表示。然后，基于假牙的周邊參數(shù)和假牙的內表面的數(shù)字三維 表示來限定假牙的外表面的數(shù)字三維表示。然后，基于假牙的外表面和內表面來限定帽的 外表面的數(shù)字三維表示?；诖巳S模型，可制備出真實的假牙帽。
[0010] 希望牙科修復物還具有匹配或接近相鄰牙齒外觀的外觀。自然牙齒的外觀在一方 面由色調提供并且此外由特定透明度來提供。牙科技術人員或牙科開業(yè)醫(yī)師例如通常根據(jù) 患者口中位于待修復牙齒附近的牙齒來選擇將被用于牙科修復物的陶瓷材料的顏色。例 如，可利用色板來確定患者口中的相關牙齒的外觀，并且因此可選擇用于框架和飾面的色 調。用于框架和飾面的陶瓷或玻璃陶瓷材料的一般類型通常被選擇為滿足牙科修復物的某 些機械和美學要求，這些要求之一為所需的透明度。
[0011] 具體地講，牙科陶瓷材料的制造商通常以多種不同的色調提供一種或多種特定的 陶瓷和/或玻璃陶瓷材料，并且牙科技術人員或牙科開業(yè)醫(yī)師通常選擇最接近所需色調的 材料色調。多種方法已被嘗試用于以盡可能接近地匹配所需色調的色調來提供陶瓷材料。
[0012] 盡管用于制備牙科修復物的現(xiàn)有方法可提供多種優(yōu)點，但仍需要以節(jié)省成本的方 式和以高美學品質制備牙科修復物的方法。
【發(fā)明內容】
[0013] 在一個方面，本發(fā)明涉及一種制備牙科修復物的方法。所述方法包括以下步驟：
[0014] -提供三維基準表面的計算機模型，所述三維基準表面基于下列中的至少一者的 形狀：
[0015] -患者牙列中的待修復牙齒的牙齒結構，和
[0016] -用于牙齒的牙科修復物，
[0017] -使三維基準表面可視化；
[0018] -提供優(yōu)選地用于與三維基準表面進行交互的用戶可操作的虛擬材料沉積工具；
[0019] -利用虛擬材料沉積工具來相對于基準表面或在基準表面上（例如，在相對于基 準表面的所需位置處）沉積（計算機模擬沉積）多個計算機模擬層；以及
[0020] -為所述多個計算機模擬層中的至少兩個指定不同的牙齒顏色；
[0021] -為所述多個層中的至少一個指定虛擬材料厚度；
[0022] -為所述多個層中的至少一個指定橫向于厚度的虛擬維度；
[0023] -確定相對于基準表面或相對于沉積層的位置；
[0024] -將虛擬材料沉積工具朝向所確定的位置定位；以及
[0025] -啟用虛擬材料沉積工具以用于將所述多個層中的一個沉積在所確定的位置處。
[0026] 優(yōu)選的是，每個模擬層僅被指定一種顏色。因而可通過提供各自具有單一顏色的 若干層而非通過提供具有不同顏色的單個層來獲得顏色梯度。這可有利于例如通過使用累 疊工藝來制備牙科修復物。
[0027] 本發(fā)明為有利的，因為其優(yōu)選地允許在用于制備牙科修復物的計算機輔助工藝中 最大化牙科修復物的著色精確度。具體地講，本發(fā)明可允許在設計期間分離牙科修復物的 著色和成形任務并且在成品牙科修復物中組合顏色和形狀。例如，用于牙科修復物中的牙 科框架可具有所需的維度以便為牙科修復物提供足夠的機械穩(wěn)定性，并且牙科修復物的著 色可不影響這種機械穩(wěn)定性。另一方面，可例如在不影響牙科修復物的外部幾何形狀或牙 科框架的幾何形狀的情況下來對牙科修復物著色。本發(fā)明還允許在所有三個維度上、而并 非僅在與層厚度相關的維度上進行層疊。此外，本發(fā)明優(yōu)選地允許容易地制備所需形狀和 著色的牙科修復物。具體地講，可避免成品牙科修復物的磨削，所述磨削在一些情況下可影 響修復物的機械穩(wěn)定性或表面品質。本發(fā)明還優(yōu)選地允許將相對耐用的材料用于牙科修復 物。例如，本發(fā)明可允許使用陶瓷和/或玻璃陶瓷，同時還優(yōu)選地允許修復物具有合意地類 似于自然牙齒的著色。本發(fā)明可為進一步有利的，因為其允許通過參考存在于患者牙列中 的自然牙齒顏色來對牙科修復物著色。作為另一個優(yōu)點，本發(fā)明可允許再制備基本上相同 形狀和顏色的牙科修復物。例如，如果牙科修復物在植入到患者口中之前（例如，在焙燒步 驟（如果需要）期間）損壞，則可容易地復制此類修復物。
[0028] 在一個實施例中，所述方法還包括以用戶控制的方式來確定相對于基準表面或相 對于沉積層的位置的步驟。例如，用戶可在視覺上確定基準表面上的位置、或者此位置處的 基準表面是否已被相對于基準表面而言的最頂層上的一個或多個層覆蓋。所述方法還可包 括以用戶控制的方式來將虛擬材料沉積工具朝向所確定的位置定位的步驟。就這一點而 言，所述方法還可包括提供輸入裝置（例如，軌跡球或計算機鼠標）的步驟，所述輸入裝置 允許用戶在計算機屏幕上定位虛擬材料沉積工具。此外，所述方法可包括以用戶控制的方 式啟用虛擬材料沉積工具以用于將所述多個層中的至少一個沉積在所確定的位置處的步 驟。例如，用戶可按壓軌跡球或計算機鼠標上的按鈕以啟用虛擬材料沉積工具。所述方法 還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式啟用虛擬材料沉積工具以用于沉積多個層的多個步驟。 所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式停用虛擬材料沉積工具以停止沉積的步驟。
[0029] 在另一個實施例中，所述方法還包括優(yōu)選地以用戶控制的方式來移動已啟用的虛 擬材料沉積工具從而來增強層沉積的步驟。例如，用戶可按壓軌跡球或計算機鼠標上的按 鈕以啟用虛擬材料沉積工具從而致使沉積特定層，可持續(xù)按壓按鈕以保持啟用，并且移動 虛擬材料沉積工具以將特定沉積層增強到所需范圍。所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制 的方式停用虛擬材料沉積工具以停止增強的步驟。
[0030] 在一個實施例中，所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式來選擇沉積層的步 驟。這可例如通過由用戶將虛擬選擇工具或虛擬材料沉積工具定位到現(xiàn)有層或者通過按壓 按鈕來執(zhí)行。就這一點而言，所述方法可包括在視覺上挑染所選擇的沉積層的步驟。此外， 所述方法可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式來修改所選擇的沉積層的形狀和/或定位的步 驟。所述方法還可包括相對于所選擇的層來顯示一個或多個控制件的步驟，該步驟可允許 修改形狀（例如，通過拖動或移動形狀的部分）。所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方 式來復制所選擇的沉積層以形成新沉積層的步驟。所述方法可提供其他功能，例如，鏡像、 縮小、放大、切割、刪除、或剪切（在與任何其他計算機模型的交點處）沉積層。
[0031] 在一個實施例中，所述方法還包括提供標準牙齒色系的步驟。此牙齒色系可例如 對應于廣泛應用的VITAPAN?經典色系，其通常提供不同的牙齒顏色：Al、A2、A3、A3. 5、A4、 Bl、B2、B3、B4、Cl、C2、C3、C4、D2、D3、和D4。所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式 來為所述多個層中的至少一個指定選自標準牙齒色系的牙齒顏色的步驟?？蔀槊總€層指定 牙齒顏色，因為虛擬材料沉積工具為預調節(jié)的，以便沉積預調節(jié)牙齒顏色的層。此外，可在 沉積之后例如通過選擇特定沉積層并且為此層指定所需顏色來為每個層指定牙齒顏色。技 術人員將認識到其他標準牙齒色系同樣可與本發(fā)明一起使用。此外，所述方法可包括產生 定制的牙齒色系的步驟。
[0032] 在另一個實施例中，所述方法還包括以類似于自然牙齒顏色的顏色（例如，基于 VITAPAN?色系的標準牙齒顏色）來使所述多個層可視化的步驟。對于顏色的可視化而言， 可使用顏色校準屏幕。這可提供層和/或牙科修復物的大體現(xiàn)實的顏色表示。此外，所述 方法可包括在顏色校準計算機屏幕上測量或比較指定給層的顏色的步驟。這可允許用戶將 層的顏色精確地調節(jié)到所需顏色。例如，用戶可使用物理顏色樣本、將其設置在屏幕上、并 且將顯示在屏幕上的層的顏色與顏色樣本進行比較。用戶隨后可調節(jié)一個層或若干層的顏 色以結合顏色樣本來修改一個層或若干層的顏色。所述方法還可包括以與自然牙齒顏色范 圍相關的偽彩色范圍的顏色來使所述多個層可視化的步驟。各個VITAPAN?牙齒顏色可例 如各自被指定為全彩范圍的特定顏色，使得不同的牙齒顏色可顯示為可清晰分辨的不同顏 色。例如，基本上通過色調區(qū)分的標準色系的不同顏色可顯示為諸如藍、綠、或紅之類的顏 色，例如使得這些顏色能夠被用戶清晰地分辨。所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方 式在牙齒顏色可視化和偽彩色可視化之間切換的步驟。
[0033] 在另一個實施例中，所述方法包括優(yōu)選地以用戶控制的方式為至少兩個疊置層提 供不同的牙齒顏色以通過組合的疊置層來提供所得牙齒顏色的步驟。所述方法可包括優(yōu)選 地以用戶控制的方式為不止兩個疊置層提供不同的牙齒顏色以通過組合的疊置層來提供 所得牙齒顏色的步驟。這優(yōu)選地允許用戶將牙科修復物模型的所得顏色調節(jié)到位于任何標 準牙齒色系的級別之間的任何顏色級別。所述方法還可使用牙科修復物模型和/或患者的 一個或多個相鄰牙齒的模型的射線跟蹤。此外，可在不同的照射下（例如，從不同的角度進 行照射和/或通過使用不同的光源（點光源或面光源））來使牙科修復物模型和/或一個 或多個相鄰牙齒的模型可視化。因此，牙科修復物的顏色（例如，由各個層提供）可相對于 一個或多個相鄰牙齒進行可視化，并且任選地由用戶根據(jù)需要進行再調節(jié)。
[0034] 在一個實施例中，所述方法包括在手持裝置（例如，平板型計算機或智能電話）上 使牙科修復物模型和/或一個或多個相鄰牙齒的模型可視化的步驟。手持裝置可為無線 的。因此，可將牙科修復物模型例如發(fā)送到牙科開業(yè)醫(yī)師，所述牙科開業(yè)醫(yī)師可至少將牙科 修復物的著色與患者口中的自然牙齒進行比較。
[0035] 在一個實施例中，所述方法還包括使表現(xiàn)出基準顏色的基準物體可視化的步驟。 基準物體可對應于顯示在計算機屏幕上的色斑。此外，基準物體可對應于與牙科修復物模 型相關的患者牙列的另一個牙齒的模型。所述方法還可包括優(yōu)選地以用戶控制的方式來使 沉積層和基準物體相對于彼此（例如，朝向彼此）移動的步驟。此外，所述方法可包括優(yōu)選 地以用戶控制的方式來將至少一個層的牙齒顏色或所得牙齒顏色與基準顏色進行比較的 步驟。所述方法還可包括基于這種比較優(yōu)選地以用戶控制的方式來任選地改變至少一個層 的牙齒顏色的步驟。例如，基于這種比較，用戶可確定牙科修復物模型相對于基準物體的顏 色差異，并且因此可改變牙科修復物模型的層的顏色以大體補償這種色差。可重復這種比 較和顏色改變，直至達到層的所需顏色或者所得的牙齒顏色。還可以數(shù)據(jù)的形式（例如，所 謂" SE"值的形式）來使牙科修復物模型和基準物體之間的顏色差異可視化。
[0036] 在一個實施例中，所述方法還包括提供與患者牙列中的至少一個牙齒的一種或多 種顏色相關的顏色數(shù)據(jù)的步驟。此類顏色數(shù)據(jù)可獨立于基準表面所依據(jù)的形狀來提供。此 夕卜，可將顏色信息與基準表面所依據(jù)的形狀一起提供在例如一個數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)記錄中。此 類顏色數(shù)據(jù)可例如由牙科開業(yè)醫(yī)師以視覺方式來獲得或者通過使用顏色測量裝置來獲得， 并且在本發(fā)明的方法中可以數(shù)據(jù)形式提供。優(yōu)選的是，顏色數(shù)據(jù)還包括與特定位置處的特 定顏色有關的數(shù)據(jù)。例如，可將顏色數(shù)據(jù)設置在顏色圖譜上，所述顏色圖譜示出了被分在指 示具有特定牙齒顏色的牙齒區(qū)域中的特定牙齒的形狀。然而，此類數(shù)據(jù)還可以電子形式來 提供，例如，代表至少部分的患者牙列的形狀、包括與患者牙列處的特定位置相關的顏色信 息的數(shù)據(jù)集形式。任選的是，可以VRML(虛擬現(xiàn)實建模語言）格式來提供數(shù)據(jù)。
[0037] 在一個實施例中，所述方法還包括以用戶控制的方式來為所述多個層中的至少一 個指定虛擬材料厚度的步驟。厚度優(yōu)選地對應于在大體垂直于基準表面的維度上的層尺 寸?？衫缤ㄟ^選擇層并且指定該層的所需厚度來為該層直接指定層厚。此外，可為虛擬 材料沉積工具預先指定特定厚度以使得利用此工具沉積的層自動地獲得預先指定的厚度， 由此來為該層間接地指定層厚。然而還可為此層重新指定不同的厚度。有利的是，可以相 對于其他層和/或鄰近牙科修復物的牙齒模型的適當比例來使此層的維度可視化。因此， 每個層可具有單獨的厚度。因此，所述多個層中的至少兩個可具有不同的厚度。
[0038] 在一個實施例中，所述方法還包括以用戶控制的方式來為所述多個層中的至少一 個指定橫向于厚度的虛擬維度的步驟。在此說明書中，這種橫向維度可稱為層的大小或寬 度。類似于厚度，可同樣按照上文所述的方式來為層直接地或間接地指定層的大小。因此， 每個層可具有單獨的寬度。因此，所述多個層中的至少兩個可具有不同的寬度。
[0039] 此外，在一個實施例中，所述方法包括為所述多個層中的至少一個直接地或間接 地指定透明度/不透明度、熒光、和/或折射率的步驟。因此，牙科修復物可不僅具有不同 的所需顏色，而且還具有不同的所需透明度/不透明度、熒光、和/或折射率。這可允許用 戶設計合意地類似于自然牙齒的牙科修復物。
[0040] 在一個實施例中，所述方法還包括提供待修復牙齒的牙齒結構的計算機模型的步 驟。此類牙齒結構可涉及牙齒殘樁、牙科植入物、或牙科基臺。牙齒結構的計算機模型因此 可包括牙齒殘樁、植入物、或基臺的三維外表面的表示。牙齒結構可通過牙科修復物填補成 單個已修復牙齒（例如，可通過牙冠來填補），或者可通過牙科修復物填補成兩個或更多個 已修復牙齒（例如，牙橋）。此外，牙齒結構可包括至少兩個牙齒殘樁、植入物、基臺、或者它 們的組合例如以用于在其上固定牙橋。
[0041] 在另一個實施例中，所述方法還包括基于牙齒結構模型來提供牙科修復物的計算 機模型的步驟?？梢赃m于限定牙科修復物的形狀和顏色的數(shù)據(jù)形式來提供牙科修復物模 型。具體地講，關于顏色和形狀的數(shù)據(jù)優(yōu)選地為彼此相關的，以便相對于形狀來限定顏色的 位置。可例如由用戶基于牙齒結構模型來設計牙科修復物模型。具體地講，牙科修復物模 型可具有面向牙齒的表面，所述面向牙齒的表面在形狀方面大體對應于牙齒結構模型的形 狀或牙齒結構模型的成比例縮放的形狀。此外，牙科修復物模型可具有牙科修復物外表面， 所述牙科修復物外表面優(yōu)選地對應于成品牙科修復物的外部形狀?？赏ㄟ^利用得自數(shù)據(jù)庫 的標準牙齒模型來提供牙科修復物外表面，所述數(shù)據(jù)庫保持多個標準牙齒形狀，所述標準 牙齒形狀可進行修改以匹配患者口中的特定臨床情況的幾何約束和要求。然而，牙科修復 物外表面還可完全由用戶來設計。
[0042] 在一個實施例中，所述方法還可包括在虛擬咬合環(huán)境中使牙科修復物模型可視化 的步驟。此類虛擬咬合環(huán)境可為牙科CAD軟件的部分并且可允許模擬患者的咬合。由此， 用戶可檢查牙科修復物模型的形狀在患者的咀嚼動作期間是否適當。用戶還可基于咀嚼動 作期間的檢查來修改牙科修復物的形狀。
[0043] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述方法還包括提供由多個層（其中至少兩個層被指定 為不同顏色）構成的牙科修復物模型的步驟，例如，牙科修復物模型可完全由所述多個層 構成。這優(yōu)選地允許完全利用大體同一類型的材料來制備牙科修復物，所述材料的色調被 設計為類似于自然牙齒。例如，牙科修復物可完全由不同顏色的陶瓷材料或玻璃陶瓷材料 制成。
[0044] 在一個實施例中，所述方法還包括提供牙科飾面的計算機模型和/或提供牙科框 架的計算機模型的步驟。牙科飾面的計算機模型和牙科框架的計算機模型優(yōu)選地形成牙科 修復物模型的多個部分。例如，牙科修復物模型的形狀可用于產生牙科框架模型。具體地 講，牙科框架模型在形狀方面可對應于從外部牙科修復物模型減小特定偏移量的牙科修復 物模型。因此，牙科框架模型可包括面向牙齒的表面和面向飾面的表面，所述面向飾面的表 面從牙科修復物外表面以間隔開的方式在牙科修復物外表面的內側延伸。此外，牙科修復 物模型的形狀也可用于產生牙科飾面模型。牙科飾面模型在形狀方面可對應于從外部牙科 修復物模型減小特定偏移量的牙科修復物模型。牙科飾面模型可包括牙科修復物外表面和 面向框架的表面，所述面向框架的表面從面向牙齒的表面以間隔開的方式在面向牙齒的表 面的內側延伸。面向飾面的表面和面向框架的表面可具有彼此大體對應的形狀并且可以相 鄰或間隔開的方式進行布置以便在這兩者間布置粘結層。
[0045] 在一個實施例中，基準表面對應于牙科框架的外部形狀，具體地講，對應于面向飾 面的表面。在一個實施例中，基準表面對應于牙科修復物的外部形狀，具體地講，對應于面 向牙齒的表面。虛擬材料沉積工具可用于將所述多個層沉積在基準表面上（例如，面向飾 面的表面上或者面向牙齒的表面上）。
[0046] 在一個實施例中，所述方法包括剪切至少一個層以虛擬地切去此層中延伸到牙科 修復物外表面之外的部分的步驟。這可允許用戶將各個層在無需設計形狀的情況下施用到 牙科修復物以用于提供具有某些顏色的牙科修復物。因此，用戶可獨立地集中注意力來對 牙科修復物進行著色以及成形。這可有利于最優(yōu)化光學外觀并且同時最優(yōu)化牙科修復物的 功能特性。
[0047] 在一個實施例中，所述方法還包括提供患者牙列中的至少另一個牙齒結構或牙齒 的計算機模型的步驟。此外，所述方法可包括相對于所述多個層使另一個牙齒或牙齒結構 模型成比例地可視化的步驟。因此可允許用戶相對于另一個可視化的牙齒結構來評價牙科 修復物的顏色和形狀。
[0048] 在另一個實施例中，所述方法包括基于牙科修復物模型和構成牙科修復物模型的 各個層來制備牙科修復物的步驟。所述方法還可包括將牙科修復物的形狀和顏色信息以制 備數(shù)據(jù)的形式提供給制備機器的步驟。合適的制備機器可例如為累疊機或快速成型機，所 述累疊機或快速成型機可允許根據(jù)限定在制備數(shù)據(jù)中的形狀和顏色來累疊牙科修復物或 其前體。通過焙燒，前體可例如被精整而形成成品牙科修復物。在這種情況下，前體的著色 可并不精確地對應于成品修復物的所需著色，但成品修復物的所需著色可在例如焙燒之后 形成。
[0049] 在另一個方面，本發(fā)明整體涉及用于執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟中的任何一個的系 統(tǒng)。具體地講，本發(fā)明涉及用于制備牙科修復物的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)適于使基于患者牙列中 的待修復牙齒的牙齒結構和用于牙齒的牙科修復物中的至少一者的形狀的三維基準表面 可視化。所述系統(tǒng)包括用于相對于基準表面或在基準表面上沉積多個計算機模擬層的用戶 可操作的虛擬材料沉積工具、以及用于為所述多個計算機模擬層中的至少兩個指定不同的 牙齒顏色的著色功能。
[0050] 在一個實施例中，所述系統(tǒng)包括供用戶控制虛擬材料沉積工具的輸入裝置，例如， 觸摸屏、軌跡球、或計算機鼠標。
[0051] 在另一個實施例中，所述系統(tǒng)包括用于執(zhí)行本發(fā)明的方法步驟的計算機和軟件。 所述系統(tǒng)還優(yōu)選地包括用于使三維計算機模型（例如，牙科修復物模型、沉積層、和基準表 面）可視化的計算機屏幕。
[0052] 在另一個實施例中，所述系統(tǒng)包括例如顯示在計算機屏幕上的菜單，所述菜單具 有用于啟用和/或停用虛擬材料沉積工具的輸入。所述系統(tǒng)還可具有允許用戶在真彩色模 式和偽彩色模式之間切換的輸入，在所述真彩色模式中以類似于自然牙齒顏色的顏色來使 牙科修復物和各個層可視化，在所述偽彩色模式中可以并非自然牙齒顏色的顏色（例如彩 虹色色系的任何顏色）來使牙科修復物和各個層可視化。所述系統(tǒng)還可具有用于保持關于 標準牙齒色系的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，并且可包括用于從此標準牙齒色系選擇特定顏色的輸入。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0053] 圖1為患者牙列的物理模型的透視圖；
[0054] 圖2為患者牙列的可供選擇的物理模型的透視圖；
[0055] 圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的牙科修復物的計算機模型的透視圖；
[0056] 圖4為相對于患者牙列的計算機模型設置的圖3的計算機模型的透視圖；并且
[0057] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)的計算機屏幕的圖示。
【具體實施方式】
[0058] 圖1示出了患者牙列的物理模型10,其在此例子中可為石膏模型。可通過將石膏 材料澆注到取自患者牙齒的牙印模中來獲得此類石膏模型。然而，也可通過利用快速成型 機三維打印模型來獲得物理模型。石膏模型10顯示具有待修復牙齒11的復制品。下述說 明可涉及此復制品以解釋存在于患者牙列中的真實牙齒處的結構。
[0059] 此例子中的待修復牙齒11為具有殘樁的自然牙齒。這種牙齒殘樁具有預加工表 面12以用于形成待修復牙齒的外表面?？衫缤ㄟ^磨削掉自然牙齒物質來獲得預加工表 面。例如，在預加工過程中，可移除自然牙齒的齲齒區(qū)域或者可預加工牙齒以在其上固定用 于相鄰牙齒的修復物（例如，固定牙橋的一端部）。此外，預加工表面12通常被成形為使得 可在其上接收和固定人造牙科修復物。因此，預加工表面12通常形成保存的自然牙齒與人 造牙科修復物之間的接合表面。在示出的例子中，預加工待修復牙齒以用于接收牙冠（未 示于此視圖中）。待修復牙齒11還具有預加工邊緣13,所述預加工邊緣13形成預加工表 面12的邊界，所述預加工表面12優(yōu)選地被成形為提供已修復牙齒的目測美觀的外觀。
[0060] 可例如利用光學數(shù)字掃描儀來掃描石膏模型10,以用于提供患者牙列的計算機 模型和/或特定牙齒結構（例如，待修復牙齒11的牙齒殘樁）的計算機模型。此類掃描 儀可例如以名稱Lava?Scan ST或Lava?C. 0. S.得自德國的3M ESPE AG公司（3M ESPE AG, Germany)。優(yōu)選的是，牙齒結構的計算機模型代表牙齒11的至少預加工表面12。技術 人員將認識到用于提供牙科結構的計算機模型的若干可供選擇的方式。例如，可在患者口 中直接掃描牙齒結構以用于提供牙齒結構模型，或者可從壓印模掃描牙齒結構并且取其負 相。此外，可利用牙科CAD系統(tǒng)來設計牙齒結構。
[0061] 圖2示出了復制另一個患者的牙列的可供選擇的石膏模型20。同樣，下述說明可 涉及此復制品以解釋存在于患者的真實牙列中的結構。
[0062] 此例子中的待修復牙齒被拔掉并且替換成牙科植入物21。牙科植入物21具有植 入物頭部，所述植入物頭部形成用于接收牙科修復物的表面22。通常，牙科修復物經由基臺 固定在植入物上。因此，在可供選擇的形式（未示出）中，石膏模型可另外具有基臺的復制 品，所述基臺包括用于接收牙科修復物的表面。
[0063] 可掃描石膏模型20以用于提供患者牙列的計算機模型。掃描可具體地提供植入 物頭部表面的計算機模型，或者作為另外一種選擇提供用于接收牙科修復物的基臺表面的 計算機模型。這些表面中的任何一個可用作其上可直接或間接接收牙科修復物的牙齒結 構。
[0064] 圖3示出了牙科修復物的計算機模型30。牙科修復物模型30限定在計算機模擬 的面向牙齒的表面31和計算機模擬的牙科修復物外表面32之間。面向牙齒的表面31在 形狀方面可至少部分地對應于得自患者牙列的形狀的牙齒結構模型。因此，牙齒結構模型 可用于產生牙科修復物的面向牙齒的表面。例如，牙齒結構模型可以用戶操作的方式或者 自動地進行修改以形成牙科修復物的面向牙齒的表面，或者其可進行轉換以在基本上無需 修改的情況下形成面向牙齒的表面。因此，面向牙齒的表面31可被成形為使其匹配牙齒結 構的形狀，例如，牙齒殘樁、植入物、或基臺的形狀。此外，面向牙齒的表面31可被成形為便 于在物理牙科修復物和物理牙齒結構之間布置粘結材料，例如，面向牙齒的表面可為相對 于牙齒結構模型三維縮放的（例如，放大的）。
[0065] 牙科修復物外表面32可得自標準牙齒形狀，所述標準牙齒形狀可進行修改以匹 配患者口中的相鄰牙齒。這種標準牙齒形狀可例如選自以計算機表面模型形式保存多個標 準牙齒形狀的數(shù)據(jù)庫。標準牙齒形狀可例如由操作者利用CAD系統(tǒng)來進行修改。然而技術 人員可認識到提供牙科修復物外表面32的其他方式，例如，利用CAD系統(tǒng)來設計牙科修復 物外表面32。
[0066] 在此例子中，牙科修復物30包括牙科框架的計算機模型33和牙科飾面的計算機 模型34,但在另一個例子（未示出）中，牙科修復物模型可形成一體部件以提供單一牙科修 復物。牙科框架通常為牙科修復物提供所需的機械穩(wěn)定性，而牙科飾面為牙科修復物提供 合意的外觀。因此，牙科框架模型33形成牙科修復物的芯，并且牙科飾面模型34至少部分 地覆蓋此芯?？蚣苣Ｐ?3具有計算機模擬的面向飾面的表面35,所述計算機模擬的面向 飾面的表面35可對應于牙科修復物外表面32的維度減小的形狀。例如，計算機模擬的面 向飾面的表面35可在相對于牙科修復物外表面32大體恒定的距離處延伸。然而，在另一 個例子中，計算機模擬的面向飾面的表面35可為由用戶在CAD系統(tǒng)上設計的例如以便于滿 足物理框架的機械穩(wěn)定性要求。此外，牙科框架模型33可形成至少部分的面向牙齒的表面 31。
[0067] 飾面模型34具有面向計算機模擬框架的表面36,所述面向計算機模擬框架的表 面36在形狀方面可對應于框架模型33的計算機模擬的面向飾面的表面35。作為另外一種 選擇（未示出），飾面模型34可被成形為便于在物理框架和物理飾面之間形成粘結層，并且 因此可在相對于框架模型33的計算機模擬的面向飾面的表面35大體恒定的距離處延伸。 [0068] 技術人員將認識到，牙科飾面模型的形狀可取決于牙科修復物模型以及牙科框架 模型的形狀。作為另外一種選擇，牙科框架模型的形狀可取決于牙科修復物模型以及牙科 飾面模型的形狀。
[0069] 圖4示出了相對于患者牙列40的相鄰牙齒的計算機模型適當?shù)囟ㄎ缓蛯实难?科修復物模型30。在此例子中，牙科修復物模型30表示用于下頜中的牙齒的牙科修復物。 然而，技術人員將認識到，在其他例子中，可同樣預加工用于下頜和/或上頜中的牙齒的一 個或多個牙科修復物。
[0070] 在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的計算機顯示器上使牙科修復物模型30和鄰近或相鄰牙齒 的計算機模型可視化。具體地講，利用透明或半透明的牙科飾面模型34以及牙科框架模型 33來使牙科修復物模型30可視化。牙科框架模型33可被顯示為相對于牙科飾面模型34 更加半透明或不透明。因此，可允許用戶鑒別和區(qū)分所顯示的牙科飾面模型34和牙科框架 模型33。此外，牙科飾面模型34可被本發(fā)明的系統(tǒng)的光標穿透，而牙科框架模型33通常 不可被光標穿透并且因而可模擬實體部分。所述系統(tǒng)可為光標提供虛擬材料沉積工具（例 如，虛擬刷）的功能。此外，本發(fā)明的系統(tǒng)可被構造成使得虛擬材料沉積工具可被指定為具 有材料顏色、材料厚度、和材料寬度或尺寸。CAD系統(tǒng)可適于使得光標能夠定位在牙科飾面 模型34內并且用于沉積具有限定顏色和尺寸的虛擬材料。優(yōu)選的是，材料顏色、厚度、和尺 寸中的每一個可由用戶例如從計算機菜單（其顯示離散的預定牙齒顏色）或者從離散或連 續(xù)的調色板選擇。此類虛擬沉積的材料優(yōu)選地對應于牙科飾面模型34內的計算機模擬層。 具體地講，所述系統(tǒng)可適于使得初始層能夠虛擬地沉積在牙科框架模型33的面向飾面的 表面35上并且使得一個或多個其他層能夠虛擬地沉積到初始層上。每個層可僅部分地覆 蓋面向飾面的表面35或先前的層。因此，允許用戶為飾面模型提供單獨的不均一著色，這 可類似于自然牙齒的外觀。
[0071] 所述系統(tǒng)還可適于使得通過多個層模型（其中至少兩層具有不同的顏色）來形成 著色的牙科飾面模型。此外，所述系統(tǒng)可允許用戶初始具有大體無色的牙科飾面模型、添加 多個層模型、并且自動地產生一個或多個其他層以補充牙科飾面模型的邊界。CAD系統(tǒng)還可 允許用戶添加延伸到牙科飾面模型的邊界外面的層并且自動地剪切延伸到外面的部分。
[0072] 在一個例子中，CAD系統(tǒng)可提供允許用戶共同地調節(jié)所述多個層模型的特定顏色 參數(shù)的功能。此類參數(shù)可例如包括亮度、對比度、基色的比例等等。因此，具有相對復雜的 單獨著色的牙科飾面模型可易于調節(jié)成相鄰牙齒的光學外觀。CAD系統(tǒng)還可提供允許用戶 將所述多個層模型的基色共同地替換成另一種基色的功能。
[0073] 在另一個例子中，CAD系統(tǒng)可提供允許用戶使用牙科飾面著色的偽彩色繪制的功 能。這種偽彩色繪制優(yōu)選地導致僅具有輕微差異的各個牙齒顏色顯示為具有較清晰差異的 顏色。例如，可將VITAPAN?色系的牙齒顏色A1和A2顯示為藍色和紅色、或任何其他適當 的顏色。這可有助于用戶清晰地識別特定層相對于另一個層的邊界。因此，可最優(yōu)化成品 牙科飾面的光學外觀的品質。
[0074] 盡管在此例子中已基于具有牙科框架和牙科飾面的牙科修復物的雙部件構型來 描述根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)，但技術人員將認識到，利用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)同樣可提 供牙科修復物的單部件構型。在描述的例子中，面向飾面的表面35形成其上可沉積層的基 準表面。然而，在單部件構型中，面向牙齒的表面31可用作基準表面。因此，針對牙科飾面 模型描述的層疊可同樣地適用于整個牙科修復物模型的層疊，但僅基于形成基準表面的面 向牙齒的表面31。
[0075] 圖5示出了可通過本發(fā)明的系統(tǒng)提供的計算機屏幕的示例性布局。所述系統(tǒng)對患 者牙列的模型1000進行可視化。所述系統(tǒng)還對牙科修復物模型100的前體進行可視化（示 為虛線），在該實例中所述牙科修復物模型100的前體由牙科框架模型101、以及層疊的牙 科飾面模型103的前體形成。牙科框架模型101具有計算機模擬的面向牙齒的表面101a 和計算機模擬的面向飾面的表面101b。計算機模擬的面向牙齒的表面101a在形狀方面大 體對應于自然牙齒殘樁（未示出）的三維成比例放大的形狀，所述自然牙齒殘樁被預加工 以接收牙科修復物。相對于殘樁形狀的放大使得在殘樁和成品框架之間提供出間隙以用于 容納粘結材料，例如牙科粘固劑，所述粘結材料用于將成品框架粘附到殘樁。計算機模擬的 面向飾面的表面l〇lb被提供成基準表面，且利用虛擬材料沉積工具200在通過計算機模擬 的基準表面上沉積多個層l〇2a、102b、102c、102d。所述系統(tǒng)允許用戶在屏幕上例如經由觸 摸屏、軌跡球、或計算機鼠標來移動虛擬材料沉積工具200,并且將層施用到基準表面上或 者已沉積的層上。由此，虛擬材料沉積工具200可允許以若干小的部分來施用層，所述若干 較小部分能夠手動地或自動地合并。例如，彼此接觸并且具有相同顏色的沉積部分可通過 所述系統(tǒng)自動地合并成較大部分或一個連續(xù)層。此外，所述系統(tǒng)優(yōu)選地允許用戶例如經由 旋轉功能來自由地旋轉牙列模型1000以及牙科修復物前體模型100,所述旋轉功能可通過 旋轉按鈕201來啟用。
[0076] 層102a、102b、102c、102d中的每一個被指定為示于成分樹202中的特定牙齒顏 色。層102a、102b、102c、102d可例如以線模型的形式、以真彩色模式或偽彩色模式來進行 可視化?？衫蔑@示模式按鈕205來選擇相應的顯示模式。此外，可使用虛擬材料沉積工具 200來從提供多個標準牙齒顏色A1至D4的調色板203拾取特定顏色。所述系統(tǒng)還可提供 虛擬再著色工具204,所述虛擬再著色工具204可允許從一個層或者從兩個或更多個層的 組合拾取牙齒顏色并且將拾取的顏色指定給另一個層。例如，兩個疊置的不同顏色層可組 合地提供新合成顏色，所述新合成顏色可被再著色工具204拾取并且指定給另一個層。所 述系統(tǒng)另外優(yōu)選地允許以類似方式來處理除顏色之外的其他特性，例如，如上所述的透明 度/不透明度、層厚/尺寸等等。
[0077] 此例子中的系統(tǒng)還使相鄰牙齒110、120的模型可視化。如圖所示，所述系統(tǒng)可按 照彼此間的適當比例來使牙科修復物模型100和相鄰牙齒110U20可視化。此外，可執(zhí)行 可視化，所述可視化包括牙科修復物模型100和相鄰牙齒110U20的顏色。因此，用戶可在 不同的顯示模式之間（例如，在真彩色模式和偽彩色模式之間）切換。因此，允許用戶將牙 科修復物模型100的顏色與相鄰牙齒110、120的顏色進行比較并且任選地施加或修改牙科 修復物模型100中的層的顏色。具體地講，可利用模擬的色調和透明度梯度來使相鄰牙齒 110U20中的一者或兩者可視化。例如，相鄰牙齒120可具有表現(xiàn)出第一牙齒顏色的第一表 面部分121a和表現(xiàn)出第二牙齒顏色的第二表面部分121b。因此，相鄰牙齒110可具有表現(xiàn) 出第三牙齒顏色的第三表面部分111a和表現(xiàn)出第四牙齒顏色的第四表面部分111b。所述 系統(tǒng)可允許對相鄰牙齒110U20的顏色梯度進行色調分離，以將可存在于自然牙齒上的連 續(xù)顏色梯度轉換成基于特定標準牙齒顏色的離散顏色區(qū)。用戶可根據(jù)相鄰牙齒110U20的 第一、第二、第三和第四顏色來為牙科修復物模型100的特定層指定特定的顏色，以使得成 品牙科修復物類似于相鄰牙齒的顏色。例如，用戶可在相鄰牙齒110附近將第一層且在相 鄰牙齒120附近將第二層施用到基準表面，并且為第一層指定第三部分111a的第三顏色且 為第二層指定第一部分121a的第一顏色。因此，牙科修復物可具有匹配兩個相鄰牙齒的顏 色梯度。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)可允許提供合意地裝配在患者牙列中的牙科修復物。
[0078] 此例子中的系統(tǒng)還具有某些工具以用于對牙科修復物和/或其部件進行成形或 再成形。例如，所述系統(tǒng)可具有剪切工具206,所述剪切工具206可被啟用以切掉延伸到牙 科修復物模型100的邊界外面的部分層。因此，允許用戶在通過層疊來累積牙科修復物的 過程中集中于提供具有適當著色的牙科修復物。獨立于著色過程，用戶可最后將牙科修復 物模型剪切成其所需形狀。這優(yōu)選地有助于最優(yōu)化牙科修復物的光學外觀，并且還最優(yōu)化 牙科修復物的形狀的精確度。此外，這可有助于最大化牙科實驗室中的生產率。
[0079] 所述系統(tǒng)還可具有合并工具207,所述合并工具207可允許將兩個或更多個層合 并成一個共同層。例如，可通過選擇工具（未示出）來選擇兩個接觸層并且合并工具207 的啟用可導致所選擇的層自動地合并。其他已知的工具可得自例如現(xiàn)有的牙科CAD系統(tǒng)， 例如以商品名LAVA?CAD/CAM系統(tǒng)得自德國3M ESPE AG(3M ESPE AG，Germany)公司的牙科 CAD系統(tǒng)。
[0080] 所述系統(tǒng)還可適于提供用于制備牙科修復物的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)可包括限定牙科修 復物的形狀和/或著色的數(shù)據(jù)。例如，所述系統(tǒng)可適于為快速成型機提供數(shù)據(jù)，所述快速成 型機可適于按照由本發(fā)明的系統(tǒng)提供的形狀和對應的顏色來累積牙科修復物或其前體。
【權利要求】
1. 一種制備牙科修復物的方法，所述方法包括以下步驟： -提供三維基準表面的計算機模型，所述三維基準表面基于下列中的至少一者的形 狀： 〇患者牙列中的待修復牙齒的牙齒結構，和 〇用于所述牙齒的牙科修復物， -使所述三維基準表面可視化； -提供用戶可操作的虛擬材料沉積工具； -利用所述虛擬材料沉積工具來相對于所述基準表面沉積多個計算機模擬層； -為所述多個計算機模擬層中的至少兩個指定不同的牙齒顏色； -為所述多個層中的至少一個指定虛擬材料厚度； -為所述多個層中的至少一個指定橫向于所述厚度的虛擬維度； -確定相對于所述基準表面或相對于沉積層的位置； -將所述虛擬材料沉積工具朝向所確定的位置定位；以及 -啟用所述虛擬材料沉積工具以用于將所述多個層中的一個沉積在所確定的位置處。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括以下步驟： -任選地移動所啟用的虛擬材料沉積工具從而增強層沉積；以及 -停用所述虛擬材料沉積工具以停止沉積或增強。
3. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟： -提供標準牙齒色系；以及 -為所述多個層中的至少一個指定選自所述標準牙齒色系的牙齒顏色。
4. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以類似于自然牙齒顏色的顏色或者 以與自然牙齒顏色范圍相關的偽彩色范圍的顏色來使所述多個層可視化的步驟。
5. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括為至少兩個疊置層提供不同的牙齒 顏色以通過組合所述疊置層來提供所得的牙齒顏色的步驟。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括以下步驟： -使表現(xiàn)出基準顏色的基準物體可視化；以及 -將至少一個層的牙齒顏色或者所得的牙齒顏色與所述基準顏色進行比較；以及 -基于所述比較，任選地改變至少一個所述層的牙齒顏色。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括提供與所述患者牙列中的至少一個 牙齒的一種或多種顏色相關的顏色數(shù)據(jù)的步驟。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括為所述多個層中的至少一個指定以 下參數(shù)中的至少一個的步驟： _透明度；和 _折射率。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟： -提供所述待修復牙齒的牙齒結構的計算機模型；以及 -提供基于所述牙齒結構模型的所述牙科修復物的計算機模型。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括以下步驟： -提供牙科飾面的計算機模型；以及 -提供牙科框架的計算機模型； -其中所述牙科飾面的計算機模型和所述牙科框架的計算機模型形成所述牙科修復物 模型的多個部分。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中所述基準表面對應于所述牙科框架的外部形 狀，并且其中所述虛擬材料沉積工具用于將所述多個層沉積在所述基準表面上。
12. 根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟： -提供所述患者牙列中的至少另一個牙齒結構或牙齒的計算機模型，以及 -相對于所述多個層使所述另一個牙齒或牙齒結構模型成比例地可視化。
13. -種用于制備牙科修復物的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)適于使三維基準表面可視化，所述三維 基準表面基于下列中的至少一者的形狀： -患者牙列中的待修復牙齒的牙齒結構，和 -用于所述牙齒的牙科修復物， 所述系統(tǒng)包括用于相對于所述基準表面沉積多個計算機模擬層的用戶可操作的虛擬 材料沉積工具，以及用于為所述多個計算機模擬層中的至少兩個指定不同的牙齒顏色的著 色功能。
14. 根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，包括供用戶控制所述虛擬材料沉積工具的輸入裝 置。
【文檔編號】A61C13/00GK104114125SQ201280063033
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權日:2011年12月22日
【發(fā)明者】M·科藤, H·邁爾, G·舍希納, H·豪普特曼 申請人:3M創(chuàng)新有限公司