内容简介

本书以浙江工业大学数字化医学团队在十多年数字化技术在口腔医学方面的应用研究成果和教学经验积累为主线，总结了数字化口腔医学的概念、构架和技术组成及发展趋势，详细介绍了口腔生物力学分析、数字化牙种植、数字化颌骨缺损重建、植入体优化设计、数字化正畸及数字化修复等方面的内容。全书共由8章组成：第1章绪论介绍了口腔医学中的主要数字化技术及其在口腔医学中的发展历史、主要应用领域与现状；第2章介绍了颌骨模型及下颌骨生物力学有限元模型构建技术，可供学生学习CT图像处理、下颌骨三维模型构建及生物力学建模和分析方面的基础知识；第3章介绍了数字化牙种植技术，可供学生学习数字化植牙方面的基本知识；第4章介绍了下颌骨数字化精确重建技术，可供学生学习下颌骨重建技术的基础知识；第5章介绍了下颌骨新型植入体拓扑优化设计及制备，可供学生学习优化设计、生物力学分析等方面的基础知识；第6章介绍了数字化正畸技术，可供学生学习数字化正畸方面的基础知识；第7章介绍了可摘局部义齿的数字化设计与制作技术，可供学生学习义齿设计、制作方面的基础知识；第8章对全文进行了总结与展望。本书可作为机械工程、口腔医学专业的本科生和研究生选修课的教材。

目录

1. 绪论  

1.1口腔医学中的主要数字化技术

1.2 数字化技术在口腔医学中的发展历史

1.3数字化技术在口腔医学中的主要应用领域及现状

课后思考与练习

2．颌骨模型及下颌骨生物力学有限元模型构建技术 

2.1 三维模型-医学图像处理及口腔模型重建

2.2下颌骨生物力学有限元建模

（1）基于参数曲面的有限元建模技术；（2）基于三角曲面的有限元建模技术

2.3下颌骨生物力学有限元分析应用实例-个性化3D内固定板的优化设计

课后思考与练习

3. 数字化牙种植技术  

3.1 种植牙技术概述

自由手、静态导航、动态导航

3.2 数字化牙种植技术流程

（1）建模；（2）方案设计；（3）导板设计与打印；（4）配套工具

3.3 数字化牙种植案例

（1）黏膜导板与即刻负重；（2）截骨导板与骨支持导板；（3）微创即刻复重

3.4牙种植技术发展趋势

人工智能，大数据，机器人

课后思考与练习

4．下颌骨数字化精确重建技术 

4.1 下颌骨重建技术概述

4.2 基于腓骨瓣的下颌骨精确重建技术流程

（1）建模；（2）手术方案设计；（3）手术导板设计与打印

4.3 腓骨瓣不同高度部位对下颌骨生物力学性能的影响

4.3 下颌骨精确重建应用案例

课后思考与练习

5．下颌骨新型植入体拓扑优化设计及制备

5.1 下颌骨缺损重建的生物力学原则

5.2 下颌骨重建复合结构植入体的优化设计及制备

5.3 下颌骨钛合金个性化植入体的动物实验（比格犬）

5.4 PEEK/PEKK材料在下颌骨植入体中的应用前景

课后思考与练习

6. 数字化正畸技术 

5.1 正畸矫治中的生物力学基础

5.2 正畸数字化仿真（基于牙周膜应力的精确计算）

5.3 正畸矫治力的检测（含动态测量）

5.4 基于形状记忆材料的精确正畸

5.5 基于3D打印的舌侧正畸技术

课后思考与练习

6. 可摘局部义齿的数字化设计与制作技术 

6.1 可摘局部义齿的传统制作流程

6.2 可摘局部义齿的数字化流程

6.3 义齿支架的数字化设计

6.4 义齿支架的3D打印与后处理

6.5 临床应用案例

课后思考与练习

7. 总结与展望 

试读

5.4.2 钛合金复合结构植入体的制备

使用RENISHAW（Renishaw plc., Gloucestershire, UK）品牌AM 400型号的SLM 3D打印机（如图5-15(a)所示）来完成钛合金复合结构植入体的制造。使用的钛合金（Ti6Al4V）粉末的平均粒径为30 μm。打印工艺参数为：激光光斑直径70 μm；铺粉层厚度50 μm；扫描速率0.6 m/s；激光功率400 W；曝光时间125 μs。

使用3D Systems（3D Systems Inc., Valencia, CA, USA）品牌Sinterstation HiQ + HS型号的SLS 3D打印机（如图5-15(b)所示）对植入体两端的比格犬下颌骨使用尼龙12材料进行成型。打印工艺参数为：激光光斑直径400 μm；铺粉层厚度100 μm；扫描速率1.5 m/s；激光功率50 W；曝光时间100 μs。

图 5-15 3D打印机

完成SLM成型后，首先将钛合金复合结构植入体从基板上移除之前进行退火处理，退火能释放SLM成型的植入体内部残余应力，提高植入体的塑性。退火过程需始终在氩气保护下进行，以避免植入体与空气/氮气接触（否则可能会发生氮脆化）。退火工艺曲线如图5-16(a)红色曲线所示：将热处理炉设置在90分钟内加热到730~850 ℃；在730~850 ℃下保温2小时；炉冷至350 ℃；关闭氩气，待冷却至室温后取出植入体。

随后将带有植入体的基板安置在线切割机（如图5-16(b)所示）中切除与基板相连的支撑。使用钳子钳断与植入体相连的支撑。此时的植入体表面会有很多因支撑剥离而残留的支撑痕，可用硬质合金钨钢打磨头进行打磨。

为了去除残留的粉末颗粒，使用金刚玉（Al2O3）对植入体进行喷砂处理（如图5-16(c)所示），之后在25 ℃的蒸馏水中进行超声振荡10分钟以清洁微孔内的残留颗粒。接着将植入体放置在超声振荡中在80 ℃下进行酸蚀（25ml HCl+25 ml H2SO4+50 ml H2O）30分钟，随后置于25 ℃的蒸馏水中进行超声振荡10分钟以去除酸性液体。然后将植入体放置在超声振荡中在80 ℃下进行碱蚀（25ml 70% HNO3+50 ml H2O+2 ml 47% HF）5分钟，清洗后用氮气吹干。最后将植入体放置在磁力抛光机中，使用增白剂和水溶性抛光液对植入体进行增白、抛光。

图 5-16 后处理过程

由于SLM成型过程的温度非常高，会影响个性化植入体的孔隙和连接支柱尺寸。在本研究中，使用高速摄影仪（VW-6000, Keyence, Osaka, Japan）和电子秤来研究SLM成型过程中植入体塑型单元和生长单元孔隙尺寸的变化。同时将钛合金复合结构植入体装配到比格犬尼龙下颌骨模型上以预演临床植入手术。

经过后处理的钛合金复合结构植入体如图5-17所示。通过图片可以看出：植入体的整体尺寸保持完好，所有特征基本形成。用手触摸植入体各个特征表面，手感光滑。

图 5-17 钛合金复合结构植入体

植入体外表面的光学显微图像如图5-18所示。从图中可以看出：塑型单元和生长单元孔隙清晰可见，结构良好，支柱连续。然而，由于经过酸蚀碱蚀处理，孔径比设计的稍大。总体来说，由SLM成型的多孔质量令人满意。

图 5-18 钛合金复合结构植入体的光学显微图像

图5-19(b)显示了经酸蚀碱蚀处理后植入体的质量为11.61 g，与处理前的（图5-19(a)，12.32 g）相比，质量减轻了5.8%。这是由植入体内部结构中残留的钛合金粉末颗粒经超声震荡仪震出及结合较弱的未熔融的钛合金粉末颗粒经酸蚀碱蚀处理脱落造成的。

图 5-19 钛合金复合结构植入体的重量

将金属复合结构植入体安装到比格犬尼龙下颌骨模型上，其装配图如图5-20所示。从图中可以看出：金属复合结构植入体与两端健康颌骨的匹配效果良好，实物装配效果与计算机设计的方案高度吻合。

图 5-20 钛合金复合结构植入体与尼龙下颌骨模型的装配图

对钛合金复合结构植入体、钛钉及螺丝刀等进行高温高压灭菌，对截颌骨导板使用碘伏消毒后打包备用（如图5-21所示）。

图 5-21 打包材料

5.4.3 动物试验及评价

选用年龄18个月，体重13~15 kg，颌骨形态发育良好的比格犬3只作为实验动物，雌雄不限（由浙江省中医药大学动物实验研究中心提供并进行饲养）。

在全麻状态下，拔除比格犬下颌右侧4颗磨牙。步骤如下：术前12小时禁饮食，对比格犬注射速眠新Ⅱ（0.1 ml/kg）进行全身麻醉，并采用0.5-2%异氟烷通过气管插管方式维持全身麻醉状态（如图5-22所示）；麻醉成功后，采用左侧卧体位并固定四肢置于手术台上；常规铺巾，采用碘伏对比格犬牙龈进行消毒，使用牙龈分离器、探针等器械完成牙龈与牙齿的附着分离；使用挺喙挺松右侧2颗磨牙（如图5-23所示），使用牙钳将挺松的2颗磨牙连同牙根完整拔出；对拔牙后的牙槽窝进行处理；术后给予比格犬肌注抗生素（青霉素，160万U/d）3 d，每天1次。

图 5-22 麻醉

图 5-23 拔除牙齿

拔牙后3个月，待拔牙窝牙槽

前言/序言

随着医疗技术的发展和人们生活水平的提高，传统以二维影像为基础的诊断和依赖医生操作经验的治疗方式已经不能满足口腔疾病诊疗的精准度要求。近年来，以医学图像为基础的三维模型重建、数字化手术方案设计、生物力学分析、个性化手术工具的设计与3D打印制备、个性化植入体及修复体的设计等数字化技术在口腔医学中得到了广泛应用，显著提高了口腔种植、颌骨缺损重建、口腔正畸等口腔疾病诊疗的精准度和治疗效率及良好的远期效果。

本书作者多年来一直专注于数字化技术在口腔医学中的应用研究，是国内较早开展数字化口腔种植技术、数字化颌骨缺损修复重建技术、数字化精准正畸等方面研究的团队，在医学模型重建、生物力学有限元分析、医学3D打印等方面取得了一定的成果，并大量临床应用，本书就是对相关成果的总结。全书共分为8章：第1章绪论介绍口腔医学中主要的数字化技术及其在口腔医学中的发展历史、主要应用领域与现状；第2章介绍颌骨模型及下颌骨生物力学有限元模型构建技术，包括CT图像处理、下颌骨三维模型构建及生物力学建模和分析；第3章介绍数字化牙种植技术，包括三维模型重建、种植方案设计、手术导板设计与3D打印及临床案例；第4章介绍下颌骨数字化精确重建技术，包括颌骨三维模型重建、手术方案设计、手术导板设计与打印及临床案例；第5章介绍下颌骨新型植入体拓扑优化设计及制备，包括拓扑优化设计、生物力学分析及检测、植入体设计与制备等；第6章介绍数字化正畸技术，包括正畸生物力学有限分析及测量、正畸方案设计与实施等；第7章介绍可摘局部义齿的数字化设计与制作技术；第8章对全文进行了总结与展望。

 本书内容相关的研究工作先后得到了国家自然科学基金（52175280，51775506，51375453，50905164）、浙江省自然科学基金（LY13E050017，Y2090835）资助。

 本书由浙江工业大学刘云峰、程康杰和仵健磊合著。研究生徐健斌、廖文清、周根、彭文明、范莹莹、袁子茜、何传鑫等为本书做了大量工作，在此表示衷心感谢。本书的临床案例由长期以来的医疗合作伙伴浙江医院的张建兴主任、浙江大学医学院附属口腔医院的朱赴东主任、浙江大学医学院附属第一医院的朱慧勇主任、浙江大学医学院附属第二医院的董研主任、杭州国大口腔的邵现红主任等提供，对长期以来给予大力支持的口腔临床专家在此一并表示感谢！

 由于作者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者提出宝贵意见。