国产口腔修复CAD_CAM系统的研究与开发

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器材与设备国产化

国产口腔修复CAD2CAM系统的

研究与开发

吕培军　李彦生　王勇　邹波　赵建江　张震康

【摘要】　目的　开发具有我国自主知识产权的口腔修复体的计算机辅助设计与辅助制作系统。方法　利用自行研制的3轴三维激光扫描仪获取全牙列28颗标准牙冠的形态数据。利用Matlab513作为数据处理和程序开发平台,对数据进行处理,同时在牙冠表面定义特征区和特征点并进行各种变换和调整。用Surfacer1015作为开发平台,进行修复体设计程序的研究与开发。用国产315轴的数控加工设备进行修复体加工。结果　建立了国人28颗标准牙冠的三维图形数据库。开发了咬合形态调整和修改程序。初步实现了冠修复体的计算机辅助设计全过程并完成了其计算机辅助制作的全过程。结论　本项实验系统的研制成功表明,我国学者已掌握了口腔修复CAD2CAM的基本理论、数学描述、技术和制造工艺。为进一步的产业化开发奠定了基础。

【关键词】　计算机辅助设计与辅助制作;　牙冠;　牙测量学

33TheresearchanddevelopmentofCAD2CAMsysteminrestorativePeijun,,WANGYong,ZOUBo,ZHAOJianjiang,ZHANGZhenkang.forDentalComputing,MinistryofHealth,Pekingf,,【Abstract】　TAD/Ctheautonomicintellectualproperty.Method　28a32Dlaserscanner.AsadevelopmentplatformtheMatlab5.3data,alsobeusedtodefinethecharacterizedareasonthesurfacesofthecrownsandthecrownsform.ThesoftwareofSurfacer1015todevelopanewCADsoftwareforfixedprosthetics,andthe315axisnumericalcontrolledmachinetomanufacturetheprostheticswereused.Result　Itisthefirsttime,the3DgraphicdatabankofChineseteethcrownswithastandardformwasestablished.Asoftwareoftheocclusaladjustmentandtheformmodificationweredeveloped.Itisalsothefirsttime,theauthersrealizedthewholeprocesstousetheCAD2CAMforthemanufactureofacrown.Conclusion　Thesuccessfulresultshows,thatwehavealreadymasteredwellthebasetheory,themathematicsmethod,thetechnologyofaCAD2CAMsystem.Itprovidesthebasicsforthefuturedevelopment.

【Keywords】　Computeraideddesign2computeraidedmanufacture;　Crowns;　Odontometry

　　20世纪70年代初期,法国学者FrancoisDuret开

创性地将计算机辅助设计(computeraideddesign,

CAD)和计算机辅助制作(computeraidedmanufacture,

CAM)技术用于口腔修复体的设计与制作之中。目

前国外已有10余种相关产品在市场上销售[123],其

中近年推出的系统占50%以上。但国内在这方面

的研究却仍局限于基础理论和基本方法的探讨阶

段[428]。

基金项目:北京市科委重大科技项目基金(H010910200112)、国

家“863”计划基金(9804222)和国家自然科学基金(39870842)资助项目

作者单位:100081北京大学口腔医学院卫生部口腔医学计算机

应用工程技术研究中心(吕培军、王勇、邹波、赵建江、张震康);北京

工业大学机械学院(李彦生)我们经过多年的研究和不懈的努力,初步开发出我国第一个具有自主知识产权的,用于口腔修复体(冠、桥、嵌体和贴面)制作的计算机辅助设计与辅助制作实验系统。并成功地用其设计、制作出人工冠修复体。本项成果部分内容已获得国家专利(专利号ZL1997220475.X)。材料与方法一、口腔修复CAD2CAM系统组成该系统由数据获取设备、标准牙冠三维图形数据库、修复体设计程序(CAD)、数控加工设备和控制程序(CAM)组成。(一)数据获取

368 1.三轴牙颌模型三维激光扫描仪(由作者自行

研制开发)。

为克服多数激光测量系统存在较大扫描盲区的

缺陷,我们在原有的D1012L2Scanner三维激光扫描系统基础上,重新设计和开发了新一代D1022L2Scanner激光扫描系统。其主要技术参数为:可扫描空间(90×90×50)(mm)3,机械平移精度(01005±01002)mm,转动精度013°±0101°,光学深度分辨率0105mm,精度011mm,单个模型扫描时间≤12min。扫描盲区小于物体表面积的015%。置。牙冠位置确定后,即可在牙冠的表面选取特征区,为下一步牙冠表面局部变形做准备。以Matlab格式保存为可编辑数据(图1)。(4)标准牙冠三维形态数据库的完成:由于石膏牙冠模型比天然牙大,因此,要使标准牙冠数据具有普遍性,须用国人平均数据来取代原石膏牙的尺寸数据。我们采用王惠芸[9]的恒牙测量统计数据中的牙冠冠长、冠宽及冠厚的平均值,输入以代替原有牙冠模型的z、x、y(近远中径、颊舌径和龈　径)值。用牙冠形态变换调整程序依次处理后,得到28颗比例

正确的标准牙冠的图形数据,从而建立了国人标准牙冠的三维形态数据库(图2)。

(三)修复体的辅助设计程序(CAD)

在修复体辅助设计程序的研制开发中,采用美

国Imageware公司的Surfacer系统作为开发平台,初步完成了修复体设计程序的开发(图3)

。为适合牙颌模型的几何形态特点和可能具有的倒凹区,我们为扫描仪特别设计了一套独特的机械伺服装置,其扫描工作平台由3个步进电机控制:水平旋转、垂直旋转和水平移动。在竖盘的前方与其水平转轴等高的位置是点激光源和2个CCD(CoupledChargedDevice)镜头,CCD镜头的光轴相互

垂直且与激光束成45度角。进行测量时,固定在竖盘上的模型可在水平和垂直2个方向上产生转动,在水平方向上产生平移,使被测量物体表面分成层,每层上取1200个数据点,2.(3.(二)建立标准牙冠三维图形数据库的方法

1.牙冠三维图形处理软件:以Matlab513作为

数据处理和程序开发平台,我们自行研制开发了:①牙冠三维数据预处 …… 此处隐藏：4690字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……