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口內掃描系統,假牙數位製造服務

  金屬中心開發的口掃機,雷射掃描牙齒示意圖。

金屬中心開發的口掃機,雷射掃描牙齒示意圖。(圖:金屬中心提供)

解密科技寶藏
創新科技專案/高值牙科植入物創新研發與口內掃描系統

你有去看過牙齒嗎?從開始長牙、拔牙、蛀牙、戴牙套、洗牙,到植牙、裝假牙,牙科在人生的每一個階段,時時都切入生活。然而,過去非常仰賴手工技術的牙醫行業,隨著電腦化和各式製程技術的開發,牙科零件和工具器械,已經是精益求精,不僅顧及到美觀和功能,更趨向客製化、數位化的製作,而牙科的臨床診斷和治療,也加入各種軟體和影像輔助。簡言之,從電腦化、客製化、到產品設計和製造,牙科產業趨向於建立一個完整的解決方案。

而牙科產品的設計,如同其他醫療產品的開發,很重要的一環就是整合臨床醫師和患者的意見。財團法人金屬工業研究發展中心,林志隆副執行長領導的技術研發團隊,就整合了牙醫師臨床經驗和患者的想法,做為創新產品的基礎,進而設計、製造牙科植入物和使用器械,以及開發3D口內掃描系統,建立牙科假牙製造的完整服務,同時,輔導業者就此技術移轉做產業轉型,經營高附加價值的牙科醫材產品。

牙科植入物

在植牙過程中,很重要的一個就是牙根植入物和其上方要套上牙冠的支台。看似已經很成熟的產品,但長期牙周病的缺牙患者,其牙槽骨萎縮,骨量不足,骨脊寬度過窄,就需要特殊設計的窄牙根植體和穩固度較強的植體,於是乎要開發這樣的產品,從設計、產品測試到量產的製程技術,都需要完整能量。針對此需求,財團法人金屬工業研究發展中心,林志隆副執行長領導的技術研發團隊就設計了(1)高強度鈦金屬窄植體(2)高穩固度陶瓷植體,以及針對其防鬆脫和使用上的疲勞測試..等建立完整方案;此外,也考慮到植入物和生物體表現接觸的影響,對牙根植體的表面做生物機能化處理,將骨生長因子BMP-2透過矽烷化表面處理附著在植體表面,進行體內動物實驗,以期增進植體表面和骨頭的接觸面積;另外也兼顧量產的良率和產品的生物相容性。除了特殊設計的窄牙根植體,也需要配合這種植體使用的手術器械,因此也設計了像是窄植體器械組和耐磨耗的陶瓷深度鑽。

金屬中心開發的窄植體器械組設計和鈦金屬窄植體加工實體。

金屬中心開發的窄植體器械組設計(左圖)和鈦金屬窄植體加工實體(右圖)。(圖:金屬中心提供)

口內掃描系統

有了上述設計製做好的牙根植入物,手術植入後,就需要牙體贗復的工作,像是製作牙冠牙橋,這時候電腦數位建立牙齒骨槽和牙齒模型,利用牙科電腦斷層掃描(Dental CT)、口內外掃描器的影像或資料來建立數位模型,不只可以做為醫師和患者之間很好的溝通工具,藉由軟體的模擬和修正模型後,再進行製作,也可提高產品的精度和增加產品對患者的相容性,整體減少治療時間。為此,金屬中心特開發手持式口內掃描系統和3D建模以及雲端軟體系統,從硬體設計到軟體服務和市場佈局。然而,口內掃描系統不比一般的物體掃描,開發上最困難部份,就是要把產品設計得很小,可以做口內完整掃描。為此,產品設計有兩條光路系統,一為雷射光源投射取像模組,另一為具高成像品質的感測器模組;光源經過反射鏡投射到待掃描物表面,再射入另一反射鏡,回傳到感測器,這時候安排錯開這兩條光路系統,以三角法相對位置進行取像。而雷射光光源為線掃描,光投射到的位置僅能提供線輪廓資料,為了要能得到三維模型資料,掃描器內設計有馬達傳動機構,可以直線移動掃描光源和旋轉反射鏡片取像,進而將取得的所有2D資料,堆疊成3D資料。這個手持口內掃描系統的頭部,也就是掃描頭截面約21.5mmx22mm,掃描範圍30mm,取像模組移動速度約每秒約25mm,掃描精度約30µm。這樣的條件下,掃描整個單一上顎或下顎的時間約一分半鐘。

數位假牙製造服務

掃描取得的資料,透過金屬中心開發的術前規劃軟體系統,可以建立牙體參考設計標準檔,做編修和牙體模型曲面干涉分析,進行假牙設計。未來,金屬中心和技轉的廠商計畫要推廣口內掃描機給全世界的牙醫診所,讓他們使用這種非賣型的手持式口內掃描機,但是掃描後的檔案需經過雲端傳回口內掃描機的設計中心,經過數位加工中心,搭配先前建立的牙體製造能量,進行牙體製造。藉由這種整體解決方案的服務,讓台灣的數位牙體業者,能將假牙製造服務擴展到全球。

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文章參考:財團法人金屬工業研究發展中心/解密科技寶藏
圖片來源:財團法人金屬工業研究發展中心/解密科技寶藏
影片來源:DTT 解密科技寶藏

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