CN102170837A - 用于提高颅面骨密度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高受试者的牙齿和/或其他颅面区域的骨生长的方法。该方法包括给予受试者的颌骨和/或牙齿以频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.00g的机械振动，该机械振动可在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。本发明还涉及向牙齿传递高频率低强度的力的装置。

Description

用于提高颅面骨密度的方法和装置
本申请要求于2008年9月9日提交的美国临时专利申请第61/095,434号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于提高颅面骨密度的方法和装置。
背景技术
骨骼系统能够通过细胞和形态适应对其机械环境做出反应(Omar等，“Effect of Low Magnitude and High Frequency Mechanical Stimuli on Defects Healing in Cranial Bones”，J.Oral Maxillofac Surg.66：1104-1111(2008)；Garman等，“Low-level Accelerations Applied in the Absence of Weight Bearing Can Enhance Trabecular Bone Formation”，J.Orthop.Res.25：732-740(2007)；Rubin等，“Mechanical Strain，Induced Non-invasively in the High-Frequency Domain，is Anabolic to Cancellous Bone，But Not Cortical Bone”，Bone 30：445-452(2002))。该机械环境所包含的具有成骨作用的各要素中的一种是作用力的频率。已经表明，高频率的力(即使低强度)能够刺激骨形成并增加骨质量。此外，已经表明，全身振动对承重的骨骼部分具有潜在的成骨作用。
已经设计有振动板以传递高频率低强度的力，从而增加对承重的骨骼具有潜在的成骨作用的全身振动(Garman等，“Low-level Accelerations Applied in the Absence of Weight Bearing Can Enhance Trabecular Bone Formation”，J.Orthop.Res.25：732-740(2007)；Rubin等，“Mechanical Strain，Induced Non-invasively in the High-Frequency Domain，is Anabolic to Cancellous Bone，But Not Cortical Bone”，Bone 30：445-452(2002))。例如，授予McLeod等的美国专利No.5,273,028披露了一种全身振动装置，该装置产生振动范围在10-100赫兹(优选10赫兹至50赫兹之间)、峰值加速在0.05g至0.5g的机械刺激，以提高下肢骨骼和中轴骨骼的承重骨骼的骨密度。为进一步舒适地使用，授予McLeod等的美国专利No.7,202,955对同样的设计(即，患者站在台子上)进行了改进。尽管在小的临床试验中全身振动获得了成功，但是上述设计具有明显的限制：它通过站在振动盘上来对下肢骨骼和中轴骨骼的承重的骨骼施加作用(Garman等，“Low-level Accelerations Applied in the Absence of Weight Bearing Can Enhance Trabecular Bone Formation”，J.Orthop.Res.25：732-740(2007))。
为弥补这些不足，对非承重的骨骼，已经考虑除了高频率低强度的力之外的其他方式。这些方式中的一些包括超声(例如，授予Duarte等的美国专利No.4,530,360)、电场(例如，授予Ryaby等的美国专利No.4,266,532、No.4,266,533和No.4,315,503)、和磁场(例如，授予Kraus等的美国专利No.3,890,953)(Rubin等，“Mechanical Strain，Induced Non-invasively in the High-Frequency Domain，is Anabolic to Cancellous Bone，But Not Cortical Bone”，Bone 30：445-452(2002)；和Ward等，“Low Magnitude Mechanical Loading is Osteogenic in Children with Disabling Conditions”，J.Bone Miner.Res.19：360-369(2004))。这些技术利用具有压电效应的高频电场，但并不施加任何力于牙齿上。事实上，是由美国专利No.5,496,256建议在牙科应用中使用高频率的超声波(而不是机械刺激)来增加骨形成的。这些装置的问题是它们复杂、昂贵，并需要为每个个体单独定制。这些装置的复杂性使得它们作为预防和/或治疗方法的应用不切实际。此外，人们还没有研究高频率的机械刺激对颌骨的影响。这一点很重要，因为牙槽骨质丢失是数百万人的问题。
此外，已提议将高频率低强度的力用于正畸患者。特别是，授予Mao的美国专利No.7,029,276提议将频率在8赫兹至40赫兹的非常重的力(5牛)直接施加到与每颗牙齿相连接的带子上，以更有效地移动牙齿。然而，Mao的设计对于临床应用是非常不切实际的，并施加这样的过量的力可能对于支持牙周组织(包括骨)是破坏性的。
也有人采用通过非常复杂的设计来传递高频率低强度的力的方法来缩短骨折愈合时间(见，例如，Wolf等，“Effects of High-Frequency，Low-Magnitude Mechanical Stimulus on Bone Healing”，Clin.Orthopaedics ReI.Res.385：192-198(2001)；Chen等，“The Effects of Frequency of Mechanical Vibration on Experimental Fracture Healing”，Zhongua Wai Ke Za Zhi 32(4)：217-219(1994)(中文文章)；授予McLeod等的美国专利No.6,022,349)。然而，这些装置是设计用于骨折的稳定和愈合的，这与本申请所要求保护的设计有很大差异。最近，在Omar等人撰写的文章(“Effect of Low Magnitude and High Frequency Mechanical Stimuli on Defects Healing in Cranial Bones”，J.Oral Maxillofac Surg.66：1104-1111(2008))中，使用一种装置以30赫兹的频率、0.3g的加速度峰值来传递振动，该装置是由McLeod等人设计的(见授予McLeod等的美国专利No.5,273,028)。Omar等人施加该力以加快在颅骨缺损中的骨愈合过程。虽然这篇文章支持了这样的发现——高频率的力有能力加快颅骨中的骨愈合，但是这篇文章未能解决如何能够将这种成骨刺激转移到颅骨的问题。在他们的研究，Omar等人将一笼小鼠置于振动盘上，当小鼠们躺在笼中时，振动盘就把高频率的力(即，30赫兹、0.3克力)提供到骨上了。虽然Omar等人能够缩短骨愈合时间，他们并没有表明，这样做在没有骨损伤时能够改善骨密度。
本发明旨在克服现有技术中的这些和其他缺陷。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种提高受试者的牙齿和/或其他颅面区域的骨生长的方法。该方法包括给予受试者的颌骨和/或牙齿以频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
本发明的另一个方面是牙刷。该牙刷包括：细长手柄、延伸自所述手柄的多个刷毛、延伸自所述手柄的具有硬质表面的突起部、以及与所述手柄相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
本发明的又一个方面是咬合板。该咬合板包括：适合放置于受试者的口腔中相对的上下牙齿之间的表面、延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部、以及与所述表面相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
本发明的又一个方面是按摩装置。该按摩装置包括：适合放置在与受试者的颌骨或牙齿相对位置处的表面、延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部、以及与所述表面相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
本发明提供了一种用于将高频率低强度的力施加到牙齿上以提高齿槽骨的骨密度的独特技术。本申请所要求保护的方法和设计的一个独特的特征是它们通过施加到牙齿(而不是直接施加到骨)来实际地使牙齿和周围相邻的骨的骨密度得以提高。
总的来说，临床医生所关注的齿槽骨(即牙齿周围的骨)的健康问题有两方面。第一，如何预防骨质流失，第二如何治疗骨质流失。预防牙齿周围的骨发生骨质流失是当前牙科的主要问题，对于该问题仍至今没有找到解决方案。这一点很重要，因为骨质流失最终将导致牙齿脱落，并进一步使得通过不同的牙科手术(如，植入)来更换牙齿变得非常困难、或是在某些情况下不可完成。本发明的设计首次利用了高频力对成骨作用的效果方面的已有研究、并进一步将这种科学发展到颅面骨骼区域。本发明提供一种用于改善颅面区域的骨质和骨量的方法，该方法是一种非侵入性的方法，并且其具有成本有效性。使用简单的用具日常施加可以改善牙槽骨的健康，并防止进一步的骨质流失。此外，在已经发生骨质流失的情况下，这种非侵入性的成骨性刺激可以有助于提高骨质和骨量。
目前对于骨质流失的治疗大多是应用植入物的外科手术，这些植入物不仅价格昂贵，而且是侵入性的，会带来不可预知的结果。此外，治疗骨质流失的其他方法(如，超声或磁装置)对于使用来说非常复杂和昂贵。本发明不仅可以不采用任何植入物即能够提高骨密度，并且可以与移植材料或其他牙科手术(如，植入)相结合，以提高骨形成的可能性和获得成功的结果的可能性。这种生理的刺激将为成骨细胞创造一种环境以表达出最大的成骨作用效果。
附图说明
图1A和图1B是根据本发明的牙刷的透视图。图1A示出单独的牙刷，而图1B示出在牙齿上使用的牙刷。
图2A-图2C是根据本发明的牙刷头的不同实施方案的透视图，其中，在图2A中，具有硬质表面的突起部位于刷毛的中央；在图2B中，具有硬质表面的突起部部分突出到刷毛中；在图2C中，具有硬质表面的突起部与刷毛彼此分离。
图3A和图3B是根据本发明的咬合板装置的透视图。
图4A和图4B是根据本发明的按摩装置的透视图，图4A是分解图，图4B是装配图。
图5A和图5B示出根据本发明的按摩装置在牙齿上的应用。
图6A-图6G是根据本发明的牙刷、咬合板和按摩装置的透视图，其中所述牙刷、咬合板和按摩装置可以从单元安放部件上拆卸下来，所述单元安放部件驱动所述牙刷、咬合板和按摩装置。
图7是根据本发明装置的手柄的示意图，该手柄的外壳有部分被截去，该图示出了机械振动源。
图8A和图8B是模拟颌骨和试验颌骨的显微CT图像。所生成去皮质网化(decorticortomized)颌骨的三维图像示出试验样品(图8B)的小梁的厚度和密度均比模拟样品(图8A)的大。
图9A和图9B是用苏木精和曙红对模拟(即，对照)样品(图9A)和试验样品(图9B)染色了的上颌的牙齿和骨的矢状截面的光学显微镜图像。
图10A-图10D是上颌和下颌的牙齿和骨的矢状截面和横截面的荧光显微镜图像。由固定的不脱钙样品制备、并在荧光显微镜下观察甲基丙烯酸酯纵向(图10A和图10B)和轴向(图10C和图10D)截面。图10A和图10C分别示出上颌和下颌的模拟样品的截面。图10B和图10D分别示出上颌和下颌的试验样品的截面。注意：试验样品中的强烈荧光染色对应于提高的成骨性。见图10B和图10D。
图11A-图11D示出显微CT数据的定量分析。从模拟和试验的颌骨样品的显微CT分析对不同的参数进行了评价，并将这些参数图示化为从第0天起的变化百分率。*与模拟样品具有显著性差异(p＜0.05)。骨体积分数(BV/TV)示于图11A。小梁数(Tb.N)示于图11B。小梁厚度(Tb.Th)示于图11C。小梁分离(Tb.Sp)示于图11D。
图12A-图12C示出显微CT数据的定量分析。特别是，图表示出与对照(未处理)相比的骨体积的变化百分率(图12A)、小梁厚度(图12B)和跨小梁间距(intertrabecular space)(图12C)。每个数字表示从3只动物得到的平均值±标准差(*是指与对照具有显著性差异(p＜0.05))。
具体实施方式
本发明的一个方面涉及一种提高受试者的牙齿和/或其他颅面区域的骨生长的方法。该方法包括以0.1g至2.0g的加速度峰值和50至500克的手持压力给予受试者的颌骨和/或牙齿以频率为10赫兹至1000赫兹的机械振动，以在颌骨和/或牙齿处产生1到30微应变的低强度应变。
已经发现，在没有任何缺陷或受伤的情况下，向牙齿施加高频率低强度的力提高了骨质和骨量。在有受伤或疾病的情况下，向牙齿施加高频率低强度的力也能够加快骨愈合过程。可以通过给予牙齿以机械振动的方法来施加这些力。振动通过物理参数来限定，这些物理参数包括频率(即，每秒的周期数)和加速度(即，速度变化率，在英制体系中，通常以G为单位进行计量(由地球表面重力造成的平均加速度))。
因此，在本发明的一个实施方案中，施加到骨上的机械振动的频率范围在10赫兹至1000赫兹的范围内。在另一个实施方案中，振动的频率可以在较窄的范围内，例如，在50赫兹至100赫兹、30赫兹至150赫兹、或20赫兹至250赫兹的范围内。在一个实施方案中，振动的加速度峰值在0.1g至2.0g的范围内。在另一个实施方案中，振动的加速度峰值在0.1g至1.0g的范围内。
对骨造成的应变通常由这样的参数来定义，该参数为由生理压力造成的骨(或在这种情况下，颌骨和/或牙齿)的形变量(即，骨的应变的幅度)。在骨中，这种幅度是以微应变(应变×10-6)为单位来测量的。在本发明的一个实施方案中，在骨组织中诱导产生的应变的幅度在1到50微应变之间。在另一个实施方案中，在骨组织中诱导产生的应变的幅度在1到30微应变之间。
当受试者向牙齿施加机械振动时，手持力(或施加力)也影响施加于牙齿的力。手持力是指：当给予机械振动时，受试者向牙齿施加的力。因此，受试者施加的手持力可以在约50克至约500克之间，这等于5厘牛顿(cN)至5牛顿的力。
在一个实施方案中，受试者因牙周疾病而有骨质流失。据观察，由于牙齿脱落造成的机械刺激缺乏引起严重的骨质流失。施加这种机械刺激可以取代天然刺激的缺失，并维持/改善牙齿脱落后的骨状态、保持齿槽骨以待今后更换牙齿。
在另一个实施方案中，受试者因上年纪而患有骨质疏松。本发明披露了一种非侵入性的机械和装置，以提高骨质、骨量，并在牙齿周围和其他颅面区域进行重塑。这尤其对于如上所述的因牙周疾病而在牙齿周围患有严重骨质流失的患者、以及因上年纪或骨质疏松症而患有骨质疏松的患者是重要的。
在另一个实施方案中，受试者有口腔植入物。此外，在单个牙齿上施加的振动可以沿各个方向传播到相邻的齿槽骨上，而并不仅是定域在那个牙齿下。基于这种观察，将机械刺激施加到牙齿(该牙齿与放置植入物的区域相邻)上、并改善骨植入反应(骨整合)是可能的。这可以帮助缩短目前临床医师必须等待的周期，目前临床医师必须等待到植入物周围的骨质量提高到足以支持负荷的程度。不直接向植入物施加力即完成了该操作。
在又一个实施方案中，受试者已经历了颅面外科手术或牙科手术。本发明的非侵入性的生理刺激可以传播到相邻的骨，并且将改善移植或创伤后的骨愈合过程，而不会干扰手术部位。这对于已经历了颅面外科手术或牙科手术(如，拔牙)的受试者是非常有用的。
在又一个实施方案中，受试者正在经历或已经历了正畸治疗。鉴于以上描述的方法可以提高骨质和骨量，这将有助于缩短正畸治疗后的保留时间，其间，患者需要在长期佩戴保持器，直到骨重塑成质量更好的骨。也表明，牙齿的运动速率决定于骨重塑速率。因此，在正畸治疗期间传递高频率低强度的力可以加速牙齿移动，由此，缩短治疗时间或缩短正畸治疗后的保留时间。向牙齿传递高频率低强度的力也可以减少正畸治疗后患者的不适感。
在一个实施方案中，骨生长促进小梁厚度。在另一个实施方案中，骨生长促进骨体积的增长。在又一个实施方案中，骨生长实现了小梁过程之间的间距的减小。
在又一个实施方案中，采用如下面详细说明的牙刷来实施用于提高骨生长的方法。
在一个替代实施方案中，采用如下面详细说明的振动咬合板来实施用于提高骨生长的方法。
在又一个实施方案中，采用如下面详细说明的按摩装置来实施用于提高骨生长的方法。
本发明的另一个方面是牙刷。该牙刷包括：细长手柄、延伸自所述手柄的多个刷毛、延伸自所述手柄的具有硬质表面的突起部、以及与所述手柄相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
应当理解的是，上述关于振动的范围(即，频率、加速度峰值、微应变和手持压力的范围)可以应用于本发明的任一方面，这些方面包括牙刷10(下面详细说明)、咬合板100(下面详细说明)、按摩装置200(下面详细说明)。
现在参照图1A，已经发现，如果改变牙刷10的牙刷头，使得在清洁过程中具有硬质表面的突起部18(如，硬橡胶表面)同时接触牙齿表面，它会将高频率低强度的力转移给牙齿A。牙刷10包括：大致沿纵轴14延伸的细长手柄12、延伸自手柄12的多个刷毛16、延伸自手柄12的具有硬质表面的突起部18、以及与手柄12相耦合的机械振动源20。可以通过开/关按钮或切换开关22控制机械振动源20。具有硬质表面的突起部18(如在图2A-图2D所示)能够将振动的力转移给牙齿A，这将间接地转移给骨。这样做将产生足够的机械刺激以激励成骨细胞在牙齿周围提供更强的各地的骨，类似于体力活动对骨密度的效果。具有硬质表面的突起部18的振动和施加到牙齿A以提高骨密度可以与刷毛的任何类型的清洁动作(如圆形、水平、垂直、或这些动作的组合)相结合，以提高清洁效率。
在一些实施方案中，机械振动源是机动的机械，它被安置于手柄12内的中空间距中(下面详细说明)。
机械振动源20可以产生水平的、圆形的、垂直的、或这些方式的组合的振动。如图1B所示，机械振动源20可以产生(例如)高频率低强度的力的上下运动。这一运动可以与牙刷的旋转运动相结合，以使牙刷的清洁刷能力最大化。
现在参照图2A-图2C，具有硬质表面的突起部18可以从手柄12处大致沿与多个刷毛16相同的方向延伸，但是延伸程度不及刷毛16。具有硬质表面的突起部18可以由(例如)橡胶、硅橡胶、塑料和/或橡胶聚合物和/或共聚物、乳胶、和/或树脂形成，并且具有硬质表面的突起部18可采取(例如)硅橡胶球的形式。具有硬质表面的突起部的性质应该使得施加到一颗牙或几颗牙上的力能够转移到骨中，生成1至2500微应变，而不对骨和牙齿造成不适或损害。病理范围是4000至5000微应变。
如图2A-图2C所示，可以将具有硬质表面的突起部18置于延伸自手柄12的很多位置。在一个实施方案中，如图2A所示，具有硬质表面的突起部18可以从多个刷毛16的中央突出，从而使得多个刷毛16包围或环绕具有硬质表面的突起部18。
在另一个实施方案中，如图2B所示，可以这样放置具有硬质表面的突起部18，使得其仅部分被刷毛16包围，其中刷毛16被置于细长手柄12的一端，而具有硬质表面的突起部18仅有一部分延伸到多个刷毛16中。
参照图2C，在另一个实施方案中，具有硬质表面的突起部18被放置为与刷毛16彼此分离和/或分开。
这些设计(其中，刷毛16和具有硬质表面的突起部18在牙刷10的同一面)特别有用于同时刷牙和将由机械振动源20产生的力和频率转移给牙齿。
在另一个实施方案中，如图6D所示，可以将具有硬质表面的突起部18置于细长手柄12上与刷毛16相对的面或一侧。这些设计特别有用于偏好首先完成刷牙、然后再使用他们的用具向他们的牙齿传递高频率低强度的力的那些人。
在另一个实施方案中，可以在细长手柄上放置多于一个的具有硬质表面的突起部，这些具有硬质表面的突起部既可以在同一面，也可以在相对的面。这个实施方案中可以包括上面提到的将具有硬质表面的突起部放置在手柄上的方式的任意组合。
在另一个实施方案中，牙刷10包括细长手柄，该细长手柄具有可彼此拆分的第一部分和第二部分。在该实施方案中，多个刷毛16和具有硬质表面的突起部18附接在所述第一部分上，而手柄12形成所述第二部分。
参照图6A-图6D和图6G对该实施方案进行最佳描述，在图6A-图6D和图6G中，牙刷10还包括可从第二部分26(图6A)上拆卸下来的第一部分24(图6B-图6D)。在该实施方案中，第二部分26包括手柄12、开/关切换开关22、机械振动源20和用于将第二部分26可操作地与第一部分24连接的轴28。第一部分24包括多个刷毛16、具有硬质表面的突起部18和中空的轴接收体30，中空的轴接收体30用于通过接收轴28而可操作地与第二部分26相连接。具有硬质表面的突起部18可以在上面详细描述的任何位置，包括(例如)被刷毛16包围、或与刷毛16分离但在同一面、或与刷毛16分离并在相对的面。在该实施方案中，轴28可操作地与中空的轴接收体30相啮合，以通过具有硬质表面的突起部18将由机械振动源20产生的力转移到牙齿。
本领域的技术人员将会理解，如图6G所示，第二部分26、126、226可以与任何第一部分24、124、224(下面将进一步详细描述)相啮合。
在一些实施方案中，机械振动源20可以是发动机装置，如图7所示，该发动机装置被安置于手柄12、112(如下所述)、212(如下所述)中的中空空间内。
参照图7，在一个实施方案中，振动源20包括凸轮和齿轮单元32，凸轮和齿轮单元32将电动机34的旋转运动转换成前后往复运动。凸轮和齿轮单元32被置于电动机34的一端、并可操作地连接到凸轮和齿轮单元32，使得电动机34直接驱动凸轮和齿轮单元32。这通过电动机34转向轴38和齿轮40进行。齿轮40的旋转带动齿轮42和轴44旋转。轴44的旋转，反过来，驱动臂46上下移动，造成盘48和轴28、128和228(其安装在轮50上，并通过盘52中的孔)往复旋转。轮50和盘52通过圆柱形壁60刚性地连接，这形成了凸轮和齿轮单元32的封装。可充电电池36可操作地与电动机34连接。电流通过电线54a和54b在电池36和电动机34之间流过，电池36和电动机34分别与电线54a和54b相耦合、并与开关22、122、222相连接。电线58a和58b将开关22、122、222与电动机34相耦合。应该理解到，关于机械振动源20所描述的特征也是机械振动源120、220(如下所述)的特征。
本领域的技术人员将会理解，任何机械振动源均可以应用于本发明的任一方面，这些方面包括牙刷10(下面详细说明)、咬合板100(下面详细说明)、按摩装置200(下面详细说明)，只要该机械振动源能够产生根据本发明的频率和强度的力。机械振动源20可以是本领域已知用于电动牙刷的任何发动机。
本发明的另一方面是咬合板。该咬合板包括：适合放置于受试者的口腔中相对的上下牙齿之间的表面、延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部、以及与所述表面相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
现在参照图3A和图3B，咬合板或咬合板装置100具有适合放置在口腔中上下牙之间的表面116。如图3A所示，表面116大致沿纵轴114从手柄112延伸。具有硬质表面的突起部118从表面116延伸，并可以包括半环形结构(更具体地说，拱形或U形)以被上下牙接受。对于具有硬质表面的突起部118，其他合适的形状包括任何可能大致符合上和/或下牙弓的形状。咬合板100可以在家(每天或每周)使用较短的时间(如，5分钟)，也可以在牙科就诊时在办公室内使用较长的时间(如10至20分钟)，以提高骨质和骨量。应该理解到，可以采用上述关于具有硬质表面的突起部18的任何材料来制备具有硬质表面的突起部118。
由于上述用于提高骨生长的方法在经历了正畸治疗的受试者的治疗中是有帮助的，在某些情况下，同时振动所有的牙齿可能尤为重要。因此，可以使用振动咬合板100。
进一步参照图3A，机械振动源120与表面116耦合、并通过开/关按钮或切换开关122控制。机械振动源120与振动咬合板100耦合、并产生具有与上述关于机械振动源20同样的力和频率的振动。例如，如图3B所示，机械振动源120可以以低强度的力产生(例如)高频率的上下运动。
在另一个实施方案中，咬合板装置100包括具有可彼此拆分的第一部分和第二部分的表面。在该实施方案中，具有硬质表面的突起部118附接在所述第一部分上，而手柄112形成所述第二部分。参照图6对该实施方案进行最佳描述。参照图6A和图6E，咬合板装置100的一个实施方案还可以包括表面116的第一部分124(图6E)，第一部分124可从具有手柄112的第二部分126(图6A)上拆卸下来。在该实施方案中，第二部分126包括手柄112、开/关切换开关22、机械振动源120和用于可操作地与第一部分124连接的轴128。第一部分124包括具有硬质表面的突起部118和中空的轴接收体130，中空的轴接收体130用于将第一部分124可操作地与第二部分126相连接。在该实施方案中，轴128可操作地与中空的轴接收体130相啮合，以通过具有硬质表面的突起部118将由机械振动源120产生的力转移到牙齿。见图6G。
本领域的技术人员将会理解，这种振动咬合板可以制造成包括(例如)小型、中型和大型的各种尺寸，以用于不同尺寸的齿列。
本发明的又一方面是按摩装置。该按摩装置包括：适合放置在与受试者的颌骨或牙齿相对位置处的表面、延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部、以及与所述表面相耦合的机械振动源。所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
为了将这种刺激更广泛地应用于颅面骨，可以将便携式的、具有高频率低强度的力的振动按摩器200应用于这样的骨区域的周围，该骨区域是发生骨折、外科手术、或任何其他骨缺损后，在其他颅面骨区愈合的骨区域。参照图4A-图4B，按摩装置200包括适合放置在与受试者的颌骨或牙齿相关位置处的手柄212(沿纵轴214延伸)、延伸自手柄212的具有硬质表面的突起部218、以及与手柄212相耦合的机械振动源220。机械振动源220与按摩装置200相耦合、并产生具有与上述相同的力和频率的振动。
如图5A和图5B所示，将按摩装置200直接施加到各个牙齿A。可以采用相同的设计来加速患有生长缺陷的儿童的颅面骨缝或下颌骨髁的增长。
在一些实施方案中，可以由上述关于具有硬质表面的突起部18、118的任何材料来制备具有硬质表面的突起部218，并且具有硬质表面的突起部218可以采取(例如)橡胶端头的形式。参照图4A，具有硬质表面的突起部218可以是可脱离的，以便易于清洁、消毒、或更换。
按摩装置或用具200这些设计特别有用于具有这样的偏好的那些人，他们由于(例如)诸如失去其他牙齿之类的牙科环境、安置牙科植入物、和/或局部牙周疾病之类的原因，而偏好在一个时间里仅向一颗牙齿周围施加高频率低强度的力的那些人。在操作中，如图5A-图5B所示，具有硬质表面的突起部218将分别与各个牙齿A相接触，以向每颗牙齿A提供高频率低强度的力。
在又一实施方案中，按摩装置200具有可彼此拆分的第一部分和第二部分。在该实施方案中，硬质表面的突起部218是所述第一部分的一部分，而手柄212是所述第二部分的一部分。参照图6对该实施方案进行最佳描述。参照图6A和图6F，按摩装置200还可以包括具有硬质表面的突起部218的第一部分224，第一部分224可从具有手柄212的第二部分226上拆卸下来。在该实施方案中，第二部分226包括手柄212、开/关切换开关222、机械振动源220和用于可操作地与第一部分224连接的轴228。第一部分224包括具有硬质表面的突起部218和用于可操作地与第二部分226连接的中空的轴接收体230(位于大致平行于纵轴214的位置)。在该实施方案中，轴228可操作地与中空的轴接收体230(其被置于大致平行于纵轴214的位置)相啮合，以通过具有硬质表面的突起部218将由机械振动源220产生的力转移到牙齿。
例子
例1-当透过牙齿施加时，高频率低强度的力既能够增强上颌骨的成骨活性、也能够增强下颌骨的成骨活性
以下例子的目的是调查向牙齿施加高频率低强度的力是否会提高齿槽骨的密度。将48只Spraque-Dawley大鼠分为模拟(即，对照)组和试验组。对试验组每天以120赫兹的频率和0.3克力施加局部的振动5分钟(在吸入麻醉下)，施加在上颌和下颌的右侧第一磨牙的咬合面。该试验进行28天。使用显微计算机断层扫描法(显微CT)及组织形态计量学对上、下颚齿槽骨进行评价。
将平均体重为360克的成年雄性Spraque-Dawley大鼠(n＝48)(体重范围296-423克，120日龄)置于塑料笼中，采用相同的“良好试验室饮食(good laboratory diet)”和水喂食，每天兽医监督，根据IACUC安置试验室动物指南(IACUC guidelines on housing laboratory animals)进行照明和空气调节。
将这48只动物分为两组，分别为模拟组和试验组。模拟组仅接受每天的吸入麻醉(异氟醚)。试验组接受每天的吸入麻醉，并且对上颌和下颌的右侧第一磨牙的咬合面施加振动力(频率为120赫兹，加速度为0.3g(峰值为5微应变的力))。
既采用加速计(Xbow CXL10HF3)又采用铜-镍元素应变计(Tokyo Sokki Kenkyujo株式会社，FRA-1-11-3LT)对该振动装置进行了标定，并通过数据收集系统(SCXI-1000，SCXI-1531，Labview 8.0)合并以确保振动在强度和频率上的一致性和再现性。
在每日进行的基础上进行振动，历时总计28天。通过在第1天腹内注射二甲酚橙(90mg/kg)、第16天腹内注射钙黄绿素(15mg/kg)、第26天腹内注射地美环素(25mg/kg)来进行骨标记。
第28天之后，将大鼠再供养4天而不进行任何吸入麻醉或振动，以便对机械刺激能够做出完全的细胞响应。经过4天的休息期，将各组通过二氧化碳麻醉处死，并解剖上颌骨和下颌骨，在甲醛中将上颌骨和下颌骨固定48小时，然后储存于70％乙醇中。
通过显微CT(Scanco 40)机利用显微CT V6.0软件在惠普开放平台(open VMS Alpha Version 1.3-1session manager)(用于分析的参数如以下表1所述)。在中等分辨率下在55KVp对样品进行了扫描(其中，对于上颌骨的整个单侧部分为200片。采用的积分时间是150毫秒，每个增量为36μm。对从第三冠根的接合处到第三根尖的区域进行扫描，以观察平均每26片切片的切片截面的处骨变化。使用显微CT V6.0软件(阈值为275)来计算对于总体积分析的骨体积。模拟上颌骨和试验上颌骨的显微CT图像示于图8A和图8B中。由此准备样品以进行组织学分析。
对同样的样品进行脱水、石蜡包埋、5μm切片并用苏木精和曙红进行染色、以及以10倍放大倍数在Scan Scope GL光学显微镜(Aperio，布里斯托尔，英国)上扫描。透过上颌牙齿和骨的矢状部分的光学显微镜图像示于图9A(为模拟样品)和图9B(为试验样品)中。
将平行样品包埋在甲基丙烯酸酯中，使用脱钙切片用于荧光显微镜(尼康显微镜和NIS-Elements软件)使用。图10A-图10D示出透过上颌和下颌的牙齿和骨的矢状截面和横截面的荧光显微镜图像。图10A和图10C分别示出上颌和下颌的模拟样品的截面，图10B和图10D分别示出上颌和下颌的试验样品的截面。图10B和图10D(试验样品)中示出的强烈荧光染色对应于提高的成骨性。
不同组的分析表明，当与模拟对照组相比较时，经过同样长的时间，试验组的骨质具有显著提高。
定性分析显示，如图8A和图8B所示，骨重塑活性的提高引起小梁厚度和密度的增大。在图8A中，显微CT图像示出模拟样品的去皮质化颌骨；而与模拟样品相比，试验样品中的试验颌骨示出厚度和密度更大的小梁。
从模拟颌骨样品和试验颌骨样品的显微CT分析，对不同的参数进行了评价，并将这些参数作为从第0天起的变化百分率进行制图，示于图11A-图11D中(*与对照具有显著性差异(p＜0.05))。
表1：下面通过显微CT定量分析评价的参数
Figure BPA00001329174300161
以下的表2中示出了图11A-图11D所提供的显微CT数据的定量分析作为从第0天起的变化百分率。
表2：图11所提供的显微CT数据的定量分析
Figure BPA00001329174300162
结果证实，施加到磨牙的咬合面的高频率低强度的造成了上颌骨的骨体积分数增加16％、下颌骨的骨体积分数增加12％。这项研究的结果表明，当透过牙齿施加高频率低强度的力时，高频率低强度的力既能够提高上颌骨的成骨活性，又能够提高下颌骨的成骨活性。这种成骨活性导致骨体积增加。骨体积的增加主要是由于提高了小梁过程中的厚度。总之，透过牙齿施加局部的高频率低强度的力，提高了齿槽骨的骨密度。
例2-当透过牙齿施加时，高频率低强度的力(60赫兹、120赫兹、和200赫兹)能够增加骨体积、提高小梁厚度、减小小梁间距
使用例1中描述的材料和方法，大鼠分为四组，一组接受60赫兹的高频率振动，第二组接受120赫兹的高频率，第三组接受200赫兹的高频率振动。所有振动力具有施加到大鼠上颌骨的第一磨牙的类似的低强度力(5微应变)。第四组(即，对照组)没有收到接受振动。所有动物每天接受吸入麻醉，以便施加5分钟的振动。
第28天之后，将大鼠再供养4天而不进行任何吸入麻醉或振动，以便对机械刺激能够做出完全的细胞响应。经过4天的休息期，将各组通过二氧化碳麻醉处死，并解剖上颌骨和下颌骨，在甲醛中将上颌骨和下颌骨固定48小时，然后储存于70％乙醇中。
如例1中描述的那样，由显微CT扫描对骨体积/总体积、小梁厚度、和跨小梁间距进行了评价(这些值如前定义在表1中)。图12A-图12C示出的百分率变化是与对照组(其未接受处理)相比而言。每个数字表示从3只动物得到的平均值±标准差(*与对照具有显著性差异(p＜0.05))。
参照图12A，结果表明，当传递频率为60赫兹的振动时，相对于对照组而言，骨体积增加约13％；当传递频率为120赫兹的振动时，相对于对照组而言，骨体积增加19％；当传递频率为200赫兹的振动时，相对于对照组而言，骨体积增加18％。
参照图12B，结果表明，当传递频率为60赫兹的振动时，相对于对照组而言，小梁厚度增加约25％；当传递频率为120赫兹的振动时，相对于对照组而言，小梁厚度增加45％；当传递频率为200赫兹的振动时，相对于对照组而言，小梁厚度增加46％。
参照图12C，结果表明，当传递频率为60赫兹的振动时，相对于对照组而言，跨小梁间距下降了约21％；当传递频率为120赫兹的振动时，相对于对照组而言，跨小梁间距下降了39％；当传递频率为200赫兹的振动时，相对于对照组而言，跨小梁间距下降了37％。
本试验结果证实，当透过牙齿施加时，高频率低强度的力能够增加骨体积、提高小梁厚度、减小跨小梁间距。
虽然本文中已经描述并说明了优选的实施方案，但是，对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以进行各种修改、补充、替代等，而不脱离本发明的精神，因此这些修改、补充、替代等也被认为是在如所附权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (40)

1.一种提高受试者的牙齿和/或其他颅面区域的骨生长的方法，该方法包括：
给予所述受试者的颌骨和/或牙齿以频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，以在所述颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变的低强度应变。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述振动的频率为20赫兹至250赫兹。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述加速度峰值为0.1g至1.0g。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述低强度应变为1至30微应变。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述振动是水平的、圆形的、垂直的、或这些方式的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述受试者具有牙周疾病。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述受试者因上年纪而患有骨质疏松。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述受试者有口腔植入物。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述受试者已经历了颅面外科手术或牙科手术。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述受试者正在经历或已经历了正畸治疗。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述骨生长促进小梁厚度。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述骨生长促进骨体积增加。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述骨生长实现小梁过程之间的间距的减小。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述方法是使用牙刷进行的。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述方法是使用咬合板进行的。
16.如权利要求1所述的方法，还包括：
选择待实施所述给予的受试者，该受试者需要在牙齿或其他颅面区域的骨生长。
17.一种牙刷，包括：
细长手柄；
延伸自所述手柄的多个刷毛；
延伸自所述手柄的具有硬质表面的突起部；以及
与所述手柄相耦合的机械振动源，其中，所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在所述颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变。
18.如权利要求17所述的牙刷，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以频率为20赫兹至250赫兹的机械振动。
19.如权利要求17所述的牙刷，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以加速度峰值为0.1g至1.0g的机械振动。
20.如权利要求17所述的牙刷，其中所述机械振动产生1至30微应变的低强度应变。
21.如权利要求17所述的牙刷，其中所述具有硬质表面的突起部是橡胶。
22.如权利要求17所述的牙刷，其中所述机械振动源产生水平的、圆形的、垂直的、或这些方式的组合的振动。
23.如权利要求17所述的牙刷，其中所述具有硬质表面的突起部与所述多个刷毛大致沿相同方向延伸自所述手柄，但程度不及所述多个刷毛的程度。
24.如权利要求17所述的牙刷，其中所述细长手柄具有可彼此拆分的第一部分和第二部分，其中所述多个刷毛和所述具有硬质表面的突起部附接在所述第一部分上。
25.一种咬合板，包括：
适合放置于受试者的口腔中相对的上下牙齿之间的表面；
延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部；以及
与所述表面相耦合的机械振动源，该机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予受试者的牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在所述颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变。
26.如权利要求25所述的咬合板，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以频率为20赫兹至250赫兹的机械振动。
27.如权利要求25所述的咬合板，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以加速度峰值为0.1g至1.0g的机械振动。
28.如权利要求25所述的咬合板，其中所述机械振动源产生1至30微应变的低强度应变。
29.如权利要求25所述的咬合板，其中所述具有硬质表面的突起部是硬质橡胶。
30.如权利要求25所述的咬合板，其中所述机械振动源产生水平的、圆形的、垂直的、或这些方式的组合的振动。
31.如权利要求25所述的咬合板，其中所述表面被配置为适合于一对相对的上下牙齿之间。
32.如权利要求25所述的咬合板，其中所述表面被配置为适合于多个相对的上下牙齿之间。
33.如权利要求25所述的咬合板，其中所述表面具有可彼此拆分的第一部分和第二部分，其中所述具有硬质表面的突起部附接在所述第一部分上。
34.一种按摩装置，包括：
适合放置在与受试者的颌骨或牙齿相对位置处的表面；
延伸自所述表面的具有硬质表面的突起部；以及
与所述表面相耦合的机械振动源，所述机械振动源具有这样的设计和位置，该设计和位置有效地允许所述具有硬质表面的突起部赋予所述受试者的颌骨或牙齿频率为10赫兹至1000赫兹、加速度峰值为0.1g至2.0g的机械振动，该机械振动在所述颌骨和/或牙齿处产生1到50微应变。
35.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以频率为20赫兹至250赫兹的机械振动。
36.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述机械振动源赋予所述受试者的牙齿以加速度峰值为0.1g至1.0g的机械振动。
37.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述机械振动源产生1至30微应变的低强度应变。
38.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述具有硬质表面的突起部是橡胶。
39.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述机械振动源产生水平的、圆形的、垂直的、或这些方式的组合的振动。
40.如权利要求34所述的按摩装置，其中所述表面具有可彼此拆分的第一部分和第二部分，其中所述具有硬质表面的突起部附接在所述第一部分上。
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