CN103857356A - 具有锥形弓丝狭槽的矫正器具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了矫正器具和相关方法,其中弓丝狭槽的至少一个侧壁的至少一个区域相对于相对的侧壁成锥形。该特征可允许所述弓丝狭槽适形于在所述弓丝设置成不对称扭矩时所述弓丝中出现的轻微扭转。优选地,与常规器具相比,该特征可将所述弓丝与器具之间的接触应力分布于大得多的表面区域内,从而引起扭矩强度的显著且惊人的增加并提供其他辅助有益效果。
Description
技术领域
提供了用于正畸治疗的器具和相关方法。更具体地,提供了在用于正畸治疗时容纳和保持弓丝的固定器具和相关方法。
背景技术
正畸学是与将牙齿从口腔中的错位咬合位置移动至正确位置相关的牙科专业领域。正畸治疗通常由执业医生实施,执业医生进行诊断、拟定治疗计划、安放矫正器具并监督治疗直到达到期望结果为止。正畸治疗可带来许多有益效果,包括改善面部美观、咀嚼功能并方便保持牙齿卫生。
一种常见类型的正畸治疗称为固定器具疗法,其涉及将器具联接到患者牙齿的表面。此类固定器具包括例如托架和磨牙管。托架是小型开槽装置,其可粘结至牙齿的前表面或后表面。磨牙管具有完全封闭的通道,并且通常附连到后牙齿。为开始治疗,将弹性“U”形弓丝放置在托架的狭槽内,使弓丝的末端捕集在磨牙管中。虽然弓丝在最初接合至固定器具时发生扭曲,但其施加轻微的连续力,从而随着弓丝朝其初始形状恢复,逐渐使牙齿朝期望位置移动。从通常意义上讲,托架、管和弓丝统称为“牙套”。
在治疗开始时,具有小横截面面积的弓丝通常用于在牙齿歪斜时促进接合到托架中。然而随着牙齿朝其正确位置移动,可以将这些弓丝替换为具有逐渐更大横截面的弓丝。一些正畸弓丝具有补足弓丝狭槽横截面形状的矩形横截面形状,从而使弓丝能够将扭矩(或扭转力)施加至相连牙齿。在治疗即将结束时,执业医生可选择使用全尺寸的弓丝,其横截面形状近似匹配弓丝狭槽的横截面形状。通过以这样的方式“对槽进行填充”,执业医生具有很高控制程度并且可向牙齿施加精确矫正力。
发明内容
在治疗过程中,弓丝将各种类型的负载(或力)传递至牙齿,具体取决于执业医生所期望的移动类型。例如,弓丝可施加使牙齿平移的力(第一序列),沿着牙颜面的平面施加角向力(第二序列),或围绕弓丝的纵向轴线施加扭矩(第三序列)。这些力的大小也可显著变化,具体取决于与弓丝在松弛时的形状有关的错位咬合的性质。要设计不仅有效而且实用并让患者感觉舒适的器具,这会带来技术难题。一方面,器具应尽可能小且平坦以减轻刺激性,并最大程度提高粘结可靠性并改善美观。另一方面,器具不应太小,否则它们会变得易于因弓丝在治疗期间施加的力而断裂。
对于非金属托架例如半透明陶瓷材料而言,器具断裂可能尤其令人担忧。虽然这些材料与金属相比可提供许多有益效果,例如极佳硬度、耐污染和优异美观性,但是它们本质上易碎并且可能易发生突然且意外的断裂。陶瓷托架的一种失效模式在扭矩方面出现,其中当容纳在托架槽沟中的弓丝施加扭转力时一个或多个翼部(tiewing)断裂。虽然该问题可以通过加厚弓丝狭槽的壁来解决,但这不是理想的解决方案,因为这样做通常会增加托架的尺寸,从而增大托架外形并降低患者舒适度。
还发现由易碎材料制成的托架在非对称地施加扭矩—即,在弓丝的一端相对于托架扭转到比另一端更大程度时特别容易断裂。当这种情况发生时,弓丝采取扭转构型,其中弓丝的拐角不再平直而是略呈螺旋形。因此,在沿着弓丝狭槽的局部区域上,通常邻近其末端之一,发生很大程度的接触应力。据发现该应力局部化促使器具断裂。基于该认识,已发现通过使弓丝狭槽的一个或两个相对的侧壁成锥形,以适形于在经受非对称扭矩时在弓丝中出现的轻微扭转,可实现对扭矩强度的显著改善。该修改形式有助于将接触应力分布于大得多的表面区域内,从而引起扭矩强度的显著且惊人的增加。
托架扭矩强度的该改善可在不对托架主体进行重大重新设计或修改托架材料的情况下实现。作为另外的优点,只需要很小程度的锥形就可高效地增强托架的扭矩强度,从而几乎不会影响弓丝对托架施加的控制。调整弓丝狭槽几何形状使之适形于扭转的弓丝也可提供某些辅助有益效果。例如,减轻该失效模式可使陶瓷托架能够制成比之前可制成的更小。另外,避免弓丝与托架之间的点接触可有助于减少靠在相对较硬的陶瓷托架上的相对较软的弓丝的刻痕和拉毛,从而减小滑动阻力。
在一个方面,提供了矫正器具。该矫正器具包括:底座;从所述底座向外延伸的主体;以及沿着大致近中-远中方向延伸跨越主体的细长弓丝狭槽,所述狭槽至少部分地以底壁和一对基本上平坦的侧壁为边界,其中至少一个侧壁的至少一个区域成锥形,以提供沿着弓丝狭槽的长度变化的横向狭槽尺寸,所述一对侧壁具有约0.5至约10度范围内的相对角度偏差。
在另一个方面,提供了矫正器具,其包括:底座;从所述底座向外延伸,并具有一对近中翼部和一对远中翼部的主体;延伸跨越主体,并位于每对近中和远中翼部之间的细长弓丝狭槽,该弓丝狭槽至少部分地以邻近近中翼部的一对相对的近中侧壁和邻近远中翼部的一对相对的远中侧壁为边界,近中和远中侧壁的每个相应对中的一者或两者是基本上平坦且不平行的。
在另一个方面,提供了矫正器具,其包括:底座;从所述底座向外延伸的主体;和沿着大致近中-远中方向延伸跨越主体的细长弓丝狭槽,所述狭槽至少部分地以底壁和一对相对的侧壁为边界,其中至少一个侧壁成锥形,以提供沿着弓丝狭槽的长度变化的横向狭槽尺寸,由此横向狭槽尺寸在弓丝狭槽的整个长度的约30%至约75%内单调增加或减小。
在另一个方面,提供了增强陶瓷矫正器具中的扭矩强度的方法,该方法包括:提供陶瓷主体;以及将细长弓丝狭槽提供到主体中,所述弓丝狭槽具有一对相对的侧壁并且一个或两个侧壁成锥形,以提供沿着弓丝狭槽的长度变化的横向尺寸,由此当弓丝围绕其纵向轴线扭转时,容纳在弓丝狭槽中的全尺寸矩形弓丝与器具之间的面间接触区域基本上沿着弓丝狭槽的长度分布。
附图说明
图1为示出了根据一个实施例的开槽矫正器具的面部侧、近中侧和咬合侧的透视图,其中出于示例目的,狭槽的结构被夸大;
图2为示出了图1的器具的面部侧的视图;
图3为示出了图1-2的器具的近中侧的视图;
图4为示出了根据另一个实施例的开槽矫正器具的面部侧的视图,其中出于示例目的,狭槽的结构被夸大;
图5为示出了根据另一个实施例的开槽矫正器具的面部侧的视图,其中出于示例目的,狭槽的结构被夸大;
图6为示出了根据另一个实施例的开槽矫正器具的面部侧的视图,其中出于示例目的,狭槽的结构被夸大;
图7为用于确定矫正器具的扭矩强度的测试构型的正视图;
图8为测试正在进行中的图7的测试构型的放大局部视图;
图9为常规矫正器具在图7-8的测试构型中受到扭矩加载时的模拟应力分布图;
图10为图1-3的器具在图7-8的测试构型中受到扭矩加载时的模拟应力分布图;
定义
如本文所用:
“近中”意指朝向中线(即,患者弯曲牙弓的中心)的方向。
“远中”意指远离中线的方向。
“咬合面”意指朝向患者牙齿外顶端的方向。
“齿龈面”意指朝向患者牙龈或齿龈的方向。
“颜面”意指朝向患者嘴唇或面颊的方向。
“舌面”意指朝向患者舌的方向。
具体实施方式
现在结合附图更详细描述示例性实施例。这些实施例涉及矫正器具、制备其的相关方法以及增强其扭矩强度的方法。虽然此处提出的器具为颜面器具(旨在附接至牙齿的正面),但本发明还可在舌面器具(旨在附接至牙齿的背面)的情况下实践。即,在指定“舌面”的地方,该术语可与“颜面”互换,因为对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是所提供的器具和方法可用于牙齿的两个侧面。
根据一个实施例的正畸托架在图1-3中示出并由数字100表示。如这些图所示,托架100具有底座102,其外表面104适于附接至正经历正畸治疗的患者的牙齿表面。任选地,外表面104具有凹轮廓并且设有有利于将托架100粘结至牙齿表面的凹槽、粒子、隐窝、倒凹、化学结合增强材料、或任何其他材料或结构或它们的组合。
如图1-3中进一步所示,托架100还包括在大致面部方向从底座102向外延伸的主体106。细长弓丝狭槽108沿着大致近中-远中方向延伸跨越主体106的面部表面。弓丝狭槽108具有也沿着大致近中-远中方向延伸的纵向轴线109(图2和3中所示),并且由相对的近中侧壁110,112、相对的远中侧壁111,113和底壁114限定。任选地且如图所示,底壁114为大致平坦的并且与相邻侧壁110,111,112,113正交。虽然弓丝狭槽108具有大致面向面部方向的开口,但狭槽108也可面向其他方向。例如,在舌面器具中,弓丝狭槽108可有利地具有朝向咬合面方向的开口以有利于弓丝插入。
在该实施例中,主体106为具有彼此间隔开的近中构件116和远中构件118的双托架器具的一部分。从构件116,118向外延伸的是相应的近中对的翼部120和远中对的翼部122。如图所示,每对翼部120,122在大致咬合面和齿龈面方向突出。弓丝狭槽108整体在近中翼部120和远中翼部122的每对之间延伸,并且还包括分立的近中节段124和远中节段126。
作为双器具的一部分,每个节段124,126具有其自身的几何形状并且各自可独立地结扎至弓丝(如果执业医生希望这样做的话)。如图1和2中所示,近中侧壁110,112是大致平坦的且非平行的,远中侧壁111,113也是如此。作为替代形式,近中侧壁110,112或远中侧壁110,112可以是平行的。任选地且如图所示,一体的远中钩128从远中翼部122突出以有助于放置橡皮圈、头套、弹力链等等。
图2和3示出了弓丝狭槽108的另外几何方面。此时,应强调的是,弓丝狭槽108的某些特性在图1-5中被故意夸大以有助于示出所述实施例的区别特征。换句话讲,这些图未按比例绘制,并且不应理解为是这些实施例中使用的实际弓丝狭槽几何形状的描绘。
弓丝狭槽108的侧壁110,111,112,113中的每一个具有线性锥形,使得弓丝狭槽108的横向(此处为咬合面-齿龈)尺寸沿着其长度(沿着其纵向轴线109)变化。如图所示,弓丝狭槽108具有位于托架100的各自近中和远中侧面上的近中和远中末端。横向尺寸随着与弓丝狭槽108的最近的近中末端或远中末端的接近度增加而严格增加。
如图1和2中进一步所示,锥形侧壁110,111,112,113大致呈现围绕水平基准面130(也在图3中示出)的咬合面-齿龈对称性,该水平基准面垂直于底壁114并与纵向轴线109共面。如图进一步所示,锥形侧壁110,111,112,113大致呈现围绕竖直基准面132的近中-远中对称性,该竖直基准面垂直于纵向轴线109并在主体106的近中构件116和远中构件118之间通过。然而由于托架总体的长菱形形状,这些对称性并不完美。
考虑了弓丝狭槽108的近中节段124与处于非对称扭矩状态的矩形弓丝之间的相互作用。当弓丝围绕其纵向轴线扭转时,侧壁110,112中的一者或两者中的锥形允许容纳在弓丝狭槽108中的全尺寸矩形弓丝与托架100之间的面间接触区域基本上沿着弓丝狭槽108的长度分布。优选地,锥形的程度基于在治疗过程中例如在最初将矩形弓丝放置在错位咬合齿列上或在进行显著扭矩调整之后更换现有弓丝时可能真实出现的扭转弓丝构型。在确定侧壁110,112的适当锥形过程中可不考虑仅对弓丝施加过高水平的扭矩才能实现的弓丝构型。
对于可能在治疗期间遇到的弓丝构型,可使用有限元分析(FEA)预测扭转弓丝与托架100的侧壁110,111,112,113之间的接触应力的分布。应如图所示,这些研究证实小程度的锥形可有利于弓丝与托架100之间的应力消除局部化。这些相同的研究还证实采用过高的锥角同样可导致弓丝与托架100之间的接触应力的不期望局部化。
在一些实施例中,侧壁110,112相对于彼此的相对角度偏差为至少约0.5度、至少约0.75度、至少约1.0度、至少约1.25度、或至少约1.5度。在一些实施例中,侧壁110,112相对于彼此的相对角度偏差为至多约10度、至多约8度、至多约6度、至多约4度、或相对于彼此的至多约2度。以另一种方式描述,每个侧壁110,112相对于水平基准面130的角偏差优选地为至少约0.25度、至少约0.375度、至少约0.5度、至少约0.625度、或至少约0.75度。每个侧壁110,112相对于水平基准面130的角偏差优选为至多约5度、至多约4度、至多约3度、至多约2度、或至多约1度。
上述描述可类似地且独立地适用于弓丝狭槽108的远中节段126上的相对远中侧壁111,113,因此此处不再重复。
弓丝狭槽108不必具有上述和图1-3中所示的对称构型。例如,取决于预期的弓丝扭矩的方向性和程度,对于弓丝狭槽108可能有利的是具有侧壁110,111,112,113,它们围绕水平基准面130非对称地设置。侧壁110,111,112,113围绕竖直基准面132的非对称性在一些情况下也可能是所需的。在可供选择的实施例中,例如,不到所有的侧壁110,111,112,113相对于水平基准面130成锥形。在另一个实施例中,所有的侧壁110,111,112,113均如此成锥形,但相对于彼此具有不同的锥形程度。
在所述的实施例中,每个侧壁110,111,112,113沿着其整个长度成锥形。然而,不必一定如此。例如,相对的侧壁110,112可在其长度的一个区域内成锥形并在其长度的剩余区域内平行。作为另外一种选择,锥形程度在沿着其弓丝狭槽108的长度的不同位置处可急剧或平缓地变化。这些方面中的一些将在下文进一步示例。
图4示出了根据另一个实施例的正畸托架200。托架200具有与托架100类似的构型,但其弓丝狭槽208的几何形状除外。如图中所示,弓丝狭槽208的近中侧具有相对的侧壁210,212,每个侧壁210,212沿着不到所有的其近中-远中长度成锥形。此处,侧壁210包括平行区域210a和锥形区域210b。类似地,侧壁212包括平行区域和锥形区域,分别表示为212a和212b。
从远中至近中(左至右)的方向,槽208的横向尺寸沿着平行区域210a,212a的长度保持基本上恒定,并且沿着锥形区域210b,212b的长度严格增加。显而易见地,在相同方向上,狭槽208的横向尺寸沿着侧壁210,212的整个长度单调增加(换句话讲,不减小)。对于弓丝狭槽208的远中侧(基本上为其近中侧的镜像)可得出类似的观察结果。
平行弓丝狭槽节段(如托架200中所示)的使用可在弓丝和托架200之间有利地提供高程度的控制,同时保持分散弓丝狭槽208的末端附近的接触应力的优点。
平行弓丝狭槽节段也示于图5中,该图示出了根据另一个实施例的正畸托架300。托架300为包括弓丝狭槽308的非双器具,该弓丝狭槽具有相对的侧壁310,312,这些侧壁限定与托架200类似的总体槽几何形状。然而,不同于托架200,侧壁310,312沿着弓丝狭槽308的整个长度延伸而不中断。如图进一步所示,侧壁310,312包括远中锥形区域310a,312a、中心平行区域310b,312b、和近中锥形区域310c,312c。
在远中至近中的方向上,槽308的横向尺寸沿着远中区域310a,312a严格减小,沿着中心区域310b,312b保持恒定,并且沿着近中区域310c,312c严格增加。沿着相同的基准方向,狭槽308的横向尺寸沿着中心和近中区域310b,312b,310c,312c的整个长度而不沿着远中区域310a,312a单调增加。最后,沿着该方向,狭槽308的横向尺寸沿着远中和中心区域310a,312a,310b,312b的整个长度而不沿着近中区域310c,312c单调减小。
在一些实施例中,横向狭槽尺寸沿着弓丝狭槽108,208,308的整个长度的至少约5%、至少约8%、至少约10%、至少约12%、或至少约15%严格增加或减小。在一些实施例中,横向狭槽尺寸沿着弓丝狭槽108,208,308的整个长度的至多约50%、至多约45%、至多约40%、至多约35%、或至多约30%严格增加或减小。
在一些实施例中,横向狭槽尺寸沿着弓丝狭槽108,208,308的整个长度的至少约30%、至少约35%、至少约40%、至少约43%、或至少约45%单调增加或减小。在一些实施例中,横向狭槽尺寸沿着弓丝狭槽108,208,308的整个长度的至多约75%、至多约70%、至多约65%、至多约62%、或至多约60%单调增加或减小。
作为这些实施例中的锥形侧壁的结果,弓丝狭槽108,208,308的近中和远中末端的横向尺寸增加到超出其标称规格(对于常规正畸托架为18密耳(0.46毫米)或22密耳(0.56毫米)特定界限。在一些实施例中,该特定界限为至少约0.5密耳(0.013毫米)、至少约0.6密耳(0.015毫米)、至少约0.7密耳(0.018毫米)、至少约0.75密耳(0.019毫米)、或至少约0.8密耳(0.020毫米)。在一些实施例中,该特定界限为至多约1.0密耳(0.025毫米)、至多约1.2密耳(0.030毫米)、至多约1.5密耳(0.038毫米)、至多约2.0密耳(0.051毫米)、或至多约3.0密耳(0.076毫米)。在一个优选的实施例中,具有标称018(18密耳或0.46毫米)狭槽尺寸的弓丝狭槽在其近中和远中末端可具有19密耳(或0.48毫米)横向尺寸。
图6示出了根据另一个实施例的托架400,该图示出了非线性锥形。如图所示,托架400具有弓丝狭槽408,所述弓丝狭槽具有弯曲而非平坦的相对的侧壁410,420。根据弓丝围绕其纵向轴线扭转时弓丝的形状,一个或多个连续弯曲侧壁的使用可有助于均匀地分散弓丝与器具之间的接触应力,特别是当接触表面基本上彼此匹配时。在一些实施例中,可能有利的是具有介于两个相邻的平坦侧壁节段之间的弯曲侧壁节段以避免在它们靠在一起的地方出现应力局部化。例如,在图5的托架300中,齿龈面和咬合面侧壁节段310a,310b,310c,312a,312b,312c可具有倒圆的接合部,或以其他方式通过弯曲侧壁节段互连。
从如上提供的具有锥形弓丝狭槽的器具中可获得许多技术优势。第一,这些弓丝狭槽几何形状可重新分布由托架上的弓丝所引发的应力;而不是集中于狭槽的末端,应力可沿着弓丝狭槽的长度更均匀地分散。相对于具有非锥形狭槽的托架的扭矩强度,该应力重新分布可大幅增加扭矩强度。在一些实施例中,由于弓丝狭槽的侧壁成锥形,托架的扭矩强度可增加至少20%、至少30%、至少40%、或至少50%。托架狭槽几何形状的仅轻微变化就可足以实现该有益效果。因此,可避免对托架的重大重新设计。
第二,锥形侧壁潜在地允许托架制得显著更小,同时保持与未修改托架相同的扭矩强度。这尤其有利于陶瓷托架,这是因为这些托架易于出现脆性断裂并因而往往比其金属对应物更大。各种其他有益效果可源自更小的托架尺寸(例如更小托架外形)、更大患者舒适度和增大的粘结可靠性。
第三,锥形侧壁可潜在地减轻由弓丝与托架之间的接触所产生的刻痕或拉毛的效应。同样地,由于陶瓷与金属之间的硬度差异,陶瓷托架尤其受益于此。该硬度差异可导致可观察到的丝损坏,这通常在弓丝狭槽的末端处出现。通过提供有助于使弓丝狭槽的壁适形于弓丝表面的壁的几何形状,所提供的器具可因治疗期间弓丝的受损减轻而受益。由于该表面损坏导致摩擦力增加,所以避免此类损坏可减小滑动阻力并提高治疗效率。
所提供的器具可由适用于口腔的任何数量的材料制成。例如,器具可由金属(例如不锈钢、金或钛)、陶瓷(例如单晶或多晶氧化铝)或聚合物复合材料(例如玻璃填充的聚碳酸酯)制成。特别合适的材料包括美国专利No.6,648,638(Castro等人)中所述的细粒多晶氧化铝。作为另外的选择,器具可包括弓丝狭槽,该弓丝狭槽至少部分地由也可成锥形的弓丝狭槽内衬限定。各种类型的弓丝内衬在例如美国专利No.5,358,402(Reed等人)和美国专利公布No.2007/0134610(Wyllie等人)、2008/0081309(Wyllie等人)和2008/0070182(Wyllie等人)中有所描述。
除了材料的选择之外,本领域技术人员已知的任何已知制造方法也可用于形成所提供的器具。示例性方法包括铣削、浇铸、快速成型、金属注塑成型和熔模铸造、以及它们的变型形式。优选地,所选择的制造方法具有复制锥形侧壁的足够精度,从而实现本文所述的有利应力分布图。
图7示出了用于模拟示例性托架52上的接触应力的简化测试设备50。该应力通过对接合至如图所示的托架52的弓丝54施加非对称扭矩而产生。在设备50中,托架52被设置成使得弓丝54完全坐置于托架52的槽中,然后固定于适当空间中。弓丝54具有邻近夹持件56和远程夹持件58,它们牢牢地联接到弓丝54的末端。为了模拟非对称扭矩情况,使夹持件56逐渐旋转,以便沿着托架52的外表面观察应力集中分布图。夹持件58被约束于空间中的固定位置,但允许自由旋转。使用ANSYS工程模拟软件(版本12,得自美国宾夕法尼亚州卡农斯堡(Canonsburg,PA)的ANSYS公司)对托架52进行有限元分析(FEA)。
图8更详细示出了当夹持件56施加扭矩时弓丝54的形状如何扭转。值得注意的是,即使在托架52的狭槽内也可观察到弓丝54的扭转。FEA可用于检查托架52与弓丝54之间的力相互作用。
FEA的结果示于图9和10中,所述图示出了分别具有非锥形和锥形弓丝狭槽的托架60,62上的应力集中分布图。在两个模拟中,弓丝54的一端均如上所述扭转直到获得预定义的最大应力为止。在满足该条件后,捕集沿着弓丝狭槽表面的应力分布图。此处,应力集中的大小由视觉对比度指示,即越暗的阴影指示越高的应力值。在相同测试设置下进行的两个模拟中,沿着相应弓丝狭槽的侧壁观察到托架60,62上的应力。然而,当将图9中的托架60与图10中的托架62进行比较时,可认识到锥形槽得出了均匀分布的应力分布图,而非锥形槽得出了在弓丝狭槽的远中末端处局部化的应力分布图。
扭矩强度测试
本部分描述了进行的扭矩强度测试以阐明所提供的矫正器具的有益效果。使用常规陶瓷正畸托架的弓丝狭槽中容纳的特殊锥形弓丝进行每个测试。此处,将弓丝的相对侧成锥形用作替代来证实弓丝狭槽的侧壁成锥形的效果。
托架粘结
使用具有018(18密耳或0.46毫米)弓丝狭槽的左下犬齿CLARITY品牌高级陶瓷托架(美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3MUnitek(Monrovia,CA)))进行所有的扭矩强度测量。然而,应当了解,其他托架系统例如TRANSCEND品牌陶瓷托架(美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3M Unitek(Monrovia,CA)))也可用于这些扭矩强度测量。将每个托架粘结至不锈钢圆形旋环(knurled ring),该不锈钢圆形旋环具有适形于犬齿托架底座的轮廓的凸形复合曲率。为方便起见,可将至多10个托架样本沿着单个圆形旋环的周长粘结。
为粘结托架,根据制造商的说明书,将TRANSBOND品牌XT光固化粘合剂底漆(XT Light Cure Adhesive Primer)(REF712-034,美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3M Unitek(Monrovia,CA)))施加至环,并将TRANSBOND品牌XT光固化粘合剂膏(XT Light CureAdhesive Paste)(REF712-036,美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3M Unitek(Monrovia,CA)))施加至托架底座。然后将托架径向安装于环的外边缘,其中其弓丝狭槽平行对齐于环的中心轴线。最后,根据制造商的说明书,使用ORTHOLUX品牌LED固化灯(LED CuringLight)(REF704-360,美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3MUnitek(Monrovia,CA)))固化粘合剂。
矩形丝
锥形矩形丝由直线长度为018×025的HI-T品牌II不锈钢矩形丝(REF256-825,美国加利福尼亚州蒙诺维亚的3M Unitek公司(3MUnitek(Monrovia,CA)))制备。对每个弓丝精密加工,以沿着矩形丝的中间段使“A”-尺寸(018)成锥形。取决于样品,锥形沿着每个托架的总弓丝狭槽长度(大约0.070英寸或1.8毫米的长度)或弓丝狭槽长度的一半(大约0.035英寸或0.89毫米的长度)延伸。沿着锥形段,丝的横向尺寸在约16密耳(0.48毫米)至约18密耳(0.46毫米)的范围内,对应于整个槽长度内的约1度或槽长度一半内的2度的锥角。每个锥形可表征为丝相对侧上的一对彼此对准的三角形刻痕,每个刻痕具有在0至0.001英寸(0.0025毫米)的线性范围内的深度。
在该理想的扭矩测试构型中,通过对如上所述的矩形丝的相对侧上的x度锥形进行编程,有效地模拟了弓丝狭槽的相对侧壁中的x度锥形的效果。
扭矩强度设备
使用配备有扭矩强度测试固定装置的MTS QTest/5测试机(MTSQTest/5Test Machine)(美国明尼苏达州伊登普雷里的MTS系统公司(MTS Systems(Eden Prairie,MN)))进行测试。该固定装置具有设置成相隔大约0.953英寸(24.2毫米)的一对相对的弓丝夹持件。第一夹持件允许自由旋转,而第二夹持件受到测试机控制。该固定装置使用柔性链将张力转换成旋转力,该柔性链部分地环绕1.92英寸(4.88厘米)直径的链齿轮,链齿轮继而附接至第二夹持件。将包含一个或多个托架的圆形旋环安装至位于夹持件之间的可垂直调节的卡盘上。
扭矩测量
通过如下方式设置测试:将弓丝末端安装在夹持件中,并在卡盘上设置圆形旋环以对齐托架的弓丝狭槽中的丝。小心地使锥形段与狭槽纵向居中以避免锥形的终缘与托架狭槽之间的接触。旋转的夹持件与托架狭槽的前缘相距大约0.20英寸(5.1毫米),如图7示意性所示。为开始测试,将测试机的十字头以2.0英寸/分钟(50.8毫米/分钟)的固定速率向上平移,从而驱动第二夹持件以大约12度/分钟的旋转速度逆时针旋转。同时,接着通过测压元件连续测量扭矩并记录为十字头的线性拉伸的函数。当出现如下任一种情况时终止测试:1)检测到托架断裂(如扭矩值的初始峰值所指示的)或2)固定装置达到拉伸极限的上限0.80英寸(20.3毫米)。
在下表1中,样品1-3代表使用如下获得的扭矩测试结果:非锥形丝,具有沿着整个狭槽长度延伸的1度锥形的丝,以及具有沿狭槽长度的一半延伸的2度锥形的、最靠近第二夹持件的弓丝。表1中包括样品尺寸、标称丝尺寸、锥角、锥形长度、扭矩强度,以及扭矩强度相对于非锥形样品1的变化。如下所报告的,扭矩测试强度的值反映了至少7个重复测量值的数字平均值。
表1:扭矩强度测量数据
如表1所指示的,所测量的两种锥形弓丝构型的平均扭矩强度均显著高于非锥形弓丝构型。
上述的所有的专利和专利申请均由本文明确以引用方式并入。以上描述的实施例均为本发明的例示,其他构造也是可能的。因此,本发明不应被认为限于以上详述并在附图中示出的实施例,而是由后附的权利要求及其等同物的适当范围所规定。
Claims (32)
1.一种矫正器具,包括:
底座;
从所述底座向外延伸的主体;以及
细长弓丝狭槽,沿着大致近中-远中方向延伸跨越所述主体,所述狭槽至少部分地以底壁和一对基本上平坦的侧壁为边界,其中至少一个侧壁的至少一个区域成锥形,以提供沿着所述弓丝狭槽的长度变化的横向狭槽尺寸,所述一对侧壁具有约0.5至约10度范围内的相对角度偏差。
2.根据权利要求1所述的器具,其中所述一对侧壁具有约1至约4度范围内的相对角度偏差。
3.根据权利要求2所述的器具,其中所述一对侧壁具有约1.5至约2度范围内的相对角度偏差。
4.一种矫正器具,包括:
底座;
主体,从所述底座向外延伸,并具有一对近中翼部和一对远中翼部;
细长弓丝狭槽,延伸跨越所述主体,并位于每对近中翼部和远中翼部之间,所述弓丝狭槽至少部分地以邻近所述近中翼部的一对相对的近中侧壁和邻近所述远中翼部的一对相对的远中侧壁为边界,近中侧壁和远中侧壁的每个相应对中的一者或两者是基本上平坦且不平行的。
5.根据权利要求4所述的器具,其中至少一个侧壁成锥形,以提供沿着所述弓丝狭槽的长度中的至少一些变化的横向狭槽尺寸。
6.根据权利要求5所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸在所述弓丝狭槽的整个长度的约30%至约75%内单调增加或减小。
7.一种矫正器具,包括:
底座;
从所述底座向外延伸的主体;以及
细长弓丝狭槽,沿着大致近中-远中方向延伸跨越所述主体,所述狭槽至少部分地以底壁和一对相对的侧壁为边界,其中至少一个侧壁成锥形,以提供沿着所述弓丝狭槽的长度变化的横向狭槽尺寸,由此所述横向狭槽尺寸在所述弓丝狭槽的整个长度的约30%至约75%内单调增加或减小。
8.根据权利要求7所述的器具,其中所有的锥形侧壁为基本上平坦的。
9.根据权利要求7所述的器具,其中所有的锥形侧壁为连续弯曲的。
10.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸沿着所述弓丝狭槽的整个长度的约40%至约65%单调增加或减小。
11.根据权利要求10所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸沿着所述弓丝狭槽的整个长度的约45%至约60%单调增加或减小。
12.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸沿着所述弓丝狭槽的整个长度的约5%至约50%严格增加或减小。
13.根据权利要求12所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸沿着所述弓丝狭槽的整个长度的约10%至约40%严格增加或减小。
14.根据权利要求13所述的器具,其中所述横向狭槽尺寸沿着所述弓丝狭槽的整个长度的约15%至约30%严格增加或减小。
15.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述弓丝狭槽的横向尺寸具有标称值,并且所述弓丝狭槽的近中末端和远中末端的横向尺寸增加超过其标称值达选择的界限,所述选择的界限在约0.13毫米至约0.76毫米的范围内。
16.根据权利要求15所述的器具,其中所述选择的界限在约0.18毫米至约0.38毫米的范围内。
17.根据权利要求16所述的器具,其中所述选择的界限在约0.20毫米至约0.25毫米的范围内。
18.根据权利要求1、4或7所述的器具,所述弓丝狭槽具有纵向轴线,并且所述锥形侧壁通常具有围绕垂直于所述纵向轴线的竖直基准面的近中-远中对称性。
19.根据权利要求1、4或7所述的器具,所述弓丝狭槽具有纵向轴线,并且所述锥形侧壁通常具有围绕平行于所述纵向轴线的水平基准面的咬合面-齿龈对称性。
20.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述弓丝狭槽还包括:
近中节段;
远中节段;以及
中心节段,位于近中和远中节段之间,其中所述中心节段具有基本上平行的侧壁,并且所述近中节段和远中节段具有锥形侧壁。
21.根据权利要求20所述的器具,其中所述近中和远中节段总共延伸跨越所述弓丝狭槽的整个长度的至多约70%。
22.根据权利要求21所述的器具,其中所述近中和远中节段总共延伸跨越所述弓丝狭槽的整个长度的至多约60%。
23.根据权利要求22所述的器具,其中所述近中和远中节段总共延伸跨越所述弓丝狭槽的整个长度的至多约55%。
24.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述弓丝狭槽具有近中和远中末端,并且沿所述狭槽的横向尺寸大致随着与其近中或远中末端中的一者或两者的接近度增加而增加。
25.根据权利要求1、4或7所述的器具,其中所述器具包括陶瓷材料。
26.一种增强陶瓷矫正器具中的扭矩强度的方法,包括:
提供陶瓷主体;以及
将细长弓丝狭槽提供到所述主体中,所述弓丝狭槽具有一对相对的侧壁,并且一个或两个侧壁成锥形,以提供沿着所述弓丝狭槽的长度变化的横向尺寸,由此当所述弓丝围绕其纵向轴线扭转时,容纳在所述弓丝狭槽中的全尺寸矩形弓丝与所述器具之间的面间接触区域基本上沿着所述弓丝狭槽的长度分布。
27.根据权利要求26所述的方法,其中所有的锥形侧壁为基本上平坦的。
28.根据权利要求26所述的方法,其中所述弓丝狭槽具有近中和远中末端,并且沿所述狭槽的横向尺寸大致随着与其近中或远中末端的接近度增加而增加。
29.根据权利要求26所述的方法,其中所述弓丝狭槽还包括:
锥形近中节段;
锥形远中节段;以及
中心节段,位于近中和远中节段之间,并具有基本上平行的侧壁,以提供对所述器具上的所述矩形弓丝的增强控制。
30.根据权利要求26所述的方法,其中使用扭矩强度测试所确定的所述陶瓷器具的扭矩强度相对于无锥形侧壁的基准器具的扭矩强度增加了至少20%。
31.根据权利要求30所述的方法,其中使用所述扭矩强度测试所确定的所述陶瓷器具的扭矩强度相对于无锥形侧壁的基准器具的扭矩强度增加了至少30%。
32.根据权利要求31所述的方法,其中使用所述扭矩强度测试所确定的所述陶瓷器具的扭矩强度相对于无锥形侧壁的基准器具的扭矩强度增加了至少40%。
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