CN103919617A - 正畸校准器的直接制造 - Google Patents

Abstract

一种用于正畸装置的制造方法，具有牙齿拟合腔室，诸如校准器，其使用单种或多种聚合物材料的层叠印刷。器具的腔室或器具模具由所述多层的边界来限定，可封装患者多达十四颗的牙齿，并成形为用于施加负载至至少一颗牙齿，所述负载足以引起牙齿的运动，并对相邻骨进行重建。在腔室形成器具模具的情况下，模具用于形成阳模并且在其上形成器具。可以使用一系列这样的器具来治疗牙齿咬合不正，所述系列中使用的每个器具用于渐进地将一颗或多颗牙齿从初始位置移动向期望的最终位置。所述器具可以利用各种已披露的材料来制造，并且可以包括用于与其他正畸元件相互作用的辅助特征。

Description

正畸校准器的直接制造

相关申请

本申请是申请日为2012年10月12日的美国专利申请序列号为No.13/650,886的申请的部分继续申请，并要求申请日为2011年10月12日的美国专利申请序列号为No.61/546,554申请的优先权，以上每个公开的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及正畸器具（orthodontic appliance）并特别涉及正畸校准器。

背景技术

在传统正畸治疗中，正牙医生或助手将诸如正畸托架的正畸器具固定至患者牙齿并将弓丝结合到每个托架的狭槽中。弓丝（archwire）施加矫正力，强迫牙齿移动至正畸准确位置。利用传统的结扎线，诸如小的弹性O形环或精细金属丝，来将弓丝保持在每个托架狭槽中。由于在应用各个结扎线至每个托架时遇到的困难，已经开发出自绑式正畸托架，其消除了通过依赖用于将弓丝保持在托架狭槽中的可移动锁或滑片来绑扎的需求。

传统的正畸托架通常由不锈钢形成，其是强力的、无吸收性的、可焊的、并且相对地易于形成和制造。然而使用金属正畸托架进行正畸治疗的患者会遭遇金属可见性的尴尬，这在美容上是令人不悦的。为解决金属托架的不美观，某些传统正畸托架结合了透明或半透明非金属材料的托架主体，诸如晶透或半透明的聚合物或晶透或半透明的陶瓷，其呈现底层牙齿的颜色或色调。

正畸托架的可替代物包括其他晶透（clear）或更少可见性的器具。这些中最常见的是所谓的“校准器”，其在治疗期间可由患者互换。临床医生会指定一系列的校准器用来将一颗或多颗牙齿从它们的初始位置移动至它们的审美学上令人满意的位置，所述校准器通常置于患者牙齿上但并非自身粘附固定或以其他方式连接至患者牙齿上。通常，需要一系列校准器来对患者进行完整治疗，这是因为由一个校准器产生的移动幅度是有限的。这样，以一系列的形式使用时，所述系列中的每个校准器可以设计为用以实现部分治疗过程或将一颗或多颗牙齿朝向期望位置移动整个距离的一部分。

一种这样的校准器是Invisalign○R系统，其可从Align Technology,Inc获得。Invisalign○R系统包括由患者配戴的可移动校准器。一般来说，这些校准器是晶透或透明的聚合物正畸装置，它们可移动地定位在上颌牙齿和/或下颌牙齿上。通过所述系统，随着治疗进程，患者移除具有特定规定的一个校准器并用另一个具有第二、不同规定的校准器来替换它。每个校准器负责将牙齿移向最终预定或美学上正确的位置。

Invisalign○R校准器通过物理或计算机辅助成型工艺制造。所述方法开始时，使用合适的印模材料形成患者齿型的印模，诸如聚乙烯基硅氧烷（PVS）。通过CT扫描印模，计算机从中生成患者牙齿和牙龈的三维数字阳模。为产生反映治疗阶段系列中下一期望牙齿构造的器具，必须要生成反映期望构造中患者齿型的新三维模型。这包括从三维石膏模型捕获个别牙齿的形状输入到计算机辅助设计系统中。然后，在计算机辅助设计系统中，通过计算机化处理使牙齿分离，并然后重新设置成期望构造。所产生的期望构造的患者齿型的计算机化模型随后用于打印牙齿构造的物理模型。最后，将要形成校准器的晶透塑料（clear plastic），诸如聚亚安酯模制在牙齿构造的物理模型上。后续的物理步骤修饰所模制的校准器以移除尖锐的边缘或部分，其可能会接触并刺激牙龈。此外，通常通过诸如转磨抛光的工艺来平滑校准器的表面和边缘。

在一些情形中，连接件有利于校准器与牙齿的连接。在Invisalign○R工艺中，使用在模具上热成形的模板校准器将连接件放置，所述模具匹配患者牙齿的初始位置。薄材料能够用于模板校准器从而使得模板校准器不如标准校准器那样硬或有保持力。在模板校准器上产生针对每个连接件的“井”或“袋”。这些“井”用连接件合成填料装载，并且模板完全置于患者牙弓上。然后每个连接件固化至制造商的要求。当模板中的所有连接件已经固化时，移除模板并通过碳化物或石头磨光毛刺来移除任何闪光层（flashing）。

可以看出，校准器制造是冗长的过程，其增加了对患者治疗的花费和时间。由于这样一种正畸治疗会需要例如代表25个治疗过程阶段的25个中间重置模具，对模具制造、校准器形成和修整的必要步骤而言，所需要的花费和时间可能会惊人的高。所述花费是累加的，这是由于治疗中每个新阶段或治疗中每次改变都需要产生新模具。类似的，针对每个患者在整个治疗中储存一系列模具的花费可能是令人生畏的。

美国专利US5,975,893，其归属于Invisalign○R产品的所有权人，其全部内容通过引用合并于此，描述了上面详述的过程，并还在发明内容的结尾、在第7栏第15-29行，所述’893专利声明：“根据本发明的制造牙科器具的方法包括提供第一组代表一个患者的经过修正的牙齿布置的数字数据集。然后，从这第一组数字数据集产生第二组数字数据集，这里，第二组数字数据集代表经过修正的牙齿布置的阴模。然后，根据第二组数字数据集控制制造机器，以产生所述牙科器具。这种制造机器通常依靠有选择地使未固化的树脂固化来制成这种器具。这种器具通常包括一个聚合物外壳，其具有能容纳牙齿的腔室形状，并且能弹性地使牙齿从原始牙齿布置重新定位为修正后的牙齿布置”。在这样的陈述中，所述’893专利却没有公开一些内容来指示如何形成所述器具的形状、或使用什么材料，并且在商业实现中，所述’893专利的所有权人始终间接地从通过立体平版印刷术制成的牙齿模型形成校准器，这在该段之前的段落中有所描述。

由校准器治疗咬合不正（malocclusion）面对的不是制造困难的挑战。具体而言，与连接件固定起来的校准器可能非常难以安装，这是由于校准器上的连接孔采用与Invisalign○R制造工艺一致的有限数量的形状；特别是，连接孔必须通过在立体平版印刷产生的牙齿阳模上热成形来形成，这限制了可以制作的孔的类型。此外，校准器会与连接件绑定而表现的非常难以移除。

此外，在许多校准器患者中，患者口腔内校准器的存在引起下颌和上颌之间咬合点的变化，并且特别是，引起牙齿咬合移向后臼齿。由于后臼齿上的非平衡咬合力，这使患者的咬合打开并通常对后臼齿进行硬挤。这在移除校准器后的一个后果是TMJ损伤，这是由于在没有校准器时下颌力不再被后臼齿抑制。

对于许多患者来说，手工或通过在阳模上热成形制造的校准器是不舒适的，并会刺激患者牙龈和/或舌头至软组织发炎乃至可能流血的程度。这种不舒适通常是由于校准器没有精确地根据患者牙龈缘修整而引起。修整中的不精确通常由修整工具特别是在校准器介入舌头处的前舌侧上的最小尺寸而引起。如果在修整校准器时没有大致考虑诸如切牙乳头的其他解剖结构，会引起肿胀或发炎。此外，校准器修整的位置会引起在特别是舌侧上靠近牙龈缘的校准器基部处锋利凸缘的产生。

期望的是提供一种用于实现构造为对应一系列牙齿构造的校准器的可替代设备和方法。这种设备和方法应该是经济的、可再利用的、减少时间消耗、减少材料浪费，并且特别是应该减少对于正畸治疗各阶段制造牙齿布置的多个铸件的需求。下文所描述的本发明设备和方法能够实现这些目的中的至少部分以及其他目的。

发明内容

本发明提供了用于直接制造具有牙齿拟合腔室的正畸装置（诸如校准器）的方法的详细描述，其使用聚合物材料的叠层印刷。

在此处所披露的具体实施例中，牙齿拟合腔室由多个层的边界限定，所述多个层封装患者的多达十四颗牙齿，并且所述牙齿拟合腔室成形为将足以使牙齿移动的负载施加到至少一颗牙齿，并使相邻骨重建。可以应用一系列这种器具来治疗牙齿咬合不正，系列使用的每个直接制造的器具使一颗或多颗牙齿逐渐从初始位置朝着期望的最终位置移动。

可替代的，所述器具可以是固定器，其将牙齿保持在由所述器具的腔室所限定的位置。

所述器具可由单种材料形成，或可以包括第一种和第二种聚合物材料层，每种材料形成部分器具。在另一可替代实施方式中，第二器具（诸如刚性件、或金属丝或橡胶的弹性构件）可以粘附或以其他方式结合至所述直接制造的器具。

所述直接制造工艺（direct manufacturing process）允许器具具有比热成形器具可能更广范围的特征和功能。例如，所述直接制造的器具可以制造为包括孔，其连接至患者牙齿上的连接件，或可以具有与器具成为整体的辅助形状，诸如钩或按钮。它们每个都可以和诸如橡胶带的弹性元件一起使用以获得正畸功能。所述辅助形状还可以是腔室，其适合安装至牙齿的第二器具，诸如正畸托架，或者是套在患者牙冠上的器具的缺口。

所述直接制造的器具可以制造以使得牙齿腔室或其他特征具有尺寸上可控的厚度，包括恒定厚度，或根据需要以及在机械上/对正畸有用的可变厚度。此外，咬合面可以以可变厚度形成，诸如在器具远侧区域上的较大厚度和器具近侧区域上的较小厚度，例如用于产生针对牙齿的导向斜坡。这例如能够使睡眠呼吸暂停患者的舌部和软腭打开。此外，对比于非咬合面，咬合面可以以增强的厚度制成。

在一个实施例中，根据本发明原理制成可交替配戴的日用和夜用器具。夜用器具可以具有比日用器具更大的厚度，例如，日用器具可以具有小至0.15毫米的厚度，而夜用器具可以具有高至1.0毫米的厚度。可替代的，或另外的，日用器具和夜用器具可以是不同的材料。

根据本发明原理制成的器具可以是晶透的、或有颜色的，得到根据期望的牙齿外观。器具还可以形成有系列标识符，诸如数字、字母或代码，其整体地形成在所述器具上，供患者或正畸医师参考。

通过所描述方法制成的器具可由聚亚安酯或这里标识的各种其他材料形成。在一些实施例中，或由一些材料形成，所述器具制造可能涉及辐射能固化步骤。还可以使用电子束交联，电子束交联可以选择性地以不同程度在所述器具不同部分使用。

用于形成所述器具的计算机化方法可以包括形成下颌槽的数学模型，以及将牙齿形状对准所述槽以形成牙齿定位，并从所述牙齿定位得到所述器具。所述器具可通过产生偏离牙冠表面的一个表面以及求解自相交表面来形成。

所述器具的制造可以位于地理上远离产生数字模型的位置的一个位置，其包括正畸医师的办公室或患者的家中或工作地点，其允许器具更快捷地传送至患者和正畸医师。

本发明的原理特点还在于通过评估来自器具的光反射而评估器具在安装至患者牙齿时的应力。

本申请还披露了一种藉由热成型来形成器具的方法，该热成型在现有技术中已经使用，本方法使用数字化生成的模具，通过形成层状聚合物材料以生成具有腔室的模具的至少一部分，用于将患者的牙齿封装在期望的最终或中间位置，填充聚合物材料以形成患者的重新定位牙齿的阳模（positive cast），然后在阳模上形成塑料以生成器具。

在这一方面的特定实施例中，模具的至少一些腔室（因此器具的至少一些腔室）可成形为形状与患者的相应牙齿不同，例如腔室可从一个患者牙齿的牙冠上倒印（relieved）。此外，所述方法可适于形成日用器具和夜用器具，日用器具和夜用器具具有不同厚度或由具有不同弹性特征的不同材料制成。此外，在特定实施例中，器具可以有颜色以获得期望的外观，并且形成器具的步骤可以在地理上远离的位置处执行。并且，由每个所披露的方法形成的这些器具的使用可在治疗方案中结合以利用每个器具的优势。

附图说明

结合进来并构成说明书一部分的附图说明了本发明的实施例，并与下面给出的详细描述一起用于说明本发明的各个方面。

图1是适于执行本发明的3D打印机的示意图；

图2是根据本发明的原理的制造工艺的流程图；

图3是根据图2的过程使用图1的3D打印机形成的校准器的示意图；

图4是与根据图2的过程使用图1的3D打印机形成的校准器上的按钮一起使用的橡皮筋的示意图；

图4A是根据图2的过程形成并定位于患者牙齿上的校准器的侧视图，其示出了辅助弹性支座和橡皮筋的使用；

图4B是根据图2的过程形成的校准器的横截面图，其示出了与辅助橡皮筋一起使用的辅助按钮；以及

图5示出了等式计算，用于描述患者下颌骨延髓中枢、和下颌牙齿的冠状长轴以指定倾角的定位、以及位于下颌槽中心的牙根，其作为期望牙齿位置的计算部分，如在美国专利6,616,444中进一步详细描述的那样，所述美国专利的全部内容通过引用合并于此。

图6是根据本发明的第二方面的制造工艺的流程图，图6A、图6B和6C是图6示出的工艺的不同阶段的示意图。

具体实施方式

通常，本发明的一个实施例包括能够根据预定治疗方案移动牙齿的直接制造的正畸器具，如图3和4所示。特别的，所述正畸器具可以将一颗或多颗牙齿从一个方位移动至另一方位，这推进了牙齿朝向它们最终的正畸准确位置和美学上期望的位置的整体移位。在本发明的一个实施例中，可以利用一系列个体正畸器具来完成正畸治疗。因此，所述系列中的每个器具可以以指定的量移动一颗或多颗牙齿。累积地，这些个体量可完成患者咬合不正的完全治疗。

仅通过示例的方式，在一个实施例中，所述正畸器具可以包括校准器。这些校准器类似于现有技术所使用的那些，但差别在于校准器制造的方式，以及如下文所述的详细特征。校准器可被构造成安装在下颌或上颌其中之一上的多个牙齿上或封装下颌或上颌其中之一上的多个牙齿。

在一个实施例中，校准器可以是指定用于通过从非对准位置朝向它们的正畸正确位置移动一颗或多颗牙齿来治疗患者咬合不正或部分咬合不正的一系列校准器中的一个。例如，根据本发明的一个实施例的校准器可以从一个方位向另一方位移动单个牙齿或多个牙齿。所述移动可以根据包括开始定向和最终定向的治疗方案进行预定。开始定向可以是在治疗开始前或由先前的校准器或另一正畸装置确定的任意后续、中间牙齿定向之前的初始定向。一系列校准器中任一校准器的最终定向可以包括处于开始定向和最终定向之间的位置，或它可以是治疗结束时可见牙齿的功能上和美学上令人满意的位置。

在本发明的一个实施例中，用于治疗咬合不正的系统可以包括一系列构造不同的足以实现预定治疗方案的校准器。每个单独的校准器可以使一颗或多颗牙齿从它们的非对准位置逐渐朝向它们美学上恰当的方位或最终方位移动，或者移动至它们美学上恰当的方位或最终方位。

虽然本发明的实施例包括的校准器可以不通过粘合剂等固定至患者牙齿，但是，应该意识到的是，根据本发明实施例的器具也可以粘合地固定至患者牙齿。具体而言，所述器具的实施例可以在正畸治疗期间粘合地结合另一正畸器具和/或结合至患者牙齿。此外，尽管未示出，还应该意识到的是，所述器具可替代的用在上颌和下颌中的一个上或全部上。

通过示例的方式，所述校准器基本与校准器所定位的颌上的一颗或多颗牙齿相符合。所述校准器可封装或接近于复制每颗牙齿的反向形状。然而，与校准器接触的牙齿可能不是在牙齿的所有表面上与校准器匹配或相符合，因此校准器能够在校准器与牙齿表面不相符合的方向上提供这些牙齿更大范围的移动。

图1示意了适于直接制造根据本发明原理的器具的3D打印机10。图1所示的打印机是Dimension Elite3D Printer，其可从Stratasys,Inc的子公司Dimension,Inc获得，所述公司地址在美国Eden Prairie,MN55344-2020,Commerce Way7665。所述打印机以P430ABS聚合物印刷，其使用SR-30可溶支持材料。所述打印机的构造尺寸在三维上超过200mm，其容易满足用于校准器和其他口腔拟合器具的印制，事实上，它能够用于同时印制多个校准器或其他器具（如部分或整个校准器系列的校准器）。由所述打印机打印的层厚度为0.178mm或0.254mm，其尺寸精确度足以用于正畸器具。尽管所述打印机可以用于样机（prototype）目的，为了进行生产，Stratasys制造了Fortus3D生产系统用于快速的生产量和大的构造封装。此外，这些生产系统使得部件比Dimension打印机强300%。

图2示意了直接制造渐进牙齿位置调节器具的流程图，每个表示正畸治疗方案的渐进阶段。所述方法包括：

步骤100。获得表示患者初始牙齿布置和牙龈组织的数据集。通常利用美国专利6,616,444,中披露的方法执行所述步骤，其全部内容通过引用合并于此，并且其归属于所述器具的相同所有权人。

步骤102。以所结合的美国专利6,616,444中披露的方式对牙齿进行切片（segmenting）以获得每颗牙齿定位在它们初始布置中的各自的数据集。除了所参照的专利中披露的方法，在牙齿具有施加的固定分片式器具的地方，虚拟牙齿模型（virtual tooth model）的主体可延伸以结合固定分片式器具的带（band），以使得当配戴在口腔中时校准器可以遮盖固定带。在具有固定器具就位的牙齿上，由固定器具的类型确定边界。对于舌侧和颊侧（lingual and buccal sides），校准器能够被设计成遮盖固定器具，或者校准器的一部分能够被移除，或者二者组合。在分片式带的情形中，舌侧的边界可沿着牙龈，但校准器部分可以在颊侧上类似于按钮地进行移除以允许固定线连接所述分片式带。

步骤104。生成表示患者舌侧牙龈缘和唇侧牙龈缘的虚拟边界，其在咬合方向上偏离大约0.5mm。该边界表示所述器具的基部，并能够使用以一定间隔定位的控制点来编辑。控制点还能够根据需要增加或删除。

步骤106。利用下颌槽模型计算来生成各个牙齿表示理想的最终位置的布置，并如所结合的美国专利6,616,444所披露的那样进行牙齿定位。可替代的，最终位置可以通过在虚拟模型中移动牙齿以对准选定位置的手动过程、通过使牙齿自动对准为与所选弓丝的最佳配合、或通过任何其他手动、半自动或完全自动的过程来生成。

步骤108。生成牙齿在初始和最终布置之间的中间布置，其结合了能够由校准器产生的牙齿移动。

步骤110。在器具安装至特定的牙齿几何结构时添加各种三维连接件至特定的牙齿几何结构。

步骤112。通过从每个牙冠的表面偏移“出”或剥离约0.05mm或更多并求解任意自相交表面（self-intersecting surface）来生成虚拟器具的内表面。在相邻牙冠之间具有足够空间时，器具内表面将偏离牙冠的中间/远侧表面和牙冠之间的牙龈表面。在所述距离是约0.10mm或更小时，内表面将终止于靠近咬合表面的各表面相交处。器具外表面的计算暂时偏离内表面0.762mm，但能够根据各个牙齿的程序化运动整体地或在目标位置增大或减小。

步骤114。将先前计算的边界应用至虚拟器具以形成器具的基部。

步骤116。如果所述器具将与辅件（诸如按钮和橡皮筋（参见附图4，按钮202和206和橡皮筋210，以及图4A和4B，按钮304和320和橡皮筋306））和/或部分一起使用，则修改所述虚拟器具的形状。通常，如果按钮或托架接合至牙齿并且器具将遮盖那个位置，所述器具将具有切口以便于按钮/托架的放置。通过修改边界来实现切口，其通常具有朝向咬合面的半椭圆形状，从而所述器具被形成为避开所述按钮。在使用橡皮筋连接至按钮时，所述器具将需要锚定器以使得橡皮筋能够锚定至所述器具。所述器具锚定器可以采取钩的形式，其是器具中形状类似于曲棍的切口，约2mm长、0.25mm宽，大体如图4A所示意，其示出了橡皮筋306从器具300中的钩302延伸至锚定至牙齿的按钮304。所述器具锚定器可替代地采取按钮320的形式，其整体地形成在器具300的表面中，如图4B所示。

针对不同于单个牙齿运动的目的，可以制造与校准器为一整体的辅件和辅助座，包括

A.用于捕获如上所述的图4、4A和4B中可见的橡皮筋的按钮或装置

B.用于纠正睡眠呼吸暂停紊乱的舌导引装置

C.连接功能装置的其他连接点，诸如图4A中所示的钩302

D.二级矫正斜坡，例如Johnson双阻板（twin block）

步骤118。根据需要进一步操纵所述器具的基部以避免诸如切牙乳头和牙龈组织的固有解剖结构远离后臼齿。

步骤120。在完成编辑时，使用虚拟器具对象以控制加工机器来生产器具。通过重复步骤108-120，生产了从初始位置至最终位置的一系列牙科器具。

步骤122。后处理每个器具，在需要时基于用于生成这些器具的加工机器来改进器具的透明度。3D打印机通常需要表面平滑，这能够通过多种机制实现，诸如通过硅晶体滚动抛光（tumbling），或通过合适的抛光剂抛光（buffing），并且随后可能涂覆以UV聚合透明涂层。基于这些材料，用SLA机器加工的器具能够旋转以移除多余的材料，并然后在辐射能量炉中焙烤以固化所述材料。所述材料的固化过程还可移除任何SLA构造线，从而产生类似于Invisalign校准器的未被构造线损坏的晶透的校准器（clear aligner）。

SLA和Polyjet打印机可用的透明材料通常具有与热成形聚氨酯不同的特性。透明聚氨酯器具通常热成形为具有仅0.020-0.035英寸的厚度，并具有足够的抗张强度和弹性以保持移动牙齿所需的初始形状并保持就位一段时间。为调节材料差异，根据本发明原理的直接制造的器具将在厚度上可控以围绕被编程移动的牙齿提供足够的强度。

可以应用可替代的加工方法以提供与热成形聚氨酯类似的或可能更加有利的校准器材料特性。在先前描述的使用SLA或3D打印机直接制造校准器之外，能够产生校准器的数字模型以作为类似于快速注射成型中所使用的注射模具。

又一加工方法能产生牙齿布置的阴模而不是阳模，且所述阴模能够用于热成形所述校准器。

本发明的又一替换实施例是间接的热成型工艺，其使用直接制造以生成模具，由模具可生成阳模，由阳模可热成型所述器具。参照图6，在该工艺中，校准器模具由立体平板印刷术工艺（stereolithgraphicprocess）形成、被固化并且然后被固定至基部并用于形成阳模，如图6的步骤所安排。

步骤500，通过在结合的美国专利6,616,444,中披露的方法获得表示患者初始牙齿布置和牙龈组织的数据集。

步骤502，以所结合的美国专利6,616,444中披露的方式对牙齿进行切片（segmenting）以获得每颗牙齿定位在它们初始布置中的各自的数据集。在该步骤中，如在步骤102中那样，对于舌侧和颊侧（lingualand buccal sides），当配戴在口腔中时，虚拟牙齿模型（virtual toothmodel）的主体可延伸以在患者牙齿上覆盖固定器具，或者校准器的一部分能够被移除，或者二者组合。

步骤504，生成表示患者舌侧牙龈缘和唇侧牙龈缘的器具模具的虚拟边界，其在咬合方向上偏离大约0.5mm。如上述步骤104所述。

步骤506，利用下颌槽模型计算、如所结合的美国专利6,616,444所披露的那样牙齿在其中的定位，或手工工艺来生成表示理想最终位置的各个牙齿的布置，如上述步骤106所述。

步骤508，生成牙齿在初始和最终布置之间的中间布置，其结合了能够由校准器产生的牙齿移动。如上述步骤108所述。

步骤510，在器具安装至特定的牙齿几何结构时添加各种三维连接件至特定的牙齿几何结构。如上述步骤110所述。

步骤512，通过从每个牙冠的表面偏移“出”或剥离约0.05mm或更多并求解任意自相交表面来生成虚拟器具模具的内表面，如步骤112所述。该内表面的偏移在本工艺中可与直接制造校准器时不同，例如来补偿在后续步骤中使用的浇注模型材料的膨胀。

步骤514，将先前计算的边界应用至虚拟器具以形成器具模具的基部。

步骤516，在完成编辑时，使用虚拟器具模具对象以控制加工机器来生产器具模具。器具模具可建立为与支撑盘一体，如图6A所示，以便于在随后步骤中操作和填充模具。

步骤520，如图6B所示，利用模型塑料、牙科用石（dental stone），塑料、树脂或其它适合的材料填充器具模具以形成患者牙齿和牙龈的阳模。

步骤522，从模具上卸下阳模，然后在阳模上热成型任何合适的晶透塑料（clear plastic）（如图6C所示）并修整阳模以实现所述器具。

步骤524，重复用于附加器具，所述附加器具用于渐进地前进的牙齿位置。

步骤526，器具的后处理，例如前面所述的抛光（tumbling）。

通过重复步骤508-524，可生产一系列牙齿器具，从最初位置到最终位置。

这种替代方法具有以下优势：在立体平板印刷术/快速成型机（rapid prototyping machine）中使用以形成器具模具的材料可以是任何合适的材料而不需要特定的材料性质。其可有利地使用具有最小厚度的脆性材料以便于通过破碎脆性模具而从模具中取出阳模。

随着材料厚度增加，所述器具可能在口腔中变得更加明显，从而没有实现它的一个主要目的，即配戴时晶透和不明显。在所述情形中，能够制造一系列的加厚器具，其将在晚上配戴以实现所编程的运动，以及一系列晶透的0.02-0.035英寸的器具，并在白天配戴以保持夜间所实现的运动。与当前市售的器具通常所能够实现的移动相比，通过日用和夜间器具的组合能够更加有效地实现所编程的运动。

上述的直接制造工艺允许在特定位置直接控制器具的厚度，从而先前不能预测的运动能够从在校准器的特定位置使用加厚材料中获益。

此外，由于形成器具的过程是数字化的，所描述的方法使得能够基于特定位置形成的器具模型而在全世界战略选定位置分布式制造。

通过直接制造工艺产生的器具可以结合修饰性或识别性特征，诸如患者识别号、标志、以及提供白色、修正的牙齿外观的加工用校准器材料中的色彩。此外，校准器的前表面可以形成以美学上令人满意的矫正牙齿的外观，而其中的腔室封装患者的真牙用于矫正目的。

通过上述工艺制造的器具可以可变地交联。具体而言，所述材料的交联（cross-linking）能够被调整以产生针对最理想的牙齿运动的粘-弹性行为。能够在形成校准器的材料中控制交联，以获得理想的粘-弹性行为。特别是可以选择聚氨酯橡胶与电子束交联。这能够用于将校准器的不同部分交联至不同水平。例如，特别是牙齿腔室、或连接钩附近，与其他牙齿腔室或区域相比可以进行不同的交联。

应该意识到的是，牙齿是粘-弹性束缚的。校准器使靠近牙周韧带可能末端的牙齿移位。所述移位最终引起细胞响应，其将下颌或上颌的骨转化为允许牙齿移动的组织。校准器材料的粘-弹性与牙齿的粘弹性相互作用，产生其中牙齿处于移动位置的最佳平衡的相互作用。在所述效果固定下来之前具有等待时间，在这之后，由于细胞过程已经开始，所述移动随后能够相当规则地持续。注意到，在成人中需要比两周长得多的时间以使得所述过程开始，在儿童中需要较少时间。能够调节校准器刚性和几何形状以及移位时间，用于与牙齿移动生理学的相互作用。

在根据本发明的校准器中，牙齿腔室并非必须要与牙齿表面匹配，而是所述表面在寻求移动的方向上远离牙冠，并更加靠近相反侧。与具有符合牙冠形状的腔室相比，这会具有有益的效果，这是因为它可以在更长时间周期内在期望的牙齿移动方向上施加更大力，而不会平衡来自牙齿相反侧上校准器腔室壁的施力。

在根据本发明的图2直接制造的校准器中，另一个优势在于校准器不需要修整，因此节省了步骤。具体而言，不需要采取步骤以避免会伤害牙龈的边缘，这是因为那些边缘在校准器形成前已被电子移除。此外，由于滚动抛光的主要目的在于移除修边所形成的尖锐边缘，所以校准器上可以不需要滚动抛光过程，或不需要那么多。在根据本发明的直接制造的校准器中，在第一示例中没有形成这些边缘。

在根据本发明的校准器中，能够编程地控制校准器相对于牙齿的透明度。这将减少失败案例数量和/或使得制造更加流线化。

在根据本发明的校准器中，由于所述校准器能够直接制造以具有匹配连接件的形状，可以改进连接件的使用。例如，直接制造的校准器能够比传统的校准器更加接近地匹配连接件。此外，连接件能够因此更小，并使得它们更好的互锁，以及针对连接件的特征和形状能够更加优化。

根据本发明的校准器可以包括凹槽，其优选地拟合为用于添加或改变施力的连接件。或者校准器能够以独立部件制造，其进行机械结合，诸如通过图4所示的滑块204结合至机械中间件（诸如图4所示的轴212），其在208处安装在另一颗牙齿上的托架上或安装在牙齿上的另一器具上的托架上。所述校准器可以包括许多制造特征，诸如手柄、触片、凸耳、和凸轮，并不限于这里所示的特定特征。

根据本发明的直接制造的校准器可以包括多个特征用于辅助连接件的捕获以及还辅助所述连接件的移除。用于捕获连接件的活动铰接弹簧能够改进所施加的力并且还使得更加方便地从所述连接件释放。

与通常需要更大的力来移除校准器的传统操作相比，在校准器上的连接件相互作用结构的直接制造允许了对移除校准器所需的施力大小进行控制。

校准器的问题在于在许多校准器患者中，由于校准器的存在打开了患者咬合，校准器硬挤入后臼齿。所述结果经常是TMJ损伤，这是由于在移除校准器之后下颌的施力不被后臼齿抑制。这在直接制造器具中能够矫正，其能够在中间咬合面比远端咬合面做的更厚。参照图4A，能够看出器具300在远端咬合面308比中间咬合面310具有更厚的轮廓，其因此提供了校准器存在的补偿以减轻由所述器具的使用所导致的中间区域310中臼齿的碰撞。

在某些情形中，针对整个治疗或针对治疗期间某些中间阶段的一些目标牙齿，校准器的咬合面能够全部移除。在所述情形中，可能需要在这些牙齿的主体上增大校准器的厚度以确保校准器的结构整体性。

进一步采取所述原理，校准器还能够形成功能器具，在咬合上提供二级矫正（class2correction），由于咬合器具表面相对彼此倾斜而向前或向后移动下颌。

校准器还能够执行睡眠呼吸暂停器具的功能。所述器具的这种变形将包括上颌或下颌器具上的斜坡，它们相互作用以在配戴时驱动下颌向前。（研究示出2-3毫米的下颌运动足以防止舌部和软腭之间能够引起睡眠呼吸暂停发作的密闭。）

根据本发明的校准器可以包括上部托盘内部上的舌刺（tonguecrib），以反复训练舌头不被推到门牙上。（具有门牙间隙的患者通常需要反复训练他们的舌头。）

校准器经常在咬合面上破裂。根据本发明的校准器包括接触点上定制的负载表面以阻止这种破裂。特别是磨牙患者还能够指定进行这种校准器优化处理。

同样，在根据本发明的校准器中，下颌槽建模可以作为构造校准器的部分来执行。使用所结合的美国专利6,616,444中所详细描述的和图5中所示意的计算对下颌槽方程进行数学计算，其表示下颌骨的延髓中枢。下颌牙齿置于曲线上以使得牙冠长轴处于特定倾角，其与迄今已经使用的面部倾角相反。这些牙齿的正中挡（颊尖，buccal cusps）对准在从下颌槽导出的另一平滑方程上，以使得这些牙齿的牙根处于骨的中心。然后将上颌牙齿置于与已经设定的下颌牙齿咬合。相对于正中挡和针对摩尔旋光度的计算对上颌后侧齿进行定位，这在所结合的美国专利6,616,444中解释的那样。通过计算来定位上颌前齿以提供群体功能或犬齿升高参数。关于牙齿尺寸差异、咬合深度等的其他计算也在这时完成。

还可以根据本发明形成分片式或部分校准器。在传统流程中，校准器热成型为单件并进行切片以产生固定分片式器具或Biobloc器具。然而不幸的是，所述方法会损害所述校准器的结构完整性，使校准器在插入口腔中或从口腔中移除时破裂或损坏。此外，在四分切割中可能会损害校准器的保持力，以利于分片式器具能实质减小不同象限上期望运动的效力。使用直接制造，分片式器具可以独立地形成，这避免了对结构完整性的危害。

根据所述方面，制造工艺可以利用制造所述校准器中有关已就位的分片式器具的数据，校准器用于与分片式器具结合。校准器边界的形成考虑了当前的分片式器具。具体而言，在具有就位的固定器具的牙齿上，边界受固定器具类型的影响。校准器能够设计为遮盖固定器具，能够移除校准器的一部分、或针对舌侧和颊侧的组合。在针对橡皮筋或固定线的按钮的情形中，通常移除校准器的一部分，从而边界不会沿着针对牙齿的牙龈而会以围绕所述固定按钮的弓形朝向咬合面移动。在分片式带子的情形中，舌侧的边界会沿着牙龈，但在颊侧上移除类似按钮的校准器部分，以允许固定线连接分片式带子。

正畸中暂时性锚定装置（TAD）概念的近期发展也可用于校准器。步骤116中详述和图4A中所示意的用于按钮和橡皮筋的切口也能够与TAD一起使用以促进前后差异，并且还产生了有利的锚定，这超过了单独使用校准器时的能力，从而促进了另外的牙齿运动，诸如阻生犬牙、门牙扭转、磨牙远移或臼齿直立。分片式或Biobloc器具可以允许用校准器治疗大多数咬合不正：深度咬合、严重旋转、整体运动，以及后侧的磨牙远移/近中移动，这些都难以通过单独的校准器或甚至使用弹性辅件的校准器来矫正。同时使用校准器和分片式器具的能力大大加速了治疗并允许用透明校准器治疗大多数咬合不正，而对于大多数医生而言，现今的透明校准器仅可轻度用于中度患者。

最后，根据本发明的加工技术还可以允许应力分析。聚氨酯塑料加热时出现彩虹效应，其被极化白光照射并用极化滤波器进行能够观察。由于塑料中应力产生的折射率的变化产生彩虹效应。彩虹因此与塑料中应力位置相互关联，并且这些应力能够用极化偏光镜片来观察。双折射是校准器置于患者口腔中时通过校准器中的彩虹效应观察应力模式的一种方法。利用所述效应，只要校准器中有特定式样时，患者能够使用偏光眼镜观察来自校准器的光以对应力进行评估，并返回至正畸专家/牙医（例如，键齿上应力的消失表明运动已经完成）。

根据本发明原理可以使用各种聚合物和打印技术。

南加利福尼亚州Rock Hill的3D Systems提供了多种树脂配方，例如Accura60、AccuraClearVue和RenShape7870，它们是透明的，并且是足够坚硬的。Clearvue标明是生物兼容的。7870公开的冲击强度为0.85-1.15ft-lbf/in。Accura60具有类似于热成形聚碳酸酯的58-68MPa的抗张强度和87-101MPa的抗弯强度。AccuraClearVue具有41-44MPa的抗张强度和74-79MPa的抗弯强度。SL7811具有在破坏值上高达30%的延长率，尽管它是白色、不透明的，但能够对它进行再加工以形成透明且生物兼容的材料。此外，能够再加工某些材料以增强校准器材料的期望特性。

5Fortune Drive,Billerica MA01821的Objet提供了多种材料，其是透明的并且还指定为生物兼容的；FullCure630和FullCure810，能够用于形成校准器，其使用来自Objet的3D打印机。

2Penns Way,Suite401,New Castle,DE19720的DSM Somos已经加工出投放立体平版印刷市场多年的树脂。它提供被证明对于细胞毒性、致敏和发炎具有生物兼容性的三种透明材料：WaterShed11122、ProtoGen18420和BioClear。所有三种材料公布的冲击强度为0.4-0.6ft-lbf/in。Watershed XC11122是防水的。

Zané,Vicenza Italy的DWS制造大的光聚作用系统。它的工艺通过将光固化光聚合物暴露在紫外线光源下来产生部件。在构造平台下通过穿过使用固态激光的特定透明罐来固化光敏树脂来构造部件。DWS已经开发出用于外科导引的透明材料，其已经被证明可用于细胞毒性、致敏和发炎的生物兼容测试。

155North Riverview Drive,Suite100,Anaheim Hills,CA92808的Asiga制造了一种称为Pico FreeForm的系统。其PlasClear材料是透明的。所述公司正处于外用（助听器）器具的ISO10993测试的进度安排过程中，并且也在计划着进行内用医疗装置的测试。

德国Bursseler Str.51,D-45968Gladbeck的EnvisionTEC GmbH提供了e-Shell300，一种被验证是用于助听器器具的透明生物兼容材料。

德国Max-Planck-Str.31,59423Unna的DreveDentamid GmbH加工了其特有材料并提供了来自名为Innovation MediTech的子公司的添加剂制造系统。所述称作FotoMed LED的系统使用LED和数字光处理（DLP）来固化光聚合物。其FotoMed LED材料时透明、强力且坚硬的。它符合针对细胞毒性、致敏和发炎测试的ISO10993标准。

位于上面所确定的地址的Stratasys Inc.提供生物兼容性材料，ABS-M30i和PC-ISO，但两者都不是透明的。ABS-M30i热塑性塑料具有2.6-5.3ft-lbf/in的冲击强度，其高于多数其他候选材料。虽然Stratasys目前并不提供所有添加剂加工系统中的透明材料，熔化沉积制造(FDM)可能具有最大潜力与特性类似于用于热成形校准器的热塑性材料的材料一起使用。例如，用于热成形校准器的材料，诸如Zendura、Duraclear、Tri-Plast和Biocryl，能够进行修改以使用FDM机器来加工具有非常类似于热成形校准器的机械特性的校准器。此外，诸如超声波浴和以陶瓷锥转磨抛光的后处理技术可以产生与热成形校准器类似的透明品质。此外，由于所述材料最初是生物兼容的，再加工FDM机器中所使用的这些热塑性材料的结果将可能产生类似的特性。

虽然本发明已经通过各个实施例的描述进行了说明，并且虽然这些实施例已经相当详细地进行了描述，发明人的目的不是限定或以任何方式限制所附权利要求的范围到如此详尽。因此，其他优势和改进对于本领域技术人员来说是显而易见的。本发明的各种特征可以单独使用或根据使用者需求和偏好进行任意组合。

Claims (17)

1.一种形成用于正畸处理患者牙齿的器具的方法，其使用患者牙齿的当前位置的数字模型，所述方法包括：

将聚合物材料形成为一系列层以共同形成器具模具的至少一部分，所述器具模具包括多个腔室，用于当从它们的当前位置重新定位时封装患者牙齿；

填充聚合物材料以形成患者的重新定位牙齿的阳模；以及

在阳模上形成塑料以生成所述器具。

2.根据权利要求1所述的方法，所述器具模具腔室每个由所述一系列层中的若干层的边界形成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个腔室的形状类似于患者第一颗牙齿的形状，以及第二腔室定位在所述器具中以与患者的第二颗牙齿相符合但具有不同于第二颗牙齿的形状。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，第二腔室具有在其一侧上从第二牙齿的牙冠倒印的形状。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，形成聚合物材料还包括聚合物材料的辐射能固化。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述器具是有颜色的以形成期望的牙齿外观。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，形成所述器具还包括形成所述器具的材料的电子束交联。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述电子束交联可选择地以不同程度应用至所述器具的不同部分。

9.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，形成所述器具还包括形成下颌槽的数学模型，以及将牙齿形状与下颌槽相协调以形成牙齿定位，并使用所述牙齿定位来形成所述器具。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述器具的步骤在地理上远离开发数字模型的地方执行。

11.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所制造的器具是具有第一厚度的日用器具，并且包括制造夜用器具，夜用器具具有比第一厚度更大的厚度。

12.根据权利要求11所述的方法，日用器具的第一厚度不小于约0.15毫米，以及夜用器具的更大的厚度不大于约2.0毫米。

13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述形成的器具是利用第一材料的日用器具，并且还包括形成用于与日用器具交替配戴的夜用器具，夜用器具应用第二材料。

14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其中，所述夜用器具通过根据权利要求1-10所述的方法制造。

15.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括开发患者牙齿的当前位置的数字模型。

16.一种根据前述任一项权利要求所述的方法形成的正畸校准器具。

17.一种正畸治疗患者牙齿的方法，包括：

根据权利要求1-15任一项所述的方法形成器具；以及

将所述器具置于患者牙齿上。