CN105250044A - 能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置 - Google Patents

能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置 Download PDF

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Abstract

能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置，所述的方法包括：通过CT扫描得到患者的口腔数据后重建完整牙齿模型，将要测量矫治力的牙齿分割成牙冠和牙根两部分；制作出整体牙列和定位导板；在待测量牙齿的牙根和牙冠之间装牙齿力学测量组件后将牙列压入石蜡中，模拟正畸治疗中的牙齿移动；按照本发明所述的动态测量方法构建的装置，包括测量底座、测试牙牙合模型和处理器，测量底座上安装多根立柱，立柱顶部固接支撑板，测试牙牙合模型装在支撑板上，测试牙牙合模型的牙齿力学测量组件与处理器连接；测试牙牙合模型置于控温箱内。本发明有益效果：实时、动态的模拟并测量正畸治疗过程中弓丝作用在待测牙齿上的正畸力。

Description

能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置。
背景技术
口腔正畸是针对牙齿排列畸形或错牙合(牙合为一个字，下同)，利用弓丝、托槽等组成的固定矫治器械，或者牙套等隐形可摘式矫治器械，对牙齿施加三维矫治力和力矩，调整颜面骨骼、牙齿和颌面肌肉三者间的平衡和协调，经过一段时间的矫治后改善面型、排齐牙列并提高咀嚼效能。
在正畸中，无论是固定矫治中的方丝弓矫治器还是直丝弓矫治器，或者牙套等可摘式隐形矫治器，都是通过弓丝或牙套的变形将持续载荷实施在牙齿上，实现牙齿的移动。因此矫治器提供给牙齿的三维正畸力和力矩将决定牙齿的移动过程和移动量，正畸治疗过程中要实现牙齿精确的、按需的移动，必须先清楚地知道正畸系统所提供的力和力矩。而且，牙齿在移动过程中，由于位置的改变，矫治器所提供的力也在实时改变。许多不希望的牙齿移动正是因为对正畸力的认识和控制不清晰造成的。不正确的力和力矩会导致牙齿移动过量或不足，此时需要根据实际情况调整矫治器以加力或减力，这样将大为延长矫治的时间，同时可能造成牙周组织的吸收，增加矫治失败的风险，出现较大的不确定性。
目前国内关于正畸力检测的报道一种是用四根弹簧作为测力元件来换算矫治器的力，这种方法需要复杂换算，而且无法得到牙齿所受的力矩值，也无法同时进行多牙测量。还有一种是用基于力传感器的测量装置进行测量，声称直接可以用于口内测量，但由于需要在托槽与和牙齿之间插入插拔垫片，在临床实际使用中是不可能实现的，因为现有的正畸矫治器械都是根据人体口腔尺寸设计成标准尺寸的元件，不允许插入多余辅件，否则会影响病人戴上器械后舒适性和治疗效果，而且也会大大增加临床医生的工作量，无法得到真正的实施；更为重要的是测量的力学数据是已经佩戴了矫治器后的数据，无法用于临床实施前的正畸治疗方案的设计中，即使测量的力学数据不能令人满意，也无法对正畸治疗方案进行根本的修改了。
另一方面，现有的基于力学传感器的正畸矫治力测量系统只能测量牙齿移动前或移动过程中的某一时刻时，矫治器和牙齿均处于静止状态下牙齿所受到力系统。这是因为无论是石膏牙模还是立体打印的牙模，其上的牙齿都是固定不动的，无法模拟出牙齿移动过程由于位置改变而导致实时改变的力系统。而实际的口腔临床正畸中，牙齿是处于动态移动的过程中。由于牙齿位置的改变，矫治器械所施加在牙上的力系统会产生衰减和实时改变，掌握这一动态数据对于精确制订治疗方案，并实现牙齿的精确移动，具有比弄清某一时刻静止的初始力系统更加重要的意义。
发明内容
本发明针对目前的基于力学传感器的正畸矫治力测量系统无法模拟出牙齿移动过程由于位置改变而导致实时改变、无法用于临床实施前的正畸治疗方案的设计中的问题，提出了一种能模拟并实时监测矫治器械所施加在牙上的力系统的能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法及其装置。
本发明所述的能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法，包括以下步骤：
(1)通过CT扫描得到患者的口腔数据；
(2)重建出完整的牙齿模型，并将要测量矫治力的牙齿如尖牙切开分割成牙冠和牙根两部分；
(3)依据患者牙列的牙冠形态设计出牙列定位导板，导板上的定位销保证整体牙列的位置和插入的深度准确，并保证每一颗牙齿重现在口腔中的角度、位置和深度；
(4)用立体打印制作出牙齿和定位导板；
(5)需要测量正畸矫治力的牙齿，将分割成两部分的牙根和牙冠中间连接用于测量牙齿正畸力的牙齿力学测量组件；
(6)将石蜡底座加热到40℃～60℃使其变软，将包含待测量牙位牙齿力学测量组件的整体牙列压入到石蜡中，并通过定位导板保证压入后牙齿的位置、角度和深度；待测牙齿的牙根部分埋在石蜡中，牙齿力学测量组件处于牙根和牙冠的中间并未埋于石蜡之中，待测牙齿的牙冠部分保持与其实际口腔中的位置相一致后取出定位导板；
(7)在测试牙牙合模型上贴上托槽，并安装弓丝；
(8)将测试牙牙合模型固定在测量底座上；
(9)通过温度调节步骤(8)的测量装置中石蜡的硬度、阻力和粘度，以实现与正畸矫治中牙齿实际移动速度匹配的模拟移动；
(10)实时记录牙齿测量组件测量得到的三个方向的力和力矩六个参数，通过坐标转换关系，将测量得到的数值转换到牙齿的质心，即获得所测量牙齿的实际力和力矩。
本方法中提到的温度控制可以为控温箱或其他可的控温装置。
按照本发明所述的动态测量方法构建的装置，其特征在于：包括测量底座、测试牙牙合模型和处理器，所述的测量底座上安装多根立柱，所述的立柱的顶部固接水平布置的支撑板，所述的测试牙牙合模型安装在所述的支撑板上，并且所述的测试牙牙合模型的牙齿力学测量组件的信号输出端通过传输电缆与所述的处理器的信号输入端连接；所述的测试牙牙合模型包括石蜡底座、由若干颗牙齿组成的牙齿模型、定位导板和牙齿力学测量组件，所述的定位导板上设有与患者口腔内牙齿的牙冠相匹配的定位凹槽；所述的牙齿模型的牙冠上贴有用于固定弓丝的托槽，所述的牙冠与其他牙齿牙冠通过弓丝相互连接；所述的牙齿模型的牙根通用定位导板固位牙列后埋在所述的石蜡底座中；每颗待测量牙齿的牙冠和牙根之间连有牙齿力学测量组件，并保持牙齿力学测量组件露在石蜡底座之外。
所述的牙齿力学测量组件包括连接杆和力传感器，所述的力传感器固定在所述的连接杆上，所述的连接杆的上端与所述的牙冠的底部固接，所述的连接杆的下端与所述的牙根上部固接。
所述的牙齿模型的每颗待测量牙齿分割成牙冠和牙根两部分。
所述的牙根和牙冠之间用高强度胶水和连接杆与力传感器刚性连接。
所述的力传感器为美国Nano17传感器。
所述的定位导板上设有3根定位销。
本发明的有益效果是：可以实时、动态的模拟并测量正畸治疗过程中弓丝作用在待测牙齿上的正畸力，包括三个正畸力和三个正畸力矩。相比于其他测试系统，测量更加的准确，在测量过程中力传感器随着待测牙齿的移动而随之变动，更加贴近临床实际情况，能够更准确、可靠地指导临床个性化正畸方案的设计。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是本发明的牙齿模型的示意图。
图3是本发明的定位导板示意图。
图4是本发明的测试牙牙合模型示意图。
图5是本发明的测试牙牙合模型的牙齿力学测量组件结构图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
实施例1本发明所述的模拟牙齿移动过程的三维正畸矫治力动态测量方法，包括以下步骤：
(1)通过CT扫描得到患者的口腔数据；
(2)重建出完整的牙齿模型，并将要测量矫正力的牙齿如尖牙切开分割成牙冠和牙根两部分；
(3)依据患者的牙列形态设计出牙列定位导板，导板上的定位销保证整体牙列的位置和插入的深度准确，并保证每一颗牙齿重现在口腔中的角度、位置和深度；
(4)用立体打印制作出牙齿和定位导板；
(5)需要测量正畸矫治力的牙齿如尖牙，将分割成两部分的牙根和牙冠中间连接用于测量牙齿正畸力的牙齿力学测量组件；
(6)将石蜡底座加热到40℃～60℃使其变软，将包含待测量牙位牙齿力学测量组件的整体牙列压入到石蜡中，并通过定位导板保证压入后牙齿的位置、角度和深度；待测牙齿的牙根部分埋在石蜡中，牙齿力学测量组件处于牙根和牙冠的中间并未埋于石蜡之中，待测牙齿的牙冠部分保持与其实际口腔中的位置相一致后取出定位导板；
(7)在测试牙牙合模型上贴上托槽，并安装弓丝；
(8)将测试牙牙合模型固定在测量底座上；
(9)通过温度调节步骤(8)的测量装置中石蜡的硬度、阻力和粘度，以实现与正畸矫治中牙齿实际移动速度匹配的模拟移动；
(10)实时记录牙齿力学测量组件测量得到的三个方向的力和力矩六个参数，通过坐标转换关系，将测量得到的数值转换到牙齿的质心，以得到所测量牙齿的实际力和力矩；
实施例2按照实施例1所述的动态测量方法构建的装置，包括测量底座1、测试牙牙合模型2和处理器3，所述的测量底座1上安装多根立柱11，所述的立柱11的顶部固接水平布置的支撑板12，所述的测试牙牙合模型2安装在所述的支撑板12上，并且所述的测试牙牙合模型2的牙齿力学测量组件的信号输出端通过传输电缆4与所述的处理器3的信号输入端连接；所述的测试牙牙合模型2包括石蜡底座21、由若干颗牙齿组成的牙齿模型22、定位导板23和牙齿力学测量组件24，所述的定位导板23上设有与患者口腔内牙齿的牙冠相匹配的定位凹槽231；所述的牙齿模型22的待测牙齿牙冠221以及正常牙齿牙冠225上贴有用于固定弓丝223的托槽224，待测牙齿牙冠221与正常牙齿牙冠225通过弓丝223相互连接；所述的牙齿模型22的牙根222通过定位导板23固位牙列后埋在所述的石蜡底座21中；每颗待测量牙齿的牙冠221和牙根222之间连有牙齿力学测量组件24，并保持牙齿力学测量组件24露在石蜡底座21之外。
所述的牙齿力学测量组件24包括连接杆241和力传感器242，所述的力传感器242固定在所述的连接杆241上，所述的连接杆241的上端与所述的牙冠221的底部固接，所述的连接杆241的下端与所述的牙根222上部固接。
所述的牙齿模型22的待测量牙齿分割成牙冠221和牙根222两部分。
所述的牙根222和牙冠221之间用高强度胶水和连接杆241与力传感器242刚性连接。
所述的力传感器242为美国Nano17传感器。
所述的定位导板23上设有3根定位销232。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.能模拟牙齿移动的三维正畸力动态测量方法，包括以下步骤：
(1)通过CT扫描得到患者的口腔数据；
(2)重建出完整的牙齿模型，并将要测量矫治力的牙齿切开分割成牙冠和牙根两部分；
(3)依据患者牙列的牙冠形态设计出牙列定位导板，导板上的定位销保证整体牙列的位置和插入的深度准确，并保证每一颗牙齿重现在口腔中的角度、位置和深度；
(4)用立体打印制作出牙齿和定位导板；
(5)需要测量正畸矫治力的牙齿，将分割成两部分的牙根和牙冠中间连接用于测量牙齿正畸力的牙齿力学测量组件；
(6)将石蜡底座加热到40℃～60℃使其变软，将包含待测量牙位牙齿力学测量组件的整体牙列压入到石蜡中，并通过定位导板保证压入后牙齿的位置、角度和深度；待测牙齿的牙根部分埋在石蜡中，牙齿力学测量组件处于牙根和牙冠的中间并未埋于石蜡之中，待测牙齿的牙冠部分保持与其实际口腔中的位置相一致后取出定位导板；
(7)在测试牙牙合模型上贴上托槽，并安装弓丝；
(8)将测试牙牙合模型固定在测量底座上；
(9)通过温度调节步骤(8)的测量装置中石蜡的硬度、阻力和粘度，以实现与正畸矫治中牙齿实际移动速度匹配的模拟移动；
(10)实时记录牙齿测量组件测量得到的三个方向的力和力矩六个参数，通过坐标转换关系，将测量得到的数值转换到牙齿的质心，即获得所测量牙齿的实际力和力矩。
2.按照权利要求1所述的动态测量方法构建的装置，其特征在于：包括测量底座、测试牙牙合模型和处理器，所述的测量底座上安装多根立柱，所述的立柱的顶部固接水平布置的支撑板，所述的测试牙牙合模型安装在所述的支撑板上，并且所述的测试牙牙合模型的牙齿力学测量组件的信号输出端通过传输电缆与所述的处理器的信号输入端连接；所述的测试牙牙合模型包括石蜡底座、由若干颗牙齿组成的牙齿模型、定位导板和牙齿力学测量组件，所述的定位导板上设有与患者口腔内牙齿的牙冠相匹配的定位凹槽；所述的牙齿模型的牙冠上贴有用于固定弓丝的托槽，所述的牙冠与其他牙齿牙冠通过弓丝相互连接；所述的牙齿模型的牙根通用定位导板固位牙列后埋在所述的石蜡底座中；每颗待测量牙齿的牙冠和牙根之间连有牙齿力学测量组件，并保持牙齿力学测量组件露在石蜡底座之外。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的牙齿力学测量组件包括连接杆和力传感器，所述的力传感器固定在所述的连接杆上，所述的连接杆的上端与所述的牙冠的底部固接，所述的连接杆的下端与所述的牙根上部固接。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的牙齿模型的每颗待测量牙齿分割成牙冠和牙根两部分。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的牙根和牙冠之间用高强度胶水和连接杆与力传感器刚性连接。
6.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的力传感器为美国Nano17传感器。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的定位导板上设有3根定位销。
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