CN110062609B - 用于使用数字模型定制快速腭扩张器的方法和设备 - Google Patents

Abstract

设计和制造用于扩张患者的腭的一系列设备(“腭扩张器”)的方法。特别地，本文描述了用于形成腭扩张器的方法和设备，上述腭扩张器包括快速腭扩张器、以及如本文所述那样形成的一系列腭扩张器以及用于设计和制造它们的设备。

Description

用于使用数字模型定制快速腭扩张器的方法和设备

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年12月2日提交的题为“用于定制快速腭扩张器的方法和设备(METHODS AND APPARATUSES FOR CUSTOMIZING A RAPID PALATAL EXPANDER”的美国临时专利申请No.62/429696的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本申请还与美国专利申请号No.2016/0081768(题为“弧形扩张器具(ARCHEXPANDING APPLICANCE)”)和美国专利申请号No.2016/0081769(题为“弧形调整器具(ARCHADJUSTMENT APPLIANCE)”)有关，上述申请各自的全部内容通过引用并入本文。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物和专利申请均通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入。

技术领域

本文描述了腭扩张器、制造腭扩张器的方法和使用腭扩张器的方法。例如，本文描述的是系列的腭扩张器，其被排序以提供递增的腭扩张(包括快速或逐渐的腭扩张)，以及描述的是制造为患者定制的系列腭扩张器的方法。

背景技术

各种正畸问题与狭窄的腭相关。在某些情况下，上颌骨(maxilla)的大小可容纳上牙。在其他情况下，存在用于上牙的空间但是腭非常狭窄以至于发音受损或变得困难。在其他情况下，腭非常高以至于减少了可以通过鼻子的空气量，因此在不打开口腔的情况下几乎不可能进行深呼吸。在所有这些情况下，腭扩张(即，分离和扩展(spreading)上颌骨)可能会有所帮助。

现有技术中最常用的腭扩张装置通常用粘接剂(cement)固定在上后部臼齿上。使用螺钉或其他机构向臼齿传递水平拉伸力以拉伸腭软骨。在许多情况下，由正牙医生在放置时传递大的水平力。这可能导致极度不适，包括头痛、鼻部不适和疼痛。在其他情况下，以每天一次或多次递增地使用螺钉或其他机构。虽然这种增量方法减轻了这些装置的一些不适，但不舒服的发生率仍然很高。此外，主要是由于该机构而导致这些装置笨拙且笨重。这种笨重会导致在发音、吞咽和呼吸方面的困难。螺钉或其他机构可能难以操作，并且通常涉及使用可能意外丢失或吞咽的键(key，小部件)。此外，这些装置有积聚牙菌斑的倾向。

遇到的其他问题是现有技术的装置倾向于使牙齿向颊部倾斜(即，朝向脸颊成角度)而不是拉伸腭。如果与扩张装置接合的牙齿相对于颌(其在腭扩张过程中移动)的移动最小化，则腭扩张是最有利的。

本文描述的是可以解决这些问题的方法和设备。

发明内容

用于逐渐扩张患者的腭的设备(包括装置和系统)和方法可以包括由患者口腔(包括患者的齿列(例如，牙齿)、牙龈和腭)的模型(特别是包括数字模型)制造的腭扩张器。

提供了用于渐进性腭扩张的方法和设备(包括系统和装置)。例如，本文描述的是用于腭扩张的系统，其可包括一系列增量扩张器，这一系列增量扩张器包括：第一增量扩张器，该第一增量扩张器具有选择为用于扩张腭的几何形状；一个或多个中间扩张器，其具有被选择为用于逐渐地将腭扩张至目标所需宽度的几何形状。最终扩张器可以用于在治疗后一段时间保持患者的腭扩张，和/或可以用于开始或准备供患者进一步牙科矫正，包括患者牙齿的矫正。特别地，本文描述了用于形成针对患者口腔定制的一系列腭扩张器的方法和设备。

用于形成本文所述的一系列腭扩张器的任何方法或设备可以通过对腭的移动(并且在腭扩张时精确估计腭的新表面)进行建模并且可选地在一些变型中对牙齿在患者颌骨内的移动进行建模来个性化该系列腭扩张器，并使用这种建模来设计一系列腭扩张器。例如，用于形成一系列扩张器的设备或方法可以被构造为包括：接收患者口腔在初始位置的数字模型；通过使数字模型变形将数字模型从初始位置调整到腭被扩张的最终位置，以反映患者的中线骨缝的矫形扩张(以及可选地患者的颌内的患者牙齿的正畸运动)；生成对应于初始位置与最终位置之间的数字模型的多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型，其中多个中间位置基于以下一个或多个：腭扩张器的硬度，以及对患者的腭和牙齿中至少一者的变化增量；以及从对应于多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型制造一系列腭扩张器。

用于形成一系列腭扩张器的方法和设备可包括：接收患者口腔在初始位置的数字模型，其中数字模型包括患者牙齿、牙龈和腭的数字模型；通过使数字模型变形将数字模型从初始位置调整到腭被扩张的最终位置，以反映患者的中线骨缝的矫形扩张和患者的颌内的牙齿的正畸运动；生成对应于初始位置与最终位置之间的数字模型的多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型，其中多个中间位置基于：腭扩张器的硬度，以及对患者的腭和牙齿中至少一者的变化增量，其中变化增量包括以下中的一个或多个：臼齿之间的扩张速度、施加到患者口腔的力的量、患者牙齿的牙移动的速度、以及腭的左右部分之间的角度变化速度；以及从对应于多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型制造一系列腭扩张器。

例如，本文描述的任何方法或设备可以被构造为通过以下方式形成一系列腭扩张器：接收患者口腔在初始位置的数字模型(数字模型可以包括以下中的一个或多个：患者的牙齿、牙龈、腭和患者的下颌的数字模型)；任选地，将患者口腔的数字模型分割成腭模型和/或牙齿模型和/或牙龈模型；通过使数字模型变形将数字模型从初始位置调整到腭被扩张的最终位置，以反映患者中线骨缝的矫形扩张和患者颌内的牙齿的正畸运动(例如，基于扩张轴线)；生成对应于初始位置和最终位置之间的数字模型的多个中间位置中的每一个的腭扩张器模型(例如，数字腭扩张器模型)，其中多个中间位置基于：腭扩张器的硬度和患者的腭和牙齿中至少一者的变化增量的限制。例如，变化增量可以是以下中的一个或多个：臼齿之间的扩张速度(例如，每中间位置或每天约0.25mm)；施加于患者口腔的力的量(例如，在臼齿之间，约8N至160N之间等)；患者牙齿的牙移动速度(例如，约0.1mm/天、约0.09mm/天、约0.08mm/天、约0.07mm/天、约0.06mm/天、约0.05mm/天、约0.04mm/天、约0.035mm/天、约0.03mm/天等)；以及腭的左右部分之间的角度变化速度(例如，约1度/天)。

本文描述的用于形成一系列腭扩张器的任何方法和设备可以被构造成估计或建模腭的不同部分(例如，腭的右侧和左侧)相对于患者面部的中平面中的扩张轴线(例如，在患者的鼻子和患者的上颌的后部之间延伸)的移动。例如，用于形成一系列腭扩张器的方法可以包括：接收患者口腔在初始位置的数字模型，其中数字模型包括患者牙齿、牙龈和腭的数字模型；通过使数字模型变形将数字模型从初始位置调整到腭被扩张的最终位置，以反映患者的中线骨缝的矫形扩张和患者的颌内的牙齿的正畸运动，该正畸运动基于围绕患者面部的中平面中的扩张轴线的旋转，所述中平面在患者的鼻子与患者的上颌的后部之间延伸；生成对应于初始位置和最终位置之间的数字模型的多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型；以及从对应于多个中间位置的每个中间位置的腭扩张器模型制造一系列腭扩张器。

通常，扩张器已被描述为预成形装置，其具有：第一臼齿接合区域，适于在上颌的第一侧上接合上臼齿；第二臼齿接合区域，适于在上颌的第二侧上接合上臼齿；以及腭区域，该腭区域的几何形状被选择为适合腭的形状，同时提供压力以逐渐扩大腭。一系列扩张器中的每个扩张器可包括两个臼齿区域，每侧一个，每个臼齿区域具有一个或多个腔，每个腔适于适配在患者的一个臼齿上。在一个特别优选的实施例中，每个臼齿区域包括两个腔，使得每个臼齿区域适配在两个后臼齿或前臼齿上方。每个扩张器还可包括腭区域，该腭区域将两个臼齿区域分开并适配患者的腭。通常，一系列扩张器中的臼齿区域之间的距离顺次增大。

装置的腭区域可以提供力以拉伸或扩张中腭区域。虽然在该区域中可以放置能量增强特征(例如，弹簧和热活性材料)，此外，该区域还可以包括一个或多个适配件，例如支柱、支撑件、横梁、肋、间隙/窗口、附件等，它们可以以比先前描述的更细微的方式分配所施加的力。例如，这些装置可以被构造为，通过在腭扩张器与患者口腔之间布置一个或多个接触点(例如，在牙龈中和/或优选地沿着患者牙齿的上部或下部侧向部分，包括其臼齿)，使得所施加的力以预定和/或期望的模式分布。还可以调节装置的曲率(例如，凹度)，以分配所施加的力，同时允许腭与装置之间的空隙，和/或允许用于使用者舌头的空隙。

如本文所述的一系列腭扩张器可以被构造为通过预定距离(例如，一个扩张器的臼齿区域之间的距离与前一扩张器的臼齿区域之间的距离的差异可不超过2mm、在0.1mm和2mm之间、在0.25mm和1mm之间等)和/或通过预定的力(例如，将施加的力限制在小于100牛顿(N)、在8N-100N之间、在8N-90N之间、在8N-80N之间、在8N-70N之间、在8N-60N之间、在8N-50N之间、在8N-40N之间、在8N-30N之间、在30N-60N之间、在30N-70N之间、在40N-60N之间、在40N-70N之间、在60N-200N之间、在70N-180N之间、在70N-160N之间等、包括其间的任何范围)使患者的腭扩张。这些装置和设备可以被构造成将移动和/所施加的力限制于这些范围内。

在本文所述的任何设备(及其制造方法)中，扩张器可由聚合物和/或金属材料(包括不锈钢、镍钛、铜镍钛等)形成。具体地，本文描述的是层压设备，其中所述设备形成为可以形成和/或粘附在一起的材料层(例如，以形成单一装置)；不同的层可以具有不同的机械和/或化学性质，并且可以包括不同的厚度或厚度区域。例如，设备可包括粘合在一起的层压材料。

设备以及形成这些设备的方法可包括通过直接制造技术制造一个或多个扩张器。例如，可以通过直接打印(例如，3D打印)数字地设计和制造设备(包括一系列腭扩张器)；替代地或附加地，制造方法可以包括牙齿、牙龈和腭的模型的3D打印，所述模型已经被数字构造以形成应用腭扩张的一个或多个系列。

本文还描述了使用本文所述的任何设备扩张患者的腭的方法，所述方法可包括：将一系列扩张器中的每个扩张器定位在适当位置中以使腭扩张；使扩张器保持在适当位置中一段时间，并用系列中的下一个扩张器替换该扩张器，直到发生所需的腭扩张；然后应用被构造成将腭保持在目标所需宽度的最终位置的腭扩张器。本文描述的用于形成一系列腭扩张器的任何方法通常可包括：将患者上颌的数字模型分成左上颌骨侧和右上颌骨侧；形成患者上颌的多个腭扩张模型，其中对于每个腭扩张模型，左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于它们的初始位置逐渐平移；以及生成一系列腭扩张器，其中，系列中的每个腭扩张器对应于腭扩张模型中的一个，而且其中每个腭扩张器包括牙齿接合区域和腭区域，所述牙齿接合区域被构造成可移除地佩戴在患者牙齿上。

本文描述的形成一系列腭扩张器的方法中的任一个可包括：将患者上颌的数字模型分成左上颌骨侧和右上颌骨侧；从数字模型形成患者上颌的多个腭扩张模型，其中对于每个腭扩张模型，左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于数字模型中其原始位置逐渐平移；其中形成多个腭扩张器模型还包括使数字模型变形以反映患者的中线骨缝的矫形扩张；以及生成一系列腭扩张器，其中该系列中的每个腭扩张器对应于腭扩张模型中的一个，并且其中每个腭扩张器包括牙齿接合区域和腭区域，所述牙齿接合区域被构造成可移除地佩戴在患者牙齿上。

例如，形成一系列腭扩张器的方法可以包括：将患者上颌的数字模型分成左上颌骨部分和右上颌骨部分；形成患者上颌的多个腭扩张模型，其中对于每个腭扩张模型，左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于其原始位置逐渐平移和旋转(例如，相对于中间矢状(sagittal，径向的)平面和/或穿过中间矢状平面的线)；生成一系列腭扩张器，其中该系列中的每个腭扩张器对应于腭扩张模型中的一个，其中每个腭扩张器包括牙齿接合区域和腭区域，所述牙齿接合区域被构造成可移除地佩戴在患者牙齿上。在这些方法中的任何一种中，形成多个腭扩张模型可以包括平移和旋转左上颌骨部分和右上颌骨部分，使得在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的前部间隙不同于在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的后部间隙。

如本文所使用的，左上颌骨部分和/或右上颌骨部分相对于平面(诸如中间矢状平面)的旋转可以指左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于位于中间矢状平面中的线或点的旋转，例如在本文中更详细描述的扩张轴线。该旋转在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间可以是对称的，或者它可以是不对称的。

通常，逐渐平移左上颌骨侧和右上颌骨侧(侧部)可导致左上颌骨侧和右上颌骨侧之间的前部空间比左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的间隙扩张得更快。例如，本文描述了形成一系列腭扩张器的方法，包括：形成患者上颌的多个腭扩张模型，其中对于每个腭扩张模型，左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于扩张轴线(该扩张轴线在通过上颌的中线的平面中延伸)逐渐平移，使得在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的前部间隙大于在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的后部间隙；生成一系列腭扩张器，其中该系列中的每个腭扩张器对应于腭扩张模型中的一个，并且其中每个腭扩张器包括被构造成可移除地佩戴在患者牙齿上的牙齿接合区域，以及被构造为邻近患者的腭佩戴的腭区域。该方法还可以包括将患者上颌的数字模型分成左上颌骨部分和右上颌骨部分。将患者上颌的数字模型分为左上颌骨部分和右上颌骨部分可以包括将患者牙齿和腭的数字模型关于穿过上颌的中线的平面分开。形成可以是数字形成(例如，在执行步骤的处理器中形成或借助于执行这些步骤的处理器形成)。如本文所使用的，左上颌骨部分可以指左上颌骨半部，右上颌骨部分可以指右上颌骨半部；这些半部可能不是指上颌骨区域百分比的精确测量(例如，上颌骨区域的50％)，但通常可以指左侧(左半部分或左侧部分)和右侧(右半部分或右侧部分)。

备选地，在本文所述的任何方法和设备中，平移左右上颌骨侧(侧部)可导致左上颌骨侧和右上颌骨侧之间的前部空间比左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的间隙扩张得慢。这可能是期望的，例如用于使前部牙齿之间的可能在扩张患者的腭时形成的牙间隙(空间)最小化。

通常，形成多个腭扩张模型可以包括在第一方向上围绕扩张轴线逐渐倾翻(tip)左上颌骨部分，并且在第二方向上围绕扩张轴线逐渐倾翻第二上颌骨部分。例如，可以通过相对于扩张轴线在x方向(例如，左右方向)上的移动和随着左右两侧围绕扩张轴线倾翻的旋转平移，而使左上颌骨部分和右上颌骨部分逐渐平移。

这些方法中的任何一种还可以包括在形成多个腭扩张模型之前确定患者上颌的最终扩张位置，其中在最终扩张位置中，左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的前部间隙大于左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的后部间隙。

形成多个腭扩张模型可以包括在患者牙齿上包括多个附件，其中多个腭扩张器中的每个腭扩张器的牙齿接合区域被构造为与所述多个附件配合。

任何方法可包括制备用于直接或间接制造腭扩张器(例如，“壳状”腭扩张器，例如本文所述的那些，一旦被使用者或护理人员插入在牙齿上后就佩戴在牙齿上并且与腭相邻)的数字文件。生成一系列腭扩张器可以包括生成多个数据文件，其中多个数据文件中的每个数据文件对应于一系列腭扩张器中的一个腭扩张器。生成一系列腭扩张器可以包括例如通过3D打印或相关技术从多个数据文件直接制造一系列腭扩张器。

生成一系列腭扩张器包括：对于每个腭扩张器，使用相应的腭扩张模型对底表面进行数字建模；对从底表面偏移一厚度的顶表面进行数字建模；以及调整厚度以使得腭区域的平均厚度不同于(例如，大于)牙齿接合区域的咬合区域的平均厚度，并且牙齿接合区域的颊区域的平均厚度不同于(例如小于)咬合区域的平均厚度。

如本文将更详细描述的，这些方法中的任何一种可包括数字地平滑顶表面。

形成患者上颌的多个腭扩张模型可包括：对于每个腭扩张模型，随着左上颌骨部分和右上颌骨部分逐渐平移，使患者的腭的数字模型变形。

牙齿接合区域可以包括咬合侧和颊侧，并且其中咬合侧可以具有与腭区域不同的厚度(例如，可以更薄)，并且颊侧可以具有与咬合侧不同的厚度(例如，可以更薄)。

这些方法中的任何一种可包括(例如，从口内扫描仪)直接地或例如通过扫描患者牙齿的模型或铸型间接地接收患者上颌的数字模型。

例如，形成一系列腭扩张器的方法可以包括：将患者上颌的初始数字模型分成左上颌骨部分和右上颌骨部分；确定用于患者上颌的最终扩张位置，其中在最终扩张位置，左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的前部间隙大于左上颌骨部分和右上颌骨部分之间的后部间隙；在患者上颌的初始数字模型与患者上颌的最终扩张位置之间形成患者上颌的多个中间腭扩张模型，其中对于每个中间腭扩张模型，左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于在通过上颌中线的平面中延伸的扩张轴线逐渐平移，使得在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的前部间隙大于在左上颌骨部分和右上颌骨部分之间形成的后部间隙；生成一系列腭扩张器，其中，该系列中的每个腭扩张器对应于中间或最终腭扩张模型中的一个，而且其中每个腭扩张器包括被构造成可移除地佩戴在患者牙齿上的牙齿接合区域和被构造成邻近于患者的腭佩戴的腭区域。

本文还描述了一系列腭扩张器，其被构造成由患者按顺序佩戴以扩张患者的腭，其中患者的上颌包括左上颌骨部分和右上颌骨部分。例如，对于该系列中的每个腭扩张器，该系列腭扩张器可以包括：左牙齿接合区域，其被构造成可移除地佩戴在左上颌骨部分中的患者牙齿上；右牙齿接合区域，其被构造成可移除地佩戴在右上颌骨部分中的患者牙齿上；以及腭区域，被构造成在患者的腭附近佩戴，其中左牙齿接合区域和右牙齿之间的最前面距离与左牙齿接合区域和右牙齿接合区域之间的最后面距离之间的比率随着该系列而增加，使得在该系列中被构造成较早佩戴的腭扩张器具有比在该系列中被构造为稍后佩戴的腭扩张器更低的比率。

对于每个腭扩张器，腭扩张器的顶表面可以从底表面偏移一厚度，以使得腭区域的平均厚度大于左牙齿接合区域和右牙齿接合区域的咬合区域的平均厚度，并且左牙齿接合区域和右牙齿接合区域的颊区域的平均厚度小于咬合区域的平均厚度。

在这些系列中的任一个中，左牙齿接合区域和右牙齿接合区域之间的倾斜角度可随着该系列而增加，使得在系列中被构造成较早佩戴的腭扩张器具有比在系列中被构造成较晚佩戴的腭扩张器更小的倾斜角度，其中倾斜角度是在上颌中的患者牙齿的初始位置中，相对于通过患者上颌的牙齿的中点的平面的角度。

对于系列中的每个腭扩张器，构造为当腭扩张器被佩戴时面向患者的舌头的顶表面比构造为当佩戴时面向患者的腭的底表面更平滑。每个腭扩张器可包括整体式腭扩张器。而且，对于系列中的每个腭扩张器，左牙齿接合区域可包括左颊延伸区域，左颊延伸区域被构造成当腭扩张器被患者佩戴时至少部分地在患者的牙龈上延伸。该系列中的每个腭扩张器可包括在平坦后表面上的可见识别标记，其中识别标记对以下中的一个或多个进行编码：患者编号、修正指示符(indicator，指示器)、设备是腭扩张器或保持器的指示符、以及治疗阶段。

本文描述的任何方法和设备可以被构造成使得在设计腭扩张器时可以包括医生的输入(例如，正牙医生、牙医等)作为设计参数(例如，设计特征)的一部分。例如，本文描述的任何方法可以允许使用者(例如，医生)输入被包括在单个和/或系列腭扩张器的设计中。例如，使用者界面可以从牙齿和牙弓的初始位置向使用者呈现牙弓(上弓和/或下弓)的数字模型的图形示出，允许使用者修改数字模型以生成或选择最终位置，和/或腭扩张器的顺序或系列。使用者界面还可以允许使用者选择参数，例如附件的数量和位置、腭扩张器的腭区域的尺寸(例如，宽度、厚度等)，当佩戴该设备时腭扩张器与患者的腭的所有或部分之间的间隔，由腭扩张器施加的力(例如，最大力)，任何脱离区域(例如，在颊侧上)的存在和/或程度等。

附图说明

在随后的权利要求中具体阐述了本发明的新的特征。通过参考以下详细描述以及附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述详细描述阐述了利用本发明的原理的说明性实施例，附图中：

图1示出了腭扩张器的一个示例，其包括可以帮助保持在口腔内的封闭附件。

图2是具有用于保持和施加力的开口附件的腭扩张器的示例。

图3示出了腭扩张器的示例，其包括开口附件和切口区域(这里示出为开口附件中的狭缝)。

图4是包括连接到扩张器中的开口附件的狭缝的设备的另一个示例，示出了联接到患者牙齿的模型上的附件(销)。

图5是具有开口附件的扩张器的示例，上述开口附件定位在远离设备边缘的位置(例如，通过移动底部边缘或切割线使其更靠近牙龈或通过将开口进一步向上移动到牙齿)。

图6示出了图5的设备，其包括可以增强应用柔性和/或容易度的切口区域。

图7是包括未连接到开口的切口区域(这里示出为狭缝)的扩张器的示例。

图8A-图8H示出了扩张器和患者牙齿或患者牙齿上的附件(例如，患者牙齿和扩张器器具之间的连接件)之间的开口和切口区域以及附件的各种示例，其包括具有不同尺寸和/或形状的开口。

图8I-图8N示出了开口、切口区域和患者牙齿上的附件(例如，患者牙齿和扩张器器具之间的连接件)的进一步示例。

图9A和图9B示出了腭扩张器的一部分，其包括多个开口以连接到患者牙齿上的附件；在该示例中，扩张器的开口最初包括待结合到患者牙齿的附件，所述附件通过一个或多个凸片连接，所述凸片可以被分开、被破碎或被移除以使凸片留在患者牙齿上。这对于将连接器附件正确地附接到患者的牙齿可能是有用的。图9B示出了沿图9A中的线A-A的截面。

图10是包括附件的扩张器的另一个示例，该附件可以作为扩张器的一部分被包括在内(这里示出为保持在腭扩张器的开口内的单独元件)，用于作为引导件或模板施加到牙齿上。

图11A示出了形成如本文所述的一系列定制的腭扩张器的方法的一个示例。

图11B和11C示出了在治疗期间典型牙弓的平移和倾翻以扩张腭。图11B示出了中腭骨缝的不均匀扩张，其中前部区域比后部区域分开更多。图11C是图11B中示出的上颌骨的前视图，示出了右上颌骨半部和左上颌骨半部的倾翻。

图11D和11E示出了腭扩张期间牙齿的倾翻(tipping of the teeth，牙齿的牙尖复位)。图11D示出了腭扩张之前的牙齿，图11E示出了在腭扩张后的相同牙齿。

图11F是形成一系列定制腭扩张器的方法的另一个示例。

图12示出了患者口腔的数字模型的仰视图的渲染的示例。

图13A-图13D示出了将患者口腔的数字模型划分成不同区域(例如，牙齿、牙龈、腭)。

图14A-图14D示出了患者口腔(例如，腭和/或牙齿)的数字模型的部分围绕扩张轴线的移动。

图15A和图15B示出了上腭的模拟扩张模型的另一视图；图15A未扩张，图15B示出了通过围绕扩张轴线旋转而扩张的腭。

图16A和图16B示出了上颌的模拟扩张模型的正视图；图16A未扩张，图16B围绕扩张轴线扩张。

图17A和图17B示出了可用于确定扩张轴线的轴线(x，y，z)的标识。

图18示出了确定扩张轴线的示例性方法。

图19A和图19B示出了通过围绕扩张轴线旋转而将腭的中间区域从未扩张视图(图19A)扩张到已扩张视图(图19B)的示例。

图20A和图20B示出了在扩张腭(从图20A中的未扩张视图到图20B中的已扩张视图)时在数字模型中生成的间隙。

图21A-图21C示出了一种使腭区域变形以填充由腭扩张形成的间隙的方法。

图22A和图22B示出了在模拟扩张之前(图22A)和之后(图22B)的患者口腔的数字模型的视图，在图22B中示出了扩张后的腭的变形。

图23A-图23C示出了使用本文描述的任何数字模型制造腭扩张器的制造技术的示例。

图24A-图24C示出了调整如本文所述的腭扩张器(例如，腭区域或TPA)的形状。

图25A和图25B示出了设计和/或形成如本文所述的扩张器的另一种方法。

图26A-图26D示出了设计和制造如本文所述的扩张器的另一种方法。

图27A-图27C描述了一种调整扩张器的咬合的方法。

图28A和图28B示出了向如本文所述的扩张器提供抗倾翻转矩的第一种方法。

图29A和图29B示出了向扩张器提供抗倾翻转矩的方法的另一个示例。

图30示出了使用如本文所述确定的阶段设计腭扩张器(或一系列腭扩张器)的方法的一个示例。

图31A-图31B示出了具有限定的前部边沿和后部边沿的腭扩张器的示例，分别示出了顶视图和后视图。

图32示出了如本文所述的腭扩张器的一些变型的前部边沿和后部边沿的示例。

图33示出了自动确定腭扩张器的底表面的方法。

图34A-图34B示出了可包含在本文所述的任何腭扩张器中的偏移(正和负)的示例。图34A示出了示出偏移的计算的示意图。图34B示出了由图34的示意图形成的腭扩张器的一部分的示例。

图35示出了各个子区域(例如，腭中心区域、舌龈区域、咬合侧和颊侧(包括颊延伸部))的厚度。

图36A和图36B示出了扩张器的腭中心区域的平滑。

图37示出了一种平滑方法，其可用于平滑腭扩张器的表面(例如，面向舌的表面)。

图38A-图39B示出了腭扩张器的一个表面的前部区域(例如，最前面的0mm-20mm)的平滑。

图39A-图39C示出了平滑扩张器的腭区域的侧面部分的方法的另一个示例。图39A示出了未平滑的表面，而图39B示出了平滑中的中间步骤，且图39C示出了平滑后的最终表面。

图40A示出了腭扩张器的面向后部侧(边缘)上的标签的一个示例。图40B是腭扩张器的面向后部侧(边缘)上的标签的另一示例。

具体实施方式

通常，本文所述的腭扩张设备作为一系列扩张器由患者佩戴。这些腭扩张器可以被构造成在患者口腔内施加力以扩张患者的上颌骨。特别地，本文描述了设备(例如装置和/或系统)，以及制造和使用这种设备的方法，所述设备包括单独的腭扩张器和/或一系列或序列腭扩张器。本文描述的方法和设备包括用于规划和生成一系列腭扩张器的方法和设备(例如，系统，包括软件、硬件和/或固件)，上述腭扩张器可以更舒适和有效地移动患者的左上颌骨半部和右上颌骨半部。这些方法可以限制由一系列扩张器中的每个腭扩张器传递的力和/或移动速度。随着治疗的进行，这些方法和设备中的任一个也可以引起左上颌骨半部和右上颌骨半部的平移和倾翻，并且随着治疗的进行还可以任选地引起牙齿的倾翻，以及腭的形状(形貌)的变化。

本文描述的是形成腭扩张设备的方法。这些设备可以被构造成施加8N-120N的力以扩张患者的腭。这些设备可以被认为是“慢速”扩张设备(例如，在口腔的上颌的任一侧上的臼齿之间施加大约8N-10N的力)，或者被认为是“快速”扩张设备(例如，施加大于60N的力(例如，在70N和160N之间)用于更高速度的扩张)。在一些变型中，设备可以被构造成驱动移位和/或力。例如，这些设备中的任一个可以被构造成驱动大约0.25mm/天之间的位移(当以24小时的佩戴时间佩戴时)。这些设备(例如，装置)可以形成一系列装置，这些装置可用于移动腭，使腭扩张并在口腔两侧的臼齿之间生成横向力。

通常，本文描述的设备可包括口腔的上表面(腭表面)与腭扩张器之间的偏移。该偏移可以例如在0.1mm和10mm之间(例如，在0.2mm和9mm之间、在0.3mm和9mm之间、在0.5mm和8mm之间、在1mm和7mm之间、在2mm和5mm之间等，包括其间的任何区域或子区域)。该间隙可以防止软组织刺激。当患者佩戴时，间隙可以延伸超过位于患者的腭的对面的设备部分的50％以上(例如，60％以上、70％以上、80％以上、90％以上、95％以上等)。间隙可以在中间腭区域的中心(例如，沿着中腭骨缝等)。在一些变型中，扩张器的腭部分的形状(例如，当受试者佩戴时与患者的腭相对的部分)可以在面向患者的侧面上呈轮廓化，以匹配患者的腭的轮廓(有或没有偏移，如上所述)，且可能包括脊、通道等。相反，腭区域的相对表面(例如，舌侧、面向舌侧)可以被平滑并且可以具有非常不同的

如下面将更详细描述的，可以在制造过程中控制和选择设备(例如，扩张器)的形状，并由此控制和选择在佩戴时由设备施加的负载(例如，力)。提供数字规划过程可能是特别有利的，其中患者上颌(例如，牙齿、腭和牙龈)，以及在一些情况下受试者的下颌(例如，牙齿和/或牙龈)的数字模型可以被修改以规划在患者的初始解剖结构与扩张构造(其中描述了最终的扩张构造)之间变形的一系列扩张器。设计精确有效的一系列腭扩张器应理想地精确地建模腭扩张，以包括右上颌骨半部和左上颌骨半部的线性平移(例如，在xy平面中)和倾翻(例如，旋转平移)，并且可选地包括一个或多个牙齿的平移，包括由于腭扩张器施加的力而使牙齿倾翻。任选地，如本文所述，一系列腭扩张器的设计还可包括对下颌的影响，特别是下颌与上颌之间的相互作用(例如，牙尖吻合(intercuspation))。通过对上腭的牙齿、牙龈和腭(以及在某些变型中的下颌的牙齿)的精确数字建模以及通过控制计划的移动(例如，腭的扩张，可以表示为臼齿之间的分离)和作用于牙齿、腭和/或牙龈中一个或多个上的力可以实现优异的结果。另外，腭扩张器也可以是数字建模的，包括对形状(尺寸，包括厚度、曲率、附接点等)和所使用的材料进行建模。因此，一系列扩张器中的一个或多个扩张器可以准确地并且在一些情况下自动地被构造成使得它们在预定的(或使用者/医师/技师)可调整的参数内实现期望的腭扩张，所述参数例如为施加的扩张力(例如，在x和yN之间，小于yN等，其中x约为5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70等，y为约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120等，且小于x)，在患者口腔中施加力的位置(例如，臼齿的上侧部分、臼齿的中侧部分、臼齿的下侧部分、牙龈、腭等)，和/或患者口腔的部分以避免接触(例如，牙龈、腭、中腭、侧腭等)。

扩张器特征

本文所述的腭扩张器可包括用于接合患者上颌中的至少一部分牙齿(特别是臼齿)的牙齿接合区域，以及在牙齿接合区域之间延伸的腭区域，该腭区域被构造成当患者佩戴该装置时被定位成与患者的腭相邻且相对。例如，图1示出了腭扩张器100的示例，该腭扩张器包括在装置的任一侧上的通过腭区域105连接的一对牙齿接合区域103、103’。在该示例中，腭扩张器还包括一对附接区域107，每个附接区域可以包围附接连接器，该附接连接器例如在装置的任一侧上结合到患者的牙齿(在患者牙齿的颊侧上；仅一对可见)。附接连接器(在本文中也可称为连接器、销、附件等)可在允许其联接(例如，可移除地联接)到扩张器上的附接区域的位置处固定到牙齿。作为佩戴一系列扩张器之前的初始步骤的一部分，可以将附接连接器结合(胶合等)到牙齿上。在图1所示的设备中，腭区域具有凸起的上表面127，其与凹入的下表面108相对。下表面是舌侧(面向舌的)表面；上表面面向腭。

牙齿接合区域可以由与腭区域相同的材料形成，或者它们可以包括不同的材料。牙齿接合区域和腭区域的厚度可以不同或相同。特别地，腭区域可以比牙齿接合区域厚。牙齿接合区域的厚度沿着装置的侧面(例如，颊侧和/或舌侧)可以更厚，并且在牙齿接合区域的顶部的全部或一部分上更薄(或从牙齿接合区域的顶部的全部或一部分上移除)。腭区域可具有不均匀的厚度。例如，腭扩张器可以在装置的中线附近更厚。任何腭扩张器可包括肋或其他支撑件(例如，在牙齿接合区域之间和/或垂直于牙齿接合区域横向地延伸)。这些肋可以由与腭区域的其余部分相同的材料形成(例如，但是更厚和/或被成形为具有圆柱形横截面轮廓)。

牙齿接合区域的内(腔)部分通常被构造成符合患者牙齿的外轮廓，并且直接抵靠牙齿和/或牙龈的一部分(或避开牙龈)以向其施加压力。当患者佩戴时邻近腭定位的腭区域的上表面可以被轮廓化以匹配患者的腭的实际或预测形状。如上所述，在佩戴时腭区域的全部或大部分可以与患者的腭分开或间隔开，这可以增强舒适度并最小化发音的破坏。

在一些变型中，在装置的任一侧上在相对的牙齿接合区域之间延伸的腭区域的一部分(例如，腭区域的在牙齿接合区域之间延伸大约z％的距离的一部分，其中z大于约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％等)可以是平的或直的，而不是弯曲的，因此它不一定遵循患者的口的轮廓。该部分可以是一个或多个横向肋、支柱或支撑件，或者它可以是平板。这种平坦或笔直的部分可以提供增加的力。替代地或附加地，腭区域(例如，一个或多个肋、板等)可以弯曲成弧形(该弧形类似于患者的腭的弧形)，但是可以具有比患者的腭更大的曲率半径(看起来为一个更浅的凹面)。

本文描述的任何腭扩张器可包括一个或多个附接区域或部位(在本文中也称为附接开口、附接联接器等)，用于联接到患者牙齿上的附接连接器。特别地，在装置的每一侧上使用一个或多个(例如，一对)附接区域可能是有帮助的。此外，附接部位可以优选地是穿过扩张器的开口。正畸扩张器上的开放结构(附接部位)可以与位于牙齿上的附件(附接连接器)相互作用以改善器具的整体保持，并且在一些情况下可以用于生成用于牙齿对准的有利的力特征，包括限制或防止牙齿随着腭扩张而向颊部动摇。特别地，当作为用于快速(例如，阶段1)腭扩张的直接制造(例如，3D打印)装置的一部分而包括时，这些特征可能是有帮助的。图2-图9B中的描述是可以用作任何扩张器的一部分的附件(例如，附接连接器/附接部位)的示例。此外，尽管附接连接器通常结合到一个或多个牙齿并且突出到扩张器上的互补开口或腔中，但是该构造可以在这些中的一些或全部中可以是相反的；例如，突出的附接连接器可以是扩张器的一部分，其可以插入于结合到使用者牙齿的开口/腔中。

可以使用任何适当的附接区域，并且特别地，可以使用任何合适的尺寸和/或形状。如上所述，附接区域可以优选地是器具上的开放结构，其可以改善器具在附件上的保持并且可能包括用于牙齿对准的力特征。例如，附接区域可包括穿过扩张器的圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形等(例如，在扩张器的牙齿恢复区域的侧面，例如颊侧)。附接区域可以相对于附接连接器键接；通常，附接连接器可以被构造成以一个或特定定向与附接区域配合。

开放的附接区域可以减少器具对不良固化的附件的不顺应性。开放结构可以实现对预定附件形状和尺寸的完全覆盖。这些附接区域/附接连接器联接件中的任一个可以包含具有该器具/附接相互作用的生物力学的力特征，该附接相互作用包括如上所述的在开口的平面中(例如，抵靠牙齿的表面)传递旋转力的键接区域。在一些变型中，附接连接器可以以需要力来脱出联接件的方式卡扣或联接到附接区域中。

如图1所示，传统的器具设计可以包围有助于维持在口腔中的保持的附件。备选地，如图2所示，可以通过创建开放结构来减小由于器具制造(例如，热成型、直接制造等)而导致的这些附接区域的尺寸的可变性。另外，在图2中，分离器非常类似于图1中所示的分离器，只是包括两个开放的附接区域117。

在本文所述的任何设备中，装置还可包括多于一个的切口区域，其中切口区域(例如，狭槽、狭缝等)通向设备的侧部或边缘。诸如此类的切口特征可以增加邻近区域(例如颊面)的柔性。当连接到附接区域开口或与附接区域开口相邻时，如图3所示，该构造可以增加或减少对附件的保持。在图3中，切口区域(狭缝305)已经被添加到开口结构307中，以增加器具在附件上的柔性。

图4示出了适于与附接连接器联接的开口(附接区域)之间的切口区域(狭缝)的另一示例。在该示例中，附接连接器和附接区域被连接以将扩张器401固定到患者牙齿404(的模型)上。

在图5中示出了具有附接区域的扩张器的另一示例，包括在颊侧上穿过扩张器的开口。附接区域可以形成在扩张器的任何位置处，特别是包括牙齿接合区域的颊侧。在图5中，开口从牙齿接合区域的颊侧的边缘区域向上布置，使得在牙龈边缘上方或在牙龈边缘处的“切割线”(当形成为直接制造件时)已经被降低以增加开孔307周围的机械强度，从而增加保持。

图6示出了图5的示例，增加了狭缝305以增加装置在边缘(但不是腭区域)处的柔性，这可以使得该装置更容易且更快速地戴上和/或移除。在图7中，在开孔之间增加一狭缝，以生成具有与图6所示不同的柔性的另一尺寸。在图7中，狭缝位于两个开放的附接区域30之间；如图6所示，替代的或附加的狭缝(其通常垂直于装置的边缘延伸)可位于开口的一侧或两侧和/或位于开口中。

图8A至图8N示出了附接部位的各种示例(无序的)。在一些变型中，附接部位被构造为钩803(参见图8B)，附接在附接连接器805(例如连接到齿804的支柱、突起等)周围。备选地，附接部位可以是腭扩张器本体802(例如，腭扩张器的颊侧)中的通道807’(图8C)或键控区域807(图8A)，用于接合附接连接器805。替代地或附加地，腭扩张器上的附接部位809可以被构造成卡扣到附接连接器806上(例如，图8E-图8H)，该附接连接器在接近牙齿表面时可以是锥形的。所示的任何附接连接器/附接部位可以被构造成使得多个附接连接器815与一个附接部位813联接。在一些示例中，附接部位和/或附接连接器可以被构造为允许调整/重新调整以绷紧/松开连接。例如，多个附接连接器817(例如，图8M)可以以允许使用者或患者选择多个附接连接器中的哪个与一个(或多个)附接部位819接合的方式连接在一起。替代地或附加地，装置821可以包括多个附接部位822、822’(例如，图8N)，这些附接部位定向成具有不同方向上的狭槽/狭缝，使得两个或更多个附接连接器825可被插入并允许由装置对牙齿施加扭转或其他方向力(旋转等)。如图8A至8N所示，延伸的开孔结构813、807可以存在于附接连接器之间，和/或连接部位可以被构造为双钩和单钩803系统。在联接附件中，联接区域包括孔和狭缝，其可以被修改，使得狭缝逐渐变细以增加保持。还示出了不同几何形状的键和锁系统的示例。如上所述，附接区域可以替代地定位在牙齿上，并且附接连接器可以位于器具(装置)上。这些设计中的任何一种都可用于控制牙齿移动的力矩和力。

在附接连接器(例如支柱)结合到患者牙齿的变型中，可以使用示例性扩张器来附接连接器(该扩张器在序列中可以被提供为“零”扩张器，其中腭尚未被扩张)。该扩张器可以用作模板以将附接连接器定位在牙齿上，如图9A、9B和图10所示。在图9A中，一个或多个附接连接器与腭扩张器901被包括在一起，腭扩张器901可以用作放置载具(模板)。附接连接器907可以与扩张器(包括附接区域)一起被打印，使得一个或多个凸片905(例如，可移除、易碎、可切割等的凸片)从腭扩张器901中的具有开口(孔)特征的附接区域延伸到附接连接器。该示例中的凸片是一个小凸片或材料条。在将附接连接器707结合到牙齿之后，该凸片将被切割/移除。凸片可由与腭扩张器不相似的材料(或相同材料)制成，和/或附接连接器907可由与扩张器和/或凸片相同或不同的材料制成。附接连接器可以被设计有定制的颊面轮廓，以使颊部配合更精确。

图10示出了包括作为腭扩张器1001中的开口或孔特征的附接区域的设备的另一示例；该示例还可用作用于预成型的附接连接器1005的粘合模板，在该示例中，所述附接连接器未通过凸片附接到扩张器/模板。在该示例中，一个或多个附接连接器可以单独制造(由另一种材料和/或工艺制造，或者由相同的材料和/或工艺制造)，但是扩张器可以包括定制的连接器区域(孔特征)，其包括定位特征以将附接连接器1005定向成使得患者的颊面轮廓对齐。附接连接器可以被设计成使得颊面轮廓和定位特征对准以便准确放置。

腭扩张器系列

可以通过如下操作定制一系列腭扩张器：对患者的口腔进行数字建模，并且自动地、半自动地或手动地操纵数字模型以规划要佩戴的该系列腭扩张器，以在腭扩张治疗结束时实现患者的上弓的期望的最终构造。在一些变型中，最终位置可以被确定为腭扩张的端点，并且可以确定用于实现该最终构造的腭扩张器的阶段。这些阶段可以称为中间位置。可以为腭扩张之后的每个中间位置和最终端点生成定制的扩张器(包括要佩戴一段时间(例如，1个月、2个月、3个月、4个月、5个月、6个月等)的保持装置)。本文描述的方法和设备可以被构造为通过对弓的矫形移动和颌骨中牙齿的正畸运动两者进行建模、并对颌中的腭、牙齿和/或牙龈的移动施加约束来设计每个扩张器，包括扩张器的硬度和/或形状(并且特别是腭区域，在本文中称为IPA或腭间弓)，上述约束包括对以下一个或多个的约束(例如，限制)：腭的两侧的移动的速度、牙齿(例如，患者上颌的相对侧上的臼齿)之间的扩张速度、施加于患者口腔的力的大小、患者牙齿的牙移动速度、以及腭的左右部分之间的角度变化速度。这些约束可以被表示为对这些移动的变化增量的限制。患者的年龄也可用于建模或模拟腭和/或牙齿的移动。

通常，针对特定患者定制的腭扩张器可以基于对患者口腔的数字模型的操纵(其包括矫形(例如，腭扩张)和可选地正畸(例如，颌内的牙齿移动)移动)来创建一系列的扩张器。

例如，本文描述了用于基于数字模型来设计和制造定制的腭扩张器(例如，快速腭扩张器)的方法和设备。通常，这些方法中的任何一种可以包括取得/接收患者口腔(包括患者的腭表面)的数字模型。例如，数字扫描仪可用于扫描患者的口腔(例如，牙齿、牙龈、腭等)。可选地，数字模型可以被分割成牙齿模型、牙龈模型和腭模型。当独立地建模颌内的牙齿移动(正畸运动)和腭移动(矫形移动)时，分割可能是有帮助的。备选地，可以对矫形移动和正畸运动一起建模(尽管即使使用独立的部件建模，两者也可以相互作用，使得颌的移动可以通知腭的移动，和/或反之亦然)。该方法和设备可以确定由一系列扩张器实现的腭和/或牙齿的最终位置，包括分阶段矫形和正畸运动以实现最终位置。然后，该建模可用于为特定患者设计定制的快速腭扩张器。因此，在本文描述的任何方法和设备中，数字模型可用于预测矫形(腭扩张)和正畸(牙科)移动，并且该模型可用于确定最终位置设置和限定腭扩张和/或牙齿的移动/速度。

作为建模的一部分，可以对重构后的腭表面进行变形(morphed)以用于治疗模拟、预测和扩张器设计。在建模和模拟期间腭的精确变形可以允许精确设计定制扩张器(特别是腭区域)，包括提供距患者的腭的适当或期望的间隔，或者在一些变型中，紧贴患者的腭。

本文描述的扩张器可以是快速腭扩张器。用于设计这些定制的快速腭扩张器的方法和设备可以包括基于治疗阶段、年龄、弓形状和其他信息来控制力和硬度。

图11示出了设计和/或形成一系列定制的腭扩张器的示例性方法。在图11中，方法或执行该方法的设备(例如，包括软件、硬件和/或固件的装置或系统)接收患者口腔的数字模型1101。该方法和/或设备可用于自动或半自动地设计一个或多个(例如，一系列)腭扩张器，所述腭扩张器可通过本文所述的任何技术制造并由患者佩戴。当被构造为半自动地操作时，设备可以与使用者(例如牙科技师、医生、牙医、正牙医生等)交互操作，使得设计参数和决定中的至少一些可以由使用者引导，该使用者可以得到即时反馈，包括对施加在模拟扩张器上和患者牙列上的力的模拟反馈和视觉反馈。

通常，所述方法和被构造为执行本文描述的这些方法的设备中的任一个可以由专用设备执行，该专用设备可以包括数字输入(数字文件输入和使用者输入，例如键盘等)、一个或多个处理器、至少一个视觉输出(例如，屏幕、打印机等)和一个或多个数字输出，包括在制造(例如直接(例如，3D打印)制造)中使用的数字文件输出。替代地或附加地，所述方法和执行该方法的设备可以由执行特定和/或特别适合的控制逻辑的通用装置来执行。因此，在这些变型的任一个中，该设备可以被构造为控制逻辑(例如，软件、固件等)，其使得处理器(微处理器等)执行所述的各种功能。本文描述的任何设备可以包括非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储能够由处理器执行的一组指令(控制逻辑)，当由处理器执行时，使得处理器执行最终形成一个或多个定制的扩张器的操作。控制逻辑可以特别适于在本地或远程计算机(笔记本电脑、台式机等)、远程服务器、智能电话、平板电脑、可佩戴计算机(智能手表等)的处理器上操作。

回到图11，所述方法或被构造成执行该方法的设备接收患者口腔的数字模型1101。该数字模型可以由一个或多个源提供，所述源包括特别是数字扫描系统，包括口内扫描仪，例如在US7,724,378、US2016/0064898、US8,948,482、US2016/0051345、US20160003610、US7,698,068、US20160163115、US9,192,305和US2015/0320320中所描述的那些，上述口内扫描仪可用于确定受试者牙齿和/或牙龈和/或腭的形貌表现。患者的口腔可被直接或间接扫描(例如，扫描患者口腔的模型或印模)。其他扫描系统可包括扫描托盘等(参见，例如US8,520,925)。数字模型可以是不同部分或区域的多个数字模型，所述部分或区域例如，分别包括牙齿、牙龈和腭，或者分别包括所有它们三者的不同区域，其可以组合成整个口腔或相关的部分的单个数字图像。在这些设备和方法的任一个中，上颌和下颌都可以被数字扫描并提供。特别地，可以包括下颌的牙齿，以及上颌的牙齿、牙龈和腭。

可选地，数字模型可以被分割1103成单独的一个/多个牙齿模型、和/或牙龈模型和/或腭模型，它们一起形成患者口腔(包括腭表面)的数字表示。然后，该数字表示可用于建模腭扩张的矫形移动和牙齿的正畸运动。使用者可以提供目标最终位置和/或使用或调整模型以预测牙齿的正畸运动。数字模型可以从初始位置调整到最终位置，在最终位置中腭被扩张1105。可以使数字模型变形以反映患者的中线骨缝的矫形扩张和患者的颌内的牙齿的正畸运动1107。通常，当对增量腭扩张进行建模以使腭扩张分阶段时，腭的移动(例如，位于中线骨缝的任一侧的腭的右侧和腭的左侧)可以基于或近似地来自解剖学约束(constrain，强制)。例如，腭的右侧和左侧的移动可以相对于扩张轴线旋转移动1107，所述扩张轴线在远离患者面部的轴线上、以相对于通过上弓中的牙齿的中点的xy平面成一定角度(例如在5度和85度之间，例如在5度和50度之间，在10度和70度之间等)、例如在患者鼻子和患者上颌的背面之间延伸的患者面部的中平面中延伸。可以替代围绕扩张轴线旋转或者除了围绕扩张轴线旋转之外还施加约束腭和/或颌和/或牙齿的移动的其他方法。

在图11中，一旦自动地、手动地或半自动地确定腭扩张的最终位置，则可以使用数字模型生成完成该最终位置所需的腭扩张器的序列。可以计算出任何数量的步骤或阶段，每个步骤或阶段对应于可由患者或者更可能是患者的护理人员(因为患者通常可为7至12岁之间的儿童)施加和/或移除的可移除的腭扩张器。例如，该方法或被构造为执行该方法的设备可以生成上弓的多个中间位置，并且由该模型生成对应于每个中间和最终位置的腭扩张器模型1109。例如，该方法或设备可以基于腭扩张器的硬度确定每个阶段(每个中间位置)，以及确定当对应于该阶段的腭扩张器被佩戴时对患者牙齿的一个或多个移动速度的限制，和/或由腭扩张器施加到患者口腔或口腔区域的力的限制。例如，该方法或设备可以基于患者的腭和牙齿中的至少一个的变化增量来确定中间位置，其中变化增量是以下中的一个或多个：臼齿之间的扩张速度、施加至患者口腔的力的量、患者牙齿的牙移动速度、和/或腭的左侧部分和右侧部分之间的角度1111。

在这些方法和设备中的任一个中，最终和增量位置可以被建模为包括左上颌骨半部和右上颌骨半部的平移和旋转(例如，倾翻)运动。这在图11B和图11C中示出。通常，使用本文所述的设备和方法的腭扩张未均匀地分离右1185腭区域和左1187腭区域。例如，腭的左前部(前)将比更后部区域扩张得更多，导致中腭骨缝的三角形分离，如图11B所示。另外，如下面将更详细地描述且在图11C中示出的，腭的右1185上颌骨半部和左1187上颌骨半部将围绕一轴线倾翻，该轴线相对于通过上弓中的牙齿的中点的xy平面、以一定角度(例如，在5度和85度之间、例如在5度和50度之间、在10度和70度之间等)延伸远离患者面部。因此，在本文所述的扩张期间对腭的中间和最终位置进行建模时，这些方法和设备可以对平移移动(例如，在xy平面中)以及围绕该轴线的倾翻(例如，旋转)建模。具体地，本文描述的方法和设备可以建模和引起腭的更前部分离1191(与更后部区域1193相比)和在与上牙平面成一定角度延伸的轴线上倾翻。另外，这些方法和设备中的任一个也可以引起牙齿的倾翻，如图11D和图11E所示。通过施加力而使腭移动可能导致牙齿倾翻，这既由于在扩张期间牙弓的倾翻(例如，图11C)，而且还由于由腭扩张器施加在牙齿上的力。在图11E中，与图11D中所示的原始位置相比，牙齿向外倾翻。

图11F示出了生成一系列腭扩张器以治疗患者的方法的另一示例。该方法可以由(计算机、平板电脑、智能手机等上的)处理器执行，该处理器被构造为执行这些步骤并且还可以控制所得的一系列的腭扩张器的制造。所有腭扩张器可以被设计和制造用于一起递送以由患者佩戴。如上所述，可以向处理器提供患者牙齿的数字模型3001。然后，该方法(或被构造为执行该方法的处理器)可以准备用于规划腭扩张器的阶段3003。使用者界面可以交互地允许控制一系列腭扩张器的设计。例如，使用者界面可以允许使用者选择将要形成腭扩张器的材料，并因此选择设备的材料特性3005。替代地或附加地，可以将该信息作为默认值(例如，从由处理器可访问的存储器)调用。类似地，使用者可以输入或选择在使腭扩张器分阶段时将在扩张上使用的限制：扩张速度、和/或要施加的峰值或最大力等3007。替代地或附加地，可以将该信息作为默认值(例如，从由处理器可访问的存储器)调用。可选地，使用者界面还可以允许使用者选择和/或定位患者牙齿上的附件3009。替代地或附加地，可以将该信息作为默认值(例如，从由处理器可访问的存储器)调用。

然后可以从患者的腭的数字模型生成患者牙齿的可变形的模型。这在下面更详细地描述。可变形的腭模型可以在腭扩张过程期间提供更精确的近似的腭形状。在治疗期间，牙龈和腭表面移动并改变形状。在治疗期间可以使用可变形的腭模型来预测治疗过程中的腭的形状。在设计腭扩张器以使得在每个阶段在患者的腭与腭扩张器的顶表面之间存在间隙(例如，空间)时，这可能特别有用。因此，该方法可以在腭和设备之间留下足以防止接触同时限制空间的间隙，使得食物不会被困在器具与腭表面之间。

回到图11F中描述的方法，该方法可任选地包括从颌(例如，上弓)的原始扫描中构建初始腭模型3013。腭模型可以包括腭、牙龈的模型，并且还可以包括牙齿的位置。然后可以通过分阶段步骤修改初始位置3015，在此期间使用所定义的参数或限制生成一系列腭扩张器。例如，(在该步骤或更早)可以确定最终位置3016。如上所述，最终位置可以由软件自动生成，或者手动(或半自动，例如，由软件辅助)生成。例如，处理器可以提供使用者界面，该使用者界面显示患者牙弓(例如，牙齿、牙龈和腭)的数字模型，并为牙科医生或技术人员提供工具以操纵数字模型来创建扩张的腭的建议的最终位置。如本文所述，处理器可以自动地调整牙弓的旋转，以生成最终建议的位置。替代地，处理器可以接收腭的最终位置。

然后，处理器可以使用初始位置和建议的最终位置，并且可以将限定的约束应用于处理器以生成对应于各个腭扩张器的顺序阶段。例如，对于每个阶段，处理器可以设置腭扩张器构造(例如，附接在右上颌骨半部和左上颌骨半部的臼齿上的牙齿接合区域的位置，以及腭区域的尺寸和厚度等)以基于腭扩张器的材料特性(例如，硬度)在每个阶段生成最大量的力和/或移动(例如，0.25mm等)3017，同时使左右上颌骨半部平移和围绕扩张轴线旋转3019。处理器还可以确定患者牙齿的倾翻3021，使得腭扩张器可以在每个阶段适当地配合并且安置在牙齿上。对于每个阶段，可变形的模型可以被变形以使得腭能够被准确预测。可变形的模型可以使用任何适当的变形算法(包括但不限于薄板样条函数程序)而变形。也可以(例如，基于牙冠和/或中心来确定牙齿移动)确定牙齿的位置(例如，倾翻)。骨缝开口可以在可变形的模型中通过例如包括限定骨缝开口的多个骨缝点来建模。因此，对于每个阶段，可变形模型可以基于分阶段来变形3023。另外，如本文将更详细描述的，处理器可以包括任何保留附件，并且还可以标记每个阶段3013。一旦生成了整个序列，处理器就可以制造或传输描述每个阶段的电子文件，用以进行制造。可以使用任何适当的制造技术，包括3D打印。然后，可以将序列提供给患者以供使用。图40A和图40B还示出了标签(例如，PID标签)的示例，其可以直接形成在一系列腭扩张器中的每个腭扩张器中。如上所提及和所描述的，标签可以是字母数字或任何其他唯一识别标签，并且可以形成到扩张器的材料中。在图40A中，标签是标识阶段和(例如，最后两位数)和/或患者或治疗标识符的PID串。在图40A中，标签4005被压印于(伸出)腭扩张器的后部端。在图40B中，标签4007被雕刻(例如，伸入)于腭扩张器的后部端。

可以从任何适当的来源(例如口内扫描仪)获取患者口腔的数字模型。当获取患者口腔的数字模型时，该数字模型可包括上颌和下颌，包括牙冠、牙龈和上颌骨腭表面。图12示出了患者口腔(仅包括上颌；在其他变型中，可包括上颌和下颌)的数字模型的仰视图的渲染的示例。在图12中，该模型包括患者的牙齿(牙冠)1201、牙龈1203和腭1205，示出了初始位置。数字模型捕获了患者的口腔。如上所述，它可能包括上颌和下颌；对于上颌骨颌，可包括牙冠、牙龈和腭表面。在图12中，患者的腭上的脊、通道和其他非平滑结构是可见的。

可选地，患者口腔的数字模型可以被分成两个或更多个部段。例如，腔可以被分成三个部分，包括牙齿、牙龈和腭。牙齿部分中可以包括所有的牙齿，或者可以仅包括一些牙齿(例如，后四个臼齿)。图13A-图13D示出了分割患者口腔的数字模型的方法。在图13A中，数字模型由舌侧牙龈曲线1301划分，而在图13C中，示出了三个分割区域，包括牙齿模型1305、实心腭模型1307和牙龈模型1309。

牙齿模型和牙龈模型可以使用确定这两个区域之间的边界的工艺来构建；可以通过获得牙齿的牙龈线来建立腭模型，并将它们连接起来以创建“舌侧牙龈曲线”(参见图13A)，仅选择舌侧牙龈曲线内的形状/顶点，并重建实心腭模型(图13C)或表面(图13D)。

然后可以自动或手动地操纵数字模型(或分割的数字模型)以设置腭和/或牙齿的最终扩张构造。数字模型可以允许围绕一条或多条腭骨缝，例如中腭骨缝(例如，中线骨缝、颌间骨缝等)、横向骨缝(腭间骨缝、横向腭骨缝等)、前颌骨骨缝等、特别是中腭骨缝来操纵部件(包括腭的右侧和左侧)。可以约束该操纵，使得当移动数字模型以扩张腭时，移动基于引导不同腭区域的相对移动的一个或多个生理约束。在一些变型中，用于确定腭扩张(包括确定最终(扩张)位置)的快速腭扩张模型可以基于围绕扩张轴线的旋转。因此，数字模型可以被约束以模拟和预测快速腭扩张治疗效果，伴随矫形和牙移动，其包括矫形扩张(例如，中线骨缝的扩张、以及左右上颌骨半部的倾斜变化)和牙移动(例如，骨头内的牙齿的牙移动)。可以通过获得颌和骨头的解剖学和/或通过对实际治疗结果和/或公开文献的测量和数据分析来约束对模型的操纵。

如上所述，在设定最终位置和/或中间位置(阶段)时，可以移动左右上颌骨半部，使得左右上颌骨半部(包括牙齿、牙龈和腭区域)围绕扩张轴线倾翻，该轴线与牙齿平面成一定角度从患者的头部向前伸。该平面可以是所有上牙的牙冠中心平面，例如，y轴线沿成对的牙冠中心的中线向下延伸。腭的扩张(例如，左上颌骨半部和右上颌骨半部之间的扩张)可导致牙齿在x方向上的移动。这种移动可以受到本文所述的方法和设备的约束，使得移动围绕扩张轴线协调，导致左上颌骨半部和右上颌骨半部之间的成角度(例如v形)的分离，伴随在相反方向上围绕扩张轴线的旋转(倾斜)。

这种对腭的移动建模的约束和方法的一个示例是上面提到的且如图14A-图18所示的“扩张轴线”。在这些方法和设备的任一个中，左右上颌骨颌和腭表面可以被建模为两个移动部件。当从数字模型确定患者口腔的矫形和正畸运动时，每个部分可围绕一个扩张轴线旋转，形成扩张角。该扩张角是左上颌骨半部和右上颌骨半部之间的角度(分别包括左腭区域和右腭区域)。扩张轴线通常位于上颌的顶部上方，向前突出。例如，扩张轴线可以位于颌/面部的中平面中，并且大致通过鼻子附近的点，并且在上颌的后部处。

图14A-图14C示出了围绕扩张轴线的腭扩张，形成扩张角。图14A示出了当围绕形成扩张角1403的扩张轴线1405(图14C中所示)旋转时左腭区域和右腭区域的分离。示出了基于旋转角度的前部中心(沿中线骨缝)点的移动。图14A示出了直到上颌的视图，而图14B示出了相同数字表示的颌的正视图。图14C示出了标记有扩张轴线1405的立体图。

在对腭扩张的最终和中间位置进行建模时，可以生成和操纵包括腭(本文可以称为可变形的腭模型)的患者牙齿的数字模型。例如，可变形腭模型可以通过分割和去除牙齿的牙冠部分而形成(如上所述)。牙齿是通常不可变形的刚性体。可以从牙齿的牙龈线形成舌侧和颊侧分开曲线(参见例如图13A，示出了舌侧牙龈曲线1301；可以在颊侧上确定类似的颊侧曲线，如图13B所示)。可以通过将三维顶点映射到二维点中来创建初始腭模型。可以通过从3D数据集获取的2D投影的三角测量来创建网格，并且将其映射回以创建可以被操纵的完整3D模型，包括腭区域和牙齿。可以使用任何适当的技术(包括例如薄板样条函数技术)对该3D模型进行变形。变形可以由控制点调节；例如，控制点可以放置在牙齿(牙冠和/或中心)上以控制牙齿移动和/或骨缝点来控制骨缝开口。下面参考图21A-图21C更详细地描述这一点。如上所述，这些控制点的移动可以通过临床约束来调节。例如，可以基于腭内的相对位置来限制或修改移动的方向和程度。图14A、图14B和图14D示出了在使模型变形时可以使用的骨缝控制点1415和牙冠控制点1417。在一些变型中，在最终和中间阶段使模型变形可以包括获得每个阶段的控制点，在完整的腭模型(例如，不包括牙冠的数字模型)中变形每个顶点，然后使用变形的模型构建完整模型(包括牙冠的新形状)并将其分配到该阶段。然后可以从该完整阶段构建腭扩张器。下面参考图30-图33更详细地描述用于生成腭扩张器的步骤。

图15A和图15B示出了上腭的模拟扩张模型的另一视图。上颌的原始(起始)数字模型如图15A所示；在图15B中，左侧腭区域和右侧腭区域(以及相关/连接的颌/牙齿区域)已经围绕扩张轴线旋转，导致中线骨缝1503围绕扩张角度1505的扩张和打开。图16A和图16B示出了在数字模型中左右上颌骨半部围绕扩张轴线旋转之前(图16A)和之后(图16B)的正视图。

可以基于来自口腔的界标(landmark)(例如，使用数字模型)和/或来自患者的额外生理标记来确定特定患者的扩张轴线。例如，可以通过颌和骨头的解剖结构确定特定患者(或一类患者)的扩张轴线。如图17A和图17B所示，可以通过识别颌基来确定扩张轴线，其中x轴线通过左臼齿和右臼齿，y是所有牙齿的中平面，z轴线是咬合平面。扩张轴线可以位于中平面(颌基的YZ平面)处，并且可以由骨头的解剖结构确定。如图18所示，它可以通过A点(在该点处上颌骨骨头与前骨连接)以及B点(在该点处上颌骨骨头与筛骨连接)。可以从相对于xy平面的平均角度(例如，在大约5度到70度之间、大约5度到60度之间、大约5度到50度之间、大约5度到45度之间、大约5度到40度之间、大于10度到70度之间、大约10度到60度之间、大约10度到50度之间、大约10度到40度之间、大约10度到45度之间等)估计扩张轴线。

确定患者的扩张轴线的另一种方法是通过分析来自患者的治疗扫描(包括治疗前/后3D扫描)。例如，可以通过以下操作来确定扩张轴线：扫描患者上颌骨颌(包括牙齿、牙龈和腭表面)的治疗前几何形状；将上颌分割成左右上颌骨部分模型，两者均具有牙冠、牙龈和腭；扫描治疗后的快速腭扩张；将治疗前左/右部分模型与治疗后扫描相匹配，以确定左右之间的转换，然后找到左右之间转换的旋转轴线。因此，腭的初始(甚至小)移动可提供足够的信息以将患者的扩张轴线从临床数据中分离。替代地，随时间(例如，超过3个月、6个月、9个月、12个月等)周期进行的扫描可以类似地提供足以确定患者的扩张轴线的信息。

通常，通过快速腭扩张可能导致牙齿的相对较少的牙移动，这通常是因为治疗时间短(例如，2周)。然而，当扩张速度减慢(例如，至1个月或更长)时，仍可能存在牙移动。特别地，当扩张器是刚性的且更坚固时，牙齿的根部可以是向颊侧倾翻的和直的。由于来自面部肌肉的力，前部牙齿(如犬齿和切牙)可能会向后倾翻到中心。这可以减小由扩张器引起的间隙(牙间隙(diastema))。如上所述，牙移动也可以包括在扩张模型和最终位置设置中。例如，如上所述，左右牙齿可以通过扩张轴线和扩张角度被扩张。可以测量臼齿之间的移动距离(例如，8mm)，并且基于扩张速度(例如，0.5mm/天、0.4mm/天、0.3mm/天、0.25mm/天、0.2mm/天等)，可以估计总时间，例如，16天或32天。然后可以确定和/或限制最大总根部倾翻距离(例如，16天0.25mm或32天0.5mm等)。

例如，用于确定一系列快速扩张器的方法可以包括取得使用者的处方(例如，正畸)，例如，用于10mm扩张，并调整扩张模型以满足要求。例如，可以通过调整扩张角度来调整扩张模型，使得臼齿之间的扩张符合处方。然后可以通过扩张速度确定估计的治疗时间，例如16天或32天。可以确定对牙移动的微小调整以帮助拉直牙齿，使得牙根移动可以被限制在例如约0.5mm或1.0mm之间。对于前部牙齿，该方法或设备可以预测牙移动。例如，如果扩张速度慢(例如，0.25mm/天且总共32天)，则可以闭合中心切牙之间的牙间隙；如果它快速扩张(例如，0.5mm/天)，则可能仍然存在牙间隙。该方法或设备可以在适当的“保留”期(3个月或更长)之后提供腭和/或牙齿的最终位置的预测和设置，其中可以实现更多的牙移动，并且将闭合前部牙间隙。

通常，一旦确定了最终构造(扩张)，就可以确定矫形和牙移动的分阶段，并且所述分阶段可以基于腭扩张器的硬度和/或骨缝扩张速度。例如，在确定最终位置之后，可以将从初始位置开始的齿/颌移动分成一系列中间位置，对于这些中间位置，可以确定和制造扩张器。由于存在矫形和正畸牙齿移动，因此在分阶段时可以应用若干种速度限制，以使治疗安全且稳定。例如，臼齿牙冠扩张的速度可以被限制为(例如，约0.25mm/天(或阶段)，例如，约0.1mm/天、约0.15mm/天、约0.20mm/天、约0.3mm/天、约0.35mm/天等，在约0.1mm/天至约0.5mm/天之间、在约0.2mm/天至约4mm/天之间等)。本文描述的任何“每日”速度可以指“每个阶段”。替代地或附加地，可以通过每个阶段的中线的最大扩张距离来测量的中线骨缝的打开速度可以被限制为，例如约0.25mm/天(例如，约0.1mm/天、约0.15mm/天、约0.20mm/天、约0.3mm/天、约0.35mm/天等，在约0.1mm/天至约0.35mm/天之间、在约0.15至约0.30mm/天之间等)。替代地或附加地，左腭区域和右腭区域之间的角度变化的变化可以被限制为，例如约1度/天(例如，约0.3度/天、0.4度/天、0.5度/天、0.6度/天、0.7度/天、0.8度/天、0.9度/天、1.1度/天、1.2度/天、1.3度/天、1.4度/天、1.5度/天、1.6度/天、1.7度/天、1.8度/天、1.9度/天、2.0度/天、2.2度/天等，在约0.05度/天和1.2度/天之间等)。牙齿的牙移动速度可以被限制为，例如小于0.5mm/2周(例如，0.035mm/天、0.030mm/天、0.025mm/天、0.015mm/天、0.010mm/天、0.005mm/天、0.040mm/天、0.045mm/天、0.050mm/天，在0.001mm/天至0.050mm/天之间、在约0.005mm/天至0.040mm/天之间等)。图19A和图19B示出了中线骨缝1901和中线骨缝的最大扩张1905。

在确定患者的腭的最终和任何增量位置时，可以通过使腭区域变形来估计腭的扩张区域。这种变形可以尽可能准确地进行，以便提供可以帮助估计腭的影响和患者口腔的整体形状的预测模型，并且可以帮助设计精确的扩张器。例如，在最终位置和分阶段(中间位置)完成期间和/或之后，腭表面可以变形以匹配扩张。该变形的腭表面可用于模拟和可视化腭的变化，以使得使用者(例如，医生)和/或患者(包括患者的监护人)将知道在治疗后的预期。如上所述，变形的腭表面也可用于为每个阶段设计快速腭扩张器装置。在一些变型中，腭扩张器可以被构造成使得其靠近但不接触腭，这可以防止溃疡、不适和/或在腭与扩张器之间塞住食物，但是可以为舌头保持足够的空间。

通常，当设计扩张器或以其他方式规划包括扩张的治疗时，可以以任何适当的方式操纵患者口腔的数字模型。例如，可以执行将腭的两个半部分离，使得每个半部可以通过跟随扩张模型来移动。这例如在图20A和图20B中示出，其示出了扩张后腭表面的变化(从扩张前的图20A到扩张后的图20B)。然而，通过这种方法，左右两个半部之间存在间隙2003。填充该间隙(使表面变形)的一种方法是使用如上所述的变形方法，并进一步在图21A-图21C中示出。在该示例中，表面被变形以跟随控制点2105。点越接近控制点，它越跟随控制点；当点远离任何控制点时，它就会较少地变形。为了模拟腭扩张，所选择的控制点可以包括所有牙齿的牙冠中心和牙根中心和/或中线/中平面中的样本点(参见例如图21C)。图22A和图22B示出了在模拟扩张之前(图22A)和之后(图22B)的患者口腔的数字模型的视图，示出了在图22B中的扩张之后的腭的变形2201(倾翻左右上颌骨半部)。腭扩张器设计

一旦如上所述确定了腭扩张的最终和中间阶段，可以使用多个阶段的数字模型来设计腭扩张器。在一些变型中，腭扩张器可以(例如，使用3D打印等)直接制造。在一些变型中，腭扩张器可以通过创建每个阶段的模型(例如，铸型)来制造，腭扩张器可以通过模制或成形技术从上述模型制造。例如，可以通过使用3D打印形成模具、然后模制(例如注塑成型等)腭扩张器来制造腭扩张器的模具。

本文描述的腭扩张器可以被构造成通常包括通过腭区域连接的一对牙齿接合区域。这对牙齿接合区域通常位于颌的相对侧(例如，左侧和右侧)。在一些变型中，取代通过腭区域连接的两个牙齿接合区域，可以使用(例如，横跨右侧和左侧的)单个牙齿接合区域。牙齿接合区域可以包括咬合侧和颊侧、舌侧，该舌侧与腭区域连续(或形成腭区域的一部分)。

在腭扩张器的设计中，控制腭扩张器的不同区域的厚度(从而控制由器具施加的强度和/或力)以及佩戴和移除器具的能力可能是特别有益的。例如，牙齿接合区域的咬合侧可以比腭区域薄，并且颊侧可以比咬合侧薄。与厚度相关，可以将上表面(例如，腭表面，面向和/或抵靠腭佩戴)的平滑度和下表面(例如，舌面，面向舌部)的平滑度确定和构造为使得设备既舒适、安全又易于佩戴，而不会破坏患者的发音。

如上所述，本文描述的任何腭扩张器可以使用本文描述的设备和方法生成，包括通过构造成自动地生成腭扩张器的数字模型的设备(例如，软件、固件等)，从上述数字模型可以制造实际的腭扩张器。例如，图30示意性地示出了使用如上所述确定的阶段设计腭扩张器的方法。例如，在图30中，用于基于确定的腭扩张阶段(来自一系列阶段)对腭扩张器建模的方法或设备可以最初包括限定对应于阶段3051的腭扩张器的前部和后部边沿。这在图31A和图31B中示出，并且在下面更详细地描述。一旦限定了扩张器的前部边沿和后部边沿，该设备或方法就可以确定腭扩张器的底部网格。底部网格可以对应于如上所述的扩张器的面向腭的表面。这可以包括确定距腭区域的空隙。一旦底部网格完成，顶部网格(对应于面向舌侧的表面)可以被确定3055，并且被平滑3057，如上所述。最后，腭扩张器的形状可以被确定3059，并完成。可以针对每个阶段(包括最后阶段)重复图30的过程。一旦完成每个阶段的数字模型，就可以如上所述例如通过直接制造(例如，3D打印等)或通过间接印制(例如，模制等)制造它。

图31A和图31B示出了限定腭扩张器的前部边沿和后部边沿的步骤。在图31A中，前部边沿3101落在前臼齿与臼齿之间(右侧的T4和T3、左侧的T13和T14之间)。如图32所示，在实践中，前部边沿可以尽可能多地覆盖T3(臼齿)和T14(臼齿)，并且可以覆盖T4和T13(前臼齿)中的至少一些。后部边沿可尽可能多地覆盖永久性臼齿T2和T15，但不延伸超过它们。腭扩张器可以延伸超出。T4和T13之间的虚线3203可以表示腭扩张器的最大前部范围，腭区域或牙齿包围区域中的任一个或两者。扩张器可以包括相对于这些前部边沿和后部边沿的偏移(例如，2mm)，然而可以限制前部边沿以便不延伸超出最大前部线(例如，覆盖T4，但不覆盖犬齿)。

在图31A中，可以平滑面向舌侧(顶部)表面3109，如上所述并且在下面另外详细描述。此外，边沿的边缘可被倒圆3111。图31B示出了在预定阶段的牙齿模型上的扩张器具的数字模型的后视图。在该示例中，模型示出具有可变厚度的增厚的后部区域(例如，在腭区域中更厚，平滑地过渡到更薄的咬合区域，然后是包括颊部延伸部3117的颊部区域，其比咬合区域更薄)。腭(底部)表面3121包括距腭的间隙3123，使得由设备施加到上颌骨的大部分力在侧面区域(例如，牙齿和/或在一些变型中，腭的横向侧)上。该示例还示出了在扩张器的后部边缘上的标签或标识符3115。

一旦确定了横向边缘，就可以通过从阶段信息创建底部网格和顶部网格来生成底部和顶部表面。通常，这可以通过扫描腭、牙冠和附件(如果包括)，添加空隙以及切割和平滑(例如，邻间区域)来执行。最初，可以自动地、手动地或半自动地定义弓的各个部段(区域)。例如，可以识别中心区域和牙冠区域并用于从3D模型映射到2D模型。中心轴线可以在咬合平面的中间和上方，并且牙冠扫描轴线可以靠近牙冠中心。距牙冠的距离可以调整。还可以识别颊侧和舌侧曲线，并用于分割牙冠和腭。然后可以从扫描的牙齿、腭和附件构建底部网格。例如，可以将3D顶点投影到2D点。可以扫描腭模型、牙冠和附件的形状并将其投影到底部网格上。为避免形状之间(包括附件和牙冠之间)的重叠，可只保留最外面的顶点，将这些组成部分组合成统一的网格/表面。可以使用最小扫描半径来防止形状太小。例如，图33示出了与当组合牙冠形状3307、腭形状3309和附件形状3311时的其他点相比，仅保持附件上的最外面的点3305，从而生成用于腭扩张器的线3313。腭扩张器可以覆盖中心腭、牙冠，并且可以覆盖患者牙齿的至少一些颊侧并且可以从颊侧线(牙齿/牙冠和牙龈之间的线)进一步延伸，使得腭扩张器至少部分地延伸超过牙齿、在牙龈上方。颊侧上的这种颊延伸部可以使腭扩张器更强并且提供更好的附接(例如，与牙齿上的附件接合)。超过颊侧线(例如，在牙龈上方)的延伸部可以延伸一些延伸角(例如，1mm)，并且在颊侧和牙龈上方之间的过渡可以是平滑的。扩张器的底表面(面向牙龈/牙齿)可以与牙龈分开最小距离(例如，0.05mm、0.1mm等)。因此，可以添加空隙(颊侧空隙)以防止或最小化与颌上的软组织的接触。网格的前部/后部转换部(以及因此腭扩张器的边缘)可以是倒圆的。

通常，空隙(负的和正的)可以被添加或包括在底部网格中，以提供腭扩张器之间的分离或腭扩张器与牙齿、腭或牙龈之间的接触(和施加的压力)。例如，图34A示出了底部网格3401的轮廓，并且被修改为包括正空隙3403、3403’、3403”和/或负空隙3405。在图34A中，颊侧3403上的正空隙提供了颊侧空隙，其可以防止腭扩张器接触弓的这一侧上的软组织，并且还可以增强设备的可移除性；提供可用于允许手指(指甲)或工具更容易地移除扩张器的凸缘或唇缘。在舌侧上，可以包括与牙冠区域相邻的正空隙3403’(腭牙冠空隙)。腭扩张器的牙冠区域3407可以接触牙齿(例如，为零或如果需要更松散的配合，则为非常小的空隙)。可以包括负空隙3405(腭舌侧空隙区域)，使得腭扩张器接触并推动腭的侧壁，例如，用于扩张器(替代或者除了向牙冠施加力之外还)向组织施加力。腭中心空隙3403”区域可以延伸跨过腭扩张器的中线区域，并且还可以最小化或防止腭的刺激。分离可以小于特别是在设备的边缘区域处的最大间隔(例如，0.5mm或更小、0.6mm或更小、0.7mm或更小、0.8mm或更小、0.9mm或更小、1mm或更小、1.1mm或更小、1.2mm或更小、1.3mm或更小等)，可以防止诸如食物颗粒等物质被塞在腭扩张器与腭之间。该相同区域的最小间距可以是例如0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm等。在图34B中，底部网格3401映射到示出为位于牙冠3415上方的腭扩张器3411。

所述方法和设备可以切割和平滑腭扩张器的在牙齿之间延伸的区域(邻间区域)，使得该区域不会太薄或易碎，并且提供平滑的倒圆边缘(radiused edge，辐射边缘)。

然后可以通过构建顶部网格来设计扩张器的顶部(例如，面向舌部的侧面)。顶部可以形成为使得扩张器在不同区域(特别是包括腭区域、颊区域和咬合区域)具有不同的厚度。这些区域可以通过确定颊侧和舌侧脊来确定，例如，在颊侧上找到并连接脊点，然后在舌侧上找到并连接脊点(并通过平滑曲线连接舌侧脊点，以及通过平滑曲线连接颊侧脊点)。例如，顶部网格可以是底部网格的复制但是偏移的版本，例如，假设一厚度，该厚度然后可被调整。可以基于该区域调整该厚度。如上所述，可以自动地、手动地或半自动(来自自动确定的手动地调整/校正)地限定不同区域。图35示出了不同区域及其厚度的示例。在图35中，腭中心区域3503可以被设定为一厚度(例如，2mm或更大、2.2mm或更大、2.4mm或更大、2.5mm或更大、2.6mm或更大、2.8mm或更大、3mm或更大、3.2mm或更大、3.4mm或更大、3.6mm或更大、3.8mm或更大、4mm或更大等，包括2.1mm和7mm之间，3mm和6mm之间等)。所选择的厚度可部分地取决于所使用的材料，以便提供足够的硬度和杨氏模量，以便在期望的时间段内以期望的速度(例如，每天0.25mm、每周0.5mm等)扩张腭。舌侧牙龈区域3505可被设定为例如使得厚度平滑地从腭中心区域厚度过渡到咬合侧3507厚度。咬合侧厚度3507通常小于腭中心区域厚度，并且可以例如在约1mm和约3mm之间(例如，约1.5mm)，并且可以被设定为使得该区域能够经受咬、咀嚼和进食。腭中心区域3503可以在舌侧过渡曲线3515处过渡到舌侧牙龈区域3505；舌侧牙龈区域3505可以在舌侧脊3511处过渡到咬合区域3507；并且该咬合区域3507可以在颊脊3513处过渡到颊侧3509。颊侧3509的厚度通常小于咬合侧3507，并且颊侧牙龈侧可具有在约1mm和0.5mm之间(例如，约0.75mm)的厚度，并且通常可具有足够的柔性以帮助插入和移除腭扩张器3521。如上所述，该颊侧牙龈区域可以是铰接的，或者可以包括狭缝、狭槽、切口区域以允许全部或一部分被拉开以帮助插入/移除。

在这些设备的任一个中，可以基于前部/后部位置来修改腭扩张器的厚度。例如，当腭扩张器覆盖3个或更多个牙齿时，前部段可能看起来体积大并且可能被患者的舌头更明显地接触，这可能引起一些不适或发音障碍。这可以通过从后部到前部区域逐渐减小中心腭厚度3503来解决(例如，前部区域中的厚度可以小于后部区域中的厚度)。例如，前部厚度可以在后部区域厚度的30％和95％之间(例如，在35％和95％之间、在45％和95％之间、在55％和95％之间、在75％和95％之间等)。

中心腭区域3503的厚度可以指平均或最大厚度。除了(或代替)所提及的一般前-后梯度之外，中心腭区域的厚度可以包括更小或更大厚度的区域。例如，可以平滑腭扩张器的顶表面以去除突起或隆起物。例如，在如上所述调整厚度(例如，顶部网格/顶部表面与底部网格/底部表面之间的间隔)之后，可以通过调整局部厚度来平滑顶部、面向舌侧，以去除由于可能位于底部网格/底部表面上的尖锐弯曲、凹槽、脊等造成的拓扑结构的快速变化。这种快速过渡可能是当腭扩张器被佩戴和压缩时的薄弱点。平滑可以包括填充这种尖锐的弯曲，如图36A和图36B所示。例如，可以通过填充这些弯曲区域3606(如图36B所示)的中心来平滑相对尖锐的弯曲3605(在图36A中)。

图37示出了平滑腭扩张器顶部(例如，佩戴时面向患者舌头的部分)的一种方法。例如，可以通过从顶部网格的顶部中心(腭)区域装配平滑的薄板样条表面来平滑顶部网格。在该示例中，原始表面3701包括多个快速变化(脊/峰等)。平滑表面3703可以从原始表面形成，原始和平滑表面可以组合以形成填充在凹槽中但是不切入扩张器的中心腭区域的厚度的最终表面3705；因此，厚度不会减小，并且所得到的扩张器保持坚固。例如，在图37中，凹槽区域3713被填充，同时可以保持脊3715的峰值。

特别地，可以在腭扩张器的前部部分施加额外的平滑。例如，当与后部厚度相比前部厚度显著地减少时(例如，从4.5mm的后部到1.5mm的前部)，即使使用上述一般的平滑技术，也可能生成隆起物；这些隆起物可能是刺激的并且可以进一步平滑。这在图38A和图38B中示出。在图38A中，通过应用上述(并且在图37中示出)的技术，例如，对表面进行内插和平滑(例如，使用薄板样条)，可以使前部隆起物3804被平滑3806，但是提升了防止减小脊的限制(例如，图37中所示的“仅填充”限制)。因此，可以平滑前部区域(例如，距前部边沿0-1.2cm的区域)以允许减小脊，从而进一步减薄中心腭区域，同时可以限制其向后部边沿的区域后部以仅填充(扩张但不减小厚度)以提供平滑的表面。

快速腭扩张器的舌侧部分也可以被平滑和以其他方式修改以便为舌部创造额外的空间，并且去除粗糙边缘，增强舒适性。图39A示出了腭扩张器的舌(顶部)侧的示例，其包括可能使患者不舒服的隆起物/突起3905。例如，可以使这些侧向区域平滑，与上述的顶部中心腭区域平滑类似。如图39B和图39C所示，可以通过首先将顶部舌侧配合到平滑表面(例如，通过薄板样条或多项式平滑/内插)3905’来平滑侧向区域3905，如图39B所示。然后，如图39C所示，该过平滑区域可以与原始表面混合3905”。例如，原始厚度可以用于更接近牙冠的区域和/或用于更接近前部和/或后部边缘的区域，而已平滑的表面可用于其他区域。

如上所述，前部和后部边缘可以是平滑的/倒圆的(例如，通过具有在约0.4mm与约1.2mm之间、例如在0.5mm和1mm之间等的圆角半径)。

通常，对于腭扩张的每个阶段，可以如所描述的那样例如基于确定的牙齿位置和腭位置创建腭扩张器形状。例如，底部网格和顶部网格可以从3D投影到2D，并且用三角测量法来获得网格。前部和后部边缘也可以用三角测量法。用于所有阶段的所得腭扩张器形状可用于通过直接或间接制造而形成扩张器的序列。

因此，一旦从数字模型的最终和中间位置设计了腭扩张器(如上所述将治疗“分阶段”)，一系列的腭扩张器可以通过包括模制、层压和/或直接制造方法(下面将更详细地描述)的任何期望的程序形成。因此，在治疗被分阶段之后，腭半部(左右颌)的移动和牙齿的牙移动被限定。如上所述，腭表面可以根据牙齿和中线骨缝的移动而变形。可以将保持附件(例如上面讨论的附接连接器)添加到每个牙齿中，以将扩张器牢固地保持在牙冠上。通常，可以为每个阶段设计腭扩张器。对于使用热成型(如层压)的制造工艺，该制造可包括：在每个阶段获得最后两个臼齿的牙齿位置，形成横腭弓(TPA)部分，其连接臼齿的左侧和右侧，添加肋以加强扩张器和/或壁以支撑弓；(例如，使用SLA或其他3D打印技术)创建所有牙冠、牙龈和TPA的模具，在模具上热成型一层或多层塑料壳，和/或从模具切割扩张器。在图23A-图23C中示出了其一个示例，图中示出了横腭弓部分2303、肋2305和壁以及最终扩张器2307。横腭弓部分可以是平滑的(而不包括肋，如上所述)，并且本文描述的方法和设备可以调整TPA部分的形状。可以添加调整点。例如，使用者可以移动调整点以改变TPA的形状。替代地或附加地，使用者可以调整形状以匹配“变形的腭表面”(或者可以自动调整形状)。如上所述，扩张器可以靠近腭定位，但仍然具有一些空隙或空间。图24A-图24C示出了平滑TPA形状的调整(还示出了变形的腭表面)，指示了通过移动一个或多个点2403、2403’对TPA形状的使用者控制或半自动调整。该方法或设备可以基于上述约束和考虑而自动约束调整类型，包括限制所施加的力、扩张速度等。当使用者或设备调整形貌(例如，增加/减小厚度等)时，该方法和/或设备可以自动地或半自动地调整扩张器的厚度。

在一些变型中，扩张器可以接触腭的全部或大部分，或者可以具有距腭的预定空隙，如上所述。在这种情况下，扩张器可以基于变形的(例如，偏移)腭表面。该设备和/或方法可以重新采样表面并构建高度图，增加一些空隙(在高度图上例如0.25mm)，从高度图构建TPA表面，并且可以添加肋和壁以便更好地制造。图25A和图25B示出了该方法的一个示例，示出了从数字模型的中间构造形成扩张器2505。在图24A-图24C、图25A和图25B中，模型包括牙齿的模型上的附接连接器，其通常可以被包括或添加到数字模型中。

图26A-图26D示出了使用本文所述的方法和设备形成的一组扩张器的扩张器2601的制造示例。在该示例中，扩张器可以通过直接制造(例如，3D打印)方法通过以下方式制造：获得每个臼齿的牙冠形状，从模型获得TPA的形状(例如，平滑的或基于腭表面)，并且形成用于牙冠和TPA表面的壳(牙齿保持器区域和腭区域)。该壳的厚度在不同区域可以不同。例如，TPA区域2605的厚度(例如，中心)可以是约3.5mm，牙冠2607的颊侧附近的厚度可以仅为约1.00mm，如图26B所示。图26C和图26D分别示出了扩张器的设计模型(扩张器的数字模型)2611和最终制造版本2613。扩张器的形状也可以被控制或调整，以便上下颌之间的更好咬合，这可以帮助患者更好地咬和咀嚼，防止扩张器碾磨，并且正常说话。例如，患者口腔的数字模型可以包括下颌(牙齿)或者其可以单独提供。一旦形成了扩张器形状(例如，在咬合面处具有相同的厚度或不同的厚度)，就可以自动或半自动地检查咬合(例如，检查扩张器与下牙齿之间的咬合)。可以减小扩张器在咬合区域上方的厚度，这里扩张器与下牙齿碰撞；并且如果有空间则可以增加该厚度。这在图27A-图27C中示意性地示出，图中示出了扩张器的咬合面的调整，以便上下颌之间的更好咬合。在图27A中，示出了上牙齿和下牙齿(包括它们之间的咬合或牙尖吻合间隔)。图27B示出了图27A的牙齿，扩张器在它们之间具有固定厚度，图中示出了重叠区域，在重叠区域处扩张器可能不均匀地分离牙齿。图27C示出了具有调整的咬合厚度的扩张器。另一种设计可以提供平坦的咬合面，因此没有“尖对尖”接触。

通常，如上所述，快速腭扩张器设计者可以通过本文所述的方法和设备基于生物力学和生物学知识进行设计。在临床上，快速弓扩张器可表现为与正常的正畸治疗完全不同。扩张器可主要用于儿童(例如，8-12岁)并且仅应用于上颌骨颌(上颌)。通过使用稍大的力(例如，在约70N至160N之间)，与正常牙箍(其通常施加约1N-2N)相比，可以在数天的过程中实现快速扩张，从而打开上颌骨颌的中线骨缝。在典型的扩张器中，扩张速度可以是每天约0.5mm，并且与治疗时间为1至2年的牙箍相比，治疗可以持续约2-3周。扩张治疗后，可能有约3至6个月的“保持”期；可以在上中心切牙之间生成大间隙(例如，1mm-2mm的牙间隙)。

为了实现更好的结果、更快的治疗、更高的安全性和舒适性，可以基于生物力学和临床知识设计本文所述的快速腭扩张器，包括基于扩张角度建模，或包括上面讨论的那些的其他生物力学约束。此外，可以在设计过程中调整扩张器的力和硬度(包括自动或半自动调整)。例如，通过数字建模和设计如本文所述的扩张器，还有许多方法来调整装置的力或硬度，包括使用不同的或复合的材料(例如金属、碳纤维、凯夫拉纤维等)来增加TPA的厚度或宽度，改变TPA的形状，在形状上添加肋等。本文描述的方法和设备可以允许这些技术(或其他)中的一个或多个被自动地或由使用者建模和选择，并且可以允许调整其他参数以将装置上的硬度和/或力和/或移动速度的约束保持在预定或可设置的参数范围内。

例如，调整扩张器的力(而不是硬度)的一种方法是在扩张器上增加更多的扩张距离。例如，在一个阶段的计划扩张距离为0.25mm，装置可能仅生成30N力；如果这不足以在初始治疗时打开骨缝(可设定在60N-160N之间)，则扩张器可以基于0.5mm的扩张来设计和制造，这将生成60N的力并足以打开骨缝。

在快速扩张后，不仅中线骨缝被打开，而且左右上颌骨骨头也可能向颊侧倾翻，因此牙齿可能不是直的(也称为颊侧倾斜)。为了控制牙冠倾翻，扩张器可以被设计成通过使用对准轨道致动或致动附件在牙齿上增加一些“抗倾翻”转矩。例如，为了使用矫正器轨道来增加转矩，在每个阶段，设备或方法可以获得计划的牙齿位置，并且可以通过向颊侧旋转根部来调整牙齿位置，这被称为矫正器轨道位置。然后，可以使用该矫正器轨道牙齿位置来生成扩张器，如图28A和图28B所示。

增加更多“抗倾翻”转矩的另一种方式是通过设计扩张器的形状，使其与腭表面接触并且可以在中线骨缝附近推动腭，如图29A和图29B所示。在该示例中，调整腭与扩张器之间的空间以在腭的舌侧上的侧向接触点处施加力。

在这些方法和设备中的任一个中，可以基于治疗阶段来控制或调整由扩张器施加的力。例如，可以通过治疗阶段控制和/或调整由扩张器生成的力。在治疗开始时，可能需要很大的力来打开骨缝。为了实现更大的力，扩张器可以被设计成具有更高的硬度。例如，通过增加扩张器的中心部分(TPA)的厚度。在治疗的中间，可以减小力，但是可以增加扩张速度。例如，TPA的厚度可以减小到50％，并且速度可以提高到例如0.50mm/天。这可以增强插入/移除的舒适性和容易性，并且可以为患者的舌头提供额外的空间。越接近治疗结束时，扩张器可以更硬并且速度降低，这可以帮助稳定扩张。因此，通常，一系列扩张器可以被构造成使得在治疗中越晚佩戴的扩张器越硬(特别是腭区域)并且与更早的扩张器相比在牙齿之间提供更小的力。

此外，患者的年龄可能会影响扩张器的设计参数。当患者年轻(例如，<7岁)时，打开骨缝线和扩张所需的力可能更小。因此，扩张器的硬度也可以降低。对于成年患者(除了本文所述的扩张器之外，还可以使用手术技术来打开骨缝)，扩张力可以比年轻患者大得多。扩张器也可以更硬。

扩张器的力和硬度可以至少部分地基于弓的形状和/或尺寸。当弓狭窄且深时，使用腭形状的扩张器也可以是窄而深的。因此，扩张器可以较不硬。在这种情况下，扩张器与腭之间的空隙可以增加，使得形状平坦且更硬。附加地或替代地，可以增加TPA区域的厚度以增加硬度。当患者的弓是宽的时，扩张器的硬度可以很小，因此可以增加TPA区域的厚度。

通常，本文所描述的数字模型设计方法和使用它们的设备可以允许使用额外的临床信息来改善扩张器的治疗和安全性。例如，CT扫描可用于检查中线骨缝的骨密度和成熟度，和/或打开骨缝所需的力，这可用于这些设计。例如，当中线骨缝未成熟时，可以减小力和硬度。对于成年患者，可以对植入牙齿、牙冠和/或桥齿(bridge teeth)做出标记，并且可以将扩张器设计成避开这些牙齿。

一旦设计了一系列腭扩张器(包括数字化地(或在一些变型中，手动地))，就可以制造形成该系列的各个装置。本文描述的是可以使用的各种制造方法。结合考虑其他制造方法或这些制造方法的某些部分，可以组合或修改这些制造方法中的任何一种。患者系列中的不同扩张器可以通过相同的方法或通过不同的方法制造。

制造方法

在规划了腭扩张器的系列后，如上所述，就可以制造它们；制造可以一次完成或分批(例如，作为整体或部分的组，例如1-4天提供)进行或单独进行，并提供给患者。可以标记每个扩张器以分别识别它，包括标记以指示优选顺序(例如，第一、第二等)。

可以例如通过数字化设计扩张器并使用3D打印机或其他直接制造技术制造数字模型来直接制造本文所述的任何腭扩张器。替代地或附加地，本文所述的腭扩张器可以间接地制造，例如，使用患者牙列的物理模型(例如，陶瓷、塑料、石膏等模型)，在其上施加材料以形成腭扩张器。间接制造方法可包括层压，其中腭扩张器由层压层或层压部分形成。间接制造方法还可以包括使用直接制造技术(例如，3D打印等)直接制造模型。也可以使用混合制造方法，其中直接制造扩张器的一部分，然后在使用或不使用患者牙列的模型的情况下与其他元件(包括层或支撑件)组合。

在本文所述的任何间接制造技术中，扩张器可以形成在物理模型上，该物理模型已经在到达最终扩张位置的途中被调整(例如，通过移动腭)到期望位置。如上所述，物理模型可以包括附件(按钮等)，用于联接到扩张器上的附件(例如，通孔等)。

当使用物理模型(从患者牙齿的印模或从一个或多个数字模型手动生成)时，可以通过在模型上模制一片材料来制造扩张器。通常，任何适当的材料可以用于扩张器，只要它具有足够的生物相容性并且具有所需的刚性和物理特性(单独或与其他材料组合)即可。例如，扩张器可以由丙烯酸材料形成，该丙烯酸材料以片材形式施加在物理模型上、成形(例如，热成型、固定(set))然后被切割和/或修整。在本文提供的各种示例中，材料可通过温度和/或光或其他适当的方式形成(包括固定)。例如，扩张器可以由热塑性可固化聚合物形成。

如上所述，直接制造可以用于使用数字设计的扩张器(例如，指定几何形状的数字文件)作为输入来制作直接描述的任何扩张器。因此，可以在不需要患者的牙齿/牙龈/腭的物理模型的情况下形成这些设备。直接制造可包括3D打印或增材制造(例如，挤出型、光聚合型、粉末床型、层压型、粉末供给型等)。

本文所述的任何扩张器可以通过一个或多个层压过程形成，其中多个层依次或同时附接在一起以形成扩张器。层压方法通常可包括使用各种厚度的热塑性层并将它们组合以形成各种层。

当特征或元件在本文中被称为位于另一特征或元件“上”时，它可以直接位于该另一特征或元件上，和/或也可以存在中间特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接”位于另一特征或元件上时，不存在中间特征或元件。还应理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“联接”到另一个特征或元件时，它可以直接连接、附接或联接到另一个特征或元件或可以存在中间特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接联接”到另一特征或元件时，不存在中间特征或元件。尽管关于一个实施例进行了描述或示出，但是如此描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域技术人员还将理解，提及与另一特征“相邻”设置的结构或特征可具有与相邻特征重叠或位于相邻特征之下的部分。因此，相邻可以包括抵靠(例如，也邻近于)或接触，包括压靠。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不意图限制本发明。例如，除非上下文另有明确说明，否则如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。进一步应理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合，并且可以简写为“/”。

本文可以使用空间相对术语，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，以便于描述，用来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系。应当理解，空间相对术语旨在除图中所示定向之外还包括使用或操作中的装置的不同定向。例如，如果图中的装置被反转，则被描述为在其他元件或特征“下面”或“之下”的元件将被“定向”为位于其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“下面”可以包括上方和下方的方向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他定向)，并且本文所使用的空间相对叙述与其相应地解释。同样，除非另有明确说明，否则本文所使用的术语“向上”、“向下”、“竖直”、“水平”等仅用于解释的目的。

尽管本文可以使用术语“第一”和“第二”来描述各种特征/元件(包括步骤)，这些特征/元件不应受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可用于将一个特征/元件与另一个特征/元件区分开。因此，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，下面讨论的第二特征/元件可以被称为第一特征/元件而不背离本发明的教导。

在整个说明书和随后的权利要求中，除非上下文另有要求，否则词语“包括”和诸如“包括有”和“包含”的变体意味着可以在方法和物品(例如，包括装置和方法的部件以及设备)中共同使用各种部件。例如，术语“包括”将被理解为暗示包括任何所述的元件或步骤，但不排除任何其他元件或步骤。

通常，本文描述的任何设备和方法应该被理解为是包含性的，但是部件和/或步骤的全部或子集可以替代地是排他性的，并且可以表示为“由”各种部件、步骤、子部件或子步骤“组成”或者替代地“基本上由”各种部件、步骤、子部件或子步骤“组成”。

如本说明书和权利要求书中所使用的，包括如在示例中使用的，除非另有明确说明，否则所有数字可以被读作如同在前面加上“约”或“近似”，即使该词没有明确地出现。当描述量级和/或位置时可以使用短语“约”或“近似”，以指示所描述的值和/或位置在合理的预期值和/或位置的范围内。例如，一数值可具有所述值(或值的范围)的+/-0.1％、所述值(或值的范围)的+/-1％、所述值(或值的范围)的+/-2％、所述值(或值的范围)的+/-5％、所述值(或值的范围)的+/-10％等的一值。除非上下文另有说明，否则本文给出的任何数值还应理解为包括约或近似该值。例如，如果公开了值“10”，则也公开了“约10”。本文引用的任何数值范围旨在包括其中包含的所有子范围。还应理解，当公开了一值“小于或等于”该值时，则“大于或等于该值”和值之间的可能范围也被公开，如本领域技术人员应适当理解的。例如，如果公开了值“X”，则也公开了“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)。还应理解，在整个申请中，数据以多种不同格式提供，并且该数据表示端点和起始点，以及数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解为大于、大于或等于、小于、小于或等于、等于10和15以及10和15之间被认为是公开的。还应理解的是，还公开了两个特定单位数之间的每个单位数。例如，如果公开了10和15，则还公开了11、12、13和14。

尽管上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离由权利要求描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行许多改变中的任一个。例如，在替代实施例中可以经常改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他替代实施例中，可以完全跳过一个或多个方法步骤。各种装置和系统实施例的可选特征可以包括在一些实施例中而不包括在其他实施例中。因此，前面的描述主要是出于示例性目的而提供的，并且不应该被视为限制如权利要求中所述的本发明的范围。

本文包括的示例和图示通过说明而非限制的方式示出了可以实践的主题的特定实施例。如上所述，可以利用其他实施例并从中得出其他实施例，使得可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。本发明主题的这些实施例在本文中可以单独地或共同地由术语“发明”来指代，仅仅是为了方便并且并非旨在将本申请的范围自愿地限制于任何单个发明或发明构思，如果事实上公开的不止一个。因此，尽管本文已说明和描述了特定实施例，但是经计算以实现相同目的的任何布置可以替代所展示的特定实施例。本公开旨在涵盖各种实施例的任何和所有改变或变化。在阅读以上描述后，上述实施例的组合以及本文未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (23)

1.一种形成一系列腭扩张器的方法，所述方法包括：

将患者上颌的数字模型分成左上颌骨部分和右上颌骨部分；

形成所述患者上颌的多个腭扩张模型，其中对于每个腭扩张模型，所述左上颌骨部分和右上颌骨部分相对于其初始位置关于中间矢状平面逐渐平移和旋转；

生成一系列腭扩张器，其中，所述系列中的每个腭扩张器对应于所述多个腭扩张模型中的一个，而且其中每个腭扩张器包括牙齿接合区域和腭区域，所述牙齿接合区域被构造成能移除地佩戴在所述患者的牙齿上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述多个腭扩张模型包括平移和旋转所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分，以使得在所述左上颌骨部分与所述右上颌骨部分之间形成的前部间隙不同于在所述左上颌骨部分与所述右上颌骨部分之间形成的后部间隙。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述多个腭扩张模型包括在第一方向上围绕扩张轴线逐渐倾翻所述左上颌骨部分并且在第二方向上围绕所述扩张轴线逐渐倾翻所述第二上颌骨部分，其中所述扩张轴线位于所述中间矢状平面中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述多个腭扩张模型包括在所述患者的牙齿上包括多个附件，其中所述多个腭扩张器中的每个腭扩张器的所述牙齿接合区域被构造为与所述多个附件配合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述一系列腭扩张器包括生成多个数据文件，其中所述多个数据文件中的每个数据文件对应于所述一系列腭扩张器中的一个腭扩张器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，生成所述一系列腭扩张器包括从所述多个数据文件直接制造所述一系列腭扩张器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述一系列腭扩张器包括：对于每个腭扩张器，使用相应的腭扩张模型对底表面进行数字建模，对从所述底表面偏移一厚度的顶表面进行数字建模，以及调整所述厚度以使得所述腭区域的平均厚度不同于所述牙齿接合区域的咬合区域的平均厚度，并且所述牙齿接合区域的颊区域的平均厚度不同于所述咬合区域的平均厚度。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括数字地平滑所述顶表面。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，形成患者上颌的所述多个腭扩张模型包括，对于每个腭扩张模型，随着所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分逐渐平移，使所述患者的腭的数字模型变形。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述患者的上颌的数字模型分成所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分包括关于穿过所述上颌的中线的平面划分所述患者的牙齿和腭的数字模型。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述牙齿接合区域包括咬合侧和颊侧，而且其中所述咬合侧具有与所述腭区域不同的直径，并且所述颊侧具有与所述咬合侧不同的直径。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述牙齿接合区域包括咬合侧和颊侧，而且其中所述咬合侧比所述腭区域薄，并且所述颊侧比所述咬合侧薄。

13.一种形成一系列腭扩张器的方法，所述方法包括：

将患者上颌的初始数字模型分成左上颌骨部分和右上颌骨部分；

确定用于所述患者上颌的最终扩张位置，其中在所述最终扩张位置中，所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分相对于其初始位置关于穿过上颌的中间矢状平面平移和旋转；

形成所述患者上颌的初始数字模型与所述患者上颌的最终扩张位置之间的所述患者上颌的多个中间腭扩张模型，其中对于每个中间腭扩张模型，所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分相对于其初始位置逐渐平移和旋转；

生成一系列腭扩张器，其中，所述一系列腭扩张器中的每个腭扩张器对应于所述中间腭扩张模型或最终腭扩张模型中的一个，而且其中每个腭扩张器包括被构造成能移除地佩戴在所述患者的牙齿上的牙齿接合区域和被构造成邻近于所述患者的腭佩戴的腭区域。

14.一系列腭扩张器，具有一序列并且被构造成在该序列中由患者顺序地佩戴以扩张所述患者的腭，其中，所述患者的上颌包括左上颌骨部分和右上颌骨部分，对于该一系列腭扩张器中的每个腭扩张器，所述一系列腭扩张器包括：

左牙齿接合区域，其被构造成能移除地佩戴在所述患者的所述左上颌骨部分中的牙齿上，

右牙齿接合区域，其被构造成能移除地佩戴在所述患者的所述右上颌骨部分中的牙齿上，以及

腭区域，位于所述左牙齿接合区域与所述右牙齿接合区域之间，

其中，对于所述一系列腭扩张器中在所述序列中位于第一个腭扩张器之后的每个连续的腭扩张器，所述左上颌骨部分和所述右上颌骨部分通过所述第一个腭扩张器关于中间矢状平面逐渐平移和更多地旋转。

15.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，对于每个腭扩张器，所述腭扩张器的顶表面从底表面偏移一厚度，使得所述腭区域的平均厚度不同于所述左牙齿接合区域和所述右牙齿接合区域的咬合区域的平均厚度，并且所述左牙齿接合区域和所述右牙齿接合区域的颊区域的平均厚度不同于所述咬合区域的平均厚度。

16.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，对于每个腭扩张器，所述腭扩张器的顶表面从底表面偏移一厚度，使得所述腭区域的平均厚度大于所述左牙齿接合区域和所述右牙齿接合区域的咬合区域的平均厚度，并且所述左牙齿接合区域和所述右牙齿接合区域的颊区域的平均厚度小于所述咬合区域的平均厚度。

17.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，所述左牙齿接合区域和所述右牙齿接合区域之间的倾斜角度相对于所述序列中的后续的腭扩张器增加，使得被构造成在所述序列中较早佩戴的腭扩张器具有比被构造成在所述序列中较晚佩戴的腭扩张器更小的倾斜角度，并且其中所述倾斜角度是当所述第一个腭扩张器被所述患者佩戴时，在所述患者的所述上颌中的牙齿的初始位置中，相对于通过所述患者上颌的牙齿的中点的平面的角度。

18.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，对于所述一系列腭扩张器中的每个腭扩张器，顶表面比底表面更平滑，所述顶表面被构造为当所述腭扩张器被佩戴时面向所述患者的舌头，所述底表面被构造为当佩戴时面向所述患者的腭。

19.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，每个腭扩张器包括整体式腭扩张器。

20.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，对于所述一系列腭扩张器中的每个腭扩张器，所述左牙齿接合区域包括左颊延伸区域，所述左颊延伸区域被构造成当所述腭扩张器被所述患者佩戴时至少部分地在所述患者的牙龈上延伸。

21.根据权利要求14所述的一系列腭扩张器，其中，所述一系列腭扩张器中的每个腭扩张器包括位于平坦后表面上的可见识别标记，其中所述识别标记对以下中的一个或多个进行编码：患者编号、修正指示符、设备是腭扩张器或保持器的指示符、以及所述患者要佩戴的腭扩张器在所述序列中的位置的指示符。

22.一种用于形成一系列腭扩张器的设备，所述设备包括非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质存储能够由处理器执行的一组指令，当由所述处理器执行时，所述一组指令使得所述处理器：

接收患者口腔在初始位置的数字模型；

通过使所述数字模型变形将所述数字模型从所述初始位置调整到所述腭被扩张的最终位置，以反映所述患者的中线骨缝的矫形扩张，并且其中所述患者口腔的左上颌骨区域和右上颌骨区域相对于其原始位置关于中间矢状平面平移和旋转；

输出与所述初始位置与所述最终位置之间的所述数字模型的多个中间位置中每个中间位置相对应的腭扩张器模型，其中所述多个中间位置基于以下至少一个：所述腭扩张器的硬度，以及对所述患者的腭和牙齿中至少一者的变化增量的限制。

23.根据权利要求22所述的设备，其中，所述一组指令还能够由处理器执行以使所述处理器：从对应于多个中间位置中每个中间位置的所述腭扩张器模型制造一系列腭扩张器。

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