CN110087579A - 正畸计划系统 - Google Patents

Abstract

披露了用于治疗牙齿以矫正咬合不正的系统和方法。在一个变型中，这可以通过以下操作来完成：接收受试者牙列的扫描牙科模型；确定具有用于重定位所述受试者牙列的一个或多个牙齿的增量移动的治疗计划；以及制造与所述多个增量移动的第一子集相关的一个或多个对准器。

Description

正畸计划系统

相关申请的交叉引用

本申请是2016年12月21日提交的美国专利申请15/386,280的继续申请，所述美国专利是2016年8月5日提交的美国专利申请15/230,139的部分继续申请，所述美国专利申请要求2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,554的优先权权益；2016年8月5日提交的美国专利申请15/230,170的部分继续申请，所述美国专利申请要求2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,560的优先权权益；2016年8月5日提交的美国专利申请15/230,193的部分继续申请，所述美国专利申请要求2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,532的优先权权益；2016年8月5日提交的美国专利申请15/230,216的部分继续申请，所述美国专利申请要求2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,514的优先权权益；以及2016年8月5日提交的美国专利申请15/230,251的部分继续申请，所述美国专利申请要求2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,539的优先权权益。这些申请中的每个申请通过援引以其全文并入本文。

技术领域

本发明涉及用于计算机化正畸的方法和设备。更具体地，本发明涉及用于计划正畸治疗并使用三维(3D)打印工艺制造诸如保持器和对准器等一种或多种牙科矫正器的方法和设备。

背景技术

正畸学是涉及研究和治疗由牙齿不规则、不成比例的面部骨骼关系或两者所引起的咬合不正的牙科专业。正畸学通过经由骨重建以及控制和修改面部生长使牙齿移位来治疗咬合不正。

这个过程在传统上通过使用静态机械力诱导骨重建来完成，从而使得牙齿移动。在这种方法中，将与托槽具有弓丝界面的牙套粘附至每个牙齿。在牙齿通过偏移它们的位置来对经由弓丝施加的压力作出响应时，弓丝再次被拉紧以施加附加压力。治疗咬合不正的这种广泛接受的方法一般花费约二十四个月来完成，并且用于治疗许多不同类别的临床咬合不正。使用牙套的治疗因使患者不舒服和/或疼痛的事实而变得复杂化，并且正畸矫正器被认为是不美观的，所有这些形成相当大的使用阻力。进一步地，不能通过增加力来缩短治疗时间，因为力太高会导致牙根吸收以及更疼。二十四个月的平均治疗时间非常长，并且进一步减少了使用。事实上，一些评估表明可以受益于这种治疗的患者中有不到一半选择继续正畸。

凯瑟琳(Kesling)在1945年引入牙齿定位矫正器作为在移除牙套(去粘结)之后改善正畸完成的最后阶段的方法。定位器是针对已完成基础治疗的患者在理想化蜡结构上制造的一件式柔软橡胶矫正器。凯瑟琳还预测，在治疗进行时也可以利用根据顺序牙齿移动在结构上制造的一系列定位器来完成某些主要牙齿移动。然而，此想法未能变成实践，直到出现三维(3D)扫描并且包括爱齐公司(Align Technologies)以及OrthoClear、ClearAligner和ClearCorrect在内的公司使用计算机来提供极大改进的美学，因为装置是透明的。

然而对于个别牙齿的传统修整模型，牙龈几何结构丢失并且重新形成假的牙龈，这通常由技术人员重建。因此，牙龈几何结构可能首先不准确，并且由于缺乏物理模型，甚至更难对牙龈随时间变化的动画进行建模。这样不准确建模引起所得的对准器不匹配，从而形成太大或太小的装置，导致患者不舒服。

另一个问题在于，在没有实际牙龈作为参考的情况下，实际上无法实现一些所谓的建模治疗，从而形成潜在问题，例如牙齿移动可能会在错误建模的齿龈内发生，然而，牙齿移动实际上可以在患者实际齿龈外部移动。

修整和孔洞填充以及创建个别牙齿和牙龈模型的另一个问题在于，可以限定两个牙齿的实际边界的信息很少。此类修整和填充模型迫使限定边界表面，即使边界表面是任意的。

根据限定的边界表面，移动可以受限制或放松，这意味着可以实现一些现实生活移动；然而，由于此类不准确性，建模软件因模型彼此冲突而不能准确建模。这可引起实际治疗结果在牙齿之间形成间隙，并且进一步需要增加成本和患者不满的最终精制。在另一方面，如果建模的移动是放松的，则软件可能会实现实际上在物理上不可能的移动，并且这可能引起建模的装置使无法移动的牙齿彼此咬合。这也可能引起对准器的塑料壳体有时延伸成使得壳体向患者施加不舒服力量，这可能是疼痛的。

修整和孔洞填充的另一个问题是填充像实际牙齿的几何结构，对于下部，下面的线可能是所建模的边界表面，此类模型看起来像实际牙齿；然而，此类尖锐边界引起更深的底切，这些底切一旦打印并热成型以具有塑料壳体，就会因较深的底切而使得难以从打印的模型移除塑料壳体。为了补偿这种情况，通常创建斜面物体来填充U形接合处(clevis)，从而增加不准确性和成本。

修整和孔洞填充的另一个问题是，模型尺寸太大而不能在使用者与制造者之间沟通，因此需要减小模型尺寸，从而导致模型细节丢失。这些不准确性可能误导专业人员，例如完整复杂模型可能未显示在两个相邻牙齿之间的间隙，但是减小的模型可能显示间隙。

这些3D扫描和计算机化计划治疗是难处理且耗时的。因此，需要一种用于计划患者的正畸治疗的有效和成本有效程序。

发明内容

在治疗患者以矫正有关其牙列的一种或多种病症时，可以直接在提供者的办公室处执行数字扫描患者牙列、计划治疗和/或任选地制造治疗装置(诸如用于矫正一个或多个牙齿的定位的对准器)的步骤。

如本文所述的一种用于治疗受试者的方法通常可以包括：接收受试者牙列的扫描牙科模型；确定具有用于重定位受试者牙列的一个或多个牙齿的增量移动的治疗计划；以及制造与所述多个增量移动的第一子集相关的一个或多个对准器。

在一个变型中，这可以进一步包括在预定时间段之后重新评估受试者的牙列以监测一个或多个牙齿的重定位。

在另一个变型中，这可以进一步包括制造与所述多个增量移动的第二子集相关的一个或多个附加对准器。

在另一个变型中，这可以进一步包括经由非对准器矫正措施来治疗一个或多个牙齿。

在另一个变型中，这可以进一步包括从与治疗计划相关的受试者接收输入。

在另一个变型中，确定治疗计划可以进一步包括：将标记应用于牙科模型内的一个或多个牙齿；沿着牙科模型内的一个或多个牙齿和牙龈外部模拟滚球过程；基于滚球过程的路径或轨迹来确定一个或多个牙齿中的每一个与牙龈之间的边界；将硬区域或软区域分配给牙科模型内的一个或多个牙齿和牙龈中的每一个；以及在制定治疗计划时移动牙科模型内的一个或多个牙齿的位置以矫正咬合不正。

在另一个变型中，确定治疗计划可以进一步包括：经由牙齿移动管理器模块来确定牙科模型中的多个数字牙齿模型的移动以用于矫正咬合不正；经由冲突管理器模块来分配在牙齿模型中的每一个上的影响范围以设定每个牙齿模型之间的接近距离；监测受试者的每个牙齿的实际状态；经由牙齿管理器模块来比较每个牙齿的实际状态与每个牙齿模型的预期状态；以及基于实际状态与预期状态的比较，如果检测到偏差则调整一个或多个牙齿的移动。

在另一个变型中，制造一个或多个对准器可以进一步包括：生成具有与牙列表面的至少一部分匹配的格子结构的自由形式结构，其中所述格子结构限定多个开口空间，使得自由形式结构是至少部分透明的；以及通过将涂层浸渍到格子结构中或覆盖到所述格子结构上来制造格子结构，使得形成口腔矫正器。

在另一个变型中，制造一个或多个对准器可以进一步包括：制造对应于牙列的外表面的支撑结构；在支撑结构的外表面上形成一个或多个口腔矫正器，使得一个或多个口腔矫正器的内部贴合牙列；以及从一个或多个口腔矫正器内部移除支撑结构。

在另一个变型中，制造一个或多个对准器可以进一步包括：计算在模型上的基于规则的切割环路径，以确定用于修整复制患者的牙列的模具的路径；从模型上的切割环应用帷帘壁(drape wall)，以降低模型的复杂性；确定切割仪器相对于模具的位置以用于修整模具；基于帷帘壁和切割仪器的位置来生成计算机数控代码；以及基于所生成的计算机数控代码来制造模具。

披露了用于治疗牙齿以矫正咬合不正的系统和方法。这可以通过将一系列标记应用于数字牙齿模型并且应用滚球过程标识将一个牙齿与相邻牙齿分开的牙齿边界来完成。滚球过程也可以用于确定牙冠/牙龈边缘。使用者可以进一步将区域分配至牙科模型，以指示硬区域(硬区域具有它们不能改变形状的标准)和软区域(软区域具有它们随附接的硬区域变形的标准)。在经过标记和限定的牙科模型的情况下，使用者然后可以生成用于使标记和限定的一个或多个牙齿相对于彼此移动以矫正任何咬合不正的治疗计划。在批准治疗计划后，可以制造由患者连续地佩戴的一系列3D打印牙科矫正器或对准器，以最终将一个或多个牙齿移动到所希望的位置。

一种用于计划矫正咬合不正的治疗的方法通常可以包括接收受试者牙列的扫描牙科模型并且然后将标记应用于牙科模型内的一个或多个牙齿。可以沿着牙科模型内的一个或多个牙齿和牙龈外部模拟滚球过程，以基于滚球过程的路径或轨迹来确定一个或多个牙齿中的每一个与牙龈之间的边界。可以将硬区域或软区域分配给牙科模型内的一个或多个牙齿和牙龈中的每一者，并且在制定治疗计划时，可以由使用者移动牙科模型内的一个或多个牙齿的位置以矫正咬合不正。一旦批准(例如由患者和/或使用者批准)，就可以制造一个或多个假体或对准器以根据治疗计划来移动一个或多个牙齿。

在制定治疗计划时移动一个或多个牙齿的位置通常包括根据所述牙科模型变换出新的牙科模型。如所述，可以例如经由3D打印一个或多个对准器来制造一个或多个假体或对准器，使得整个过程可以在受试者到牙科办公室就诊一次时完成。

在用于计划矫正咬合不正的治疗的另一个实例中，所述方法通常可以包括直接扫描受试者的牙列以创建数字化牙科模型，并且让使用者将标记应用于牙科模型内的一个或多个牙齿。可以沿着牙科模型内的一个或多个牙齿和牙龈外部数字地滚动模拟球，以基于滚球过程的路径或轨迹来确定一个或多个牙齿中的每一个与牙龈之间的边界。可以将硬区域分配给一个或多个牙齿的每一者，并且可以类似地将软区域分配给牙科模型内的牙龈。然后，在制定治疗计划时可以在牙科模型内移动一个或多个牙齿的位置以矫正咬合不正。

如所述，一旦已批准治疗计划(例如由患者和/或使用者批准)，就可以制造一个或多个假体或对准器以根据所述治疗计划来移动一个或多个牙齿，并且整个过程可以在受试者到牙科办公室就诊一次时完成。

所述系统的优点可以包括以下一个或多个。所述系统通过允许从一个阶段到另一个阶段的具体移动来允许由治疗专业人员在每个阶段处紧密控制。在一个实例中，在一些环境中，希望使各个牙齿模型的移动和操作同步，以使一些牙齿模型按照治疗专业人员所指示的精心设计的方式操作。典型地通过手动控制不可能实现这种精心设计的移动，其中牙齿模型随机且独立地移动。本控制方法和/或系统对于用于移动许多牙齿模型并提供同步牙齿移动而言是理想的。至少在一些应用中，此方法可以是不分群的，以避免牙齿之间的任何冲突并且还避免出现纯随机移动。相反，在精心设计的牙齿模型的成组牙齿移动期间，期望牙齿模型各自安全地对环境状况作出反应，诸如，骨结构和软组织的改变。

还提供了用于控制多个生物物体(牙齿模型)的牙齿移动的系统。所述该系统包括多个牙齿模型，每个牙齿模型包括控制其移动的计算机代码。所述系统还包括牙齿移动控制系统(TMCS)，所述牙齿移动控制系统具有执行牙科管理器模块的处理器并且具有对牙齿模型中的每一者的不同牙齿移动计划评分的存储器。实际上，牙齿移动计划被存储在牙齿模型中的每一者的存储器中(例如，每个牙齿模型的不同牙齿移动计划)。然后，在牙齿移动操作期间，本地控制模块中的每一者独立地控制牙齿模块以执行存储在牙齿模型的存储器中的牙齿移动计划。

在一些情况下，牙齿模型中的每一者的本地控制模块进行操作以定期地比较牙齿模型的当前位置与牙齿移动计划，并且基于所述比较来修改对牙齿模型的控制。在这些情况下，对控制的修改可以包括改变牙齿移动速度或在牙齿移动计划中选择牙齿模型的新路线点作为目标。在其他情况下，牙齿模型中的每一者的本地控制可以操作以检测牙齿模型周围的安全包络内的另一个牙齿模型，并且作为响应，将冲突警告消息传送至牙齿模型中的所检测到的一者，以引起牙齿模型中的所检测到的一者改变其移动路线以移动离开安全包络。在一些特定实施方式中，牙齿模型是牙齿，并且牙齿模型中的每一者的本地控制模块进行操作以检测牙齿的倾斜和滚动，并且当倾斜或滚动超过预定义最大值时，将牙齿的操作切换至安全操作模式。

本描述还教导了牙齿移动控制方法。在这个控制方法中，初始步骤可以是接收对于多个牙齿的每个牙齿而言独特的牙齿移动计划。下一个步骤可以涉及同时操作牙齿以执行牙齿移动计划。所述方法进一步包括在牙齿中的成对牙齿之间提供通信通道，其中第一个牙齿检测到邻近该第一个牙齿的预定义空间中的第二个牙齿。所述方法还包括通过第一个牙齿在第一个牙齿与第二个牙齿之间的通信通道上将消息传输到第二个牙齿，从而使第二牙齿改变位置以避免冲突。

在所述方法的一些实施方式中，牙齿移动计划可以包括用于每个牙齿的多个路线点。在此类实施方式中，所述方法可以进一步包括在操作牙齿以执行牙齿移动计划期间，基于当前位置与路线点中的一者的比较来调整牙齿中的一者的牙齿移动速度或路线。牙齿移动计划可以进一步包括用于路线点中的每一者的经过时间段，并且然后当牙齿中的一者超过所述经过时间时，可以执行对牙齿移动速度或路线的调整。

在所述方法的一些实施方式中，牙齿移动被分解成不同的移动量度，例如牙齿移动可以分解成翻转、围绕长轴旋转、整体移动等。建立人工智能网络，通常为神经网络，可以调整具有不同的神经元和重量的此类网络，其中治疗的病例是此类神经网络的学习组。通过输入每个病例并且调整网络权重以使网络更可预测治疗结果，当出现新病例时，可以通过所述网络运行设计的移动并且实现理想且更可预测的移动设计。提供越多的训练病例，就可以实现越稳健的网络。

在一个实施例中，每个牙齿执行以下规则，作为群组，符合以下目的或目标中的一个或多个：

1.遵守安德鲁斯的六项咬合关键(Andrews’Six Keys To Occlusion)；

2.牙根在每个口腔中不能移动超过0.5mm；

3.符合U或V形式；

4.打开咬合；

5.没有牙间隙减小；

6.避免移动任何植入牙齿；

7.限定作为一个单元一起移动的牙齿子组。

所述系统通过允许从一个阶段到另一个阶段的具体移动来允许由治疗专业人员在每个阶段处紧密控制。在一个实例中，在一些环境中，希望使牙齿模型的移动和操作同步，以使牙齿模型按照治疗专业人员所指示的精心设计的方式操作，这通过牙齿模型随机且独立地移动的手动控制不可能实现。

本控制方法和/或系统对于用于移动许多牙齿模型并提供同步牙齿移动而言可以是理想的。此方法可以是不分群的，因为希望避免冲突并且还避免出现牙齿模型的纯随机移动(至少在一些应用中)。相反，在精心设计的牙齿模型的成组牙齿移动期间，期望牙齿模型各自安全地对环境状况作出反应，诸如，骨结构和软组织的改变。

现在转至制造自由形式结构(包括口腔矫正器或对准器)，一种用于制造口腔矫正器的方法通常可以包括捕获受试者的牙列的三维表示并且生成具有与所述牙列的表面的至少一部分匹配的格子结构的自由形式结构，其中所述格子结构限定多个开口空间，使得自由形式结构是至少部分透明的。然后可以通过将涂层浸渍到格子结构中或覆盖到格子结构上来制造格子结构，使得形成口腔矫正器。

因此可以制造一个或多个口腔矫正器，其中每个后续口腔矫正器被配置为使受试者的一个或多个牙齿移动并且旨在由受试者佩戴以矫正任何咬合不正。

通常，口腔矫正器可以包括格子结构，所述格子结构被配置为与受试者的牙列表面的至少一部分匹配，其中所述格子结构限定多个开口空间，使得自由形式结构是至少部分透明的。涂层可以浸渍到格子结构中或覆盖在格子结构上，并且至少一个牙科附接结构可以作为格子结构的一部分形成，其中牙科附接结构定位在有待移动的一个或多个牙齿附近。

所述系统提供了适应身体部分的表面的自由形式结构，所述自由形式结构至少部分通过增材制造来制成。自由形式结构可以包括基础结构，所述基础结构包括格子结构和在其上提供的涂层材料。格子结构可以浸渍在涂层材料中和/或由涂层材料包围，所述涂层材料可以包括例如聚合物或陶瓷材料和金属。进一步地，涂层材料可以包括不同厚度的不同区域或结合到材料中的其他特征。聚合物可以包括许多不同的类型，例如硅树脂、聚氨酯、聚环氧化物、聚酰胺或它们的共混物等。在替代性实施例中，格子结构可以浸渍在泡沫固体中和/或被泡沫固体包围。

在某些实施例中，格子结构可以由大小在例如1mm与20mm之间的多个单位单元格限定。在其他实施例中，格子结构可以具有不同的单位单元格几何结构，其具有不同单元尺寸和/或不同结构密度。在其他实施例中，格子结构可以由彼此可移动地连接并整合到结构中的至少两个单独的格子结构部分构成。

在某些实施例中，自由形式结构可以进一步包括一个或多个外部和/或内部传感器(例如，压力和/或温度传感器)和/或一个或多个外部和/或内部标记(例如，位置标记)。此类标记可以在外部读取以确定当前牙齿移动，从而帮助执业医师决定未来的移动调整(如果需要的话)。

在某些实施例中，自由形式结构可以进一步包括设置在外部和/或内部的一种或多种药剂，诸如各种化学剂或药物，例如牙齿增白材料、可以缓慢地口腔递送至糖尿病患者的胰岛素等。也可以结合此类化学剂、药物或药品以松弛牙龈和/或肌腱，以实现牙齿移动更快、创面治疗等。

在某些实施例中，自由形式结构可以进一步包括一个或多个外部和/或内部定位器，使得当此装置错位时，使用者可以使用移动计算机来检测位置并找到装置。所述定位器可以包括任何数量的装置，例如磁铁、无线接近检测器、光学接近检测器等。

自由形式结构还可以进一步被配置成在利用许多不同构型的结构的不同区域中具有不同刚度值。

在一个方面，披露了用于通过捕获受试者身体部分诸如牙列的三维表示并创建可移动内部支撑结构来制造一个或多个口腔矫正器的系统和方法。口腔矫正器中的一个或多个可以在一个或多个相应支撑结构上直接制造。一旦已完成口腔矫正器，就可以移除内部支撑结构以留下牙科矫正器，所述牙科矫正器配合在一个或多个牙齿上以用于矫正牙列中的咬合不正。

一种用于制造口腔矫正器的方法通常可以包括：捕获受试者牙列的三维表示；制造对应于牙列的外表面的支撑结构；在支撑结构的外表面上形成一个或多个口腔矫正器，使得一个或多个口腔矫正器的内部贴合牙列；以及从一个或多个口腔矫正器的内部移除支撑结构。

一个或多个口腔矫正器可以按被配置成用于移动受试者的一个或多个牙齿以矫正咬合不正的顺序形成。而且，支撑结构可以由第一材料制造，并且一个或多个口腔矫正器可以由不同于第一材料的第二材料制造。

通常，口腔矫正器组件可以包括具有与受试者牙列的外表面对应的外表面的支撑结构，其中单独支撑结构由第一材料制造，并且口腔矫正器经由三维打印在支撑结构的外表面上形成，使得所形成的口腔矫正器的内部贴合受试者的牙列，其中口腔矫正器由不同于第一材料的第二材料制造。

支撑结构通常可从所形成的口腔矫正器的内部移除，使得口腔矫正器可定位于牙列上。另外，可以形成多个口腔矫正器，其中每个口腔矫正器按被配置成移动受试者的一个或多个牙齿以矫正咬合不正的顺序形成。因此，每个口腔矫正器可以在多个相应的支撑结构上形成。

根据本发明的结构可以在结构的不同部分中具有不同的刚度并且可以被制成透明的，即使它们至少部分经增材制造来制成。根据本发明的自由形式结构可以进一步制作成单一部件，并且可以进一步包括内部或外部传感器。

披露了用于通过以下操作来切割和修整牙科模具和口腔矫正器的系统和方法：接收牙齿的数字模型；确定切割环路径；以及将帷帘壁应用于切割环以在具有内牙弓曲线和外牙弓曲线的牙科模具中生成简化的牙齿基部。口腔矫正器可以在牙齿模具上形成，并且可以使用穿过内牙弓曲线和外牙弓曲线的单一扫过运动来应用切割器。

所述系统实现切割和修整牙齿模型的简单方式。所述系统通过允许从一个阶段到另一个阶段的具体移动来允许由治疗专业人员在每个阶段处紧密控制。所述系统由于帷帘壁简化而可以快速且有效地形成对准器。CNC机器可以制造每个壳体作为用于牙齿移动的许多阶段的定制装置。在需要时，可以使用便宜的2D切割仪器切割/修整模具。此外，所得的口腔矫正器(对准器、壳体等)可以最小的力从阳模中移出，从而降低由过量移出力撕裂壳体的风险。

通常，一种形成口腔矫正器的方法的一个实施例可以包括：接收患者牙列的数字模型；计算在模型上的基于规则的切割环路径，以确定用于修整复制患者牙列的模具的路径；从模具上的切割环应用帷帘壁，以降低模型的复杂性；确定切割仪器相对于模具的位置以用于修整模具；基于帷帘壁和切割仪器的位置来生成计算机数控代码；以及基于所生成的计算机数控代码来制造模具。

一种形成口腔矫正器的方法的另一个实施例通常可以包括：接收患者牙列的数字模型；计算在模型上的基于规则的切割环路径，以确定用于修整复制患者牙列的模具；从模具上的切割环应用帷帘壁，以降低模型的复杂性；确定模型的基部的预定高度；生成模型的计算机数控代码；以及基于所生成的计算机数控代码来制造模具。

附图说明

下面对本发明的具体实施例的图的描述在本质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本教导、其应用或用途。在整个附图中，相应的附图标记指示相同或相应的部分和特征。

图1A示出了用于扫描患者的牙列、治疗计划、然后制造一个或多个用于实现患者治疗的对准器的示例性过程。

图1B示出了展示可以如何重新评估初始治疗计划以及在附加治疗计划期间可以如何生成或考虑附加治疗选项的流程图的实例。

图2A示出了用于牙齿建模系统的一种示例性方法的流程图。

图2B示出了用于在结果偏离初始治疗计划时调整治疗过程的另一示例性方法。

图3A示出了用于在创建模型文件时计划治疗过程的一个示例性过程。

图3B至图3D示出了经由移动在关注的牙齿上显示的小控件来数字操纵的牙齿的各种视图。

图4示出了计划治疗过程中的一个示例性标记系统。

图5示出了用于在治疗计划期间检测牙齿边界的滚球或落球法。

图6A示出了滚球或落球如何沿着牙齿的U形接合处。

图6B示出了可以如何使用球轨迹路径来找到相邻牙齿之间的边缘线。

图6C示出了一旦限定边缘，就可以如何将整个牙科模型分成两个部分来检测牙齿边界或几何结构。

图7示出了可以用于将牙齿和牙龈建模为互连系统的示例性质量弹簧模型。

图8示出了可以如何针对患者实施治疗计划的实例。

图9是用于实施本文所述的牙齿移动控制技术的多齿模型系统的功能框图。

图10是用于在诸如牙齿模型的两个或更多个移动对象上提供牙齿移动管理或牙齿移动控制的系统的功能示意图或框图。

图11A示出了使用格子结构制造牙科矫正器的示例性过程。

图11B示出了使用格子结构制造具有不同材料厚度的牙科矫正器的示例性过程。

图12A示出了对于利用可以在3D打印过程中使用的格子结构的牙科矫正器，形成为下半部分和上半部分的基础结构的实例的透视图。

图12B示出了格子结构中的开口的详细示例性视图。

图12C示出了具有若干网状层的格子结构的示例性端视图。

图12D示出了具有仅由涂层材料构成的区域的格子结构的示例性端视图。

图12E示出了具有诸如由表面形成的延伸部等特征的格子结构和涂层的详细透视图。

图12F示出了具有不同单位单元格几何结构的不同区域的格子结构和涂层的详细透视图。

图12G示出了具有形成为具有不同厚度的不同区域的格子结构和涂层的详细透视图。

图12H示出了具有在单侧上有涂层的区域的格子结构的示例性端视图。

图12I示出了具有至少一个整合的附加部件的对准器的透视图。

图12J示出了格子结构的示例性端视图，铰链或其他可移动机构沿着格子整合。

图12K示出了具有整合的一个或多个(内部)通道的对准器的透视图。

图13示出了对准器的具有被机加工成具有相对较厚材料部分以接受弹性件的区域的一部分的详细透视图。

图14A和图14B展示了自由形式的牙科矫正器结构的变型，其具有相对刚性的格子结构和一个或多个用作牙科矫正器或保持器的特征。

图14C示出了被制造成粘附到一个或多个特定牙齿的吸力特征的局部截面图。

图14D示出了对准器的具有被配置成便于患者进食或说话的区域的一部分的透视图。

图14E示出了对准器的具有被制造成具有不同摩擦的不同区域的不同部分的一部分的透视图。

图14F示出了对准器的具有颗粒涂层的一部分的透视图。

图15A至图15D示出了适合于形成牙科矫正器的格子结构的实例的各种视图。

图16示出了示例性3D打印牙科结构，其中支撑件定位在所述结构内。

图17A和图17B示出了具有内层和外层的3D打印牙科结构的各种实施例的截面侧视图。

图18示出了内部限定有凹坑的3D打印牙科结构的另一个实施例。

图19示出了又一个实施例，其中球状材料位于两个牙齿部分之间。

图20示出了具有用于在其中支撑金属丝的狭槽的示例性模型。

图21示出了用于调整3D打印口腔矫正器的厚度的示例性过程。

图22示出了用于基于物理模拟来确定口腔矫正器的厚度的示例性过程。

图23示出了用于制造口腔矫正器的示例性过程。

图24和图25示出了在口腔矫正器的数字模型上的相对点之间限定修整线的示例性过程的侧视图。

图26示出了形成有一个或多个狭槽以促进制造的口腔矫正器的顶视图。

图27示出了安装在基部上以供制造的口腔矫正器的侧视图。

图28示出了口腔矫正器的侧视图和矫正器可以平移和/或旋转以促进对矫正器的修整的一些方向。

图29示出了可以用于修整口腔矫正器的切割装置的顶视图以及切割装置可以铰接的一些方向。

图30示出了口腔矫正器和用于制造的切割装置的顶视图。

图31示出了固定到基部以便进行处理的口腔矫正器的侧视图。

图32示出了用于激光切割口腔矫正器的物理模具的示例性过程。

图33示出了口腔矫正器的侧视图，所述口腔矫正器形成有工具腔体以促进口腔矫正器的铰接。

图34示出了另一口腔矫正器的侧视图，所述口腔矫正器具有形成为便于经由空气流或气体流移除矫正器的区域。

图35示出了便于移除口腔矫正器的示例性过程。

图36示出了另一口腔矫正器的侧视图，所述口腔矫正器具有形成为便于经由楔形移除构件来移除口腔矫正器的腔体。

图37示出了便于经由楔形移除构件来移除口腔矫正器的示例性过程。

具体实施方式

将关于特定实施例描述本发明，但是本发明不限于此，而是仅由权利要求限制。在权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对其范围进行限制。

除非上下文明确地另有说明，否则如本文所使用的单数形式“一”、“一种”以及“所述”包括单数和复数指示物。

如本文所使用的术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由…组成(comprised of)”与“包括(including)”、“包括(includes)”或“包含(containing)”、“包含(contains)”同义，并且是包容性的或开放式的，并不排除其他未列举的成员、要素或方法步骤。当引用所列举的构件、元件或方法步骤时，术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由…组成(comprised of)”也包括“由所述的列举构件、元件或方法步骤组成”的实施例。

另外，在说明书和权利要求中使用的术语第一、第二、第三等用于区分相似的元件，而不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序，除非指明。应当理解的是，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所描述或所示出的顺序来操作。

当引用诸如参数、量、持续时间等可测量值时，诸如本文所使用的术语“约”是指包括指定值的并从该指定值开始+/-10％或更少的变化、优选+/-5％或更少、更优选+/-1％或更少、并且更加优选地+/-0.1％或更少，只要这些变化适合于在所披露的发明中执行即可。应当理解，修饰语“约”所指的值本身也是具体地且优选地披露的。

通过端点引用的数值范围包括包含在相应范围内的所有数字和分数，以及所列举的端点。

本说明书中引用的所有文献通过援引以其全文并入本文。

除非另外定义，否则用于披露本发明的所有术语(包括技术和科学术语)具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义。通过进一步的指导，包括对说明书中使用的术语的定义以更好地理解本发明的教导。提供本文使用的术语或定义仅仅是为了帮助理解本发明。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合所述实施例描述的特定特征、结构、操作或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指代相同的实施例，但可以指代相同的实施例。另外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性可能以任何合适的方式组合，如本领域技术人员从本披露内容中显而易见。另外，虽然本文描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他特征，但如本领域技术人员所理解，不同实施例的特征的组合意图在本发明的范围内并形成不同的实施例。例如，在所附权利要求中，任何要求保护的实施例可能以任何组合使用。

在治疗患者以矫正有关其牙列的一种或多种病症时，可以直接在提供者的办公室处执行数字扫描患者牙列、计划治疗和/或任选地制造治疗装置(诸如用于矫正一个或多个牙齿的定位的对准器)的步骤。

如图1A的示例性过程所示，扫描患者牙列的步骤10可以使用许多不同的过程来执行，如本文进一步详细描述。利用所得到的患者牙列的数字图像，可以使用本文所述的任何过程来执行治疗计划18以矫正任何一个或多个牙齿的定位、未对准、咬合不正等。常规治疗计划通常创建整个治疗计划，整个治疗计划从患者牙列的初始定位开始并且基于牙列的阶梯式重新对准来制定治疗。然后使用这种阶梯式重新对准来创建以初始对准器开始并以最终对准器结束的整个对准器阵列，以用于在整个治疗过程中使用。

然而，可以在可变治疗路径上执行本文描述的治疗计划18和制造过程20。也就是说，虽然初始治疗计划18可能基于患者牙列的初始定位，但后续治疗的逐步过程是可变的，使得最终处理步骤不是预先确定的。而是，在中间步骤确定牙列的对准，其中患者可以(或可以不)为了重新评估并且可能为了新的扫描和对准器回到执业医师办公室以进行一个或多个中间治疗步骤。以此方式，可以在患者每次向执业医师就诊期间创建附加的对准器或其他治疗过程。因此，随着治疗的进行创建整个治疗过程，从而使治疗计划18和制造过程20成为迭代过程，而不是在治疗开始时预先确定的整个治疗序列。

在图1B的流程图中示出了实例，所述流程展示出了可以如何执行初始治疗计划30以及可以如何制造一个或多个初始对准器以供患者使用。在初始治疗之后，可以评估患者32，并且在附加的治疗计划期间可以生成或考虑附加的治疗选项34。基于评估32，可以考虑各种治疗选项，并且例如在预定时间段之后重新评估36、38患者。执业医师可以基于将患者的一个或多个牙齿移动到期望位置的进展或进展不足来形成评估。此外，患者还可以与执业医师协作以提供他们自己的评估、想法等，使得执业医师不仅可以考虑生理数据而且还可以考虑患者提供的协作。

取决于采用何种治疗选项，可以考虑附加的治疗选项40、46，并取决于采用何种治疗选项而再次重新评估其相应结果42、44、48、50。取决于评估，并且如果需要的话，可以再次向患者提供治疗选项52、54、56、58，并且可能以预定间隔继续所述过程，直到达到期望的结果。因为治疗过程不是从整个治疗的开始到结束预先确定的并且治疗选项可以变化，所以一次可以仅制造少量的对准器。这也向执业医师提供了在中途改变治疗的灵活性，而不会不使用预先制造的对准器的整个阵列。

返回图1A，可以通过不同的方法来完成制造过程20本身。在一个实例中，部分矫正的患者牙列的模型可以形成为阳模(例如，经由3D打印模具22)，并且相应的一个或多个对准器可以在阳模上热成形24。在另一实例中，可以直接形成一个或多个对准器，例如，直接3D打印26。在任一种情况下，可以形成所得到的一个或多个对准器28以供患者使用。

扫描牙列

可能以多种不同方式来完成获得患者牙列的数字模型以便于治疗计划。可以在另一个位置处扫描患者的牙列并且将其转发给治疗提供者，或者可以直接在治疗提供者的位置处扫描患者的牙列。在任一种情况下，可以通过任何数量的合适扫描装置数字地扫描患者的牙列。例如，可以通过MRI扫描仪、X光机、口腔内扫描仪等来扫描患者的牙列(包括牙齿、软组织或两者)。可以将所得到的扫描图像保存或上传到计算机系统并使用其来生成牙齿的数字图像，所述数字图像可以用于计划治疗以矫正任何一个或多个牙齿的定位、错位、咬合不正等。替代性地，可以铸造患者的牙列以获得印模，所述印模随后可以用于产生阳模。然后可以扫描反映患者牙列的所得阳模以获得相应的数字图像。

治疗计划

可以在接收和分析患者牙列的经扫描牙科模型之后实施治疗计划过程。可以相应地处理经扫描牙科模型以使得能够制定治疗计划，所述治疗计划可以容易地实施以制造一个或多个定位器来用于实现顺序牙齿移动。

图2A示出了可以用于计划矫正患者的咬合不正的治疗的示例性整体牙齿建模过程。所示的过程可能包括最初获取例如下牙弓和/或上牙弓CAD文件、口腔内照片、X射线或3D CT扫描等形式的患者牙科记录110。可以例如通过许多不同方法来创建下牙弓和/或上牙弓CAD文件，诸如拍摄患者牙列的下印模和上印模、X射线等。

一旦获得牙科记录，可以导入或计算112下牙弓和上牙弓关系以供一个或多个计算装置登记，并且柔性牙科解剖学模型可以由本地位于治疗患者的地方(例如，牙科诊所)附近或远离患者位置的一个或多个处理器自动创建114。一旦数字创建牙科解剖学模型并确认为适合并且牙弓模型可以按预期打开和闭合，就可以在患者的诊疗椅边实时地创建一种或多种可能的治疗116，并且可以在诊疗椅边显示和/或与患者讨论一个或多个治疗选项118，其中还可以显示和/或讨论治疗选项的模拟以根据需要潜在地改变治疗计划。可以使用任何数量的电子显示方法向患者显示治疗选项的模拟。

在与患者讨论治疗选项之后，可以使用治疗计划(与任何修改)来生成制造机械(例如，3D打印机、热成形、激光烧结等)的制造文件120。因为所得的一个或多个定位器可以在患者附近本地制造(例如，牙科办公室、诊所、附近设施等)，所以可以在本地制造供患者使用的一个或多个所得定位器，以允许患者在同一次就诊期间试戴一个或多个定位器122。

这样的治疗计划可能具有优于常规计划和治疗计划的特定优势，包括以下中的一项或多项：

·可以正确制定并与患者实时讨论确切的治疗；

·执业医师可以完全控制易于创建的治疗计划选项；

·可以实施真正的牙龈建模；

·可以本地制造一个或多个定位器，从而允许患者在同一次就诊期间试戴；

·易于结合其他治疗方法，例如，与一个或多个定位器组合的间接粘接托槽、橡皮筋、挂钩、保持器等。

即使在已经为患者制定和实施治疗计划的情况下，如图2A所示和所述，牙齿移动的实际进展可能不对应于治疗计划，或者实际进展可能开始偏离治疗计划。由于这种可变性，并非所有定位器或对准器都可以在治疗开始时制造，而是定位器可以在预设阶段中制造以供患者使用直到后续向执业医师就诊(例如，每六周一次)，在后续就诊中可以制造一组新的定位器以用于后续治疗。图2B示出了这个分阶段治疗计划的实例，其中在实际治疗期间可以根据患者进展的任何变化或偏差来调整治疗计划。另外，实施分阶段治疗计划过程还使得执业医师能够采用其他装置或方法(例如，托槽、丝等)以用于除制造的定位器之外或代替制造的定位器来矫正咬合不正。

如上所述，可以扫描或以其他方式记录患者的牙列以捕获患者牙列的三维(3D)表示130，并且可以确定初始治疗计划132，以用于形成一个或多个用于矫正任何咬合不正的牙科矫正器134。代替为整个治疗过程制造牙科矫正器，可以最初制造许多分阶段矫正器以供患者使用直到他们后续就诊。根据最初制定的治疗计划，执业医师可以在后续就诊时评估患者的牙齿移动进展136。在确定患者的牙齿移动进展是否与治疗计划不同138时，执业医师可以将治疗计划与患者的实际牙齿移动进行比较以确定它们是否彼此相关。这种比较可能以多种方式进行，例如，由执业医师在视觉上进行比较，或者可以再次扫描患者牙列，并且可以将经治疗牙列的已捕获3D表示与治疗计划进行数字比较。

如果系统确定实际牙齿移动进展与治疗计划没有差异，则可以根据治疗计划继续进行牙齿移动140而无需改变，并且可以制造附加数量的定位器以供患者使用直到后续就诊。如果根据原始治疗计划进行下一次就诊和随后就诊，则可以制造一组附加定位器，直到治疗完成并且矫正咬合不正为止。

然而，如果在任何一次评估期间，执业医师确定实际牙齿移动确实与治疗计划不同，则可以通过系统向执业医师警告偏差142。然后，系统可以自动地调整治疗计划以用于下一组牙科矫正器或定位器144以便矫正偏差，使得新制造的定位器更好地适应患者的牙列并响应于针对偏差的矫正。在随后就诊时，可以根据改变的治疗计划来评估牙齿移动136，以确定牙齿移动是否与改变的治疗计划138不同，并且如果没有检测到偏差，则可以继续治疗，但是如果检测到偏差，则可以向执业医师警告偏差，并且相应地再次调整改变的治疗计划。可以继续这个过程直到所检测的牙齿移动看起来遵循治疗计划。

因为系统被编程为向执业医师警告特定牙齿的任何偏差，所以执业医师能够确定患者是否不符合佩戴定位器，和/或是否存在执业医师然后可以标记以进行继续治疗的任何有问题的牙齿移动，或者是否可以针对特别有问题的牙齿采用其他装置或方法，例如，常规牙套。可以通过任何数量的方法和/或装置与他人共享治疗计划(作为任何后续治疗计划)。

在导入或计算下牙弓和上牙弓之间的关系112时，可以加载下牙弓和/或上牙弓的数字模型150，例如，加载到计算机中，如图3的流程图所示。此外，作为创建牙科解剖学模型114的一部分，可以将下牙弓与上牙弓之间的咬合配准设置并安装在虚拟咬合架上152，然后使用者可以将牙齿ID拖放到关注区域154以矫正咬合不正。在对牙冠与牙龈之间的边缘进行数字建模时，所述过程可以向被指定为“硬”和“软”的区域分配条件集156，其中具有“硬”名称的区域不能改变其形状，并且具有“软”名称的区域能够通过附加的“硬”区域变形。

此外，可以在各个区域或位置处限定任何数量的移动小控件158以便于区域的移动和控制。例如，所述过程可以允许限定移动小控件：内侧/远侧、舌/面部、竖直等。而且，可以使得使用者能够在制定治疗计划时控制小控件并计算变换的新模型160。一旦完成治疗计划，就可以将计划输出到例如3D打印机可接受的模型文件162，以用于制造一个或多个定位器或用于制造模具以供后续热成形。

这些移动小控件可以是基于视图的小控件，以有助于在制定治疗计划时操纵模型。当在特定视图中显示模型时，所显示的操纵小控件可以被编程为仅允许在所显示的特定视图中进行模型操纵。例如，图3B示出了舌/面部视图，其中移动小控件164显示在要移动以进行治疗计划的关注牙齿T上。通过显示在例如屏幕或监视器上的关注牙齿T，可以在特定牙齿T上或上方显示移动小控件164。由小控件164提供的移动可以以各种平移和/或旋转移动来移动牙齿T的数字模型。图3C示出了以竖直/顶视图示出的牙齿T可以如何具有在牙齿T上显示的移动小控件164’以用于数字地操纵牙齿T，并且图3D示出了牙齿T的内侧/远侧视图，其中类似地显示移动小控件164”以用于治疗计划。

此外和/或任选地，每个牙齿可能以其原始颜色显示或者替代性地着色，例如，黄色或红色，以便向执业医师指示所提出的相应移动难以实现或不可能实现，由此为执业医师提供寻找替代治疗的指导。

在准备患者牙列的扫描图像以用于治疗计划时，可以首先标记数字模型。例如，图4示出了可以看到扫描牙列模型170的标记系统的实例。许多标签172，在这个实例中总共16个标签(例如，1至16或17至32，取决于牙弓)，可以最初布置在模型170旁边，从而允许使用者通过例如将标签拖放到特定牙齿来将标签分配给目标牙齿。在这个实例中，当标签被拖动时，它可以保持可见，但在通过落在特定牙齿上而被分配之后，牙齿可以改变以指示它已被标记。例如，牙齿可以改变颜色以指示它现在被标记，例如，从指示未分配的牙齿的红色到指示牙齿被标记的白色。

在促进治疗计划中，可以相应地在数字模型上限定158和控制160移动小控件，如上所讨论。如图4所示，示出了移动小控件的一个实例，其中可以沿着模型170限定指示为圆的中心顶点174。与网格相关的选定顶点应当形成单个连接区域以提供读取列表的方式。中心顶点174被指示为中心，而第二顶点176可以相对于中心顶点174限定，使得在其间限定的第一臂178可以沿舌到颊方向直接指向牙齿表面之外。可以相对于中心顶点174限定第三顶点180，使得在其间限定的第二臂182沿着牙齿中心的点在内侧到远侧方向上指向。第一臂178和第二臂182不需要彼此垂直。移动小控件可以仅应用于被标记的牙齿(并且因此应用于可以在模型中移动的牙齿)，并且可以提供读取和定向臂178、182的方向及其原点的方式。移动小控件在不使用时可以从使用者的视野中隐藏。

一旦标识出被标记的牙齿和一小组网格，就可以使用落球算法来检测牙龈边缘和牙齿边缘。图5示出了用于通过模拟滚球或落球194以检测牙齿190和牙龈192的边界来从患者的扫描牙列中数字地检测和标识牙齿边界或几何结构的示例性过程。球194可以被模拟为从高能状态196(例如，在牙冠处)滚动到低静止状态198(例如，在牙齿底部处)。当球194’沿经度向下滚动时，隆起200在牙齿与牙龈之间的边缘区域处翘起，其中弯曲度改变。通过查看这些区域并在正确的曲率改变下，可以检测到边缘线。这种方法也可以检测咬合牙齿边缘和牙龈边缘。

然而，为了检测两个相邻牙齿之间的侧边缘，可以使用如所描述的滚球算法来跟随牙齿的已知边缘线，但在相邻牙齿之间，可以推测牙齿的边界。例如，图6A示出了可以滚动滚球194以遵循相邻齿212、214的轮廓的实例。牙齿之间的区域218通常是球194不可接近的，但是球将自然地跟随牙齿的U形接合处216。因此，滚球194在牙齿212、214之间将跟随的推测轨迹路径220、222可以用于找到相邻齿212、214之间的边缘线，即使球194可能未进入其间的区域218，如图6B所示。

如图6C所示，一旦在模型上限定边缘，就可以将整个牙科模型分成两部分：硬的牙冠表面和软的牙龈表面。在一个实施例中，“硬”表面224、226可以被认为是刚性表面，该刚性表面在整体部分中移动并在移动时保持其形状。“软”表面228、230可以附接到“硬”表面224、226，并可能基于硬表面224、226的移动而变形。这样的移动不会改变牙科模型的整体拓扑结构，因此默认的完成模型是防水的，这符合3D打印机的要求。

这与传统单独模型到单个牙齿模型不同，需要修整模型并且然后加盖(孔填充)以使其不透水。由于扫描牙齿几何结构的复杂性，这种修整和孔洞填充是非常复杂的过程。

图7示出了可以在确定牙齿移动时应用于牙科模型的示例性质量弹簧模型240。在一些环境中，通常期望使各个牙齿模型的移动和操作同步，以使一些牙齿模型按照治疗专业人员所指示的精心设计的方式操作。典型地通过手动控制不可能实现这种精心设计的移动，其中牙齿模型随机且独立地移动。本控制方法和/或系统对于用于移动许多牙齿模型并提供同步牙齿移动而言是理想的。至少在一些应用中，此方法可以是不分群的，以避免牙齿之间的任何冲突并且还避免出现纯随机移动。相反，在精心设计的牙齿模型的成组牙齿移动期间，期望牙齿模型各自安全地对环境状况作出反应，诸如骨结构和软组织的改变。

质量弹簧模型240可以被约束为直接附接到硬表面，并且模型240可以被拉伸或压缩。可以使用任何数量的算法来计算其形状，例如，质量弹簧模型，在质量弹簧模型240的一个实施方式中，两个节点可以被建模为通过弹簧和阻尼器的并联回路连接的质点。在这种方法中，主体被建模为通过遵循胡克定律的某些变体的理想无重力弹性弹簧连接的一组点质量(节点)。这些节点可以从对象表面的二维多边形网格表示的边缘导出，或者从对对象的内部结构进行建模的节点和边缘的三维网络(或者甚至是一维链接系统，如果例如正在模拟绳索或发束的话)导出。可以在节点之间添加附加弹簧，或者修改弹簧的力定律，以实现期望的效果。将牙科模型约束为质量弹簧模型240有助于使各个牙齿模型的移动和操作同步，以使一些牙齿模型以精心设计的方式操作。

将牛顿第二定律应用于点质量，包括由弹簧施加的力和任何外力(由于接触、重力等)，得出了节点运动的微分方程组，通过用于求解常微分方程的标准数值方案来求解所述微分方程组。通常使用自由变形来完成渲染三维质量弹簧格子，其中所渲染的网格嵌入在格子中并且随着其演变而变形以贴合网格的形状。假设所有点质量等于零，可以相对于弹性网格行为获得针对若干工程问题解决方案的展宽网格方法。

计算模型240的另一方式是使用有限元分析(FEA)模型，其中模型的“软”部分被分成更小的FEA元素，例如四面体或立方体元素，并且一些元件表面可以附接到“硬”部分，如FEA分析中所谓的边界条件，而“软”部分(牙龈部分)可以被分配与牙龈部分一致的各种材料特性，诸如杨氏模量。当硬部分移动时，边界条件可能改变，并且因此所有元素基于它与其相邻元素的连接可以形成大矩阵。通过求解此类矩阵，可以计算每个单独的元素形状和位置以在治疗期间给出计算的牙龈变形。

在一个实施例中，可以通过将主体分成配合在一起的大量实体元素来将主体建模为三维弹性连续体，并且对此可以求解材料的模型以确定每个元素的应力和应变。元素典型地是四面体，节点是四面体的顶点(将由多边形网格限定的三维区域四面体化为四面体，类似于可以如何将二维多边形三角形化为三角形)。应变(其测量材料点从其静止状态的局部变形)可以通过应变张量来量化。应力(其测量作用在材料上的所有方向上的每单位面积的局部力)可以通过柯西应力张量来量化。鉴于当前的局部应变，可以通过胡克定律的广义形式来计算局部应力。元素节点的运动方程可以通过对每个元素上的应力场进行积分并经由牛顿第二定律将其与节点加速度相关联来获得。

可以使用能量最小化方法，其由变分原理和表面物理学推动，变分原理和表面物理学规定约束表面将呈现使总变形能量最小化的形状(类似于肥皂泡)。在依据表面的局部变形来表达表面的能量(能量是由于拉伸和弯曲的组合)的情况下，通过将相对于位置对能量进行微分来给出表面上的局部力，从而产生可能以标准方式求解的运动方程。

可以使用形状匹配，其中将惩罚力或约束应用于模型以将模型驱动至其原始形状(例如，材料表现得好像它具有形状记忆)。为了动量守恒，必须适当地估计主体的旋转，例如经由极分解来估计。为了近似于有限元模拟，可以将形状匹配应用于混合的三维格子和多个形状匹配约束。

变形也可以由传统的刚体物理引擎处理，使用由约束连接的多个刚体网络对软体运动进行建模，并且使用例如矩阵调色板蒙皮来生成用于渲染的表面网格。这是HavokDestruction中用于可变形对象的方法。

本文描述的过程、计算机可读介质和系统可以在各种类型的硬件上执行，诸如计算机系统250，如图8所示。此类计算机系统250可以包括用于传送信息的总线或其他通信机制以及与总线联接以处理信息的处理器。计算机系统250可以具有联接到总线的主存储器，诸如随机存取存储器或其他动态存储装置。主存储器可以用于存储指令和临时变量。计算机系统250还可以包括只读存储器或联接到总线的其他静态存储装置以用于存储静态信息和指令。

计算机系统250还可以联接到显示器，诸如CRT或LCD监视器254。输入装置256还可以联接到计算机系统250。这些输入装置256可以包括供使用者258使用的鼠标、轨迹球、光标方向键等。本文描述的计算机系统250可以包括，但不限于，计算机252、显示器254、扫描仪/3D打印机260、和/或输入装置256。每个计算机系统250可以使用一个或多个物理计算机或计算机系统或其部分来实施。由计算机系统250执行的指令也可以从计算机可读介质读入。计算机可读介质可以是CD、DVD、光盘或磁盘、激光盘、载波、或可由计算机系统250读取的任何其他介质。在一些实施例中，可以使用硬连线电路系统来代替处理器执行的软件指令或与处理器执行的软件指令相结合。

显而易见的是，本文披露的具体实施例的特征和属性可以以不同方式组合以形成另外的实施例，所有这些实施例都落入本披露内容的范围内。

此处所用的条件语言，尤其如“可(can)”、“可以(could)”、“可能(might)”、“可(may)”、“例如”等，除非另外明确说明或在使用的背景下作其他理解，否则通常旨在传达：某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言总体上不旨在暗示：特征、元件和/或状态是一个或多个实施例无论如何都需要的，或者无论有或没有作者输入或提示，一个或多个实施例都必然包括用于决定这些特征、元件和/或状态是被包括在任何特定实施例中还是将在该实施例中实施的逻辑。

本文描述和/或附图中描绘的流程图中的任何过程描述、元素或框应被理解为可能代表模块、区段、或代码部分，这些模块、区段或代码部分包括用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令。替代性实施方式被包括在本文描述的实施例的范围内，其中如本领域技术人员将理解，取决于所涉及的功能，可以删除元素或功能、不按照所示或讨论的顺序执行元素或功能，包括基本上同时或以相反的顺序执行。

本文描述的所有方法和过程可能以一个或多个通用计算机或处理器(诸如本文描述的那些计算机系统)执行的软件代码模块来体现并经由其完全自动化。代码模块可以存储在任何类型的计算机可读介质或其他计算机存储装置中。替代性地，一些或所有方法可以体现在专用计算机硬件中。

应该强调的是，可以对本文描述的实施例作出许多改变和修改，所述实施例的要素应被理解为在其他可接受的实例之中。所有此类修改和改变在此都旨在包含在本披露内容的范围内并且由所附权利要求保护。

除了对各个牙齿和组织进行建模的过程之外，还存在用于控制编号为1到32的牙齿模型群组的附加控制方法和系统(或包含此类控制方法/系统的多个牙齿模型系统)。也就是说，在计划牙齿移动以进行治疗来矫正咬合不正时，该方法将牙齿组看作群组(例如像一起旅行的一群鸟)。

简而言之，该控制方法通过多播技术和自适应逻辑来使用基于分层的监督控制，包括设置在每个牙齿模型上的附带或本地控制模块，以基于与附近牙齿模型的通信来调整牙齿移动路径以便安全地避免冲突。所描述的对口腔中的多个牙齿模型进行控制的结果是群组行为，其中牙齿模型似乎以同步的方式移动，其中移动既不完全独立也不完全被集中控制。

计划治疗的控制方法可以在系统310中实施，所述系统大体具有用于控制牙齿模型的移动的若干部件，包括牙齿移动管理器模块312、冲突管理器模块314和牙齿管理器模块316。控制方法/系统310的这些部件或方面与计算机系统318通信，并在下文描述并如图9所示。

图9示出了可以用于以安全且可重复的方式控制牙齿移动的牙齿控制器/计算机或牙齿移动控制系统(TMCS)310。系统310包括与计算机系统318(其包括一个或多个处理器)通信的牙齿移动管理器模块312，患者牙齿320的数字牙齿模型驻留在所述计算机系统上。如图所示，计算机系统318上的数字牙齿模型被配置用于牙齿模型或牙齿通信，并且如本文所解释，这种相互通信允许牙齿320通过确定特定牙齿322、324是否处于冲突移动路径来安全地改变其用于矫正咬合不正的路径，以便避免冲突而同时大体保持在预限定牙齿移动路径上。

在运行时期间，牙齿移动管理器312被编程为向计算机系统318发送命令，以监测并维持性能和质量，并且还监测待移动的牙齿的安全性。牙齿移动管理器312进一步被编程为在停机(例如，非运行时)期间将牙齿移动要求上载到计算机系统318。

第二模块(冲突管理器模块314)可以被编程为与计算机系统318交互以处理待移动的牙齿之间的冲突。冲突管理器314可以被编程为执行以下逻辑：(a)计算每个牙齿模型上的“影响范围”，例如，确定每个牙齿模型之间的触发冲突事件的接近距离，并且如果牙齿模型进入特定牙齿模型周围的这个影响范围，则触发冲突事件；(b)通过最近邻算法来确定是否会发生可能的冲突路径；以及(c)在设于计算机系统318上的用户界面上(例如，经由监视器装置)向操作者呈现任何两个牙齿之间将发生潜在的路径冲突。冲突模块314可以将牙齿移动路径存储在存储器中，例如，存储在计算机系统318内。

另一个模块包括被编程为监测每个牙齿320的预期状态和实际状态的牙齿管理器模块316。例如，模块316可以将例如牙齿324的当前位置或行进速度与其预期状态进行比较，所述预期状态可以由牙齿移动路径或牙齿模型的精心设计和/或时间同步移动来限定，诸如通过治疗动画。基于这个监测，牙齿管理器模块316可以诸如使用以下优先项来作出调整：定位(例如，牙齿模型相对于另一个牙齿模型或牙齿的位置)；环境(例如，针对骨骼状况等调整)；安全性(例如，如果牙齿模型或其他牙齿模型未按预期操作，则将牙齿模型返回到安全位置或操作模式)；演示性能(例如，调整位置、速度或其他操作参数以满足演示需要)；牙齿状态；以及操作者确信/性能需求。

如以上讨论，牙齿管理器模块316、冲突模块314和牙齿移动管理器312被配置为一起工作以提供群组型控制。在使用中，牙齿模型间通信允许操作数据在每个牙齿模型之间分层地流动或扩散，而不是仅依靠集中/牙齿移动控制。换句话说，牙齿管理器模块316提供一定程度的集中控制或中央逻辑，所述集中控制或中央逻辑用于诸如通过提供由牙齿移动管理器模块312提供的牙齿移动路径和/或基于由冲突管理器模块314提供的预期状态与实际状态的比较(或出于安全原因)进行实时调整来控制牙齿模型/牙齿的移动。关于牙齿模型间通信，可能有用的是注意以下内容：(a)一些单元可以被指定为与牙齿管理器316对话的主节点；以及(b)主节点可以操作来将牙齿中移动计算信息或命令发送到剩余的牙齿模型。

各个牙齿模型的移动和对模型的控制不是基于群体的，部分原因是基于群体的牙齿模型可能彼此冲突或者固有地缺乏安全性。系统310被设计成避免随机移动，因为数字牙齿模型作为具有同步移动的群组在各个牙齿模型之间移动。然而，当系统310中允许交叉牙齿移动路径，由本地控制模块处理和生成的牙齿模型间通信允许每个牙齿模型安全地对环境状况作出反应，诸如方向改变和相邻牙齿的存在/移动。换句话说，附带逻辑用于控制牙齿移动，以便在试图大致停留在牙齿移动路径上时避免冲突。

图10示出了通用系统(或牙齿移动管理控制系统)330，所述通用系统通常用于管理或控制牙齿模型以通过模拟牙齿的群组移动来提供同步牙齿移动，以便矫正咬合不正。如图所示，可以最初制定用于移动一个或多个牙齿332以矫正咬合不正的治疗计划。所述系统可以包括用于执行离线活动和用于执行在线活动的部件。离线活动可以包括为多个牙齿模型设计或选择治疗概念或精心设计的移动以实现特定效果或执行任务。可以用计算机系统318或其他装置来处理牙齿移动概念(例如，存储在存储器中的数字数据等)。

可以将待使用的每颗牙齿建模为颗粒，以将一个或多个牙齿的移动模拟为牙齿群组(诸如鸟类群组)334，如本文所述。因此，每个数字化牙齿模型可以由计算机系统318配置成限定每个牙齿模型周围的三维空间，诸如具有预限定直径的三维球体。这个三维球体可以用于限定牙齿模型或飞行对象的安全包络，以降低各个牙齿模型之间的冲突的风险。例如，可以由系统318创建和精心设计每个牙齿模型以避免彼此冲突，并且其中在牙齿模型沿其牙齿移动路径移动时，禁止两个或多个牙齿模型使它们的安全包络相交或重叠。

然后将为多个牙齿模型创建的牙齿移动计划输出到计算机系统318或其他装置的存储器中以利用这个“治疗说明”进行处理，所述“治疗说明”典型地包括每个牙齿模型的文件。处理这些文件中的每一个来生成将在精心设计的任务的动画或执行期间随时间推移而实现的每个牙齿模型的真实世界坐标，以例如在显示器上向执业医师和/或患者展示牙齿的移动336。这个处理为每个牙齿模型创建单独的牙齿移动计划，并且对牙齿移动计划的此类处理或生成可以包括基于特定的逻辑要求来处理已建模的动画。例如，可以根据需要修改这些要求，例如牙科空间与模拟时的大小和形状相同，并且如果不是，则修改可以用于改变或设置牙齿模型中的一个或多个的真实世界坐标。

一旦已批准治疗计划338，就可以使用所述治疗计划以在治疗计划的位置本地地使用例如三维打印来制造一个或多个牙科矫正器或定位器340。

在计划将各个牙齿模型的移动模拟为牙齿群组以用于作出治疗计划334时，可以使用本文所述的TMCS 310来操纵牙齿模型。逻辑要求还可以包括设置场地的牙齿移动真实性，以及添加每个牙齿可以安全地定位的安全点或“原始”点，诸如在治疗过程的开始和结束时或者在给予安全超控时(例如，“停止”)。治疗计划管理部件可以被认为是翻译中央治疗计划控制器命令的部件，其中牙齿动作通过脚本(例如，数据文件)、实时计算机消息和/或硬件触发器而发送到牙齿管理部件。

牙齿移动计划提供给TMCS 310，如上所述，并且所述系统还包括多个牙齿模型、在这个实例中示为牙齿的形式。牙齿可以组织成组或集合，其中一个集合被示为包括例如两个臼齿、一个集合包括一个臼齿并且一个集合包括尖牙齿等。至少对于动画或牙齿移动路径的一部分，这些集合可以一起行动或起作用，以执行特定的显示或任务。

在其他情况下，所有牙齿可以被认为是作为群组移动或以其他方式通过牙齿移动计划而使其移动时间同步和/或被精心设计的大集合的一部分。组中的牙齿可以与其附近或相邻的牙齿通信以便确定它们的存在、确定它们的接近度、并且在需要时处理牙齿移动计划、确定相邻位置和其他环境数据，以便修改它们的牙齿移动计划以避免冲突，和/或与相邻牙齿通信来指示其移动或以其他方式改变其牙齿移动计划/移动以避免冲突。

在牙齿移动前期间，操作者使用TMCS将牙齿移动计划加载到每个牙齿模型上。在牙齿移动序列期间，TMCS及其牙齿管理器模块316用于运行先前加载在牙齿模型上的牙齿移动计划。在牙齿治疗期间，TMCS主动监测安全性，并且执业医师可以启动TMCS使用者操作。然而，更典型地，TMCS通过处理由每个牙齿模型提供的牙齿模型中的每一者所提供的遥测数据来监测群组中的所有牙齿模型的操作。在一些实施例中，牙齿管理器模块316具有在牙齿模型的特定时间处根据目前制定的牙齿移动计划将每个牙齿模型的实际状态与预期状态进行比较的软件/逻辑。

在操作者输入后由牙齿管理器模块/TMCS发出“启动”或开始信号之后，TMCS与每个牙齿模型上的本地控制软件/硬件一起工作以安全地执行预加载的牙齿移动计划/演示。如以上所讨论，控制方法和系统将集中控制(例如，用于在基于演示/牙齿移动的任务期间，出于安全或其他原因而允许手动超控)与智能牙齿模型相结合，以更有效地提供牙齿模型的群组型移动。换句话说，牙齿模型可以各自被给予特定的牙齿移动计划，随时间推移(例如，在动画时段期间)它们努力达到所述牙齿移动计划，同时试图响应于另一牙齿模型在它们的安全窗口(或围绕每个牙齿模型的安全操作包络，例如1mm至3mm等的范围，其中其他牙齿模型典型地将不会行进以避免冲突)内或附近的意外存在。

在操作期间，TMCS用于触发每个牙齿模型从初始起始点开始它们的存储牙齿移动计划，例如，每个牙齿模型可以放置在不同的起始点处。在一些情况下，在牙齿模型接收到“启动”之后，每个牙齿模型使用其本地控制模块(或其他软件/编程)来尝试遵循牙齿移动计划但没有时间约束。换句话说，牙齿移动计划可以限定牙齿模型的一系列点或路线点。在这些实施例中，以相对流体方式控制牙齿模型，并且牙齿模型不被约束为在一定时间量内完成指定的移动，例如，在接收到启动信号之后的特定时间处，牙齿移动计划不要求牙齿模型处于特定位置，因此允许计划灵活性。

在一些实施方式中，可以在假设每个牙齿模型以预设且恒定的牙齿移动速度行进的情况下建立牙齿移动计划。这个牙齿移动速度可以针对每个牙齿模型独立地设定，或者对于每个牙齿模型可以是相同的(或在相对小的范围内)。然而，在其他情况下，本地控制模块可以被适配成调整牙齿移动速度以适应患者口腔中的状况。骨硬度可以在牙齿模型处利用本地控制模块来确定，和/或经由用于检测实际牙齿移动(而不是计划的移动)的光学传感器，可以由TMCS提供给牙齿模型中的每一者。在一些情况下，群组控制是优选的，使得每个牙齿模型的速度被共同调整，例如，每个牙齿模型以类似的牙齿移动速度运行，同时沿相似方向移动，以便看起来具有同步和非随机移动。

在一些实施例中，每个牙齿模型可以独立地行动以试图继续遵循其自身的牙齿移动计划。每个牙齿移动计划的不同之处可以在于，每个牙齿模型在不同的起始点或原始点处开始并且朝向其第一路线点移动。为此，根据需要对每个牙齿模型进行装备以确定其当前的三维位置以及其在牙龈线上方的当前高度。本地控制模块使用这个当前位置数据来确定或修改(如果需要的话)其当前方向或前行方向，以继续朝向其牙齿移动计划中的下一个路线点移动。这可能涉及改变其路线以及其角度，以便在路线点处达到期望的高度。

操作者可以采取措施来手动超控许多牙齿模型中的特定牙齿模型，以提供对所述牙齿模型的更好控制。例如，TMCS 310的牙齿控制模块可以操作以将牙齿模型的预期位置与其实际位置(经由后端通道在其遥测或其他数据中提供)进行比较。可以在图形用户界面(GUI)中提供警告：牙齿模型趋向于偏离路线或者在到达其下一个路线点的可接受公差之外。

例如，GUI可能以第一颜色(例如，绿色)示出适当操作和定位的牙齿模型，并且以第二颜色(例如，黄色)示出以安全量偏离路线或偏离位置的牙齿模型，并且以第三颜色(例如，红色)示出在安全包络之外的牙齿模型。可以自动地或手动地处理红色/不安全牙齿模型以使它们进入安全操作模式(例如，返回原始点)。可以手动地操作在期望状况之外操作的黄色牙齿模型以试图帮助它们返回其牙齿移动路径，诸如通过手动地改变速度、方向、迎角等，以便更快地将牙齿模型带到所期望的路线点。在完成手动操作之后，控制可以从TMCS返回到本地控制模块，以基于存储在其存储器中的牙齿移动计划来本地控制牙齿模型。TMCS可以被配置成用于评估冲突问题并执行冲突避免命令以在降低的口腔状况下保持演示品质(例如，牙齿移动性能)。

在其他实施例中，牙齿模型的本地控制模块可以操作以在牙齿移动期间调整牙齿移动计划以更好地对环境状况作出反应(诸如牙痛或暂时牙龈不适、至少暂时地偏离路线)。例如，牙齿移动计划可以提供相对于开始时间(当通过文件TMCS向牙齿模型发信号通知“启动”时)到达牙齿移动计划上的路线点中的每一者的时间。一个实施例可以要求牙齿模型确定到下一个牙齿模型的距离及其当前的估计到达时间。如果到达时间不在关于预设/目标到达时间的窗口内，则本地控制模块可以用于增加牙齿模型的牙齿移动速度，诸如通过增加牙齿的旋转速率来实现。同样地，如果牙齿模型移动得太快，则牙齿模型的本地控制模块可以用于减慢牙齿移动速度。以此方式，牙齿模型的移动可以保持更好地同步以提供群组控制。

但是，在其他情况下，牙齿或其他牙齿模型的本地控制模块用于确定是否在预限定时间窗口内达到路线点，其中牙齿移动计划相对于开始/启动时间限定处于每个路线点的时间。如果不是(例如，牙齿模型在时间“X”加上可允许的延迟内没有到达路线点)，则本地控制模块可以用于通过指示牙齿模型跳过下一个路线点并直接移动到口内的路线点来修改牙齿移动计划。

例如，牙齿移动计划可以包括路线点A至Z。如果本地控制模块确定没有实现路线点C的预限定时间窗口，则本地控制模块可以跳过路线点D或从牙齿移动计划中移除路线点D，并且致使牙齿模型采取到路线点E的方向/路线(例如，直线或其他预限定路径)。以此方式，维持牙齿移动速度(例如，所有牙齿模型都以相同的速度移动)，同时如果牙齿模型在它们的牙齿移动计划中落后，则允许它们“赶上”(例如，将一组路线点限定为在预限定时间段内通过或在附近，所述预限定时间段可以对应于执行演示/显示或执行牙齿的任务的时间)。

关于操作的安全性和监控，每个牙齿模型可以存储地理围栏的定义，所述地理围栏限定地理区域的外周边(以及在某些情况下的内部区域)或边界。牙齿模型本地控制模块在牙齿移动期间比较针对牙齿模型确定的当前位置，并且将这个位置与地理围栏进行比较。如果越过这个边界(或者正在接近所述边界，诸如在距地理围栏的预设距离内)，则本地控制模块可以用于迅速地使牙齿模型返回到地理围栏边界内。在其他情况下，牙齿模型可以切换到安全操作模式，并且这可以致使牙齿模型返回到原始位置。

进一步地，关于安全牙齿模型操作，牙齿移动控制的一些实施例可以涉及将牙齿模型配置成具有牙齿模型到牙齿模型(或牙齿到牙齿)通信以在不依赖于TMCS干预的情况下避免冲突。每个牙齿模型可以使用其本地控制模块来持续操作以检测另一个牙齿模型何时进入所述牙齿模型的预限定距离内，诸如在1mm至3mm的范围内等。用于检测这种情况的第一牙齿模型(或两个牙齿模型，如果捆绑的话)生成冲突警告消息并将这个消息发送到违规/附近牙齿模型，以改变其路线或当前位置来移出第一牙齿模型的牙科空间。例如，接收这种冲突警告消息的牙齿模型可以将规避动作存储在其存储器中并启动这个动作(固定移动，诸如向右或向左倾斜预设角度)。可以在预设时间段内进行规避，并且然后牙齿模型可以返回到遵循其牙齿移动计划(例如，重新计算从其新的当前位置到下一个路线点的路线等)。

在另一个实例中，牙齿模型的本地控制模块监测牙齿模型的当前定向，并且如果定向超出可接受的范围(例如，牙齿倾斜或旋转超过320度等)或者如果整体移动太多，则本地控制模块还可以用于使牙齿模型进入安全操作模式(在尝试矫正操作问题之前或之后)。

尽管已经在某种特定程度上描述和说明了本发明，但应当理解，本披露内容仅以实例的方式进行，并且，在不脱离如下文所要求保护的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以采用部件的组合和安排的许多变化。

显而易见的是，本文披露的具体实施例的特征和属性可以以不同方式组合以形成另外的实施例，所有这些实施例都落入本披露内容的范围内。

制造一个或多个对准器

本文描述的系统涉及使用三维(3D)打印过程来制造牙科矫正器，诸如保持器和对准器。矫正器可以使用称为格子结构的微小单元来形成为具有带复杂几何结构的中空形状。拓扑优化可以用于辅助有效地混合具有平滑过渡材料体积的固体格子结构。可以在拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转和疲劳寿命下研究格子性能。

本文提供了自由形式的格子结构，其配合身体部分的表面的至少一部分，例如，外部轮廓。具体地，所描述的实施例可以利用自由形式的格子结构来形成或制造矫正器，所述矫正器被设计成用于放置或定位在患者牙列的外表面上以用于矫正一个或多个咬合不正。自由形式结构至少部分地通过增材制造技术来制造并且利用由格子结构组成的基本结构。格子结构可以确保和/或有助于具有限定刚度的自由形式结构，并且格子结构还可以确保可以设置在格子结构上的涂层材料在牙列上的最佳覆盖。格子结构至少部分地被涂层材料覆盖、浸渍在涂层材料中、和/或被涂层材料包围。此外，格子结构的实施例可以有助于结构的透明度。

如本文所用，术语“自由形式的格子结构”是指具有不规则和/或不对称的流动形状或轮廓、更特别地适合于一个或多个身体部分的轮廓的至少一部分的结构。因此，在特定实施例中，自由形式结构可以是自由形式表面。自由形式表面是指包含在三维几何空间中的(实质上)二维形状。实际上，如本文所详述，这种表面可以被认为是实质上二维的，因为它具有有限的厚度，但在某种程度上可以具有变化的厚度。由于它包括刚性地设置来模仿某种形状的格子结构，因此它形成三维结构。

典型地，自由形式结构或表面的特征在于缺少相应的径向尺寸，不同于诸如平面、圆柱和圆锥表面等规则表面。自由形式表面是本领域技术人员已知的并且广泛用于工程设计规程。典型地，使用非均匀有理B样条(NURBS)数学来描述表面形式；然而，还有其他方法，诸如戈登(Gorden)表面或孔斯(Coons)表面。自由形式表面的形式不是根据多项式方程来表征和限定，而是通过其极点、程度和斑块(具有样条曲线的区段)的数量来表征和限定。自由形式表面也可以被限定为三角形表面，其中三角形用于近似3D表面。三角形表面用于CAD设计领域的技术人员已知的标准三角测量语言(STL)文件。由于其中存在刚性基本结构，因此自由形式结构配合身体部分的表面，这为结构提供自由形式特征。

当在本文中引用格子结构和/或包含格子结构的自由形式结构时，术语“刚性”是指显示有限程度的柔韧性的结构，更具体地，刚性确保结构在使用之前、期间和之后在三维空间中形成并保持预限定形状，并且这个整体形状在机械和/或物理上抵抗对其施加的压力。在特定实施例中，不论是手动地还是机械地，所述结构在其自身上不可折叠而基本上不会损失其机械完整性。尽管所设想的结构的形状具有整体刚性，但结构的特定刚度可以由格子结构的结构和/或材料决定。实际上，设想格子结构和/或自由形式结构在保持其在三维空间中的整体形状的同时可以具有一些(局部)处理灵活性。如本文将详述，(局部)变化可以由格子结构的图形的性质、格子结构的厚度和材料的性质决定。此外，如下文将详述，在本文设想的自由形式结构包括互连(例如，通过铰链或通过涂层材料的区域)的单独部分(例如，非连续的格子结构)的情况下，形状的刚性可以是限于包括格子结构的每个区域。

通常，本文设想的方法用于牙科矫正器制造过程，其中制造过程包括设计戴在牙齿上以便由自由形式结构覆盖的矫正器、制造模具、以及在其中提供(一个或多个)格子结构并且在模具中提供涂层材料以形成自由形式结构。自由形式结构是患者特定的，即它们被制成特别配合在某一患者(例如，动物或人)的解剖结构或牙列上。图11A总体上示出了通过捕获受试者的身体部分的3D表示410来制造牙科矫正器的整体示例性方法。在这个实例中，这可以涉及捕获患者牙列的表面(例如，外部轮廓)的3D表示，以用于矫正一个或多个咬合不正。为此目的，可以使用3D扫描仪(例如，手持式激光扫描仪)来扫描受试者，并且然后可以使用所收集的数据来构建受试者的身体部分的数字三维模型。替代性地，可以由技术人员或医疗执业医师通过扫描受试者或其部分来提供患者特定的图像。然后，可以将这些图像用作或转换成受试者或其部分的三维表示。可以设想其中操纵并且例如清理扫描图像的其他步骤。

利用所捕获的3D表示，可以生成大体由与身体部分(例如，牙列)的表面的至少一部分匹配的格子结构构成的自由形式结构412。基于所述身体部分的所述三维表示来设计自由形式结构，使得结构实质上与所述身体部分的至少一部分互补并且包括格子结构或由格子结构组成。在格子结构中，取决于受试者形状、自由形式结构的所需刚度等，可以选择一种或多种类型和/或大小的单位单元格。可以在自由形式结构内设计不同的格子结构以配合在身体部位上的不同位置。不同的格子结构可以设置有例如铰链或其他可移动机构，使得它们可以连接和/或可以数字地混合在一起或由基本结构中的梁连接以形成单个部分。

这个步骤还可以包括设计格子结构所需的步骤，例如包括以下的步骤：在掩模的正片上限定可能需要不同属性、不同单元格大小和/或开口的表面；生成具有所需几何结构的单元格并根据需要在限定的表面上对其进行图形化以覆盖所述表面；以及将单独的单元格图形组合成单个固体部分。应当注意，在设计格子结构时，对于技术人员来说，格子结构的要求是清楚的。因此，技术人员将使用从他自己的经验获得的数据以及来自数值建模系统(诸如FE和/或CFD模型)的数据。

然后可以例如通过增材制造方法来实际制造自由形式的格子结构414。在某些实施例中，这可以包括在基本结构上提供涂层材料，其中涂层材料优选为聚合物。这些不同的步骤不需要在相同的位置中或由相同的作用器执行。实际上，典型地，自由形式结构的设计、制造和涂覆可以由不同的作用器在不同的位置中完成。此外，设想可以在上述步骤之间执行附加步骤。在涂覆或浸渍自由形式的基本结构时，可以用某种材料(诸如聚合物)浸渍格子结构，从而生成自由形式结构。这可以包括诸如将聚合物材料或其他材料添加到牙科矫正器中、使浸渍格子结构的材料固化以及拆卸牙科矫正器的步骤。

在制造自由形式结构之后，所述结构可以经历许多后处理步骤，包括例如清理和完成自由形式结构。此外，形成如本文所述的刚性自由形式结构的其他应用还可以包括，但不限于，用于治疗、美容和保护应用的应用。

在一个特定应用中，本文所述的自由形式结构的使用可以用于护理和治疗受损的皮肤表面，例如烧伤创面。在进一步的实施例中，本文所述的自由形式结构的使用可以用于护理、保护和治疗未受损的皮肤表面。根据附加的特定实施例，如本文所述的自由形式结构的使用可以用于美容目的。在进一步的实施例中，如本文所述的自由形式结构的使用可用于将治疗剂递送至皮肤。在其他特定实施例中，所述结构进一步包含可以嵌入在涂层材料中的一种或多种治疗组合物。在更进一步的实施例中，本文所述结构的使用可以用作假体装置，例如用于替换身体部分，其中自由形式结构可以制作成与缺失的身体部分相同。

图11B示出了用于制造具有与上面图11A所示类似的格子结构的牙科矫正器的另一整体示例性过程。在这个实例中，一旦已经捕获3D表示410，就可以确定移动一个或多个牙齿所需的力的量，并且可以利用有限元分析来确定用于移动一个或多个特定牙齿的相关联力所需的对准器材料的适当厚度410A。以此方式，可以制造具有不同材料厚度的一个或多个口腔矫正器，其中可能不需要很大力的区域被制造成具有相对较薄的区域，而可能需要更大量的力来移动一个或多个牙齿的矫正器区域可以被制造成具有相对较厚的材料区域，以便取决于矫正特定咬合不正所需的特定力来创建具有方向强度(差动力)的口腔矫正器。可以对已建模的牙列(或对准器)执行模拟以确认针对各种对准器厚度的应力点处理410B。

然后如前所述，可以生成大体上由与身体部分(例如，牙列)的表面的至少一部分匹配的格子结构构成的自由形式结构412，并且然后可以例如通过增材制造方法来实际制造自由形式的格子结构414。然而，一个或多个口腔矫正器可以被制造成具有相对变厚和/或变薄材料的区域，以适应口腔矫正器的方向强度(差动力)，如下面进一步详细描述。

图12示出了具有两个部分422(用于上牙列和下牙列)的示例性口腔矫正器420的透视图。如图所示，口腔矫正器420通常包括格子结构424，其可以用于制造最终口腔矫正器的过程。在所述过程中，可以首先按近似于要制造来矫正咬合不正的口腔矫正器的形状3D打印格子结构424，并且可以将格子结构定位在牙科矫正器426、426’内。然后，可以用浸渍材料428填充包含所形成的格子结构424的牙科矫正器426、426’，例如聚合物或本文所述的其他材料。在浸渍材料428凝固之后，移除牙科矫正器半部426、426’以产生涂覆的口腔矫正器420。

虽然整个格子结构424可以被浸渍材料428涂覆或浸渍，但是可以仅涂覆格子结构424的部分，或者可以涂覆格子结构424的特定表面，同时使其他部分暴露。以下关于图12所示的口腔矫正器420进一步详细描述这些实施例的变形。

可以理解，制造具有变化和/或增加厚度的3D打印渐进式对准器的方法具有某些优点。例如，厚度逐渐增加的速率可以不依赖于作为工业商品可得的塑料薄板的标准厚度。可以为3D打印过程建立最佳厚度。例如，代替被限于例如0.040、0.060和0.080英寸的厚度序列，诸如牙齿矫正医生等执业医师可以为成年患者选择例如0.040、0.053和0.066英寸的厚度序列，已知成年人的牙齿与快速增长的青少年患者相比复位更慢。

鉴于由较薄材料形成的对准器产生的矫正力通常低于由较厚材料形成的相同配置的对准器的概念，因此对准器可以被3D打印成在需要较大力的区域中较厚并且在需要较轻力的区域中较薄。可以有利地利用首先产生具有默认厚度的对准器并且然后产生具有可变厚度的区域的余地来帮助执业医师解决许多困难的日常挑战。例如，任何咬合不正都将由一些牙齿比其他牙齿更远离其期望完成位置组成。此外，一些牙齿比其他牙齿小，并且牙齿的大小对应于开始牙齿移动所需的绝对力阈值。由于许多因素，包括牙齿根部与皮质和牙槽骨支撑物之间的边界的接近度，其他牙齿可能看起来更顽固。还有一些牙齿比其他牙齿更难以矫正地旋转、成角度或直立。还有其他牙齿和牙齿组可能需要在相对较大的跨度上尽可能快地整体移动以封闭开放空间。至少出于这样的原因，选择定制对准器厚度并且因此定制在包含较大牙齿或远离其期望目的地的牙齿或那些顽固的牙齿的区域周围的力水平以允许这些选定牙齿比几乎理想定位的牙齿接收更高的力。

用于牙科矫正器的自由形式的格子结构可以至少部分地通过增材制造(AM)来制造。更具体地，至少基本结构可以使用格子结构通过增材制造来制造。通常，AM可以包括用于典型地使用对象的3D计算机辅助设计(CAD)数据来制造对象的有形模型的一组技术。可以使用多种AM技术，例如立体光刻、选择性激光烧结、熔融沉积建模、基于箔的技术等。选择性激光烧结使用高功率激光器或另一种聚焦热源来将塑料、金属或陶瓷粉末的小颗粒烧结或焊接成表示待形成的3D对象的块。熔融沉积建模和相关技术利用从固体材料到液态的临时过渡，通常是由于加热而过渡。所述材料以受控方式被驱动通过挤出喷嘴并且沉积在所需的位置，如美国专利号5,141,680中所述，该专利申请通过援引以其全文并入本文并用于任何目的。基于箔的技术通过使用例如胶合或光聚合或其他技术将涂层彼此固定，并且然后从这些涂层切割对象或使对象聚合。在美国专利号5,192,539中描述了这种技术，该美国专利通过援引以其全文并入本文并用于任何目的。

通常，AM技术从待形成的3D对象的数字表示开始。通常，将数字表示切成一系列截面层，所述一系列截面层可以被覆盖以整体形成对象。AM设备使用这个数据来逐层构建对象。可以使用计算机系统和计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件来生成表示3D对象的层数据的截面数据。

因此，包括格子结构的基本结构可以由与增材制造兼容并且能够为包括自由形式结构中的格子结构或整个自由形式结构的区域的刚性形状提供足够刚度的任何材料制成。合适的材料包括，但不限于，例如聚氨酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、PC-ABS、聚酰胺、具有添加剂(诸如玻璃或金属颗粒)的聚酰胺、甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。

格子结构本身可以由刚性结构构成，所述刚性结构具有例如3D打印格子的开放框架。格子结构可以包含多个格子单元格，例如，数十个、数千个、数十万个等格子单元格。一旦提供了牙列的3D模型，所述过程就可以生成STL文件以打印3D模型的格子版本并在必要时创建支撑结构。在放置和优化格子之前，系统标识矫正器中需要材料的位置以及不需要材料的位置。

所述系统可以分两个阶段优化牙科格子。第一，它应用拓扑优化，从而允许存在具有中间密度的更多孔材料。第二，多孔区域转变为具有不同材料体积的明确格子结构。在第二阶段中，格子单元格的尺寸被优化。结果是结构具有实心部分加上具有不同材料体积的格子区域。系统平衡了材料密度与部分性能之间的关系，例如，在刚度与体积比方面，所述关系可能会影响产品制定过程早期作出的设计选择。作为生物医学植入物的功能要求，孔隙率可能尤其重要。格子区域对于成功制定不仅仅需要刚度的产品可能非常重要。所述系统可以考虑屈曲行为、热性能、动态特性和其他方面，所有这些都可以被优化。使用者可以基于优化过程的结果来操纵材料密度，从而比较较强设计与较弱设计、或固体设计与空隙设计与格子设计。设计者首先限定目标，然后执行优化分析以通知设计。

虽然可以使用3D打印，但是格子也可以由以规则图形接触、交叉或重叠的条带、杆、大梁、梁等制成。条带、杆、大梁、梁等可以具有平直形状，但也可以具有弯曲形状。格子不一定由纵向梁等制成，并且可以例如由相互连接的球体、金字塔等组成。

格子结构典型地是包含规则的重复图形的框架，如图12A所示，其中图形可以由某个单位单元格限定。单位单元格是图形的最简单重复单元。因此，格子结构424由多个单位单元格限定。单位单元格形状可以取决于所需的刚度，并且可以是例如三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系、四方晶系、菱形晶系、六方晶系或立方晶系。典型地，格子结构的单位单元格的体积范围为例如1至8000mm³、或优选8至3375mm³、或更优选64至3375mm³、或最优选地64至1728mm³。单位单元格大小可以与诸如材料选择和单位单元格几何结构之类的其他因素一起确定自由形式结构的刚度(刚性)和透明度。较大的单位单元格通常会降低刚度并增加透明度，而较小的单位单元格通常会增加刚度并降低透明度。可以发生单位单元格几何结构和/或单位单元格大小的局部变化，以便提供具有一定刚度的区域。因此，格子424可以包括一个或多个重复的单位单元格和一个或多个独特的单位单元格。为了确保格子结构424的稳定性，条带、杆、大梁、梁等可以具有例如0.1mm或更大的厚度或直径。在特定实施例中，条带、杆、大梁、梁等可以优选地具有例如0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm、5mm或更大的厚度或直径。格子结构424的主要功能是确保自由形式结构的一定刚度。格子结构424可以进一步增强或确保透明度，因为它是开放框架。格子结构424可以优选地被认为是具有例如网或栅格的形式和/或外观的网状结构，但可以使用其他实施例。

格子结构的刚度取决于诸如结构密度的因素，所述结构密度取决于单位单元格几何结构、单位单元格尺寸以及框架432的条带、杆、大梁、梁等的尺寸。另一个因素是条带等之间的距离S，或者换句话讲，格子结构中的开口的尺寸，如图12B的详细示例性视图所示。实际上，格子结构是开放框架并因此包括开口434。在特定实施例中，格子结构的开口大小S在例如1mm与20mm之间、在2mm与15mm之间、或在4mm与15mm之间。在优选的实施例中，开口大小在例如4mm与12mm之间。开口的大小可以等于或小于单位单元格434的尺寸，而在其他实施例中，开口可以是均匀大小或任意大小。在又一个替代方案中，格子的不同区域可以具有大小均匀但与其他区域不同的开口。

在特定实施例中，自由形式结构可以包括具有一个或多个互连网状层的格子结构，如图12C的示例性端视图所示。例如，格子结构可以包括一个、两个、三个或更多个网状层438，其中所述结构包括在格子结构内的不同的至少部分叠加和/或互连的层436、436’、436”。由格子结构提供的刚度可以随着其中提供的网状层的数量而增加。在进一步特定的实施例中，自由形式结构可以包含一个以上的格子结构。所示的实例仅仅是对不同实施例的说明。

对于某些应用，格子结构可以进一步包括一个或多个孔，所述孔的大小大于如上所述的开口或单位单元格。另外地或替代性地，格子结构可以不在自由形式结构的整个形状上延伸，使得形成用于处理的结构或区域(例如，突片或脊)和/或无支撑涂层材料区域中的开口。这种应用的一个实例是面部掩模，其中在眼睛、嘴和/或鼻孔的位置处提供孔。典型地，这些后面的孔也没有被涂层材料填充。

类似地，在特定实施例中，浸渍在邻接材料中和/或由邻接材料包围的开口的大小的范围可以在例如1mm与20mm之间。如本文所述的格子结构中的孔(对应于自由形式结构中的孔)典型地也具有比单位单元格更大的大小。因此，在特定实施例中，单位单元格大小的范围在例如1mm与20mm之间。

根据特定实施例，如图12D的端视图所示，所设想的自由形式结构可以包含仅由涂层材料431构成的区域433。在期望自由形式结构的极大灵活性的区域中，这可能是有意义的。

在特定实施例中，所设想的自由形式结构可以包括基本结构，所述基本结构除了格子结构之外还包含一个或多个有限区域，所述有限区域不包含格子结构，但是为均匀表面，如图12E的详细透视图所示。典型地，这些从格子结构中形成具有对称形状(例如，矩形、半圆形等)的延伸部435。然而，此类区域典型地包括小于例如完整基本结构的50％、或更具体地小于例如30％、或最具体地小于例如20％。典型地，它们用作结构的处理区域(手动突片)和/或用于放置附接结构的区域(夹子、弹性绳等)。在特定实施例中，基本结构可以实质上仅由格子结构组成。

可以是有利的是使牙科矫正器结构具有不同硬度的某些区域(诸如在臼齿中以提供附加的力)。这可以通过向格子结构提供格子结构的局部变化的单位单元格几何结构、变化的单位单元格尺寸、和/或变化的密度和/或变化厚度(通过增加网状层的数量)来实现，如图12F的示例性细节透视图所示。因此，在特定实施例中，格子结构具有变化的单位单元格几何结构、变化的单位单元格尺寸、变化的格子结构厚度和/或变化的密度437、439。另外地或替代性地，如本文所述，涂层材料的厚度也可以变化，如图12G所示。因此，在特定实施例中，自由形式结构具有变化的厚度、具有第一厚度区域441和第二厚度区域443。在进一步的特定实施例中，自由形式结构可以具有不同刚度的区域，同时它们保持相同的体积和外部尺寸。

在自由形式结构的特定实施例中，基本结构或格子结构可以部分地用涂层材料来覆盖，所述涂层材料不同于用于制造格子结构的材料。在特定实施例中，格子结构至少部分地嵌入涂层材料中或由涂层材料包围(并且可选地用涂层材料浸渍)，如图12H的示例性细节端视图所示。在进一步实施例中，将涂层材料提供到格子结构436的一个或两个表面上。在特定实施例中，自由形式结构中的基本结构和/或格子结构的仅某些表面区域具有涂层材料，而多个部分可以被暴露445。在特定实施例中，基本结构和/或格子结构的至少一个表面可以被涂覆431至少50％、更具体地至少80％。在进一步实施例中，具有格子结构的基本结构的所有区域在至少一侧上完全涂覆有涂层材料。在进一步特定实施例中，基本结构完全嵌有涂层材料，除了提供用于处理的突片之外。

在进一步实施例中，除了涂覆的格子结构之外，自由形式的结构还包括基本结构和/或格子结构未支撑的涂层材料区域。

因此，在特定实施例中，自由形式结构可以包含具有不同质地或组合物的至少两种材料。在其他实施例中，自由形式结构可包含复合结构，例如由至少两种不同组合物和/或材料组成的结构。

涂层材料可以是聚合材料、陶瓷材料和/或金属。在特定实施例中，涂层材料是聚合物材料。合适的聚合物包括，但不限于，硅氧烷、天然或合成橡胶或胶乳、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚环氧化物、芳族聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯乙酸乙烯酯或其共混物。在特定实施例中，聚合物材料包括硅氧烷、聚氨酯、聚环氧化物、聚酰胺或其共混物。

在特定实施例中，自由形式结构包含一种以上涂层材料或不同涂层材料的组合。

在具体实施例中，涂层材料是硅氧烷。有机硅典型地是惰性的，这有利于清洁自由形式结构。

在特定实施例中，涂层材料是光学透明的聚合物材料。本文使用的术语“光学透明”是指基于无辅助的目视检查可以看透厚度为5mm的这种材料层。优选地，这种层具有透射至少70％的入射可见光(波长在400nm与760nm之间的电磁辐射)而不会使其扩散的性质。可以使用本领域技术人员已知的UV-Vis分光光度计测量可见光的透射和因此透明度。当自由形式结构用于创面治疗时，透明材料特别有用(参见进一步的说明)。聚合物可以衍生自一种类型的单体、低聚物或预聚物和任选的其他添加剂，或者可以衍生自单体、低聚物、预聚物和任选的其他添加剂的混合物。任选的添加剂可以包括发泡剂和/或能够产生发泡剂的一种或多种化合物。发泡剂典型地用于生产泡沫。

因此，在特定实施例中，涂层材料以泡沫形式存在于自由形式结构中，优选地泡沫固体。因此，在特定实施例中，格子结构涂覆有泡沫固体。泡沫材料具有优于固体材料的某些优势：泡沫材料具有较低的密度、需要较少的材料、并且比固体材料具有更好的隔离性能。泡沫固体也是优异的冲击能量吸收材料，并因此特别适用于制造作为保护元件的自由形式结构(参见进一步的说明)。泡沫固体可以包括聚合物材料、陶瓷材料或金属。优选地，泡沫固体包含一种或多种聚合物材料。

泡沫可以是开孔结构化泡沫(也称为网状泡沫)或闭孔泡沫。开孔结构化泡沫包含彼此连接的孔并形成相对柔软的互连网络。闭孔泡沫不具有互连孔，并且通常比开孔结构化泡沫更致密和更坚固。在特定实施例中，泡沫是“整皮泡沫”，也称为“自结皮泡沫”，例如具有高密度表皮和低密度芯的一种泡沫。

因此，在特定实施例中，自由形式结构可以包括基本结构，所述基本结构包括至少部分地被聚合物或其他材料涂覆的格子结构，如本文所述。对于一些应用，涂层的厚度和涂层的层厚度的均匀性不是必需的。然而，对于某些应用，可能有用的是在自由形式结构的一个或多个位置提供具有经调整层厚度的涂层材料层，例如，以增加自由形式结构配合在身体部分上的灵活性。

本文设想的自由形式结构的基本结构可以制成不需要单独衬里或其他元件的单个刚性自由形式部件。独立于此，设想自由形式结构可以进一步设置有附加部件447，诸如传感器、条带、或用于将结构保持在身体上的适当位置的其他特征、或者在使用结构的背景下可能关注并集成在结构内或沿结构集成的任何其他特征，如图12I所示。在本文中进一步详细描述可以集成的传感器的各种实例。

在某些实施例中，自由形式结构包含单个刚性格子结构(任选地包括不同互连的网状材料层)。然而，此类结构通常仅允许有限的柔性，这可能导致佩戴自由形式结构的人或动物不适。如果自由形式结构包括两个或更多个可以相对于彼此移动的单独刚性格子结构，则可以获得柔性的增加。然后用如上所述的材料包围这两个或更多个格子结构，使得所得的自由形式结构仍然作为单个部件制成或提供。自由形式结构的形状的刚性由每个格子结构局部地确保，同时放置期间的附加柔性通过格子结构相对于彼此存在(有限)移动的事实来确保。实际上，在这些实施例中，涂层材料和/或更有限的格子结构典型地将确保格子结构保持彼此附接。

在特定实施例中，格子结构部分或完全重叠。然而，在特定实施例中，不同的格子结构是不重叠的。在进一步特定实施例中，格子结构可移动地彼此连接，例如经由铰链或其他可移动机构449、449’，如图12J的细节端视图所示。在特定实施例中，通过格子材料来确保连接。在进一步特定实施例中，格子结构可以通过一个或多个梁来互连，所述梁形成格子结构的延伸部。在进一步实施例中，格子结构通过涂层材料而以自由形式结构保持在一起。这种自由形式结构的一个实例是具有下颌结构的面部掩模，所述下颌结构可相对于掩模的其余部分移动。因此，在特定实施例中，格子结构包括可移动地彼此连接的至少两个单独的格子结构，由此格子结构集成到自由形式结构中，如图所示。

自由形式结构可以用于创面治疗，如本文所述。为了最佳愈合，自由形式结构在创面部位或创面部位的特定位置处提供均匀接触和/或压力。根据本发明，格子结构使得将压力传感器合并到自由形式结构中变得简单。传感器可以是外部传感器，但也可以是内部传感器。实际上，格子结构可以被设计成使得其允许在用聚合物或其他材料浸渍和/或封闭格子结构之前在精确位置处安装各种传感器，如上所述。

另外地或替代性地，自由形式结构可以包括一个或多个其他传感器，如上文在图12I中所描述，诸如温度传感器、湿度传感器、光学传感器、应变仪、加速度计、陀螺仪、GPS传感器、步进计数器等。加速度计、陀螺仪、GPS传感器和/或步进计数器可以例如用作活动监视器。温度传感器、湿度传感器、应变仪和/或光学传感器可以用于在创面治疗期间监测愈合过程。具体地，光学传感器可以用于确定胶原纤维结构，如美国专利申请2011/0015591中所解释，该专利申请通过援引以其全文并入本文并用于任何目的。

因此，在特定实施例中，自由形式结构进一步包括一个或多个外部和/或内部传感器。在特定实施例中，自由形式结构包括一个或多个内部传感器。在某些实施例中，自由形式结构包括一个或多个压力和/或温度传感器。

本领域技术人员将理解，除传感器之外，用于将信号从传感器传输到接收装置的相关联电源和/或装置也可以结合到自由形式结构中，诸如接线、无线电发射器、红外发射器等。

在特定实施例中，至少一个传感器可以包括微机电系统(MEMS)技术，例如集成机械系统和微电子的技术。基于MEMS技术的传感器也被称为MEMS传感器，并且此类传感器小而轻，并且消耗相对很少的功率。合适的MEMS传感器的非限制性实例是意法半导体(STMicroelectronics)的STTS751温度传感器和LIS302DL加速度计。

如图12K所示，格子结构还允许提供具有一个或多个(内部)通道451的自由形式结构。这些通道可以用于将治疗剂递送至下面的皮肤、组织或牙齿。通道也可以用于流体的循环，诸如对流体进行加热或冷却。

正畸治疗的一种理念被称为“差动力”，它是指针对牙齿的根据每颗牙齿的理想力水平要求而紧密地定制的矫正力。差动力方法由硬件基于旨在仅提供所需的那些理想力水平的校准弹簧来支持。通过将差动力方法的概念推进到对准器制造的准则，可以理解，呈现精心控制的可变厚度的CNC机加工对准器可以逐个牙齿地实现差动力目标。围绕牙齿的隔室可以具有由技术人员基于每颗牙齿的需求以CAD/CAM水平建立的壁厚度。3D打印的对准器可以具有一系列无限的区域，每个区域在其内表面与外表面之间具有唯一的偏移厚度。

在安装此类装置之前，执业医师可以例如在治疗中期评估病例的进展，并且具体地记录期望的牙齿反应滞后的问题区域或者特定牙齿顽固地未响应于治疗力而移动的情况。3D打印结构可以包括一组小型装置，所述小型装置旨在利用对准器的结构进行策略性定位和3D打印。此类装置被称为“对准器辅助装置”。图13是对准器440的一部分的详细视图，示出了3D打印区域442经机加工从而允许较厚的材料接受弹性件444。其他关注的3D打印几何结构将是凹区或压力点，从而在对准器上产生用于组合治疗的开口/窗口，例如，在对准器上形成用于弹性带的钩等等。可以在这些位置安装对准器辅助装置以放大并集中对准器的矫正力从而增强矫正。例如，在刺穿对准器的含牙齿隔室的壁形成预定直径的孔之后，可以安装被称为大头钉的辅助装置。孔的直径可以略小于可以直接打印在对准器上的大头钉的柄部分的直径。这种大小渐增的大头钉和其他辅助装置可从正牙医师那里商购获得，正牙医师使用它们来增强并扩展对准器的牙齿位置矫正力。

也可以使用隆起并且隆起用于将局部储存的能量集中在与隆起相邻的对准器结构的区域中。向内突出的隆起导致在远离牙齿表面的区域中的对准器材料向外弯曲。以这种方式配置，隆起从更宽的区域收集存储的能量并且在机械上最有利的点处将所述能量冲击到牙齿上，由此最有效地集中矫正力。如图14A和图14B的侧视图所示，弹性钩特征450可以直接3D打印在对准器结构的否则无特征区域中。弹性钩也可以用作正畸弹性件的锚固点，所述锚固点在治疗期间根据需要在对准器的分段部分(或对准器与固定地附接到牙齿的其他结构)之间提供牵引力。

除钩特征450之外，可以制造其他特征，诸如吸力特征452，以便粘附到一个或多个特定牙齿T上，如图14C的局部截面图所示。以这种方式，对准器可以施加集中在一个或多个特定牙齿上的定向力454。

在又一个实施例中，如图14D的透视图所示，对准器的咬合面可以被制造成具有经限定以便于患者进食或说话的区域。此类特征可以包括咬合区域，所述咬合区域变薄、被制成扁平表面456、或者制成有任何数量的突起458以便于进食。

另外地，对准器的不同部分可以制造成具有不同摩擦的不同区域460，如图14E的透视图所示。可以例如沿着边缘形成此类变化区域，以便防止对准器材料的撕裂。

可以在3D打印的牙科矫正器上形成附加的附件，诸如颗粒涂层。颗粒涂层462可以任何适宜的方式(例如熔合、烧结等)形成在格子3D打印矫正器的牙齿接合表面上，如图14F的透视图所示。构成涂层的颗粒可以是任何适宜的形状，包括球形形状或不规则形状，并且可以由金属(包括合金)、陶瓷、聚合物或材料混合物构成。粘附到牙齿接合表面的颗粒涂层可以采用在所述表面上彼此间隔开的离散颗粒的形式，或者采用粘合在一起以产生互连孔网络的一层或多层颗粒的形式。颗粒涂层提供多孔界面，流体粘合树脂可以容易流入和渗透到所述多孔界面中。在树脂固化成固体形式后，在固化的树脂与颗粒涂层之间实现机械互锁。在某些情况下，除这种机械粘合之外，还可以例如通过使用聚羧酸盐或玻璃离聚物粘固剂与不锈钢和其他金属基材以及陶瓷基材来实现化学键合。

对于构成多孔结构的整体连结颗粒的涂层，所述多孔结构具有延伸穿过其中的多个互连孔，所述颗粒通常为约-100目和优选地不同颗粒大小的颗粒的混合物，所述粒径被限制为三个大小范围中的一者：例如-100+325目(约50至约200微米)、-325+500目(约20至约50微米)和-500目(小于约20微米)。多孔结构中的颗粒大小决定了颗粒之间的孔隙的孔径。较小大小的孔隙对于流体树脂粘合剂是优选的，而较大大小的孔隙对于更粘稠的粘结性粘合材料是优选的。选择颗粒大小也用于将涂层的孔隙率控制在按体积计约10％至约50％的范围内。

基材和涂层的复合材料需要足够的结构强度，使得托槽与牙齿的接头的任何断裂都发生在树脂中而不是在涂层中。为了实现这个条件，涂层的结构强度、涂层与基材之间的界面以及基材本身为至少8MPa。

图15A至图15D示出了可以在本文所述的任何实施例中使用的替代性格子结构的分解图。格子结构具有开放面并且是分层的，并且还可以被视为两个或更多个互连的网状层或者仅包括一个层或多于两个层的结构。

图15A示出了具有三角形单元格图形的格子结构470的第一透视图和第二透视图，以及结构470的被重新配置成替代或压缩构型470’的实例。图15B示出了具有多边形单元格图形的格子结构472的第一透视图和第二透视图，以及结构472的被重新配置成替代或压缩构型472’的实例。图15C示出了具有菱形单元格图形的格子结构474的第一透视图和第二透视图，以及结构474的被重新配置成替代或压缩构型474’的实例。图15D示出了具有连接的菱形单元格图形的格子结构476的透视图。

在3D打印过程期间，考虑到正在构造的复杂形状，所形成的口腔矫正器可能需要由中间结构支撑。此类中间结构可以临时使用，并且然后从正在形成的口腔矫正器中移除、分离或以其他方式脱离。

图16示出了示例性3D打印的牙科矫正器510的截面侧视图，其中临时支撑结构514定位在矫正器510内。典型地，牙科矫正器510被设计成每天在患者口腔中停留超过518小时，持续约一个月。除耐久性之外，牙科矫正器510的壳体理想地较薄，典型地具有约0.5mm的厚度。为了能够3D打印用于覆盖一个或多个牙齿的这种壳体或牙科部分，图16的结构可以利用内部支撑结构514在结构上支撑或支承形成在支撑结构514上的矫正器510。因为口腔矫正器510的咬合面512可能具有复杂的解剖结构(或形貌)，所以支撑结构514的接口连接表面516可以形成为咬合面512的镜像，使得形成在接口连接表面516上的咬合面512在制造过程中充分支撑口腔矫正器510。

一旦已完成矫正器510的形成，支撑结构514就可以容易地从矫正器510限定的开口518移除。因此，在一个实施例中，支撑结构514的宽度可以类似于矫正器510的开口518，以便允许从矫正器510移除支撑件514。矫正器510可以由许多不同类型的聚合物制成，例如硅树脂、聚氨酯、聚环氧化物、聚酰胺或它们的共混物等，并且支撑结构514可以由与矫正器510相同、相似或不同的材料制成。用与矫正器510的材料不同的材料制造支撑结构514可以有助于在完成时从矫正器510分离和移除支撑结构514。

除了在制造期间使支撑结构514直接定位在矫正器510下方之外，其他实施例可以包括形成为一个或多个层的支撑结构，如图17A和图17B的局部截面侧视图所示。图17A示出了在制造期间的口腔矫正器520的一个实施例，其中内芯层522可以(例如，经由3D打印)由第一材料形成、被配置并成形为遵循牙列的轮廓。在制造内芯层522的情况下，内矫正器层524可以打印在内芯层522的内表面上，而外矫正器层526可以打印在内芯层522的外表面上。因此，内芯层522可以形成为相对于牙列略微大，以便允许将内矫正器层524制造成应有的大小。内矫正器层524和外矫正器层526可以顺序地或同时地打印在内芯层522上以形成期望的口腔矫正器520。随后，内芯层522可以例如经由化学品熔化、洗涤或以其他方式溶解而留下完成的口腔矫正器520，其中内矫正器层524和外矫正器层526保持完整。

在另一个实施例中，图17B示出了一种安排的截面侧视图，其中口腔矫正器528可以由在内芯层532与外芯层534之间形成的矫正器层530制成。因此，内芯层532可以形成为相对于牙列略微小，以便允许将矫正器层530制造成应有的大小。一旦在由内芯层532和外芯层534支撑的同时制造矫正器层530，就可以移除或以其他方式溶解内芯层532和外芯层534两者而留下矫正器层530。

在又一个实施例中，口腔矫正器可以制造成具有各种特征，诸如突起、突出部或其他形状，以便在治疗患者时提供附加的灵活性。图18示出了打印的口腔矫正器540的一个实例的截面侧视图，所述口腔矫正器具有沿着装置的侧部形成的凹坑或腔体542，例如以用于接收可放置在凹坑或腔体542上的诸如弹性件的附件。在这个实例中，支撑结构可以包括致使相应凹坑或腔体542从口腔矫正器540突出的特征或突起544，如图所示。某些特征可以3D打印以供将来组装，以便提供附加的治疗选项并提高口腔矫正器的有效性。在其他实施例中，支撑结构可以在没有任何附加特征的情况下形成，但是特征或突起544可以粘附或以其他方式固定到支撑结构的所选择区域，以便在口腔矫正器540上选择性地形成相应的凹坑或腔体542。所述特征或突起可以任选地设计，例如，以便在一个方向上实现各向异性摩擦，这有助于装置更好地抓住牙齿并移动到其设计位置。

在又一个实施例中，可以替代地将特征或突起结合到口腔矫正器中以施加附加的力或促进牙齿移动。在图19的顶视图中示出了一个实例，其展示了由口腔矫正器(为了清楚起见未示出)定位在两颗相邻牙齿554、556之间的突起550(例如，聚合物球或金属球)。突起550可以被制造为口腔矫正器的一部分，所述突起从矫正器延伸并与一个或多个牙齿的指定区域接触，例如，以便于相邻牙齿554、556之间的分离移动。虽然示出了单个突起550，但是可以在口腔矫正器内使用这样的一个或多个突起。

除突起之外，口腔矫正器560还可以限定支持使用附加装置的多个通道、凹槽或特征。示例性口腔矫正器560在图20的顶视图中示出为定位在受试者的牙齿562上并且进一步具有限定在口腔矫正器560内的狭槽564、566以用于将线568支撑在内。口腔矫正器560可以被配置并打印有狭槽564、566，以接收例如用于补充由口腔矫正器560施加的矫正力的线、钩、橡皮筋等，以便矫正咬合不正并增强材料强度和防止材料松弛，例如在牙弓扩张的情况下。出于说明的目的，线568被示出为锚固在口腔矫正器560的狭槽564、566内，但是也可以使用用于狭槽定位或结合其他特征或元件的替代变型。

在另一个实施例中，由于准确的牙龈建模，口腔矫正器的壳体可以延伸或加厚以覆盖牙龈区域而不会伤害患者。此类延伸区域可以加强壳体，例如塑料，特别是当缩短的塑料壳体可能无法提供所需的强度时。

图21示出了用于调整3D打印口腔矫正器的厚度的示例性过程。在扫描和电子转换受试者的牙列的情况下，可以将上牙弓模型和下牙弓模型加载到具有可编程处理器的计算机系统的存储器中570。可以设置咬合配准，并且可以将所得的数字模型安装在虚拟咬合架上572。所述系统可以被编程为生成具有预定厚度的初始壳体模型574，其中口腔矫正器的部分越厚就提供相对越强的区域。执业医师可以将诸如上文在图19所示的突起550等特征结合到口腔矫正器的模型，和/或进一步将诸如狭槽564、566或任何其他特征等附加特征结合到口腔矫正器的模型中。所述系统可以被编程为然后激活咬合架以在上牙弓模型与下牙弓模型之间执行模拟咬合576，以便计算上牙弓壳体与下拱形壳体之间的任何重叠578。还可以确定口腔矫正器的壳体模型上的任何所得应力。

然后，系统可以通过修整掉模型中的壳体材料来移除任何重叠580，并且然后也可以移除任何孤立的岛状物或半岛片582。然后可以将所得的3D模型输出到3D打印机584，以便制造牙科矫正器或壳体。

图22示出了用于基于物理模拟来确定口腔矫正器的厚度的另一示例性过程。在这个过程中，可以将下牙弓和上牙弓的数字模型加载到计算机系统的存储器中590，如上所述。可以将牙弓和/或牙列的新期望构型输入到系统中，所述系统可以计算一个或多个牙齿要发生的必要移动592。然后，系统可以生成初始壳体形状的分析模型594。系统可以进一步运行分析模型以优化壳体形状，包括厚度和可能需要或期望的潜在辅助部件或零件596。可以进一步优化分析3D模型以获得最佳患者舒适度和树脂成本最小化598，并且然后可以将结果提供给3D打印机600以便制造口腔矫正器或壳体。

通常，形成常规口腔矫正器的压力成型塑料壳体具有固有的缺点。理想地，塑料壳体在矫正器的接触患者牙列的咬合区域的区域上具有相对较薄的层(例如，比矫正器的其他区域薄)，因此在治疗期间使用时患者的咬合不受影响。另一方面，楔状隙或侧表面区域理想地相对较厚，以提供足够的力来将一个或多个牙齿推动到其指定位置以便矫正咬合不正。通常，这些楔状隙区域在口腔矫正器的形成过程期间被拉伸得更薄。在形成口腔矫正器时，本文所述的系统可以确定影响患者咬合的口腔矫正器的区域，并且可以将矫正器配置成在特定区域中较薄或者甚至可以从矫正器中完全移除一些材料以形成孔。

贴合身体部分的表面(例如，外部轮廓)的至少一部分的自由形式的格子结构可用于形成口腔矫正器。具体地，所描述的实施例可以利用自由形式的格子结构来形成或制造矫正器，所述矫正器被设计成用于放置或定位在患者牙列的外表面上以用于矫正一个或多个咬合不正。自由形式结构至少部分地通过增材制造技术来制造并且利用由格子结构组成的基本结构。格子结构可以确保和/或有助于具有限定刚度的自由形式结构，并且格子结构还可以确保可以设置在格子结构上的涂层材料在牙列上的最佳覆盖。格子结构至少部分地被涂层材料覆盖、浸渍在涂层材料中、和/或被涂层材料包围。此外，格子结构的实施例可以有助于结构的透明度。

如本文所用，术语“自由形式的格子结构”是指具有不规则和/或不对称的流动形状或轮廓、更特别地适合于一个或多个身体部分的轮廓的至少一部分的结构。因此，在特定实施例中，自由形式结构可以是自由形式表面。自由形式表面是指包含在三维几何空间中的(实质上)二维形状。实际上，如本文所详述，这种表面可以被认为是实质上二维的，因为它具有有限的厚度，但在某种程度上可以具有变化的厚度。由于它包括刚性地设置来模仿某种形状的格子结构，因此它形成三维结构。

典型地，自由形式结构或表面的特征在于缺少相应的径向尺寸，不同于诸如平面、圆柱和圆锥表面等规则表面。自由形式表面是本领域技术人员已知的并且广泛用于工程设计规程。典型地，使用非均匀有理B样条(NURBS)数学来描述表面形式；然而，还有其他方法，诸如戈登(Gorden)表面或孔斯(Coons)表面。自由形式表面的形式不是根据多项式方程来表征和限定，而是通过其极点、程度和斑块(具有样条曲线的区段)的数量来表征和限定。自由形式表面也可以被限定为三角形表面，其中三角形用于近似3D表面。三角形表面用于CAD设计领域的技术人员已知的标准三角测量语言(STL)文件。由于其中存在刚性基本结构，因此自由形式结构配合身体部分的表面，这为结构提供自由形式特征。

当在本文中引用格子结构和/或包含格子结构的自由形式结构时，术语“刚性”是指显示有限程度的柔韧性的结构，更具体地，刚性确保结构在使用之前、期间和之后在三维空间中形成并保持预限定形状，并且这个整体形状在机械和/或物理上抵抗对其施加的压力。在特定实施例中，不论是手动地还是机械地，所述结构在其自身上不可折叠而基本上不会损失其机械完整性。尽管所设想的结构的形状具有整体刚性，但结构的特定刚度可以由格子结构的结构和/或材料决定。实际上，设想格子结构和/或自由形式结构在保持其在三维空间中的整体形状的同时可以具有一些(局部)处理灵活性。如本文将详述，(局部)变化可以由格子结构的图形的性质、格子结构的厚度和材料的性质决定。此外，在本文设想的自由形式结构包括互连(例如，通过铰链或通过涂层材料的区域)的单独部分(例如，非连续的格子结构)的情况下，形状的刚性可以是限于包括格子结构的每个区域。

对牙科矫正器制造工艺的描述可以进一步详细地见于2015年10月7日提交的美国临时申请62/238,514，该临时申请通过援引以其全文并入本文并用于任何目的。

通常，制造过程包括设计戴在牙齿上以便由自由形式结构覆盖的矫正器、制造模具、以及在其中提供(一个或多个)格子结构并且在模具中提供涂层材料以形成自由形式结构。自由形式结构是患者特定的，即它们被制成特别配合在某一患者(例如，动物或人)的解剖结构或牙列上。在制造口腔矫正器时，可以经由3D扫描仪(例如，手持式激光扫描仪)来捕获用于矫正一个或多个咬合不正的患者牙列的表面(例如，外部轮廓)的3D表示，并且然后可以使用所收集的数据来构建受试者身体部分的数字三维模型。替代性地，可以由技术人员或医疗执业医师通过扫描受试者或其部分来提供患者特定的图像。然后，可以将这些图像用作或转换成受试者或其部分的三维表示。可以设想其中操纵并且例如清理扫描图像的其他步骤。

在制造用于治疗患者牙列中的咬合不正的口腔或牙科矫正器时，可以最初经由例如热成形或三维(3D)打印技术来形成口腔矫正器。一旦形成，口腔矫正器就可能需要进一步处理以修整多余材料以便确保充分贴合患者。然而，修整这种多余典型地是耗时的过程，其在形成矫正器之后需要单独的步骤。

在一个实施例中，口腔矫正器的形成和切割可以在自动化过程中并且用单个机器完成。通常，患者的扫描牙列可以用于产生牙列的一个或多个模具，其中每个后续模具被配置成随后遵循一个或多个牙齿的矫正路径以便矫正牙列中的咬合不正。一个或多个模具中的每一个可以用作用于在这些模具上热成形或3D打印相应口腔矫正器的模具。可以依次使用所得的口腔矫正器来移动牙列以便矫正咬合不正。

图23示出了利用计算机化或计算机数字控制(CNC)来制造口腔矫正器的示例性过程。典型的CNC系统和端对端部件设计使用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)牙科软件来实现高度自动化。所述过程开始于将受试者牙列的下牙弓和上牙弓的数字模型加载到具有处理器的计算机系统中710。这可以涉及捕获患者牙列的表面(例如，外部轮廓)的3D表示，以用于矫正一个或多个咬合不正。为此目的，可以使用3D扫描仪(例如，手持式激光扫描仪)来扫描受试者，并且然后可以使用所收集的数据来构建受试者的身体部分的数字三维模型。替代性地，可以由技术人员或医疗执业医师通过扫描受试者或其部分来提供患者特定的图像。然后，可以将这些图像用作或转换成受试者或其部分的三维表示。

在将受试者牙列的数字模型加载到计算机系统中的情况下，所述过程然后在数字模型上计算基于规则的切割环路径712，以确定CNC机器可以沿循的路径来修整在其上制造口腔矫正器的模具。一旦确定切割环路径，所述过程然后就可以通过应用帷帘壁(如下文进一步详细描述)来降低模型的复杂性714，所述帷帘壁从切割环路径朝向模具模型的底部数字地延伸(例如，远离矫正器的接触牙齿的部分并朝向矫正器的朝向牙龈延伸的部分)。帷帘壁通过限定口腔矫正器的可以被忽略的区域来起作用，因为这个部分将被移除或修整。

数字模型然后可以相对于参考平面围绕其中心旋转，以便计算在实际修整过程中可以施加的切割刀片倾斜角度和刀片高度(相对于参考平面)716。利用这个信息，可以基于有待使用的阶段配置来生成有待发送给CNC机器的代码718。可以修整有待在处理过程中使用的物理模具基部，并且可以将一个或多个锚固特征结合到模具基部中，以便固定可以用于将口腔矫正器固定到模具基部的保持夹具720。然后可以输出完成的数字模型作为例如3D打印机可接受的模型722，以便打印口腔矫正器或可以在其上形成口腔矫正器的模具。

图24和图25示出了患者牙列的数字模型的一部分的侧视图，作为实例，示出了牙齿730和牙龈732。在计算基于规则的切割环路径712时，如上文在图23中所示，可以处理患者牙列的扫描图像以标识牙齿与牙龈732之间的界面区域。可以在模型上在这些界面区域处数字地放置一个或多个标记734、736，使得标记734、736在模型上彼此相对。然后，可以将边界或修整线742限定成在标记734、736之间延伸，使得修整线742遵循牙齿与牙龈之间的接界。利用在模型上标识的修整线742，可以形成彼此平行并且相对于彼此例如均匀地间隔开的一系列下降线738、740以从修整线742开始并且沿直线路径背离修整线742并背离牙列延伸。由修整线742下方(即，背离牙齿或与牙列相对)的下降线738、740形成的这个基部区域744可以被标识并划分为有待从模具移除的区域。

为了确保包括基部区域744的模具的高度不会过度拉伸形成口腔矫正器的材料，可以使用所述系统来确定用于修整整个模具的刚好在这个确定的最低点上方的最低点(相对于修整线742和矫正器730)。在一个实施例中，可以在最低标识点上方以预定边缘(例如2mm)完成修整。基部区域壁也可以基于基部区域壁的高度略微变细，使得基部区域744的宽度从邻近修整线742的较大宽度向下逐渐变细到背离修整线742的相对较小宽度。由牙列(或矫正的牙列)形成的所得模具在图25的侧视图中示出，其中基部区域744具有预定边缘(例如2mm)的最小高度。

一旦用基部区域744形成模具，就可以对模具进行进一步处理。图26示出了所形成的模具750的底视图，其中狭槽752、754形成到模具750的表面756中，工具或锚固件可以插入所述狭槽中，以便在进一步处理过程中将模具750固定在适当位置。例如，图27示出了所制成的模具750的侧视图，所述模具沿着其界面表面756固定并经由狭槽752、754锚固到平台760的表面762。图28示出了一种构型，其中保持用于压力形成口腔对准器的物理模具750的平台760可以颠倒放置，即，使得模具750保持在如图所示的倒置位置。平台760可以紧固或固定在工作台768上，所述工作台可以被致动来使平台760和模具750在由工作台768和平台760限定的平面内沿竖直方向764(上/下)或线性地766移动，如图28所示，以促进模具750的切割或修整过程。还可以致动工作台768来使平台760和模具750在由工作台768限定的平面内旋转770，使得工作台768绕可以对准成与模具750的中心轴线772共线的轴线旋转，如图29所示。

另一种构型可以使工作台768相对于刀片定位，所述刀片可以相对于模具750和工作台768平移和/或旋转。所述系统可以计算每个运动阶段参数，并且当模具750旋转地移动时，刀片可以用于根据需要切割或修整模具750。这可以涉及使模型750围绕其中心旋转并计算刀片倾斜角度和刀片高度716，如上所述。

又一种构型可以涉及使工作台768和模具750相对于固定刀片移动，使得模具750由工作台768旋转、倾斜和/或平移，同时刀片的位置保持不变。然后，系统调整不同的工具以在预先指定的切割路径处修整模具750。在这个或任何其他变型中，刀片可以包括机械刀片或激光切割工具，并且可以使用软件来计算激光焦点以便使源更容易地移回并迫使或减弱其功率以在指定位置处聚焦并切割模具750。

在用于处理模具的一个实施方式中，图30示出了定位在工作台上并相对于固定切割刀片780旋转的模具750的顶视图。模具750可以固定到下面的平台和工作台，并且在平台的平面内沿方向770围绕其中心轴线772旋转，所述中心轴线可以与由工作台限定的旋转轴线重合。具有切割刃782的切割刀片780可以相对于模具定位在相对于模具750的预定高度和角度处，如本文所述，以便在模具750旋转时修整所述模具。

在这个变型中，代替生成复杂的3D切割曲线，系统通过任选地设置水印切割平面来简单地使用2D平缓曲线。优点是不需要数字控制器来切割模具。实际上，可以简单地用手放置并旋转(例如，手动地或自动地)模具750，如图所示，以便将其推过或经过切割刀片780。所述动作可以类似于通过圆形运动而不是直线或线性运动来切割木板。

这种构型的另一个优点是能够利用单独的固定装置，所述固定装置可以用于在口腔矫正器放置在模具上之后将形成口腔矫正器的材料夹在中间，例如，当对口腔矫正器进行热成形时。如果用于制造，用于使口腔矫正器热成形的材料可以直接固定，而不需要在模具本身上具有另一个固定装置。一种实施方式使用二维(2D)激光切割工具，所述激光切割工具可以用于沿着由到基部表面的投影生成的水平轮廓线所形成的平缓曲线切割。

图31示出了一个实施例的侧视图，其中模具750定位在平台760上方，其中热成形之后的塑料壳体模具792在模具750上。模具750、平台760和壳体模具792的整个组件安置在平底固定装置基部790上，所述平底固定装置基部具有夹持固定装置，所述夹持固定装置在任一侧上具有一个或多个夹板794、796，以便固定模具750和壳体模具792。固定装置组件可以用于固定壳体模具792以便进行进一步处理，诸如修整。一旦完成处理，就可以释放夹板794、796，并且可以从固定装置基部790移除壳体模具792和/或模具750。

在通过激光切割来处理物理模具的情况下，在另一个实施例中可以实现图32的流程图所示的步骤。最初，如前所述，可以在系统中加载下牙弓和上牙弓的数字模型800。然后，系统可以计算用于2D切割系统的基于规则的切割环路径802，如上所述。可以通过应用来自切割环的帷帘壁来降低模型的复杂性804，也如上讨论。所述过程修整水印上方的模具基部806，所述水印可以压印在模具上以划分边界。对于激光切割器，系统可以使用竖直投影来生成2D激光切割路径808，并将阴影的接界确定为切割路径810。然后，系统可以导出3D打印机模型812以便进行制造。可以对用于制造一个或多个相应口腔矫正器的每个后续模具，重复所述过程。

无论如何修整模具或如何在模具上处理口腔矫正器，由于缺少用于抓住模具的任何特征，壳体(对准器或口腔矫正器)与模具的分离和释放通常是困难的。为了解决这个问题，可以在模具820内的各个位置处并且任选地相对于模具的法线方向以一定角度826钻出或以其他方式限定一个或多个孔或腔体822，如图33的端视图所示。孔或腔体822的成角度使得能够插入工具824，所述工具可以定位在所述孔或腔体内以提供用于释放和移除形成在模具820上的口腔矫正器828的反作用力。

在图34的端视图中示出的另一个实施例展示了模具830的端视图，所述模具被形成为具有孔或腔体832，所述孔或腔体延伸穿过模具830的底部并且延伸到模具的顶部附近，即，患者牙列的模型所处的位置。模具的薄层834可以在孔832之上延伸以提供可以在其上制造口腔矫正器828的表面，如本文所述。然而，一旦已经完成口腔矫正器828的制造并且适当地修整，工具836的适当确定大小的尖端838就可以插入开口832中并推动穿过模具830的薄层834并与口腔矫正器的内表面接触，使得可以促使口腔矫正器828从模具830释放。替代性地，工具836可以包括鼓风机，使得尖端838可以定位在开口832内到层834附近，如细节图D所示，其中通过尖端838引入的空气射流可以突破层834并促使口腔矫正器828从模具830释放。

为了确保模具830在制造模具、口腔矫正器或从模具释放口腔矫正器的过程中保持其强度，模具830可以任选地制造成包括在模具830的表面下方的蜂窝状、网状或其他多孔特征。通过由蜂窝状物或网状物提供的附加结构强度，层834可以被破坏或刺穿并且仍然允许空气通过，但是模具830可以具有结构弹性以承受由模具830表面上的壳体形成产生的压力。

图35展示了用于移除在模具上制造的口腔矫正器的流程图，如上所述。如前所述，可以将下牙弓和上牙弓的数字模型加载到计算机系统中840。然后，所述系统可以沿着模型来标识供工具插入的适当区域842。这样的区域可以远离牙列模型定位，并且以便不干扰口腔矫正器在模具上的制造。系统可以通过从插入限定通孔来修整模型844并且加强所述通孔，系统然后可以通过在邻近牙列被建模为网状或蜂窝状构型的地方形成孔的区域来对孔区域重新建模846，以便在建造时向所述模型提供强度，但所述模型仍允许空气穿过由网状物或蜂窝状物限定的开口。所述模型可以结合接收固定装置以允许插入工具和/或允许在从模具移除口腔矫正器期间固定模具848。一旦完成模型，就可以导出3D打印机可接受的模型850。

图36在模具860的端视图中示出了有助于从模具移除制成的口腔矫正器的又一个示例性实施例。模具860可以形成为限定开口或通道862，所述开口或通道从底部(例如，与模具的复制牙列的部分相对)朝向顶部(例如，模具的复制牙列的部分，诸如咬合面)延伸穿过模具860。在这个实施例中，锥形结构864可以形成为口腔矫正器872的一部分，所述口腔矫正器形成在模具860上。锥形结构864可以保持附接到口腔矫正器的内表面，同时形成有锥形表面866，所述锥形表面在开口或通道862内背离口腔矫正器872逐渐变细到更大直径结构。

一旦形成，锥形结构864就可以呈现软木状结构，这有助于在制造和处理期间将口腔矫正器固定在模具860上。一旦完成口腔矫正器872并准备好从模具860释放和移除，就可以沿如图所示的方向870将工具插入开口或通道862中，并且使用所述工具来轻轻推靠在锥形结构864的底表面上，以便促使口腔矫正器872从模具860释放，直到锥形结构864沿如图所示的方向868完全从开口或通道862移除。一旦完全移除口腔矫正器872，就可以从口腔矫正器872移除锥形结构864。

图37展示了用于使用锥形结构864来移除在模具上制造的口腔矫正器的流程图，如上所述。如前所述，可以将下牙弓和上牙弓的数字模型加载到计算机系统中880。然后，所述系统可以沿着模型来标识供工具插入的适当区域882。这样的区域可以远离牙列模型定位，并且以便不干扰口腔矫正器在模具上的制造。系统可以通过从插入限定通孔来修整模型884并且加强所述通孔，系统然后可以通过形成或插入锥形结构864(例如，倒置的软木状结构)来对孔区域重新建模886。所述模型可以结合接收固定装置以允许插入工具和/或允许在从模具移除口腔矫正器期间固定模具888。一旦完成模型，就可以导出3D打印机可接受的模型890。

本文描述的系统或方法可以部分地或全部地通过具有一个或多个处理器的计算机系统或机器来部署，所述处理器执行具有如本文所述的方法的软件程序。软件程序可以在诸如服务器、域服务器、互联网服务器、内联网服务器等计算机系统以及诸如辅助服务器、主机服务器、分布式服务器或其他此类计算机等其他变体或者处理器上的联网硬件上执行。处理器可以是服务器、客户端、网络基础设施、移动计算平台、固定计算平台或其他计算平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任何类型的计算或处理装置，其可以直接或间接地促进存储在其上的程序代码或程序指令的执行。进一步地，执行本申请中描述的方法所需的其他装置可以被视为与计算机系统或服务器相关联的基础设施的一部分。

本文描述的系统或方法可以部分地或全部通过网络基础设施来部署。网络基础设施可以包括诸如计算装置、服务器、路由器、集线器、防火墙、客户端、无线通信装置、个人计算机、通信装置、路由装置以及本领域中已知的其他有源和无源装置、模块或部件等元件。除其他部件之外，与网络基础设施相关联的计算或非计算装置可以包括诸如闪存存储器、缓冲器、堆栈、RAM、ROM等的存储介质。本文中和其他地方描述的过程、方法、程序代码和指令可以由一个或多个网络基础设施元件来执行。

本文描述并描绘的元件，包括流程图、序列图和整个附图中的其他图，意味着元件之间的逻辑边界。然而，根据软件或硬件工程实践，所描绘的元件及其功能可以通过具有能够执行存储在其上的程序指令的处理器的计算机可执行介质在机器上实现，并且所有此类实施方式可以在本文件的范围内。因此，尽管前述附图和描述阐述了所披露方法的功能方面，但是除非明确说明或另外从上下文中清楚，否则不应从这些描述中推断用于实现这些功能方面的软件的特定安排。类似地，应当理解的是，可以改变上文标识并描述的各种步骤，并且步骤的顺序可以适用于本文披露的技术的特定应用。所有此类变化和修改都旨在落入本文件的范围内。因此，不应将对各种步骤的顺序的描绘或描述理解为要求这些步骤按特定顺序执行，除非特定应用要求或者明确说明或另外从上下文中清楚。

因此，在一个方面，上述每种方法及其组合可以体现在计算机可执行代码中，所述计算机可执行代码当在一个或多个计算装置上执行时执行其步骤。在另一方面，所述方法可以体现在执行其步骤的系统中，并且可以按多种方式分布在装置上，或者所有功能可以集成到专用的独立装置或其他硬件中。所有此类排列和组合都旨在落入本披露内容的范围内。

上文讨论的装置和方法的应用不限于牙科应用，而是可以包括任何数量的其他治疗应用。此外，此类装置和方法可以应用于身体内的其他治疗部位。用于实施本发明的上述组件和方法的修改、实际可行的不同变化之间的组合、以及对于本领域技术人员显而易见的本发明的各方面的变化都在权利要求的范围内。

Claims (54)

1.一种用于治疗受试者的方法，包括：

接收受试者牙列的扫描牙科模型；

确定具有用于重定位所述受试者牙列的一个或多个牙齿的多个增量移动的治疗计划；以及

制造与所述多个增量移动的第一子集相关的一个或多个对准器。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在预定时间段之后重新评估所述受试者牙列以监测所述一个或多个牙齿的重定位。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括制造与所述多个增量移动的第二子集相关的一个或多个附加对准器。

4.如权利要求2所述的方法，进一步包括经由非对准器矫正措施来治疗所述一个或多个牙齿。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括从与所述治疗计划相关的所述受试者接收输入。

6.如权利要求1所述的方法，其中接收扫描牙科模型包括接收所述受试者牙列的数字图像。

7.如权利要求1所述的方法，其中确定治疗计划进一步包括：

将标记应用于所述牙科模型内的一个或多个牙齿；

沿着所述牙科模型内的所述一个或多个牙齿和牙龈外部模拟滚球过程；

基于所述滚球过程的路径或轨迹来确定所述一个或多个牙齿中的每一个与牙龈之间的边界；

将硬区域或软区域分配给所述牙科模型内的所述一个或多个牙齿和牙龈中的每一个；以及

在制定治疗计划时移动所述牙科模型内的所述一个或多个牙齿的位置以矫正咬合不正。

8.如权利要求7所述的方法，其中应用标记包括在将所述标记应用于所述牙科模型内的所述一个或多个牙齿时经由用户界面从使用者接收输入。

9.如权利要求7所述的方法，其中模拟滚球过程包括检测所述滚球的路径的变化。

10.如权利要求7所述的方法，其中确定边界包括确定牙冠/牙龈边缘。

11.如权利要求7所述的方法，其中确定边界包括基于所述牙齿之间的所述滚球的有突起的轨迹来确定相邻牙齿之间的边界。

12.如权利要求7所述的方法，其中分配硬区域或软区域包括将硬区域分配给所述一个或多个牙齿并且将软区域分配给所述牙龈。

13.如权利要求7所述的方法，其中移动位置包括将使用者定义的移动小控件应用于一个或多个牙齿。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述移动小控件包括用于内侧/远侧、舌/面部或竖直操作的小控件。

15.如权利要求1所述的方法，其中制造一个或多个对准器包括3D打印所述一个或多个对准器。

16.如权利要求1所述的方法，其中确定治疗计划进一步包括：

经由牙齿移动管理器模块来确定所述牙科模型中的多个数字牙齿模型的移动以用于矫正所述咬合不正；

经由冲突管理器模块来分配在所述牙齿模型中的每一个上的影响范围以设定每个牙齿模型之间的接近距离；

监测所述受试者的每个牙齿的实际状态；

经由牙齿管理器模块来比较每个牙齿的实际状态与每个牙齿模型的预期状态；以及

基于所述实际状态与所述预期状态的比较，如果检测到偏差，则调整一个或多个牙齿的移动。

17.如权利要求16所述的方法，其中确定移动包括针对所述牙齿模型中的每一个独立地执行牙齿移动计划。

18.如权利要求17所述的方法，其中独立地执行包括通过多个牙齿模型同时地触发所述治疗计划的开始。

19.如权利要求16所述的方法，其中确定移动包括在初始路线点至目标路线点之间分配一个或多个路线点。

20.如权利要求19所述的方法，其中比较所述实际状态包括定期地在所述一个或多个路线点中的每一个处比较所述实际状态与所述预期状态。

21.如权利要求20所述的方法，其中调整所述移动包括在检测到所述偏差时将新路线点分配给所述牙齿模型中的一个或多个。

22.如权利要求16所述的方法，其中调整所述移动包括调整所述一个或多个牙齿的移动的速度或过程。

23.如权利要求16所述的方法，其中调整所述移动包括基于骨骼和软组织的相互关系进行调整。

24.如权利要求16所述的方法，其中分配影响范围包括在所述牙齿模型中的每一个周围分配1mm至3mm的空间。

25.如权利要求16所述的方法，其中分配影响范围进一步包括监测牙齿模型之间的冲突。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包括将冲突警告传送至相邻牙齿模型，使得所述牙齿模型中的一个或多个改变其移动以避免所述冲突。

27.如权利要求1所述的方法，其中制造一个或多个对准器进一步包括：

生成具有与所述牙列的表面的至少一部分匹配的格子结构的自由形式结构，其中所述格子结构限定多个开口空间，使得所述自由形式结构是至少部分透明的；以及

通过将涂层浸渍到所述格子结构中或覆盖所述格子结构上来制造所述格子结构，使得形成所述口腔矫正器。

28.如权利要求27所述的方法，进一步包括生成一个或多个附加自由形式结构以及进一步制造所述一个或多个附加自由形式结构以形成一个或多个附加口腔矫正器，其中所述一个或多个附加口腔矫正器中的每一个被配置为矫正所述牙列内的咬合不正。

29.如权利要求27所述的方法，其中生成自由形式结构进一步包括确定移动牙齿所需要的力，以及修改靠近所述牙齿的所述自由形式结构的厚度。

30.如权利要求29所述的方法，其中确定力包括执行模拟以确认靠近所述牙齿的所述自由形式结构的应力点。

31.如权利要求27所述的方法，其中生成自由形式结构包括使所述格子结构限定彼此相同的多个开口空间。

32.如权利要求27所述的方法，其中生成自由形式结构包括使所述格子结构限定相对于彼此不同的多个开口空间。

33.如权利要求27所述的方法，其中生成自由形式结构包括改变所述格子结构的厚度。

34.如权利要求27所述的方法，其中制造所述格子结构包括改变所述涂层的厚度。

35.如权利要求27所述的方法，其中制造所述格子结构进一步包括在所述口腔矫正器上限定一个或多个特征。

36.如权利要求1所述的方法，其中制造一个或多个对准器进一步包括：

制造对应于所述牙列的外表面的支撑结构；

在所述支撑结构的外表面上形成一个或多个口腔矫正器，使得所述一个或多个口腔矫正器的内部贴合所述牙列；以及

从所述一个或多个口腔矫正器的内部移除所述支撑结构。

37.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括按被配置成用于移动所述受试者的一个或多个牙齿以矫正咬合不正的顺序形成所述一个或多个口腔矫正器。

38.如权利要求36所述的方法，其中制造支撑结构包括用第一材料制造所述支撑结构以及用不同于所述第一材料的第二材料形成所述一个或多个口腔矫正器。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述第一材料促进与所述第二材料分离，使得所述一个或多个口腔矫正器可从所述支撑结构上移除。

40.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括在所述口腔矫正器上形成一个或多个牙齿附件。

41.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括增加所述口腔矫正器的一个或多个部分的厚度以加强所述一个或多个部分。

42.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括沿着所述口腔矫正器的被配置成用于接触所述牙列的咬合区域的区域形成相对较薄的层。

43.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括在所述口腔矫正器的楔状隙或侧表面区域上形成相对较厚的层以提供将一个或多个牙齿推动到预定位置的力。

44.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括打印具有不同厚度的所述一个或多个口腔矫正器。

45.如权利要求36所述的方法，其中形成一个或多个口腔矫正器包括用透明聚合物浸渍或覆盖所述口腔矫正器的至少一部分。

46.如权利要求1所述的方法，其中制造一个或多个对准器进一步包括：

计算在所述模型上的基于规则的切割环路径，以确定用于修整复制所述患者牙列的模具的路径；

从所述模型上的切割环应用帷帘壁，以降低所述模型的复杂性；

确定切割仪器相对于所述模具的位置以用于修整所述模具；

基于所述帷帘壁和所述切割仪器的位置来生成计算机数控代码；以及

基于所述生成的计算机数控代码来制造所述模具。

47.如权利要求46所述的方法，其中计算基于规则的切割环路径包括在相应界面区域处标识所述模型上的第一位置和与所述第一位置相对的第二位置，并且在所述第一位置与所述第二位置之间延伸修整线。

48.如权利要求47所述的方法，其中应用帷帘壁包括标识所述修整线并且用基部区域置换所述修整线下方的体积。

49.如权利要求46所述的方法，其中应用帷帘壁包括限制所述帷帘壁的高度以避免拉伸在所述模具上形成的口腔矫正器。

50.如权利要求46所述的方法，其中制造所述模具包括将所述模具固定至平台。

51.如权利要求50所述的方法，进一步包括将所述模具和平台固定在一个或多个工作台上。

52.如权利要求51所述的方法，进一步包括相对于所述切割仪器旋转所述模具。

53.如权利要求51所述的方法，进一步包括相对于所述模具旋转所述切割仪器。

54.如权利要求46所述的方法，其中制造所述模具进一步包括在所述模具的基部上设置开口或孔，以用于接纳促进口腔矫正器从所述模具移除的工具。