CN110428712B - 牙颌模型制作方法、牙颌模型及矫治力测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种牙颌模型制作方法、牙颌模型及矫治力测量方法，涉及牙齿矫正领域。所述牙颌模型制作方法包括：准备标准牙体外形的仿真牙，并在每个仿真牙上粘结托槽；根据按序排列的仿真牙制作底托；为每颗仿真牙重建牙周膜以及固有牙槽骨；利用弓丝将所有仿真牙按序排列并连接固定后放入底托中，向底托中浇注模拟松质骨的浇注材料为每颗仿真牙重建松质骨，待浇注材料凝固后形成牙颌模型。本申请中的牙颌模型为标准模型，能精准模拟人体口腔内牙齿的生理构造，模拟人体牙齿牙周膜、固有牙槽骨和松质骨的弹性模量和生物力学性能。本申请可精确测量正畸加力后牙齿的应变和位移，并根据使用材料的弹性模量计算出牙齿实际受到的正畸力大小和方向。

Description

牙颌模型制作方法、牙颌模型及矫治力测量方法

技术领域

本申请涉及牙齿正畸治疗领域，具体而言，涉及一种牙颌模型制作方法、牙颌模型及矫治力测量方法。

背景技术

牙齿正畸治疗的主要目的是解决患者的错颌畸形，排齐牙齿。正畸治疗中，牙齿在正畸力的作用下逐步向目标位移动，矫治目标不仅包括牙齿的准确移动，同时也希望尽量减少因为正畸力量过大及往复运动而导致的牙根吸收、牙槽骨的吸收以及牙齿的松动。所以正畸治疗的目标是在轻力地作用下移动牙齿，同时避免牙齿的往复移动，缩短疗程，促进牙齿健康。因此在正畸治疗过程中，临床医生最关注的是施加矫治力后牙齿实际受到的矫治力大小和方向。如何检测出正畸过程中牙齿实际受到的矫治力大小及方向是目前的研究热点。

为测量正畸过程中牙齿实际受力的大小和方向，广大学者研究出了很多方法和技术。目前最精确的方法为接触式测量方法，由于测量工具体积过大，托槽是通过内表面而不是外表面同弓丝接触，测量装置需要有各种自由调节度以及牢固的固定测试装置等原因，难以实现临床的实时监测研究。也有学者将微型传感器置于正畸托槽中，测量牙齿受到的各种压力和应力，但是由于需要引线引出且无线装置价格昂贵，因此目前无法在临床中实施，只能用于放大模型。即便是在放大的模型中，系统搭建仍非常困难，测量方法也很繁琐，价格昂贵，难以推广应用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种牙颌模型制作方法，制作的牙颌模型为标准模型，模拟人体牙齿的生理结构，利用该模型对正畸加力后牙齿的应变和位移进行精确测量，进而计算出牙齿实际受到的正畸力大小和方向。

本申请实施例的目的还在于提供一种利用上述牙颌模型制作方法制得的牙颌模型。

本申请实施例的目的还在于提供一种对上述牙颌模型的牙齿在正畸加力后牙齿实际受到的正畸力大小和方向的测量方法，该测量方法能够获得不同粗细及材质的弓丝对矫正牙齿所产生的矫治力大小和方向。

第一方面，本申请实施例提供一种牙颌模型制作方法，其包括：

准备标准牙体外形的仿真牙，并在每个所述仿真牙上粘结托槽；

根据按序排列的仿真牙制作底托；

为每颗仿真牙重建牙周膜以及固有牙槽骨；

利用弓丝将所有仿真牙按序排列并连接固定后放入所述底托中，向所述底托中浇注模拟松质骨的浇注材料为每颗仿真牙重建松质骨，待所述浇注材料凝固后形成牙颌模型。

在上述实现过程中，本申请实施例中的牙颌模型采用仿真牙进行模型构造，而非利用3D打印等技术进行合成。在牙颌模型制作过程中重建了牙周膜、固有牙槽骨以及松质骨，使得牙颌模型更接近人类牙齿牙周膜和松质骨的弹性模量和生物力学性能。利用上述制作方法制作的牙颌模型为标准模型，该模型能够更精准模拟人体口腔牙齿，利用该模型进行的正畸力测量更加真实和准确。

在一种可能的实施方式中，所述根据按序排列的仿真牙制作底托的步骤包括：

将所述仿真牙按照人体口腔内牙齿排列顺序进行排序，并借助弓丝将所有所述仿真牙连接固定；

利用咬合蜡将所有仿真牙的牙冠进行固定；

将所有所述仿真牙的牙根部放置于所述底托的模具中，形成一个与所有所述仿真牙的牙根部相匹配的凹腔；

取走所有所述仿真牙并拆除所述弓丝；

待所述底托制作材料凝固后，取走所有所述仿真牙，拆除模具，形成所述底托。

在上述实现过程中，由于每颗仿真牙上粘接有用于测试矫治力的托槽，故使用弓丝将所有仿真牙进行固定更为方便，再借助咬合蜡将所有仿真牙的牙冠进行固定，进行该操作后的仿真牙在口腔中与其他牙的相对位置能够准确的限定。在弓丝和咬合蜡的固定下，所有仿真牙的牙根在凹腔中的相对位置能够准确的确定，利用该方法制作的底托也更准确。

在一种可能的实施方案中，所述为每颗仿真牙重建牙周膜的步骤包括：

将丙烯酸树脂粉末和丙烯酸树脂液体按照1：1的质量配比混合得到混合液；

将每个仿真牙的牙根在所述混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中待所述混合液干燥以形成所述牙周膜，干燥后的牙周膜厚度在0.15-0.38毫米范围内。

在本申请实施例重建牙周膜的过程中，牙周膜需要贴附在牙根的外围，而一旦牙周膜贴附在仿真牙上之后，不宜再将其剥脱下来进行牙周膜厚度的测量，从而无法确定重建的牙周膜厚度。为获得与生理牙周膜相同的厚度，在一种可能的实施方案中，所述将每个仿真牙牙根在所述混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中待所述混合液干燥以形成所述牙周膜的步骤包括：

将仿真牙牙根在所述混合液中连续浸蘸3~5次后晾干，待晾干后再次连续浸蘸3~5次后晾干，获得厚度为0.15-0.38毫米范围内的牙周膜。

在一种可能的实施方案中，所述为每颗仿真牙重建所述固有牙槽骨的步骤包括：

所述固有牙槽骨的模拟材料采用德国贺利氏、牌号为泰克诺维4000变性聚酯；所述泰克诺维4000变性聚酯中粉、液1、液2三组分树脂的质量配比为2:2:1；

将每颗所述仿真牙的牙根在将所述固有牙槽骨模拟材料混合得到的混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中，待所述混合液干燥后形成所述固有牙槽骨。

在一种可能的实施方案中，所述为每颗仿真牙重建松质骨的步骤包括：松质骨的浇筑材料采用甲基丙烯酸共聚物单体粉末和甲基丙烯酸共聚物液按照1：1的质量配比混合得到混合液；将其浇注到底托中，待其硬固后拆除底托获得牙颌模型。

进一步地，在每颗仿真牙重建出牙周膜和固有牙槽骨之前还包括：在牙颈部的外围涂覆缓冲分离层。

在上述实现过程中，牙颌模型建立过程中，仿真牙牙颈部可能粘有牙周膜、固有牙槽骨和松质骨的模拟材料，后续磨除多余模拟材料会影响真实牙颌模型的建立。故先将每颗仿真牙牙颈部外围涂上缓冲分离层，待松质骨浇注材料凝固后将每颗所述仿真牙牙颈部放置于热水中，浸泡去除牙颈部缓冲分离材料，从而使得牙颈部无牙周膜、固有牙槽骨和松质骨覆盖。进一步地，在所述模拟固有牙槽骨的浇注材料凝固后，还包括：

去除底托，磨除所述牙颈部多余的模拟骨组织，以修整牙颌模型。

在上述实现过程中，通过修整牙颌模型，可使牙颌模型更逼真，利用该牙颌模型进行正畸加力后牙齿的应变数据和位移测量数据会更加准确。

根据本发明的另一方面，还提供了利用上述牙颌模型制作方法制得的牙颌模型。

根据本发明的再一方面，还提供了利用上述牙颌模型在施加正畸力后牙齿所受到的矫治力的测量方法，包括如下步骤：

获取所述牙颌模型中所述牙周膜、所述固有牙槽骨和所述松质骨制作材料的弹性模量；

利用喷枪在所述牙颌模型上喷出白底，然后再均匀喷绘黑点；

利用数字图像相关技术进行全场应力和位移测量；

通过所述牙周膜、所述固有牙槽骨和所述松质骨的弹性模量、被矫治牙齿所受的应力和位移量计算出所述被矫治牙齿在矫治过程中受到的矫治力大小和方向。

在上述实现过程中，在实验前，需要根据牙周膜的制作材料得到牙周膜的弹性模量，根据固有牙槽骨和松质骨的制作材料得到固有牙槽骨和松质骨弹性模量。进行测量实验时，在模型表面喷绘黑白点的散斑场，在加力过程中，散斑场会发生变形，测量得到矫治牙齿的应变和位移，根据矫治牙齿的应变和位移计算出矫治牙齿受到的矫治力大小和方向。本申请采用的矫治力测量方法为一种间接测量方法。该方法能够测量出不同规格的弓丝施加到不同的牙齿会产生何种大小和方向的矫治力，进而实现更精准的矫治。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例示出的牙颌模型制作方法的流程图；

图2为本申请实施例中在底托中注入松质骨浇注材料的示意图；

图3为本申请实施例提供的牙颌模型的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的牙颌模型应力和位移测量方法流程图；

图5为本申请实施例喷绘黑点后的牙颌模型的结构示意图；

图6为本申请实施例缓冲分离层在牙颈部的涂覆范围示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前正畸力测量模型中存在三个技术问题：第一个技术问题是如何搭建出具有牙周膜动度的牙颌模型，目前用于测量的牙颌模型还没有办法模拟牙周膜厚度和动度及牙槽骨，模拟它们的弹性模型和生物力学性能，这是目前牙颌模型建模的最大难点。虽然三维打印技术可以打印软硬复合组织，但是目前还没找到适合三维打印技术打印牙周膜的材料。第二个技术问题是传感器测量方法繁琐，价格昂贵，且需要在每个牙齿上粘接微型传感器。第三个技术问题是正畸标准弓丝作用于临床患者口内时对于不同牙齿产生的矫治力大小和方向的差异未有研究。

本申请发明人注意到，现有口腔模型的建模方法通常为：采集个体患者的CT（电子计算机X射线断层扫描技术）扫描数据后进行后续建模，建模后使用传感器测量杆进行正畸力测量，该方式的测量方向为直接测量法，而采用直接测量法进行测量，就存在上述第二种技术问题的弊端。而本申请的发明人提供了一种测量方法，其采用间接测量的方式获取到正畸标准弓丝对不同牙齿产生的应变和位移，根据使用材料的弹性模量进一步计算出牙齿实际受到的正畸力大小和方向。

下面对本申请中所采用的牙颌模型制作方法、利用该制作方法制作的牙颌模型以及如何进行矫治力的测量进行详细阐述。

图1示出了本申请实施例示出的牙颌模型制作方法的流程图，由图1可知，本申请实施例中的牙颌模型制作方法包括以下步骤：

S101：准备符合牙体外形的仿真牙，并在每个仿真牙上粘结托槽。

在该步骤中，仿真牙可通过购买的方式获得。在给每个仿真牙粘结托槽时，按照直丝弓矫治（MBT）技术要求粘结Damon 0.022英寸槽沟系统金属自锁托槽。需要说明的是，上述型号的金属托槽只是示例性的，本申请中的金属自锁托槽还可采用生物陶瓷和金属制作的自锁或非自锁托槽。本申请对于托槽的结构及制作材料不做具体限定，凡是能够用粘接剂直接粘接于牙冠表面，并配合弓丝将牙齿进行固定的托槽均在本申请所阐述的范围之内。

S102：根据按序排列的仿真牙制作底托。

具体地，该步骤包括：首先将所述仿真牙按照人体口腔内排列顺序依次排列，并借助弓丝将所有仿真牙固定连接。

然后利用咬合蜡将所有仿真牙的牙冠进行固定。

待所有仿真牙固定完毕后，将所有仿真牙的牙根部放置于底托的模具中，避让填充底托制作材料以形成一个凹腔。

待底托制作材料凝固后，取走所有仿真牙，拆除模具，形成底托。

需要说明的是，本申请对于制作底托的制作方法和外形结构不做具体限定，只要在其制作的基体上形成能够容置所有仿真牙牙根的凹腔的结构均落入本申请的保护范围；凡是能够制作硬型底托的制作材料及成型方法均落入本申请的保护范围。

S103：为每颗仿真牙重建牙周膜以及固有牙槽骨。

在一种可能的实施方式中，为每颗仿真牙重建牙周膜的步骤包括：

将丙烯酸树脂粉末和丙烯酸树脂液体按照1：1的质量配比混合得到混合液。本申请实施例中的丙烯酸树脂粉末和丙烯酸树脂液体采用美国Impax公司牌号为3747的丙烯酸树脂粉末和丙烯酸树脂液体。

将每个仿真牙牙根在混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中待混合液干燥以形成牙周膜，干燥后的牙周膜厚度在0.15-0.38毫米范围内。

人体牙周膜的厚度随年龄以及功能状态而异，一般为0.15～0.38mm。在本申请实施例重建牙周膜的过程中，牙周膜需要贴附在牙根的外围，而一旦牙周膜贴附在仿真牙上之后，不宜再将其剥脱下来进行牙周膜厚度的测量。

在一种可能的实施方式中，本申请采用一种定性的实验方法进行牙周膜的制备，具体为：将仿真牙牙根在混合液中连续浸蘸4次后晾干，由于制备牙周膜的混合液在初始混合后比较稀，在晾干的过程中，会有一些混合液体滑落流失，故在牙周膜第一次晾干后再次连续浸蘸4次后晾干。两次浸蘸的时间间隔以大于24小时为宜。利用该方法制备的牙周膜的厚度在0.28mm左右。

按照上述牙周膜制备方法，调整牙根在混合液中连续浸蘸的次数，即可获得不同厚度的牙周膜，根据人体牙周膜厚度的特点，利用该方法，浸蘸的次数在3~5次范围内即可。

在一种可能的实施方式中，为每颗仿真牙重建固有牙槽骨的步骤包括：

固有牙槽骨的模拟材料采用德国贺利氏、牌号为泰克诺维4000变性聚酯；所述泰克诺维4000变性聚酯中粉、液1、液2三组的质量配比为2:2:1。

拆除弓丝，将三组松质骨制作材料混匀形成混合液，然后将每颗所述仿真牙的牙根在所述混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中，待所述混合液干燥以形成所述固有牙槽骨。

根据泰克诺维4000变性聚酯中粉、液1、液2的代号，本领域人员能够清晰地获知与其对应的材料，故本申请不做详细阐述。

S104：利用弓丝将所有仿真牙按序排列并连接固定后放入底托中，向底托中浇注模拟松质骨的浇注材料为每颗仿真牙重建松质骨，待浇注材料凝固后形成牙颌模型。

本实施例中，模拟松质骨的浇筑材料采用甲基丙烯酸共聚物单体粉末和甲基丙烯酸共聚物液按照1：1的质量配比混合得到混合液；将其浇注到底托中，待其硬固后拆除底托获得牙颌模型。参照图2所示。

在一种可能的实施方式中，在每颗仿真牙重建出牙周膜和固有牙槽骨前还包括：在牙颈部的外围涂覆缓冲分离层。参照图6所示。在制作牙颌模型过程中，仿真牙牙颈部可能粘有牙周膜、固有牙槽骨和松质骨的模拟材料，后续磨除多余模拟材料会影响真实牙颌模型的建立。故先将每颗仿真牙牙颈部外围涂上缓冲分离层，待松质骨浇注材料凝固后将每颗仿真牙牙颈部放置于热水中，浸泡去除牙颈部缓冲分离材料，从而使得牙颈部无牙周膜、固有牙槽骨和松质骨覆盖。

需要说明的是，本实施例中缓冲分离层采用蜡只是示例性的，凡是能够起到隔离作用，并在牙颌模型制作完毕后，去除该材料但不会破坏到牙周膜的材料均落入本申请的保护范围。

在一种可能的实施方式中，在模拟固有牙槽骨的浇注材料凝固后，还包括：

去除底托，磨除所述牙颈部多余的模拟骨组织，以修整牙颌模型。

通过修整牙颌模型，可使牙颌模型更逼真，利用该牙颌模型进行正畸加力后牙齿的应变数据和位移测量数据会更加准确。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种利用上述牙颌模型制作方法制得的牙颌模型，参照图3所示。

根据本申请实施例的再一方面，还提供了一种利用上述牙颌模型进行正畸力测量的方法，图4示出了本申请实施例提供的牙颌模型正畸力测量方法流程图，具体包括如下步骤：

S401：获取牙颌模型中牙周膜、固有牙槽骨和松质骨制作材料的弹性模量。

S402: 利用喷枪在牙颌模型上喷出白底，然后再均匀喷绘黑点。喷绘后的牙颌模型参见图5。

S403：利用数字图像相关技术进行全场应力和位移测量。

S404：通过牙周膜、所述固有牙槽骨和所述松质骨的弹性模量、被矫治牙齿所受的应力和位移量计算出被矫治牙齿在矫治过程中受到的矫治力大小和方向。

本申请采用重建有牙周膜、固有牙槽骨和松质骨的仿真牙建成的标准牙颌模型进行测量实验。在实验前，需要根据牙周膜的制作材料得到牙周膜的弹性模量，根据固有牙槽骨的制作材料得到固有牙槽骨的弹性模量。根据松质骨的制作材料得到松质骨的弹性模量。进行测量实验时，在模型表面喷绘黑白点的散斑场，在加力过程中，散斑场会发生变形，结合材料的弹性模量，可以测量得到被矫治牙齿的应变和位移，根据被矫治牙齿的应变和位移计算得到被矫治牙齿受到的矫治力大小和方向。本申请采用的矫治力测量方法是一种间接测量方法。该方法能够测量出不同规格的弓丝具体到不同的牙齿会产生何种方向和大小的矫治力，进而实现更精准的矫治。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种牙颌模型制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备标准牙体外形的仿真牙，并在每个所述仿真牙上粘结托槽；

根据按序排列的仿真牙制作底托；

为每颗仿真牙重建牙周膜以及固有牙槽骨；

利用弓丝将所有仿真牙按序排列并连接固定后放入所述底托中，向所述底托中浇注模拟松质骨的浇注材料为每颗仿真牙重建松质骨，待所述浇注材料凝固后形成牙颌模型。

2.根据权利要求1所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，所述根据按序排列的仿真牙制作底托的步骤包括：

将所述仿真牙按照人体口腔内牙齿排列顺序进行排序，并借助弓丝将所有所述仿真牙连接固定；

利用咬合蜡将所有仿真牙的牙冠进行固定；

将所有所述仿真牙的牙根部放置于所述底托的模具中，形成一个与所有所述仿真牙的牙根部相匹配的凹腔；

取走所有所述仿真牙并拆除所述弓丝；

待所述底托制作材料凝固后，取走所有所述仿真牙，拆除模具，形成所述底托。

3.根据权利要求1所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，所述为每颗仿真牙重建牙周膜的步骤包括：

将丙烯酸树脂粉末和丙烯酸树脂液体按照1：1的质量配比混合得到混合液；

将每个仿真牙的牙根在所述混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中待所述混合液干燥以形成所述牙周膜，干燥后的牙周膜厚度在0.15-0.38毫米范围内。

4.根据权利要求3所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，所述将每个仿真牙牙根在所述混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中待所述混合液干燥以形成所述牙周膜的步骤包括：

将仿真牙牙根在所述混合液中连续浸蘸3~5次后晾干，待晾干后再次连续浸蘸3~5次后晾干，获得厚度为0.15-0.38毫米范围内的牙周膜。

5.根据权利要求1所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，所述为每颗仿真牙重建所述固有牙槽骨的步骤包括：

所述固有牙槽骨的模拟材料采用德国贺利氏、牌号为泰克诺维4000变性聚酯；所述泰克诺维4000变性聚酯中粉、液1、液2三组分树脂的质量配比为2:2:1；

将每颗所述仿真牙的牙根在将所述固有牙槽骨模拟材料混合得到的混合液中连续浸蘸多次后放置于空气中，待所述混合液干燥后形成所述固有牙槽骨。

6.根据权利要求1所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，所述为每颗仿真牙重建松质骨的步骤包括：松质骨的浇筑材料采用甲基丙烯酸共聚物单体粉末和甲基丙烯酸共聚物液按照1：1的质量配比混合得到混合液；将其浇注到底托中，待其硬固后拆除底托获得牙颌模型。

7.根据权利要求1至6中任一所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，在为每颗仿真牙重建出牙周膜和固有牙槽骨前还包括：在牙颈部的外围涂覆缓冲分离层。

8.根据权利要求7所述的牙颌模型制作方法，其特征在于，在所述模拟固有牙槽骨的浇注材料凝固后，还包括：

磨除所述牙颈部多余的模拟骨组织；以及利用蜡将所述牙颈部的边缘修整光滑。

9.一种牙颌模型，其特征在于，利用权利要求1至8中任一所述牙颌模型制作方法制得。

10.一种利用权利要求9中所述的牙颌模型在施加正畸力后牙齿所受到的矫治力的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取所述牙颌模型中所述牙周膜、所述固有牙槽骨和所述松质骨制作材料的弹性模量；

利用喷枪在所述牙颌模型上喷出白底，然后再均匀喷绘黑点；

利用数字图像相关技术进行全场应力和位移测量；

通过所述牙周膜、所述固有牙槽骨和所述松质骨的弹性模量、被矫治牙齿所受的应力和位移量计算出所述被矫治牙齿在矫治过程中受到的矫治力大小和方向。

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