CN110831540A - 用于正畸对准器的设计和改善其保持的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于设计热成型的可移除正畸对准器并改善这种对准器对患者牙齿的保持的系统和方法。该系统通常包括构造成获取患者的牙列的数字图像的数字扫描仪；和计算环境，其构造成：接收该数字图像的副本；相对于数字图像中特征化的一个或多个牙齿创建参考平面；定位一条线，其从参考平面垂直地延伸并且与一个或多个牙齿中的每个牙齿的最大凸度的高度的相切地延伸；测量在该垂直线与一个或多个牙齿中的每个牙齿的外表面之间的倒凹的区域；沿着一个或多个牙齿中的每个牙齿的周边在多个点处重复上述步骤；以及，构建用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域的三维模型。

Description

用于正畸对准器的设计和改善其保持的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月3日提交的美国专利申请序列号15/640,941的优先权。

技术领域

本发明的领域涉及用于设计热成型的可移除正畸对准器并改善这种对准器到患者牙齿上的保持的系统和方法(并且此外，用于改善这种治疗的功效)。

背景技术

可移除正畸对准器正越来越多地用于给予正畸牙齿移动(与正畸治疗方案有关)。出于各种原因，这种正畸对准器通常优于更常规的正畸器具，即，已经发现可移除正畸对准器在视觉上更理想、舒适且更容易使用(与常规的正畸器具(例如金属支架)相比)。尽管已显示可移除的正畸对准器在给予期望的牙齿运动方面是有效的，但是仍然存在与将这种对准器在患者的牙齿上保持有关的挑战。已经显示，正畸对准器的保持会受到多种因素的不利影响。特别地，已经显示出患者内的牙齿形态的变化通常是对准器保持不足的原因。

因此，存在以满足在牙齿形态和位置上的患者特定变化的方式用于设计和制造正畸对准器的系统和方法的持续的需求。另外，对用于设计和定位用于牙齿的定制附接装置(接合器)的系统和方法存在持续的需求，当需要或期望这种附接装置来促进牙齿对准器到患者的牙齿的增强保持时。这种定制形成的附接装置可以进一步促进期望的牙齿运动(即，提高正畸治疗计划的功效)。

如以下将证明的，本文描述的发明解决了这种连续的需求(以及其它需求)。

发明内容

根据本发明的某些方面，公开了用于设计热成型的可移除正畸对准器并改善这种对准器对患者牙齿的保持的系统。在某些实施例中，该系统包括被构造成获得患者的牙列的数字图像的数字扫描仪和被构造成接收(并分析)数字图像的副本的计算环境(具有图形用户界面)。更具体地，在计算环境及其相关联的图形用户界面内，该系统还被构造成相对于数字图像内特征化的一个或多个牙齿创建参考平面(并定位从该参考平面垂直延伸的线，该线还与系统正在分析的一个或多个牙齿中的每个牙齿的最大凸度的高度处相切地延伸)。另外，在计算环境(和图形用户界面)内，该系统被构造成随后测量在这样的垂直线与被分析的一个或多个牙齿中的每个牙齿的外表面之间的倒凹(undercut)的区域。该系统优选地被构造成在沿着一个或多个牙齿中的每个牙齿的周边的多个点处重复上述步骤--然后为所分析的一个或多个牙齿中的每个牙齿构建倒凹区域的三维模型。然后，可将倒凹区域的三维模型用于设计可移除正畸对准器的内部区域，以使可移除正畸对准器的内部尺寸构造成与用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域匹配并保持地与之邻接的安置。

根据本发明的另一方面，本发明包括使用本文所述系统的方法(用于设计热成型的可移除正畸对准器并改善这种对准器到患者牙齿的保持)以及使用本文所述的系统和方法设计和生产的可移除正畸对准器。

根据本发明的另外的方面，提供了用于设计和生产临时的或永久的牙齿修复体(例如，牙冠)的系统和方法，该牙齿修复体被定制以提供期望的修复体倒凹，用于增强对准器的保持和治疗。

根据本发明的另外的其它实施例，提供了用于设计和生产对准器和修复体的系统和方法，所述对准器和修复体被定制以呈现有整合的抗复位特征，例如酒窝、脊、凹陷和其它。

在本文所包含的具体实施方式中进一步说明了本发明的上述和附加的特征。

附图说明

图1是示出牙齿形态变化的图，该牙齿形态在各种类型的牙齿(例如门牙，犬牙，前磨牙和磨牙)中是常见的。

图2是示出在单一类型的牙齿中常见的牙齿形态变化的图，例如在中央门牙之间普遍存在的变化。

图3是示出使用牙科测量器在牙齿的轮廓的高度(或第一接触点)周围施加临时(碳)标记或线的图。

图4是示出了本发明的系统的简图，本发明的系统被用于(1)创建参考平面的；(2)定位垂直于参考平面的线，该线也接触牙齿的最大凸度的高度(或切向于其延伸)；以及(3)测量在该垂直线与牙齿表面之间的倒凹的区域。

图5是概括本发明的某些方法的流程图。

图6是示出附接到牙齿的附接装置(接合器)的图，该附接装置可被用于进一步促进正畸对准器和下面的牙齿之间的保持。

图7是示出具有最小倒凹的牙冠制备物的图。

图8是示出另一牙冠的图，该另一冠被特别设计为具有足够的倒凹(与图7的倒凹相比)，以增强对准器到牙齿的保持。

图9是示出错位的牙齿(旋转错位)；处于反向旋转/矫正位置的该错位的牙齿；旋转复位力的方向；以及抗复位升高脊的位置的图。

图10是示出了另一错位的牙齿(后错(retrocline)错位)；处于矫正位置的该错位的牙齿；施加在矫正的牙齿上的复位力的方向；以及抗复位的升高脊的位置的图。

图11是示出又一个错位的牙齿(侵入的牙齿)；处于矫正位置的该错位的牙齿；施加在矫正的牙齿上的复位力方向；以及抗复位(防挤压)特征/隆起在牙冠和对准器上的位置的图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的几个优选实施例。这些实施例仅通过说明的方式提供，因此不应不适当地限制本发明的范围。实际上，本领域普通技术人员在阅读本说明书和查看附图后将理解，本发明教导了许多变型和修改，并且在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以采用、使用和做出本发明的许多变型。

现在参考图1和2，众所周知，患者的牙齿呈现出显著不同的形态(即，当比较一个牙齿与另一个牙齿的形态时)。例如，如图1所示，形态上的差异存在于牙齿的牙冠区域10之间。另外，如图2所示，显著的变化也存在于单一类型的牙齿中，例如中央门牙12之间经常存在的变化。牙齿形态的这种变化通常会损害正畸对准器的保持能力。因此，如上所述，本发明的目的是提供一种系统和方法，其可用于量化牙齿形态(以及与一组牙齿内的每个牙齿相关的倒凹)的这种变化，使正畸对准器的内部尺寸被设计和制造成更准确地适应患者的牙齿之间的这种形态的差异(这增强正畸对准器的贴合、保持和功效)。

现在参考图3，传统上已经使用所谓的牙科测量器14测量牙齿形态中的这种差异。更具体地说，已经使用牙科测量器14来标记、识别和确定单个牙齿的倒凹量。值得注意的是，传统的牙科测量器14已经以这种能力用于辅助局部义齿的设计，但是还没有用于正畸器具(例如可移除的正畸对准器)的设计中。参照图3，例如，这种牙科测量器14(例如Jelenko碳标记器)可以用来标记(用临时的碳线16)一个或多个牙齿，并随后测量在不同的牙齿之间的轮廓(或第一接触点)的高度。如图3所示，可以通过使牙科测量器14围绕牙齿在单个平面内的周边移动来使用牙科测量器14，使得牙科测量器14被构造成在轮廓的高度(或第一接触点)周围施加临时(碳)标记或线16。这样的标记方法已被临床医生后来用来识别特定牙齿的倒凹量(牙齿形态)(此外，其传统上已用于局部义齿的设计)。

本发明的系统和方法优选地采用使用某些数字技术来更准确和有效地识别和测量用于一个或者多个牙齿的倒凹量(牙齿形态)(而不是使用更基础的牙科测量器14)。更具体地，本发明利用计算机/数字系统来量化一个或多个牙齿的倒凹和保持形态。现在参考图4，本发明的系统被构造成创建和利用至少一个参考平面18。本发明提供了这样的参考平面18可以例如表示水平参考平面18。然而，参考平面18不一定需要呈现水平方向(也可以采用竖直或其它方向)。

本发明提供，该系统被构造成然后定位从参考平面18垂直延伸的至少一条线20，同时该垂直线20同时地被定位成在牙齿的最突出的位置22处(牙齿的最突出的位置也称为“最大凸度的高度”)接触每个牙齿(并切向于每个牙齿延伸)。系统然后使用垂直线20来识别和量化在垂直线20和可变的/外部的齿表面之间存在的区域24。本发明提供，系统的用户在系统的图形用户界面中可视化参考平面18以及从参考平面18垂直延伸的至少一条线20。

重要的是，在某些实施例中，本发明的系统优选地被构造成在特定牙齿的整个周边26周围(例如，在特定牙齿的周边26周围的多个点处)执行这样的程序和分析。即，本发明的系统优选地被构造在围绕牙齿的周边26的各个点处定位垂直线20，并且随后量化垂直线20与可变的/外部的牙齿表面之间的区域24。本发明提供，然后系统使用多个区域24值来计算和构建每个牙齿的倒凹/保持特征的三维模型，然后该三维模型可以被用于设计和制造正畸对准器(对准器的内部尺寸优选地被构造成与每个牙齿的精确的三维倒凹形态贴合地配合并适应它)。本发明提供，该系统优选地被构造成对患者的牙弓(或牙弓的副本，例如，患者的牙弓的牙石模型或数字图像)内的每个牙齿执行上述测量和分析。

如上所述，本发明的系统和方法优选地采用某些数字技术的使用来更准确地和有效地识别和测量对于一个或多个牙齿的倒凹量(牙齿形态)。本发明提供，以这种能力可以采用各种类型的数字技术。在某些优选实施例中，例如，可以例如使用数字扫描(摄像机)技术获得患者的牙列的三维数字图像。本发明提供，然后可以将三维数字图像导入到计算环境中，例如包括中央处理器、存储器、成像软件和图形用户界面的计算机系统。在计算环境中，可以操作系统然后以使用三维数字图像对患者牙弓内的每个牙齿(或那些正畸对准器要覆盖的牙齿)进行上述测量和分析。

更具体地，在计算环境内，可以使用成像软件，该成像软件被构造成(1)为每个要分析的牙齿创建和定位至少一个数字的参考平面18；(2)定位从参考平面18垂直延伸的至少一条数字线20，其被进一步定向成在牙齿的最突出的位置22处(即，在其“最大凸度的高度”处)接触牙齿(并与之相切延伸)；(3)量化垂直线20和可变的/外部的齿表面之间的区域24；以及(4)对要分析的特定牙齿的周边26周围的多个位置重复步骤(1)-(3)。

本发明提供，这样的测量和系统然后可以用于为一个或多个牙齿中的每个牙齿产生倒凹区域24的三维模型(即，该三维模型表示系统针对一个或多个牙齿中的每个牙齿计算的每个倒凹区域24的汇编)。本发明提供，该系统优选地被构造成将用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域24的三维模型转换成与可移除正畸对准器的合适内部尺寸相关的一组尺寸。在这样的实施例中，可移除正畸对准器的优选内部尺寸被构造成与一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域配合并保持地与之邻接地安置。本发明提供，使用本文描述的系统的这些步骤和方法由本发明进一步涵盖，如图5概括所示。

现在参考图6，当本发明的系统被用于正畸对准器的治疗计划和设计时，临床医生可以选择通过将牙齿修复材料、附接装置/托架28或其它材料附接到牙齿上来填补该倒凹区域(由系统识别和量化)，以促进用于有效牙齿移动的足够保持。更具体地，本发明提供，可以使用用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域24的三维模型来识别附接装置28(也称为接合器)的期望位置(以及尺寸和构造)，该附接装置28可以被附接到此类牙齿上，以在正畸对准器和患者的牙齿之间提供甚至更大的保持。在这样的实施例中，附接装置28将提供附加的牙齿形态，使得正畸对准器可以更好地抓握下面的牙齿。本发明提供，这样的附接装置28可以进一步被用于促进各种牙齿运动，例如旋转、侵入、挤压、平移、倾斜和扭转。

现在参考图7-8，根据又一些实施例，本发明的系统和方法还被构造成生产(和/或利用)临时的或永久的牙齿修复体30(例如牙冠)，其被定制以提供期望的修复倒凹32，用于增强对准器的保持和治疗。本发明提供，可以将期望的修复倒凹32构建在修复体30中，而不管是否使用对准器(例如，仅出于患者在将来的某个时间可能选择对准器治疗的可能性，期望的修复倒凹32可以构建到修复体30中)。

更具体地，参考图7，轮廓相对扁平的牙齿或修复体30(例如，牙冠)将呈现有小的倒凹量34(这使对准器的保持更困难)；然而，参考图8，具有球形轮廓的牙齿或修复体30(例如，牙冠)将呈现有更期望的倒凹量32。如上所解释的，较大的/期望的修复倒凹32(图8)被系统用于计算与可移除正畸对准器的较佳内部尺寸相关的一组尺寸。在这样的实施例中，可移除的正畸对准器的优选内部尺寸被构造成与一个或多个修复体30中的每个修复体的期望的倒凹区域32配合并保持地与之邻接地安置。在这样的实施例中，用于每个牙齿的特定量的期望的倒凹区域32可以由临床医生和系统的操作员控制。优选地，在这样的实施例中，修复体30由美学牙科材料制成，例如陶瓷和复合树脂。

根据另外的其它实施例，本发明的系统和方法还被配置成产生被定制以呈现有整合的抗复位特征(例如凹窝、脊、凹陷以及其它)的对准器和修复体。在这种情况下，抗复位特征被构造成在牙齿的特定区域中施加抗复位力(或，否则使复位运动更困难)。例如，位于下切牙上(即，在对准器或修复体的应用到牙齿的该区域的部分内)，在牙齿的远端舌边缘脊上的小隆起或脊，将阻止牙齿在那个方向上经历旋转复位运动。图9-11提供了这样的实施例的又一些示例。

在图9中，例如，示出了旋转错位的牙齿36；示出了反向旋转/矫正的牙齿38(这种矫正是通过传统的正畸方法实现的)；示出了旋转复位力40的方向；以及示出了抗复位的升高脊42的位置(位于对准器或修复体44的应用于矫正牙齿38的部分中)。本发明提供，当用于设计和生产对准器或修复体时，本文所述的系统可以可选地包括这种类型的抗复位特征(以阻止预期的复位运动)。在图9所示的示例中，升高脊42一体地形成在对准器或修复体44的部分中，以呈现有(机械地)抵消下面的矫正的牙齿38的预期旋转复位力40的尺寸、构造和位置。

类似地，图10示出了另一错位的牙齿46(后错错位)；矫正的牙齿48；施加在矫正的牙齿48上的复位力50的方向；以及对准器或修复体44的抗复位升高脊52的位置。在该示例中，对准器44的抗复位升高脊52被构造为呈现有抵消下面的矫正的牙齿48的预期的复位力50的大小和位置。同样地，图11示出了又一个错位的牙齿54(侵入的牙齿)；矫正的牙齿56；施加在矫正的牙齿56上的复位力58的方向；以及在牙冠/修复体62上的抗复位/抗挤压(隆起)特征60(以及相应的抗复位/抗挤压特征64)的位置，该特征64定位在安装到牙冠/修复体62上的对准器66上。本发明提供，前述示例不是穷举的。而是，本文描述的系统和方法可用于设计和生产可以利用许多不同的抗复位特征的对准器和/或修复体，所述抗复位特征例如为隆起、点、凹窝、凹痕、凹陷、脊(竖直、水平、对角线和其它方向)，以及这些特征的组合，以在下面的牙齿上施加所需的抗复位力。

本发明提供，本文所述的系统和方法优选地被操作以产生期望的对准器(和/或修复体)的生产模型。例如，在用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域24的三维模型被产生(如上所述)并且被转换为可移除正畸对准器(和/或修复体)的内部尺寸之后，并且同样地，一旦定义了所有期望的抗复位特征的几何形状，那么系统被构造成产生期望的对准器(和/或修复体)的生产模型。该生产模型将包含所需对准器(和/或修复体)的完整的数字三维模型，定义了所有外部和内部尺寸，然后该三维模型可用于生产所需的对准器(和/或修复体)，例如，使用本领域已知的各种类型的聚合物和热成型方法。

通过详细描述，本发明的许多方面和益处是显而易见的，因此，以下权利要求书旨在覆盖落入本发明范围和精神内的本发明的所有此类方面和益处。另外，由于许多修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的并且容易想到，因此，权利要求书不应被解释为将本发明限制为在此示出和描述的确切构造和操作。因此，应理解为所有合适的修改和等同形式均落入本文所要求保护的本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种用于设计可移除正畸对准器的系统，所述系统包括数字扫描仪和计算环境，所述数字扫描仪被构造成获得患者的牙列的数字图像，所述计算环境包括中央处理器、存储器、成像软件和图形用户界面，其中所述系统被构造成：

(a)接收所述数字图像的副本；

(b)相对于在数字图像中特征化的一个或多个牙齿创建参考平面；

(c)定位从所述参考平面垂直延伸并且与所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的最大凸度的高度相切延伸的线；

(d)测量包含在该垂直线和所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的外表面之间的区域的倒凹的区域；

(e)沿着所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的周边在多个点处重复步骤(a)-(d)；和

(f)构建三维模型，所述三维模型表示由系统为一个或多个牙齿中的每个牙齿计算出的每个倒凹的区域的汇编。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还被构造成将所述三维模型转换为与可移除正畸对准器的优选内部尺寸相关的一组尺寸。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述可移除正畸对准器的优选内部尺寸构造成使所述可移除正畸对准器与用于所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹的区域相配合并保持地与其邻接地安置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还被构造成识别要被附接到所述一个或多个牙齿的附接装置的期望的位置、尺寸和构造，其中所述附接装置被构造成增强所述可移除正畸对准器到所述一个或者多个牙齿的保持。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还被构造成将所述可移除正畸对准器的优选内部尺寸以及一个或多个抗复位特征设计并结合到所述可移除正畸对准器的生产模型中，其中所述生产模型构造成被用于制造所述可移除正畸对准器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，抗复位特征被构造成阻止或防止下面的牙齿的复位运动。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述抗复位特征包括一个或多个隆起、点、凹窝、凹痕、凹陷、脊或上述的组合，其呈现一种构造并被定位在所述对准器内以阻止或防止下面的牙齿的复位运动。

8.一种用于设计可移除正畸对准器的方法，所述方法包括操作数字扫描仪以获得患者的牙列的数字图像以及操作包括中央处理器、存储器、成像软件和图形用户界面的计算环境，以：

(a)接收所述数字图像的副本；

(b)相对于在数字图像中特征化的一个或多个牙齿创建参考平面；

(c)定位从所述参考平面垂直延伸并且与所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的最大凸度的高度相切延伸的线；

(d)测量在该垂直线与所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的外表面之间的倒凹的区域；

(e)沿着所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的周边在多个点处重复步骤(a)-(d)；和

(f)构建表示系统为一个或多个牙齿中的每个牙齿计算出的每个倒凹的区域的汇编的三维模型。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所述三维模型转换成与可移除正畸对准器的优选内部尺寸相关的一组尺寸。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述可移除正畸对准器的优选内部尺寸被构造成使所述可移除正畸对准器与用于所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹的区域配合并保持地与其邻接地安置。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将牙齿修复体施加到患者的牙齿中的一个或者多个牙齿，其中所述牙齿修复体呈现有期望的且预定的倒凹。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述修复体是牙冠。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括确定要附接到所述一个或多个牙齿的附接装置的期望的位置、尺寸和构造，其中所述附接装置被构造成增强所述可移除正畸对准器到所述一个或多个牙齿的保持。

14.一种可移除正畸对准器，其被构造成与患者的一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域配合并保持地与其邻接地安置，其中所述可移除正畸对准器通过以下步骤生产：

(a)操作数字扫描仪，以获得患者的牙列的数字图像；

(b)操作计算环境，所述计算环境包括中央处理器、存储器、成像软件和图形用户界面，以：

(i)接收所述数字图像的副本；

(ii)相对于在数字图像中特征化的一个或多个牙齿创建参考平面；

(iii)定位从所述参考平面垂直延伸并且与一个或多个牙齿中的每个牙齿的最大凸度的高度相切延伸的线；

(iv)测量在该垂直线与所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的外表面之间的倒凹的区域；

(v)沿着所述一个或多个牙齿中的每个牙齿的周边在多个点处重复步骤(i)-(iv)；和

(vi)构建表示所述系统为所述一个或多个牙齿中的每个牙齿计算出的每个倒凹的区域的汇编的三维模型；和

(c)生产呈现有内部尺寸的可移除正畸对准器，所述内部尺寸构造成与用于一个或多个牙齿中的每个牙齿的倒凹区域配合并保持地与其邻接地安置。

15.根据权利要求14所述的可移除正畸对准器，其特征在于，所述可移除正畸对准器进一步包括附接装置，所述附接装置被构造成(a)被附接到所述一个或多个牙齿，并且(b)增强所述可移除正畸对准器到所述一个或多个牙齿的保持。

16.根据权利要求15所述的可移除正畸对准器，其特征在于，所述附接装置的尺寸和构造由所述系统优化。

17.根据权利要求14所述的可移除正畸对准器，其特征在于，所述附接装置被构造成在由所述系统优化的位置处附接到所述一个或多个牙齿。

18.根据权利要求14所述的可移除正畸对准器，其特征在于，所述可移除正畸对准器进一步包括一个或多个抗复位特征，其中所述抗复位特征被构造成阻止或防止下面的牙齿的复位运动。

19.根据权利要求18所述的可移除正畸对准器，其特征在于，所述抗复位特征包括一个或多个隆起、点、凹窝、凹痕、凹陷、脊或前述的组合，其呈现一种构造并且被定位在所述对准器内以阻止或防止下面的牙齿的复位运动。

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