CN111065355B - 用于牙科治疗的口腔器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于进行诸如牙齿美白等牙齿治疗的口腔器件。相应地，该口腔器件可以布置为用于美容治疗。这种治疗是基于具有适当波长的光对牙齿的照射。口腔器件设计为使来自光源(例如LED)的光被充分均匀化，从而使牙齿处的光辐照度足够均匀以实现良好的治疗结果。此外，口腔器件设计为使牙齿处的辐照度足够高以实现高效治疗，并且使牙齿的加热最小化至可接受的加热。

Description

用于牙科治疗的口腔器件

技术领域

本发明涉及一种牙齿照明设备及口腔护理或卫生设备，例如牙齿美白设备。

背景技术

口腔护理设备，诸如牙齿美白或口腔治疗设备，使用光来照射牙齿。光可用于不同目的，包括与美白凝胶或涂料组合使用进行牙齿美白、使用消毒UV光进行牙菌斑或细菌卫生，或其它目的。光的强度需要足够高才能有效。同样重要的是，光需要在牙齿上具有均匀的强度分布。为了避免损害牙齿牙髓腔中的牙髓，将牙齿的加热安全地保持在临界温度以下也同样重要。

因此，需要一种能够满足这些需求中的一个或多个的口腔护理设备。因此，需要一种口腔护理设备能够以足够高且均匀分布的强度来照射牙齿，并且仅引起牙齿可接受的加热。

另外，还需要适合家用的口腔护理设备。因此，为了使设备适合家用，制造成本可能是重要的，因此，可能需要能够制造以用于家用的设计。

US2011/0104631A1公开了一种使用具有口腔器件的口内设备来实现牙齿和/或牙龈的口腔治疗的方法，口腔器件中嵌有柔性电路板和间隔分开的灯的阵列。口腔器件具有曲率。灯可以是产生电磁辐射的发光二极管(LED)，电磁辐射优选在白光和蓝光光谱以及红外和紫外光谱中。当口腔器件被定位成将上排和下排牙齿配合在容纳凹槽内时，该阵列被定位成暴露牙齿和/或牙龈的颊侧和舌侧以实现治疗。柔性电路板被弯曲以呈现与口腔器件的曲率一致的曲率。治疗包括牙齿美白、牙齿脱敏和为了预防牙周病的牙龈治疗。

本发明的发明人已经意识到，用于牙齿治疗的改进口腔器件是有益的，并且因此设计了本发明。

发明内容

获得一种能够在牙齿处产生均匀的光强度，并且替代地或额外地，能够减少牙齿加热的口腔设备将是有利的。一般地，本发明优选寻求单独地或以任意组合减轻、缓解或消除上述一个或多个缺点。

为了更好地解决这些关注点中的一个或多个，在本发明的第一方面，提出了一种用于进行牙齿治疗的口腔器件，该口腔器件包括：

——一个或多个光源，其布置为照射牙齿，

——具有输出表面的光学配光单元，其中，光学配光单元布置为在来自一个或多个光源的光线通过输出表面离开到达牙齿之前，重新定向至少部分该光线，和/或布置为将从输出表面射入光学配光单元中的散射光线重新定向回输出表面，以获得更均匀的照射，

——其中，一个或多个光源和光学配光单元布置为提供等于或大于约20mW/cm2的牙齿辐照度。

通过提供等于或大于约20mW/cm2的辐照度，可以实现诸如牙齿美白等有效治疗。可能的有效辐照度可以在大约20～150mW/cm2的范围内。通过将光学配光单元配置为在来自光源的光线朝牙齿发射之前重新定向至少部分该光线，提高了牙齿上辐照度分布的均匀性。在一个实施例中，通过将光学配光单元配置为透明的或基本上透明的，实现了期望辐照度。被重新定向的“光线的至少一部分光线”可以理解为相当大比例的光线被重新定向，例如对应于从光源发射的光辐照度的至少20％的光线被重新定向。高于20％的其它百分比也在各实施例的实际限制内，例如，诸如25～40％或60～90％的百分比。

根据一个实施例，光学配光单元布置为提供从一个或多个光源到输出表面的光线的至少0.8mm的最小光程长度。通过提供足够长(例如至少0.8mm)的光程长度，可以实现对来自光源的光线的一定程度的光混合，从而提高均质化。作为至少0.8mm的光程长度的效果，齿的前表面处的光辐照度变化可以相对于光辐照度平均值小于25％。

根据一个实施例，光学配光单元布置为沿从一个或多个光源到输出表面的热路径提供至少0.001m2 K/W的最小热阻或热阻。有利地，至少0.001m2 K/W的热阻减少了牙齿的加热，从而在口腔器件使用期间，温度可以保持在42摄氏度以下。此外，热阻改善了牙齿加热的均匀性，例如从而可以实现牙齿前表面处的温度变化相对于温度的平均值小于25％。

根据一个实施例，光学配光单元包括间隔构件，间隔构件布置在输出表面处并且远离输出表面突出。间隔构件在牙齿(例如，当牙齿未完美地定位成弧形时)和配光单元的输出表面之间提供均匀间隙，以实现所施加牙科物质的均匀受控厚度。

根据一个实施例，光学配光单元包括光重新定向结构，光重新定向结构布置为对来自一个或多个光源的至少部分光线进行重新定向，其中，至少部分光重新定向结构位于一个或多个光源和输出表面之间。有利地，光重新定向结构使光线传播距离更长，并进而改善光线的光混合。

根据一个实施例，口腔器件包括后反射器，后反射器布置为将经由输出表面射入光学配光单元中的散射光线重新定向回输出表面，其中，后反射器遍布光学配光单元的后侧的至少一部分延伸。作为二次效应，后反射器还引起其它光线的重新定向，例如从光重新定向结构反射的光线。由于光没有损失而是反射回牙齿，后反射器提高了光源的效率。此外，后反射器改善了光混合，从而改善了光均匀化。

根据一个实施例，光学配光单元布置为使得从一个或多个光源射入光学配光单元中的至少部分光线全内反射，从而在来自一个或多个光源的光线通过输出表面离开之前，重新定向至少部分该光线。有利地，利用全内反射改善了光的均匀化。

根据一个实施例，一个或多个光源安装在支撑结构上，支撑结构具有比光学配光单元的热阻更低的热阻。低热阻改善了热传导，使得更多热能从牙齿传走。此外，低热阻性可以改善热的均匀化。

根据一个实施例，一个或多个光源布置为使得一排光源中的相邻光源被分开至少3mm且至多8mm。3～8mm的范围提供了减少光源数量与改善光均匀化之间的折衷。

根据一个实施例，一个或多个光源沿至少两排布置。当口腔器件包括阻止口腔器件上下部之间的光透射的不透明部件时，布置至少两排可能是有益的。

根据一个实施例，口腔器件包括密封结构，密封结构布置为用于将所施加的牙科物质保持在由输出表面、密封结构和牙齿前侧限定的空间内。

本发明的第二方面涉及根据第一方面的用于牙齿治疗的口腔器件的用途，包括

——将牙科物质施加在口腔器件表面上，使得牙科物质接触输出表面，或将牙科物质施加在牙齿的前表面上，以及

——将口腔器件布置为使输出表面面向用户牙齿的前侧。

根据一个实施例，牙科物质为具有至少25Pa屈服应力的凝胶。有利地，通过使用具有至少25Pa屈服应力的凝胶，大部分凝胶保持在原位并且具有低凝胶损失，例如低于10％。例如，在治疗期间，凝胶可以保持在原位至少30分钟。

根据一个实施例，所施加的牙科物质与光学配光单元一起提供从一个或多个光源到牙齿前表面的光线的至少1mm的最小光程长度。

根据一个实施例，所施加的牙科物质与光学配光单元一起提供沿从一个或多个光源到牙齿前表面的热路径的至少0.001m2 K/W的最小热阻。

总之，本发明涉及一种用于进行诸如牙齿美白等牙齿治疗的口腔器件。相应地，该口腔器件可以布置为用于美容治疗。这种治疗是基于具有适当波长的光对牙齿的照射。口腔器件设计为使来自光源(例如LED)的光被充分均匀化，从而使牙齿处的光辐照度足够均匀以实现良好的治疗结果。此外，口腔器件设计为使牙齿处的辐照度足够高以实现高效治疗，并且使牙齿的加热最小化至可接受的加热程度。

一般地，本发明的各方面可以以本发明范围内的任意可能方式进行组合和联接。参考下文描述的实施例，本发明的特征和/或优势将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

下面将结合附图，仅以举例方式阐述本发明的实施例。在附图中：

图1示出用于治疗用户牙齿的口腔器件的实施例，

图2示出口腔器件实施例在平行于牙齿咬合面的平面中的横截面图，

图3A示出口腔器件实施例在垂直于咬合面的平面中的横截面图，

图3B-3C示出光源的可能配置，

图4示出基于全内反射的口腔器件的另一实施例，

图5示出具有布置为用于接触牙齿的间隔构件的口腔器件的构造，

图6示出用于确定热阻和温差的示意图，以及

图7示出口腔器件的剖视侧视图构造。

具体实施方式

图1示出用于治疗用户牙齿的口腔器件100的实施例。治疗是通过照射牙齿来进行的。可以照射用户的牙齿以用于牙齿美白、牙菌斑或细菌卫生，或其它口腔卫生或护理用途。口腔器件可以是家用消费品或由专业人员使用的专业产品，在这两种情况下，用户，即家庭用户或患者，是接受设备照射的人。

口腔器件100包括光学配光单元101，其布置为面向牙齿并将光传输至牙齿。光学配光单元101可以是口腔器件100所包含的主体105的一部分。因此，光学配光单元可以由周围材料覆盖，例如主体105的光透明材料。

根据一个实施例，口腔器件100包括沿至少部分光学配光单元101延伸的突出咬合部件102。咬合部件102向外延伸，例如垂直于配光单元101向外延伸，以形成咬合表面，即图中所示的咬合部件102的上平面和下平面。用户可以咬在上咬合表面和下咬合表面上，从而使牙齿的上下咬合侧接触咬合表面。这样，可以通过从牙齿向咬合部件102施加力，将口腔器件在口腔中保持就位。

口腔器件100可以具有密封结构103。密封结构103可以形成为至少部分地限定光学配光单元101的轮缘。例如，咬合部件102可以与配光单元101一起被限定。在另一示例中，密封结构103可以形成为具有开口的轮缘，例如位于咬合部件102的端面附近，从而使轮缘或密封结构103部分地限定配光单元101。密封结构103可以成形为沿上牙弓和下牙弓接触用户的牙龈。密封结构103的一个功能是作为密封结构，将施加的牙科材料保持在由配光单元101、密封结构103和牙齿211的前表面限定的空间内(见图2)。因此，密封结构103防止牙科材料(例如牙齿美白凝胶或其它牙科物质)的泄漏。可选咬合部件102也可以视为密封结构103的一部分，因为咬合部件102将牙科材料限制在咬合面上方或下方的位置。

咬合部件102的另一个功能是在对口腔器件100施加力时保持口腔器件100的形状。例如，当口腔器件100对于用户来说太大时，用户借助咬合部件102对口腔器件100施加压力，从而使轮缘与牙龈接触。

图2示出平行于牙齿210的咬合面的平面中的口腔器件100实施例的截面图。牙齿210具有面向光学配光单元101的前表面211和与之相对的后表面。前表面211包括前牙的唇面。唇面可包括上下颌中最靠近牙中线215的6或8颗牙齿(即总共12或16颗牙齿)。根据一个实施例，口腔器件100布置为用于牙齿的唇面的治疗。因此，口腔器件100可以布置为照射牙齿的唇面，例如最前面的8颗上牙和8颗下牙。

光学配光单元101具有面向牙齿210的前表面211的输出表面201。根据一些实施例，光学配光单元101包括至少部分地围绕配光单元101的周围物体202。周围物体202可以是主体105的一部分。至少位于输出表面201和牙齿210之间的部分周围物体202足够透明，以使光能够从配光单元101的输出表面201透射至牙齿。光学配光单元101和周围物体202构成光学透射部件203，光学透射部件203具有与输出表面201相邻的输出表面204。

然而，根据其它实施例，光学配光单元101在输出表面201处不被周围物体202覆盖，或者光学配光单元101和周围物体202由相同或不同材料制成，并且构成光学配光单元101。因此，对于其中周围物体是与输出表面201相连的光学透射物体的实施例而言，光学透射的配光单元101包括周围物体202。对于此类实施例，周围物体202或光学透射部件203的输出表面204等同于输出表面201。

光学配光单元101可以由诸如硅胶或聚硅氧烷聚合物等的柔性材料制成。在另一实例中，光学配光单元101由聚碳酸酯制成。用于制作配光单元101的替代材料包括聚甲基丙烯酸甲酯热塑性弹性体(TPE)、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚醚酰亚胺、苯乙烯以及诸如OKP-4等聚酯。

光学配光单元101也可以视为透明部件，即，在光在光透明元件中不散射的意义上是透明的。然而，实际上，透明材料可以包括不规则体，例如颗粒，这意味着将发生一些光散射。在其它示例中，散射颗粒被有意包含在光学配光单元101中。因此，光透明元件也可以视为光半透明元件或光透射元件。光学配光单元101应当由具有足够光透射性的材料制成，从而使从光源传输至牙齿210的光线在牙齿表面提供期望的均匀光输出水平。通过将光学配光单元配置为透明的或基本上透明的，可以实现期望辐照度。通过将光学配光单元配置为在来自光源的光线朝牙齿发射之前重新定向这些光线中的至少部分光线，获得了在牙齿处的辐照度分布的提高的均匀性。

通过提供等于或大于约20mW/cm2的辐照度，可以实现诸如牙齿美白等有效治疗。可能的有效辐照度可以在大约20～150mW/cm2的范围内。为了实现有效的治疗，同样重要的是，辐照度在被治疗牙齿的整个区域上是基本均匀的，而不是在某些照射区域的强度非常高，而在其它区域的强度非常低。本发明的口腔器件已经设计为在治疗表面提供更均匀的光强度。已经发现，为了提高治疗效率，至少约65％的治疗表面在治疗表面处的辐照强度与期望强度的偏差不应超过25％，而为了最佳治疗效率，至少约75％的治疗区域的辐照强度与期望强度的偏差不应超过15％。因此，例如，如果治疗表面(即牙齿表面)处的期望辐照度是20mW/cm2，则至少65％的治疗表面应当接收大约15～25mW/cm2(期望的20mW/cm2的±25％)的光强度，并且至少75％的治疗表面应当接收约17mW/cm2～23mW/cm2的光强度。

如图2所示，光学配光单元101以及口腔器件100的其它部件，诸如咬合部件102、密封结构103和主体105的其它部件，旨在被放置于牙齿211的前表面和唇部220之间。一个或多个光源可以与光学配光单元101一起放置在牙齿211的前表面和唇部220之间。替代地，一个或多个光源可以放置在唇部外侧，其中，光被定向至用户的口腔内部并且朝向光学配光单元101。因此，口腔器件100是在口中使用的。用于为光源供电的电源(例如电池或电源)也可以放置在口腔外部，例如位于直接或经由电线附接至口腔器件100的口内部件的单元中。

图2还示出施加在牙齿的前表面211与配光单元101的输出表面201或周围物体202的输出表面204之间的牙科材料230。

图2中没有示出包含在口腔器件100中并且布置为照射牙齿210的一个或多个光源。该一个或多个光源可以以不同的方式布置。一般地，光学配光单元101和光源布置为使来自一个或多个光源的至少部分光线被重新定向，例如通过配光单元101、包含在配光单元101中或与配光单元101相连的组件。这样，来自光源的至少部分光线在光源和输出表面201之间的光程中被重新定向，即在光线通过输出表面201离开而到达牙齿210之前被重新定向。替代地或额外地，配光单元101被布置为使得来自牙齿210的前表面211的反射或散射光线，即最初从光源通过输出表面201朝牙齿210透射并且随后反射回到光学配光单元101中的光，被重新定向回输出表面201。来自光源的初始透射光线可以是或者不是直接光线，即在离开输出表面201之前可以被重新定向或者未被重新定向。

为了在牙齿处提供足够高的光功率以实现牙齿的期望治疗，一个或多个光源应当在牙齿211的前表面处提供大于大约20mW/cm2的辐照度。根据一个实施例，辐照度可以在大约20mW/cm2～150mW/cm2的范围内。替代的较低辐照度值包括30、40或50mW/cm2。替代的更高辐照度值包括60、70、80或90mW/cm2，不过，高于100mW/cm2的值也是可能的，例如110、120或130以及高达150mW/cm2。所使用的辐照度是牙齿的有效治疗和加热之间的折衷。重要的是，牙齿不被加热太多，并且优选地，温度不应上升至42.5摄氏度以上，或者优选地，不上升至42摄氏度以上。因此，低于100mW/cm2的辐照度可能是优选的。

图3A示出口腔器件100的实施例在垂直于啃咬部件102的咬合面的平面中，即垂直于咬合面330的平面中，例如包括牙中线的平面中的截面概略图。在该实施例中，口腔器件100的主体105包括咬合部件102，咬合部件102在上牙210a和下牙210b之间延伸至口中。咬合部件102可以由与主体105或配光单元101的材料不同的材料制成，例如不透明材料。替代地，咬合部件102可以由与主体105或配光单元101相同的材料制成，并且可能设置有不透明的表面涂层。主体105包括光学配光单元101和密封结构103。密封结构103在上牙弓和下牙弓处接触牙龈280。密封结构103可以由与配光单元101相同或不同的材料制成。例如，在本文中，密封结构103可以由反射性材料或具有反射表面的材料制成，以将光重新定向回治疗表面并且远离非治疗表面，诸如牙龈280。例如，密封结构103或其一部分可以由反光材料制成，诸如填充有二氧化钛(TiO2)的硅胶或TPE。

图3A示出一个或多个光源350。光源350可以如图所示被布置在沿配光单元101延伸的第一排中，以主要照射上牙210a的前侧211，并且被布置在沿配光单元101延伸的第二排中，以主要照射下牙210b的前侧211。每排可以包括一个或多个光源350。例如，光源350可以布置为使得一排光源中的相邻光源被分开至少3mm且至多8mm。

光源350可以被安装在支撑结构360上，例如为光源350提供电连接的印刷电路板。支撑结构360可以具有比光学配光单元101的热阻更低的热阻。低热阻改善了热传导，使得来自光源的热量被传送远离牙齿210。另外，低热绝缘可以改善热分布，以减少牙齿处热点的形成，即低热阻可以改善牙齿加热的均匀性。

根据该实施例，光学配光单元101被布置为通过光重新定向结构370对来自一个或多个光源350的至少部分光线进行重新定向，光重新定向结构370被布置为改变来自一个或多个光源350的光的传播方向。一个或多个光重新定向结构370可以以各种方式配置，只要使光重新定向结构370的至少一部分位于一个或多个光源350与输出表面201之间。如图3A所示，重新定向结构370是不透明的，并且具有镜面反射或漫反射表面，从而使来自其中一个光源的光通过镜面反射或散射被重新定向。光重新定向结构370也可以是半透明的，并且具有散射特性，例如由填充有散射颗粒的透明材料实现。作为另一实例，光重新定向结构370可以是透明的，并且被布置为通过折射使光被重新定向。因此，一般地，一个或多个光源350相对于光重新定向结构370被布置，其中，重新定向结构370具有延伸部，从而使来自光源350的至少一些发射光被相对设置的重新定向结构370重新定向。至少取决于重新定向结构的延伸部和来自光源350的光的发散，可能不是来自光源的所有光都被重新定向，但优选大部分光到达重新定向结构370。

实际上，光重新定向结构370可以迫使来自光源350的光线在从输出表面201离开之前行进更长的距离，并且因此，牙齿上的强度分布将更均匀并且对距离变化更不敏感，从而大体保持牙齿上的光强度分布，和/或使牙齿上的强度变得对因用户口腔形状的自然变化和口腔器件放置方式的变化而引起的牙齿和输出表面201之间的距离变化更不敏感。图3A示出一个重新定向光线351。

根据一个实施例，光学配光单元101被布置为使光线从光源(例如，从A)到光线离开输出表面201的输出表面(例如，到B)的最小光程长度为至少0.8mm。因此，根据该实施例，来自光源350的所有光线将经历至少0.8mm的光线光程长度。光程长度是从A行进至B的几何路径长度乘以光学配光单元101的材料的折射率。

由于至少0.8mm的光线的最小光程长度，相对于前表面211整个区域上的光强度平均值，牙齿210的前表面211处的光强度变化可以小于±25％。

光源350可以被放置为用于使沿从一个或多个光源350到输出表面201的热路径(例如从A到B或C到D的热路径)的热阻最大化。通过使热阻最大化，光源350与牙齿210之间的隔热得以改善。从而减少了因来自光源350的热导致的对牙齿的加热，并且改善了牙齿210处的光和热的均匀性。

光源放置在后表面361处确保了光学配光单元101的整个厚度有助于使热阻最大化。

根据一个实施例，光学配光单元101被布置为，即借助于光源350的放置以及光学配光单元101的介于光源350与输出表面201之间的厚度，沿从一个或多个光源350到输出表面的201热路径提供至少0.001m2 K/W的最小热阻。

由于至少0.001m2 K/W的最小热阻，在使用具有上述辐照度水平的口腔器件期间，牙齿210处的温度可以保持在大约42摄氏度以下。此外，利用这种热阻，可以减少牙齿处的温度变化，并且可以相对于牙齿区域的温度平均值，将牙齿处的温度变化保持在±25％以下。

支撑结构360可以用作被布置为反射光线的后反射器363。替代地，可以提供其它布置以提供光线反射并实现后反射器。例如，后表面361和/或边缘表面362可以设置有白色漆或外部反射部件以反射入射光线。后反射器363可以延伸至其它表面，例如边缘表面362。

后反射器363将来自牙齿210的从输出表面进入光学配光单元中的散射光线重新定向回到输出表面。因此，后反射器363与牙齿210的反射表面一起，起到增加光程长度的作用。因此，配光单元101的将传输至光学配光单元101内的散射光线重新定向回输出表面的布置可以由后反射器363实现。后反射器被布置为在光学配光单元101的后表面或后侧361的至少一部分上延伸。

口腔器件100可以包括重新定向结构370、后反射器363，或重新定向结构370和后反射器363两者。

一个或多个光源350可以布置在配光单元101的其它表面上，例如布置在边缘表面362上。一般地，一个或多个光源350可以位于任何表面上或嵌入光学配光单元101中。替代地，光源350可以布置在配光单元101的外部，从而设置在用户的口腔外侧，并且通过诸如光管、光纤或其它方式被定向至口腔器件100中。

咬合部件102可以与配光单元101光学隔离，从而禁止来自配光单元101的光进入咬合部件102。

牙科材料230未在图3A中示出，但可以放置在牙齿210、输出表面201及可选的咬合部件102之间。图3A中也没有示出可选的周围物体202。因此，配光单元101的至少一部分可能已经被周围物体202覆盖。

图3B示出在从后侧361观察到的配光单元的一种布置的示意图中，光源350的可能布置。当口腔器件100包括不透明的咬合部件102时，这种光源布置成两排，一排光源350位于咬合面330上方，另一排光源350位于咬合面330下方的布置可能是优选的。

图3C示出光源350的布置的类似示意图。该布置包括咬合面上方的一排光源350和咬合面330下方的一排光源，其中，一排中的光源350相对于另一排中的光源350交错布置。这种构造改善了配光均匀性，并且当口腔器件100不包括不透明咬合部件102时可能是特别优选的。

显然，光源350可以以多于或少于两排交错或非交错地布置。

图4示出口腔器件100的另一实施例在垂直于咬合部件102的咬合面的平面中，即垂直于咬合面330的平面中的横截面概略图。

图4示出了光学透明的配光单元101。在该实施例中，配光单元101具有沿光学透明元件203(周围物体202的一个示例，未示出)延伸的光导的功能。一个或多个光源350被布置为用于将光射入配光单元101中。光源350可以沿配光单元101的一个或多个侧边缘布置，例如沿上下边缘表面362布置。光学透明元件203及主体105的可能的其它部件接触配光单元101的一个或多个外表面。

配光单元101具有比接触配光单元101的表面的光学透明元件203及主体105的可能的其它部件的折射率更高的折射率。因此，配光单元101与周围部件组合能够实现反射光线451的全内反射。例如，配光单元101可以由折射率比周围部件的材料的折射率更高的聚碳酸酯制成。用于光导的替代材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚醚酰亚胺、苯乙烯以及诸如OKP-4等聚酯。替代地，光学透明元件203和主体105的可能的其它部件可以配置为使得至少光学透明元件203在某些区域处通过气隙与配光单元101分离。根据该替代方案，空气的低折射率使得能够使用用于配光单元101的其它材料，例如诸如硅胶等材料。

因此，光学配光单元101被布置为借助于引起全内反射的能力，在来自一个或多个光源350的光线通过输出表面离开之前，重新定向这些光线中的至少部分光线。产生全内反射所需的最小入射角由已知的光学定律决定。入射角被定义为入射光线与入射点处表面的法线之间的角度。

咬合部件102可以类似于本文所述的其它实施例配置。

为了将离开光导的光朝牙齿210耦合，口腔器件100还包括外耦合结构401，外耦合结构401布置为在光导中重新定向光。外耦合结构401可以布置在后表面361处，例如以诸如施加至后表面361的白色漆等漆的形式。替代地，外耦合结构可以通过使第二表面粗糙化，例如通过对后表面361进行蚀刻或喷砂来实现。由外耦合结构重新定向的一些光线451具有相对于输出表面201的角度，该角度足够大以通过折射耦合出去，而其它经重新定向的光线201则具有足够倾斜以被内反射的角度。

与光重新定向结构或后反射器类似，配光单元101的全内反射迫使来自光源350的光线在从输出表面201离开之前行进更长的距离，从而在光的均匀性方面达到相同效果。此外，由于光源350位于边缘处，因此，从光源到牙齿210的热阻和距离也足以实现避免牙齿210处高于大约42摄氏度的热点和温度。

与图3A中的实施例类似，光线的最小光程长度从光源350到配光单元101的输出表面201或光透明部件203的输出表面204，即如图4所示从A到B或B'，至少为0.8mm。因此，与其它实施例类似，牙齿210的前表面211处的光强度变化可以小于±25％。此外，光源350的放置提供了从C到D的热路径，该路径提供了大于0.001m2K/W的热阻，从而使牙齿210处的温度可以在上述辐照度水平下保持在42摄氏度以下，并且温度变化可能可以相对于平均值保持在±25％以下。

在使用期间，如果施加牙科材料230(图4中未示出)，则牙科材料230的厚度对光程长度有贡献，从而使从一个或多个光源350到牙齿210的前表面211的最小光程长度为至少1mm。例如，如果牙科材料是厚度为0.1mm的凝胶，配光单元101由折射率为1.43的硅胶制成，并且从光源350到输出表面201的最小距离为0.6mm，则获得1mm的光程长度。

类似地，牙科材料230的厚度有助于沿从一个或多个光源350到牙齿210的前表面211的热路径的热阻，使得最小热阻为至少0.001m2 K/W或略大于0.001m2 K/W。

图5示出光学配光单元101包括间隔构件501的实施例，间隔构件501被布置在输出表面201处并且远离输出表面201突出。该图以与牙齿210的咬合面平行的平面中的横截面图示出。在使用期间，间隔构件501接触牙齿210的前表面211。如上所述，诸如光透明部件203等可选周围物体202的输出表面204等同于配光单元101的输出表面201。因此，可以理解的是，间隔构件501可以等同地从周围物体202(未示出)突出。

间隔构件501的作用是，避免牙齿与配光单元101的输出表面201之间形成大接触表面，为所施加的牙科材料230留下更均匀的空间以接触牙齿的前表面211。间隔构件501的另一个作用是，确保所施加牙科材料230的均匀厚度。

间隔构件501可以成形为柱形，即二维结构。二维结构可以具有平坦顶部或圆顶部，即向内或向外的圆顶部。替代地，间隔构件501可以形成为突出的脊，例如，形成为一维线性脊。

间隔构件501的基部的表面积可以大于顶部的表面面积，以防止间隔件在抵靠牙齿210被按压时弯曲。间隔构件501的顶部的直径或横向尺寸可以在0.1～5mm的范围内，更优选地在0.5～1.5mm的范围内。间隔构件的高度可以在0.2mm～5mm的范围内，优选在0.5～1.5mm的范围内。间隔构件可以以0.5％～50％的密度布置，优选在1％～10％的范围内。间隔构件501可以由与配光单元101或周围物体202不同的材料制成。例如，间隔构件501可以由反光材料制成，例如填充有TiO2颗粒的硅胶或TPE。

所用的牙科材料可以是牙齿美白材料，例如牙齿美白凝胶或牙漆。由于凝胶对牙齿的粘附能力，凝胶可能是优选的。优选地，凝胶的屈服应力至少为25Pa。凝胶可以含有6～10％的过氧化氢，以确保在至多60分钟的单次治疗中使用时的组织安全性。凝胶的pH酸度可以是4～8。牙科材料230可以包括反射颗粒，例如云母，以增强光散射及牙齿表面处的光场均匀性。

图6示意性地示出口腔器件100的不同实施例的切除部分的截面图。截面图选择为使得从光源350到牙齿210的距离表示光源350和牙齿210之间的其它几何路径长度上的最小几何路径长度。因此，图5示出布置在光学配光单元101的表面处，或以其它方式布置以将光发射至配光单元101中的光源350。配光单元101可以由周围物体202覆盖。牙科材料230的层可以设置在牙齿210与配光单元101的输出表面201或周围物体202之间。配光单元101、周围物体202和牙科材料230的长度分别为L1、L2和L3。

热阻性Ri，即材料的单位面积热阻，由Ri＝L1/λ1+L2/λ2+L3/λ3确定，其中，λ1、λ2、λ3是与厚度相关的材料的热导率。在材料之一不是几何路径的一部分的情况下，简单地去除总和中的对应项。

假设总厚度L1＝0.6mm在一个没有周围物体202的实施例中对应于大约0.8mm的光程长度，热阻Ri＝0.6mm/0.3W/mK＝0.002(m^2K)/W。在这种情况下，将λ＝0.3W/mK的硅胶用于配光单元101。

其它材料的热阻的示例包括：

PMMA的λ＝0.167-0.25W/mK，

环烯烃共聚物(COP或COC)的λ＝0.12-0.15W/mK，

聚碳酸酯(PC)的λ＝0.19-0.22W/mK，

聚酯的λ＝0.17W/mK，

玻璃的λ＝0.17-0.8W/mK，

硅胶的λ＝0.3W/mK，

凝胶类牙科材料230的λ＝约0.06W/mK。

因此，厚度为0.1mm的美白凝胶层将有助于0.0016(m^2K)/W的附加热阻Ri。

这些数字和计算支持各种实施例低至0.001m2 K/W的最小热阻。

光源350可以可选地发射440～500nm光谱范围内的光，优选在440～470nm的范围内，例如456nm。光源优选具有大于40％的效率。

基于20mW/cm2＝200W/m2的最小辐照度Ir，可以假定牙齿温度T2为42.5摄氏度，从而确定光源附近的温度T1。这可以通过以下公式确定：

T1＝Ir Ri+T2，温度单位为开尔文。

基于口腔器件100包括由厚度为0.6mm的硅胶制成的配光单元101且没有周围物体202的示例，确定42.5摄氏度的最大牙齿温度T2对应的温度T1为大约43摄氏度(基于上述方程和数)。这表明，在20mW/cm2的辐照度下，不会在牙齿处产生42.5摄氏度以上的温度。

图7示出口腔器件100的实施例的透视剖视图。图7示出光学配光单元101、咬合部件102和密封结构103。如图所示，口腔器件100的上部和下部可以相对于彼此移位，从而使上部允许用户相对于下齿210b向前推动上齿210a。通过将口腔器件100成形为使得用户可以将其牙齿设置在正常的“覆咬合”位置，可以提高用户的舒适度。此外，口腔器件的上部和下部的壁可以向内朝牙齿210成角度，以改善牙科材料230的分布均匀性(未示出)。

虽然附图和以上描述中已经详细说明并描述了本发明，但这些说明和描述应视为说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。在实践所要求保护的发明的过程中，通过学习附图、公开内容及所附权利要求，本领域技术人员对于所公开实施例的其它变型是可以理解并实现的。在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足权利要求中所述的多项功能。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。计算机程序可以储存/分布在适当介质上，如与其它硬件一起供应或作为其一部分的光学存储介质或固态介质，但也可以以其它形式分布，如经由因特网或其它有线或无线通信系统。权利要求中的任意附图标记不应理解为限制其范围。

Claims (12)

1.一种用于实施牙齿(210)的治疗的口腔器件(100)，所述口腔器件包括：

一个或多个光源(350)，被布置为照射牙齿，

具有输出表面(201)的光学配光单元(101)，其中，所述光学配光单元被布置为：在来自所述一个或多个光源的光线通过所述输出表面离开而到达所述牙齿之前，重新定向所述光线中的至少一部分光线，和/或将从所述输出表面射入所述光学配光单元中的散射光线重新定向回到所述输出表面，

其中，所述一个或多个光源和所述光学配光单元被布置为提供所述牙齿的大于20mW/cm²的辐照度，

其中，所述光学配光单元被布置为提供沿着从所述一个或多个光源到所述输出表面的热路径的至少0.001m² K/W的最小热阻。

2.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述光学配光单元被布置为提供来自所述一个或多个光源的所述光线到所述输出表面的至少0.8mm的最小光程长度。

3.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述光学配光单元包括间隔构件(501)，所述间隔构件被布置在所述输出表面处并且远离所述输出表面突出。

4.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述光学配光单元包括光重新定向结构(370)，所述光重新定向结构被布置为对来自所述一个或多个光源的所述光线的所述至少一部分光线进行重新定向，其中，所述光重新定向结构的至少一部分位于所述一个或多个光源和所述输出表面之间。

5.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，包括后反射器(363)，所述后反射器被布置为将经由所述输出表面被传输到透明的所述光学配光单元中的散射光线重新定向回到所述输出表面，其中，所述后反射器在透明的所述光学配光单元的后侧的至少一部分上延伸。

6.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述光学配光单元被布置为引起从所述一个或多个光源射入透明的所述光学配光单元中的所述光线中的至少一部分光线的全内反射，以使得在所述光线通过所述输出表面离开之前，重新定向来自所述一个或多个光源的所述光线中的至少一部分光线。

7.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述一个或多个光源被安装在支撑结构(360)上，所述支撑结构具有比所述光学配光单元的热阻更低的热阻。

8.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述一个或多个光源被布置为使得相邻的光源间隔至少3mm并且至多8mm。

9.根据权利要求1所述的口腔器件(100)，其中，所述输出表面处的辐照度是基本上均匀的，从而使在65％的被照射牙齿处的辐照度与期望的辐照度的偏差不超过25％，并且在75％的被照射牙齿处的辐照度与期望的强度的偏差不超过15％。

10.根据权利要求1所述的口腔器件，其中，所述光学配光单元是透明的。

11.根据权利要求1所述的口腔器件，包括密封结构(103)，所述密封结构被布置为用于将所施加的牙科物质(230)保持在由所述输出表面、所述密封结构和所述牙齿的前侧(211)限定的空间内。

12.根据权利要求11所述的口腔器件，其中，所述密封结构由反射性的以将光重新定向回到所述牙齿的所述前侧的材料制成。

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