CN111067644B - 牙科矫治器械的设计方法和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种牙科矫治器械的设计方法，包括获取初始牙颌数字模型；设计具有特征信息的上腭弓数字模型；生成具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型，以及设计牙科矫治器械。所述特征信息包括所述上腭弓数字模型的尺寸信息及预设位置信息，所述上腭弓的预设位置信息为上腭弓的两端设于所述初始牙颌数字模型后牙区舌侧龈缘处或舌侧邻近龈缘处，使得所述牙科矫治器械与牙齿作用时，所述上腭弓能够通过形变诱发上颌腭中缝骨沉积颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在与所述牙科矫治器械的作用下颊舌侧向移动。本发明还提供了所述牙科矫治器械的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及牙科矫治器械的设计方法和制备 方法。
背景技术
在正畸医生的接诊使用者中，拥挤是常见的临床表现，虽然目前常用的矫 治设计为拔牙，邻面去釉，推磨牙向远中或者唇倾牙齿等方法提供间隙。但还 有一部分使用者，拥挤主要表现为牙弓宽度不足，在牙弓宽度打开后，拥挤就 会得到改善。扩弓治疗是牙弓宽度不调的常见矫治方法，常见的扩弓方法有固 定扩弓器扩弓，四眼簧扩弓，骑士弓扩弓，种植钉辅助扩弓，外科手术辅助扩 弓等。隐形矫治器也有一定的扩弓能力，以往有研究显示将螺旋扩弓簧结合隐 形矫治器进行扩弓，也取得了不错的疗效。
然而，以上矫治方式大都为固定矫治采用的方式，这种方式不仅对使用者 口腔的损伤较大，还使使用者的体验感和舒适感较差。另外，在进行上述矫治 过程操作时，需要在使用者使用时将扳手伸进口内装置小孔内进行扩弓操作， 这大大增加了使用者扩弓的不便，也容易在操作时小扳手掉入口内造成呼吸道 阻塞等风险。传统的四眼簧扩弓器等因为其金属部件容易压迫粘膜，常常给使 用者造成不适感。隐形牙齿矫治器由于其佩戴舒适可摘戴，并且美观，被越来 越多的人选择，隐形牙齿矫治器本身也具有部分扩弓的作用，但由于扩弓力较 小，扩弓效果差，磨牙要依次前后扩弓，使得扩弓周期延长。因此，如何将传 统扩弓功能矫治效果与隐形矫治器结合并能够达到相同或更佳的矫治效果，或 者对隐形矫治器进行结构改进以达到扩弓矫治器相同或更佳的矫治效果，是丞 待解决的问题。
因此，有必要开发新型的牙科矫治器械的设计方法和制备方法以避免现有 技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供牙科矫治器械的设计方法和制备方法，以使形 成的牙科矫治器械的上腭弓能够通过形变诱发上颌腭中缝骨沉积颊舌侧向扩 增，后牙区牙齿能够在与所述牙科矫治器械的壳状本体的作用下颊舌侧向移动。
为实现上述目的，本发明的牙科矫治器械的设计方法包括：
获取初始牙颌数字模型，所述初始牙颌数字模型包括上腭部数字模型；
基于所述初始牙颌数字模型设计具有特征信息的上腭弓数字模型，其中所述 特征信息包括所述上腭弓数字模型的尺寸信息及预设位置信息，所述上腭弓的 预设位置信息为上腭弓的两端设于所述初始牙颌数字模型后牙区舌侧龈缘处或 舌侧邻近龈缘处；
基于所述初始牙颌数字模型和所述具有特征信息的上腭弓数字模型，生成具 有上腭弓数字模型的牙颌数字模型；
基于所述具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型设计牙科矫治器械，以使所述 牙科矫治器械包括具有容纳上颌牙列的空腔的壳状本体，及所述牙科矫治器械 左右两侧后牙区舌侧龈缘处或邻近龈缘处连接设置的上腭弓；
所述牙科矫治器械与牙齿作用时，所述上腭弓通过形变使上颌腭中缝骨沉积 颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在与所述牙科矫治器械的作用下颊舌侧向移动。
优选的，设计所述牙科矫治器械左右两侧后牙区舌侧间距与对应左右两侧后 牙区牙齿舌侧间距不同。
优选的，所述上腭弓还设有增强所述上腭弓扩张或收缩的加强部。
进一步优选的，所述加强部设计为位于所述上腭弓且与上腭的弯曲弧度一致 或不同的至少一个加强脊。
进一步优选的，所述加强脊设计为脊高与抗弯截面系数成正比。
进一步优选的，所述加强脊设计为矢状面近远中方向的截面间断或连续。
进一步优选的，所述加强脊横断面近远中方向的截面为沿所述上腭弓横断面 上下设置、沿所述上腭弓横断面以上设置或沿所述上腭弓横断面以下设置。
进一步优选的，单个所述加强脊横断面近远中方向的截面为弧形或半封闭的 多边形。
优选的，设计所述上腭弓的刚度大于所述壳状本体容纳上颌牙齿区域的刚 度。
进一步优选的，所述上腭弓设计为与所述壳状本体的厚度、硬度、材料和层 数特征中的至少一种不同。
优选的，所述上腭弓设计为多层结构，所述多层结构的相邻两层之间还设有 加强弓丝。
优选的，所述上腭弓设计为包括腭侧面和舌侧面，所述腭侧面与上腭间的距 离为1-2mm。
优选的，所述上腭弓还设有调节所述上腭弓扩张或收缩的调节部。
进一步优选的，所述调节部设计为弹性伸缩结构，所述弹性伸缩结构的伸缩 方向为颊舌侧方向。
优选的，所述上腭弓设计为与所述壳状本体为一体成型结构。
优选的，所述上腭弓还设有颊舌侧方向扩张或收缩的且磁性相反的磁体。
优选的，还包括：获取第二初始牙颌数字模型以及根据所述第二初始牙颌数 字模型设计第二牙科矫治器械，以使所述第二壳状牙科器械为具有容纳第二牙 列的空腔的壳状，所述第二牙科矫治器械具有使牙齿从初始位置逐渐重新定位 至目标矫治位置的几何形状。
进一步优选的，设计系列的所述牙科矫治器械和所述第二牙科矫治器械，使 牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标矫治位置的几何形状。
本发明的牙科矫治器械的制备方法基于所述牙科矫治器械的设计方法设计 出来的牙科矫治器械进行相应的制备，所述制备方法包括热压成型或直接3D打 印。
通过本发明提供的牙科矫治器械的制备方法和设计方法，所带来的有益效 果如下：
所述牙科矫治器械的设计方法中，基于所述初始牙颌数字模型设计的上腭 弓数字模型中具有的特征信息包括所述上腭弓数字模型的尺寸信息及预设位置 信息，且所述上腭弓的预设位置信息为上腭弓的两端设于所述初始牙颌数字模 型后牙区舌侧龈缘处或舌侧邻近龈缘处，使得所述牙科矫治器械与牙齿作用时， 所述上腭弓能够通过形变诱发上颌腭中缝骨沉积颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在 与所述牙科矫治器械的作用下颊舌侧向移动，上腭弓对后牙区牙齿可以进行颊 舌侧方向距离的扩增或缩减。上腭弓与隐形牙齿矫治器结合不仅使使用者摘戴 方便和佩戴舒适，还能够具有相应的矫治效果。所述牙科矫治器械的设计方法 还包括设计系列的不同牙科器械套组，不仅能够对牙齿弓形进行调整，同时还 能够对牙齿进行矫治，使得牙齿由初始位置向目标位置移动。所述牙科矫治器 械的制备方法基于所述牙科矫治器械的设计方法，采用包括热压成型或直接3D 打印的方法进行相应的制备，不仅使得最终制备出的牙科矫治器械达到预计的 矫治效果，还更加贴合患者口腔内的实际口腔状况，达到个性化制备。
附图说明
图1为本发明实施例的牙科矫治器械的设计方法流程图；
图2a为本发明经实施例1的设计方法和制备方法得到的第一牙科矫治器械的结构示意图；
图2b为本发明实施例1的第一牙科矫治器械沿图2a所示的A方向的结构示意 图；
图3为使用者佩戴图2a所示的第一牙科矫治器械后，第一上腭弓与使用者上颚 之间距离的示意图；
图4为本发明经实施例2的设计方法和制备方法得到的第二牙科矫治器械的结 构示意图；
图5a为本发明经实施例2的设计方法和制备方法得到的三个弧形加强脊和第一上腭弓组成的结构沿近远中方向的截面的示意图；
图5b为本发明经实施例3的设计方法和制备方法得到的三个弧形加强脊和第一上腭弓组成的结构沿近远中方向的截面的示意图；
图5c为本发明经实施例4的设计方法和制备方法得到的连续加强脊与第一上腭弓组成的结构沿近远中方向的截面的示意图；
图6a为本发明经实施例5的设计方法和制备方法得到的第三牙科矫治器械的结构示意图；
图6b为图6a所示的月牙形加强脊的结构示意图；
图7为本发明经实施例6的设计方法和制备方法得到的第四牙科矫治器械的结 构示意图；
图8为本发明经实施例7的设计方法和制备方法得到的第五牙科矫治器械的结 构示意图；
图9为本发明经实施例8的设计方法和制备方法得到的第六牙科矫治器械的结 构示意图；
图10为本发明经实施例9的设计方法和制备方法得到的第七牙科矫治器械的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图， 对本发明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 是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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 属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应 当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的 “包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面 列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种牙科矫治器械的设计方 法，以便于获取包括壳状本体和上腭弓的牙科矫治器械，所述上腭弓用于使牙 弓形态重塑，所述壳状本体用于容纳使用者的上颌牙齿。
本实施例中提及的“后牙区”根据北京大学医学出版社出版的《口腔医学导 论》第2版第36-38页中对于牙齿的分类进行定义，包括前磨牙以及磨牙，以 FDI标记法显示为4-8的牙齿。
图1为本发明实施例的牙科矫治器械的设计方法流程图。
参照图1，所述第一牙科矫治器械的设计方法包括：
S1：获取包括上腭部数字模型的初始牙颌数字模型；
S2：基于所述初始牙颌数字模型设计具有特征信息的上腭弓数字模型；
S3：基于所述初始牙颌数字模型和所述具有特征信息的所述上腭弓数字模型 生成具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型；
S4：基于所述具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型设计牙科矫治器械。
本发明实施例还提供了牙科矫治器械的制备方法，所述制备方法是基于所述 牙科矫治器械的设计方法设计出来的牙科矫治器械进行的相应制备，所述制备 方法包括热压成型或直接3D打印。
实施例1
本发明实施例1的所述步骤S1中，对使用者进行口内扫描，扫描的范围涵 盖使用者的上颚和上牙弓，以获取包括所述上腭部数字模型的所述初始牙颌数 字模型。
本发明一些实施例中，采用医用硅胶材料对使用者进行口内取模以获取实体 印模模型，所述实体印模模型包括上腭印模和上颌印模；将所述实体印模模型 转化为实体阳模模型后，扫描所述实体阳模模型，以获取包括所述上腭部数字 模型的所述初始牙颌数字模型。
本发明实施例1的所述步骤S2中，所述特征信息包括所述上腭弓数字模型 的尺寸信息和预设位置信息。所述上腭弓的预设位置信息为上腭弓的两端设于 所述初始牙颌数字模型后牙区舌侧龈缘处或舌侧邻近龈缘处。
具体的，参考包括所述上腭部数字模型的所述初始牙颌数字模型以及使用者 的其他必要医疗信息确认使用者的矫治需求，再根据所述矫治需求制定包括至 少一个矫治周期的矫治方案，所述上腭弓数字模型的尺寸信息和预设位置信息 是基于下一矫治周期需要达到的矫治效果而制定的。设计所述上腭弓的预设位 置信息为上腭弓的两端设于所述初始牙颌数字模型后牙区舌侧龈缘处或舌侧邻 近龈缘处，有利于所述牙科矫治器械与牙齿作用时，所述上腭弓能够通过形变 诱发上颌腭中缝骨沉积颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在与所述牙科矫治器械的作 用下颊舌侧向移动，上腭弓对后牙区牙齿可以进行颊舌侧方向距离的扩增或缩 减，以达到缩弓或扩弓的效果。
本发明实施例1的所述步骤S3中，基于所述初始牙颌数字模型和所述具有 特征信息的上腭弓数字模型，生成具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型；使得 牙颌数字模型上具有上腭弓数字模型，为后续设计牙科矫治器械时，提供模型 依据。
本发明实施例1的所述步骤S4中，基于所述具有上腭弓数字模型的牙颌数 字模型设计的牙科矫治器械包括具有容纳上颌牙列的空腔的壳状本体，及所述 牙科矫治器械左右两侧后牙区舌侧龈缘处或邻近龈缘处连接设置的上腭弓。
图2a为本发明经实施例1的设计方法和制备方法得到的第一牙科矫治器械 的结构示意图。图2b为所述第一牙科矫治器械沿图2a所示的A方向的结构示 意图。
本发明的实施例中，设计形成的所述上腭弓的两端分别部分连接于与所述壳 状本体左右两侧后牙区舌侧的龈缘处或邻近龈缘处。参照图2a和图2b，第一牙 科矫治器械1具有第一壳状本体11和第一上腭弓12。所述第一壳状本体11用 于容纳使用者的上颌牙齿，所述第一上腭弓12的一端部分连接于与所述第一壳 状本体11的右侧第二前磨牙111和右侧第一磨牙112相对应舌侧的龈缘处，另 一端部分连接于与所述第一壳状本体11的左侧第二前磨牙113和左侧第一磨牙 114相对应舌侧的龈缘处。
本发明一些实施例中，设计所述第一上腭弓12的两端分别部分连接于与所 述第一壳状本体11左右两侧后牙区舌侧的龈缘处；具体的说，所述第一上腭弓 12沿所述第一壳状本体11左右两侧后牙区舌侧龈缘处延伸连接。
本发明一些实施例中，设计所述第一上腭弓12的两端分别部分连接于所述 第一壳状本体11左右两侧后牙区舌侧的邻近龈缘处；具体的说，所述第一上腭 弓12沿所述第一壳状本体11左右两侧后牙区舌侧牙冠延伸连接，且所述第一 上腭弓12与所述第一壳状本体11的连接处未处于舌侧龈缘处。
本发明一些具体的实施例中，设计所述第一上腭弓12的一端部分连接于与 所述第一壳状本体11的左侧后牙区的任意一颗或多颗牙齿相对应的舌侧的龈缘 处或邻近龈缘，所述第一上腭弓12的另一端部分连接于所述第一壳状本体11 的右侧后牙区的任意一颗或多颗牙齿相对应的舌侧龈缘处或邻近龈缘。这里所 述的多颗牙齿可以是顺次排列的至少两颗牙齿，也可以是不连续排列的至少两 颗牙齿，当为不连续排列的至少两颗牙齿时，所述第一上腭弓12至少为两个。
本发明一些具体的实施例中，设计所述第一上腭弓12的两端分别与所述第 一壳状本体11左右两侧后牙区舌侧的接合处相对所述第一壳状本体11的牙中 线对称。
本发明实施例1中，设计所述第一壳状本体11左右两侧后牙区的舌侧间距 与对应左右两侧后牙区牙齿舌侧间距不同。对应左右两侧后牙区牙齿指使用者 佩戴所述第一壳状本体11后，分别容纳于所述第一壳状本体11的左右两侧后 牙区腔体中的牙齿。
具体的，设计所述第一壳状本体11左右两侧后牙区的舌侧间距大于对应左 右两侧后牙区牙齿舌侧间距，以使所述第一壳状本体11与使用者的牙齿相互作 用的同时，所述第一上腭弓12能够起到扩弓作用。
本发明一些实施例中，设计所述第一壳状本体11左右两侧后牙区的舌侧间 距小于对应左右两侧后牙区牙齿舌侧间距，所述第一壳状本体11与使用者的牙 齿相互作用的同时，所述第一上腭弓12能够起到缩弓作用。
本发明实施例1提供的所述牙科矫治器械的制备方法中，将所述第一壳状本 体11与所述第一上腭弓12一体化成型。所述一体化成型的方法为热压制备成 型或直接3D打印制备成型。
具体的，使用由同一医用材料构成的片材通过所述热压成型形成待处理的牙 科矫治器械，然后对所述待处理的牙科矫治器械进行自动激光切割或手工机械 切割，形成实体的所述第一牙科矫治器械1。
更具体的，通过调整所述片材不同部位的厚度或层数特征，使所述第一上腭 弓12与所述第一壳状本体11的厚度、硬度和层数特征中的至少一种不同，以 使所述第一上腭弓12的刚度大于所述第一壳状本体11的用于容纳使用者的上 颌牙齿区域的刚度，有利于所述第一上腭弓12对所述第一壳状本体11产生足 够的作用力，产生扩弓和缩弓的效果。
本发明一些实施例中，使用不同医用材料构成的片材通过所述热压成型分别 形成待处理的上腭弓和待处理的壳状本体，然后分别对所述待处理的上腭弓和 所述待处理的壳状本体进行人工切割，形成所述第一壳状本体11与所述第一上 腭弓12，最后将所述第一上腭弓12固定连接于所述第一壳状本体11，形成实 体的所述第一牙科矫治器械1。
具体的，将所述第一上腭弓12粘接固定于所述第一壳状本体11。
具体的，形成所述待处理的上腭弓的片材的厚度、硬度和层数特征中的至少 一种与形成所述待处理的壳状本体的片材不同，以使所述第一上腭弓12的刚度 大于所述第一壳状本体11的用于容纳使用者的上颌牙齿区域的刚度。
图3为使用者佩戴经实施例1的设计方法和制备方法得到的第一牙科矫治器 械后，第一上腭弓与使用者上颚之间距离的示意图。
参照图2a和图3，由于设计所述第一上腭弓12包括舌侧面121和腭侧面122， 使用者佩戴所述第一壳状本体11后，所述舌侧面121朝向使用者的舌部(图中 未标示)，所述腭侧面122朝向使用者的上颚21。
本发明一些实施例中，参照图3，所述腭侧面122表面的任意一点，如C1沿B方向延伸直至与所述上颚21朝向所述腭侧面122的表面相交于C2，所述腭 侧面122与所述上颚21之间的距离为C1与C2之间的距离h1。具体的，h1为 1-2mm，B方向为垂直于C1点的切面的方向。
使用者佩戴所述第一壳状本体11后，所述第一壳状本体11与使用者的牙齿 相互作用，同时所述第一上腭弓12能够通过形变诱发上颌腭中缝骨沉积，且所 述上颌腭中缝骨沉积的扩增方向朝向颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在与所述第一 壳状本体11的作用下使收容于所述第一壳状本体11的牙齿朝向颊舌侧向移动， 从而使所述第一上腭弓12实现对牙弓形态的重塑。
实施例2
本发明实施例2提供的设计方法与实施例1提供的设计方法的区别在于：所 述上腭弓设有增强所述上腭弓扩张或收缩的加强部。所述加强部为设于所述上 腭弓且与上腭的弯曲弧度一致或不同的至少一个加强脊。所述加强脊沿矢状面 近远中方向的截面为间断截面或连续截面，为连续截面时，所述加强脊能够产 生充足的作用力，从而达到扩弓或缩弓的效果。
图4为本发明经实施例2的设计方法和制备方法得到的第二牙科矫治器械的 结构示意图。
参照图2a和图4，第二牙科矫治器械3与所述第一牙科矫治器械1的主要区 别在于：所述第二牙科矫治器械3中，所述第一上腭弓12沿近远中方向设有第 一加强部，即沿E方向依次排列的第一弧形加强脊31、第二弧形加强脊32和第 三弧形加强脊33。每个弧形加强脊的排布方向从所述第一上腭弓12的一端与所 述第一壳状本体11的接合处的任意一点沿每个弧形加强脊所在的所述第一上腭 弓12的表面指向所述第一上腭弓12的另一端与所述第一壳状本体11的接合处 的任意一点。
参照图4，所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧 形加强脊33均形成于所述第一上腭弓12的腭侧面122。
本发明实施例2中，采用热压成型的方式或直接3D打印的方式使所述第一 弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33一体化成型 于所述第一上腭弓12。
本发明一些实施例中，首先采用直接3D打印的方式分别在上腭部模型上制 备所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33 的相应模型，然后将所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第 三弧形加强脊33的相应模型采用热压成型的方式形成于所述第一上腭弓12，之 后对经所述热压成型后形成的多余边角进行人工切割得到需要的牙科矫治器 械。
本发明一些实施例中，采用直接3D打印的方式使所述第一弧形加强脊31、 所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33的相应模型形成于所述第一 上腭弓12，之后对形成的结构进行打磨、抛光和清洗后得到需要的牙科矫治器 械。本发明另一些实施例中，对形成的结构进行打磨后直接清洗，得到需要的 牙科矫治器械。
本发明的一些实施例中，所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32 和所述第三弧形加强脊33分别成型或一体成型后再固定连接于所述第一上腭弓 12。具体的，所述固定连接的方式为粘接。
本发明实施例2中，设计所述加强脊横断面近远中方向的截面沿所述上腭弓 横断面以上设置。更具体的说，所述加强脊为沿所述上腭弓横断面以上设置， 且仅为上侧设置的加强脊。
本发明一些实施例中，单个所述加强脊横断面近远中方向的截面为弧形或半 封闭的多边形。更具体的说，所述截面的形状为锯齿形、波浪形、椭圆形和矩 形圆弧中的任意一种或多种。
图5a为本发明实施例2的三个弧形加强脊和第一上腭弓组成的结构沿近远 中方向的截面的示意图。
参照图5a，所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧 形加强脊33构成的第一加强部沿矢状面近远中方向的截面为间断截面，所述间 断截面的形状为半封闭的圆角矩形。所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加 强脊32和所述第三弧形加强脊33均为沿所述第一上腭弓12横断面以上设置且 均为单侧设置的加强脊，其凸起方向为由舌侧向腭侧凸起方向。
当所述加强脊沿矢状面近远中方向的截面为间断截面，将所述加强脊设于所 述上腭弓的腭侧面，所述加强脊的部分区域与使用者的上颚相接触。具体的， 所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33设 置于所述腭侧面122，所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述 第三弧形加强脊33的任意一种或多种的部分区域与使用者的上颚相接触，与使 用者上颚相接触的区域为多个非连续区域，以尽量减轻对使用者上颚的刺激， 提升佩戴体验。
参照图4和图5a，当使用者佩戴所述第二牙科矫治器械3后，所述第一壳状 本体11作用于使用者的牙齿，使所述第一上腭弓12的两端分别承受方向相反 的力F，所述第一上腭弓12表面上任一点至受力点的垂直距离为H。由于所述 第一上腭弓12表面上任一点至受力点的垂直距离为H不同，各点所承受的力矩 M也不同。具体的，由于M＝F×H，随着所述第一上腭弓12上任一点至受力点 的垂直距离H的增加，M线性增加。
为保证所述第一上腭弓12截面上的最大应力相等或相近，以最大程度提高 所述第一上腭弓12的抗弯曲强度，同时也最大限度的提高材料的利用率。参照 图4和图5a，定义每个加强脊距离所述第一上腭弓12与所述第一壳状本体11 连接处的最远距离的点至所述第一上腭弓12横断面的垂直距离为脊高。设计所 述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33的任 意一截面上的力矩M与抗弯截面系数W成正比。具体的，常数
为M/W，抗弯 截面系数
对于高为h，宽度为b的矩形，抗弯截面系数W＝b×h2/6， 保证不同截面的h的平方成线性增加趋势，这样来保证等应力。从而充分发挥 所述第一上腭弓12的刚度。
本发明一些实施例中，当使用者佩戴所述第二牙科矫治器械3，所述第一弧 形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33中的任意一种 的弯曲弧度与各自相对应的使用者上颚的弯曲弧度相同或不同。
本发明一些实施例中，所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和 所述第三弧形加强脊33均设置于所述第一上腭弓12的所述腭侧面122。所述第 一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32和所述第三弧形加强脊33的任意一 种不与使用者的上颚相接触，避免接触后患者佩戴的不适感。
本发明一些实施例中，将所述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32 和所述第三弧形加强脊33中的相邻两个弧形加强脊沿矢状向所述近远中方向的 间距设计为相同或不同，即所述加强脊可以均匀设置于所述上腭弓，也可非均 匀设置于所述上腭弓。
实施例3
本发明实施例3中，设计所述加强脊横断面近远中方向的截面为沿所述上腭 弓横断面以下设置。更具体的说，所述加强脊为沿所述上腭弓横断面以下设置， 且仅为下侧设置的加强脊。
图5b为本发明经实施例3的设计方法和制备方法得到的三个弧形加强脊和 第一上腭弓组成的结构沿近远中方向的截面的示意图。
参照图5b，第四弧形加强脊41、第五弧形加强脊42和第六弧形加强脊43 沿颊舌侧方向的设计情况分别与实施例2中所述第一弧形加强脊31、所述第二 弧形加强脊32以及所述第三弧形加强脊33沿颊舌侧方向的设置情况基本相同， 所述第四弧形加强脊41、所述第五弧形加强脊42和所述第六弧形加强脊43构 成的第二加强部沿近远中方向的截面为间断截面，所述间断截面的形状为半封 闭的弧形。所述第四弧形加强脊41、所述第五弧形加强脊42和所述第六弧形加 强脊43均为沿所述第一上腭弓12横断面以下设置且均为单侧设置的加强脊， 其凸起方向为由腭侧向舌侧凸起方向。
实施例4
本发明实施例4中，设计所述加强脊横断面近远中方向的截面沿所述上腭弓 横断面上下设置。更具体的说，所述加强脊横断面近远中方向的截面为沿所述 上腭弓横断面上下设置的正弦形状截面。
图5c为本发明经实施例4的设计方法和制备方法得到的连续加强脊与第一 上腭弓组成的结构沿近远中方向的截面的示意图。
参照图5c，连续加强脊44沿颊舌侧方向的设置情况与分别与实施例2中所 述第一弧形加强脊31、所述第二弧形加强脊32以及所述第三弧形加强脊33中 的任意一种沿颊舌侧方向的设置情况基本相同。所述连续加强脊44沿近远中方 向的截面为连续截面，所述连续截面的形状为波浪形。所述连续加强脊44为沿 所述第一上腭弓12横断面上下连续设置的加强脊。
实施例5
图6a为本发明经实施例5的设计方法和制备方法得到的第三牙科矫治器械 的结构示意图。图6b为图6a所示的月牙形加强脊的结构示意图。
参照图2a、图6a和图6b，第三牙科矫治器械5与所述第一牙科矫治器械1 的主要区别在于：所述第一上腭弓12的所述舌侧面121设有的若干月牙形加强 脊51，以构成所述第三牙科矫治器械5的加强部。
单个的所述月牙形加强脊51沿所述第一上腭弓12的第一边缘123的任意一 点沿所述月牙形加强脊51所在的所述第一上腭弓12的表面指向所述第一上腭 弓12的第二边缘124的任意一点；若干所述月牙形加强脊51的排布方向为颊 舌侧方向设置。
参照图6a和图6b，所述月牙形加强脊51由内凹曲面511和外凸曲面512延 伸并交汇形成。所述月牙形加强脊51沿颊舌侧方向的截面为非连续截面，所述 非连续截面的形状为半封闭的三角形。
实施例6
图7为本发明经实施例6的设计方法和制备方法得到的第四牙科矫治器械的 结构示意图。
参照图7，第四牙科矫治器械6具有第二上腭弓61，所述第二上腭弓61与 实施例2中所述第一上腭弓12的主要区别在于：所述第二上腭弓61中部具有 进一步朝向上颚弯曲的弯曲弓611，使所述第二上腭弓61沿设置方向的弯曲程 度变化不均匀。
另外，所述第二上腭弓61设有不规则弧形加强脊62，所述不规则弧形加强 脊62与实施例2的所述第三弧形加强脊33的主要区别在于：所述不规则弧形 加强脊62的中部具有进一步朝向上颚弯曲的弯曲弧形脊621，以适应所述弯曲 弓611的弯曲程度。
实施例7
本发明一些实施例中，所述上腭弓设有调节所述上腭弓扩张或收缩的调节 部。具体的，所述调节部为弹性伸缩结构，能够根据患者的矫治需求进行弹性 伸缩的调整。
图8为本发明经实施例7的设计方法和制备方法得到的第五牙科矫治器械的 结构示意图。
参照图8，第五牙科矫治器械7的设计方法与实施例1中所述第一牙科矫治 器械1的设计方法的主要区别在于：设计所述第五牙科矫治器械7的第三上腭 弓71由第一短弓711、第一弹性伸缩结构712以及第二短弓713顺次连接而成， 使所述第三上腭弓71朝向使用者的上颚弯曲，所述第一弹性伸缩结构712的伸 缩方向为颊舌侧方向，即图8所示的X1X2方向。
本发明实施例7中，将所述第一短弓711、所述第二短弓713与所述第一壳 状本体11采用热压成型的方法一体化成型后，再将所述第一弹性伸缩结构712 固定连接于所述第一短弓711与所述第二短弓713之间。
本发明一些实施例中，设计所述第一弹性伸缩结构712沿牙中线对称。
实施例8
图9为本发明经实施例8的设计方法和制备方法得到的第六牙科矫治器械的 结构示意图。
参照图9，第六牙科矫治器械8的设计方法与实施例7中所述第五牙科矫治 器械7的设计方法的主要区别在于：设计所述第六牙科矫治器械8的上腭弓由 第二弹性伸缩结构84和第三弹性伸缩结构85分隔成第三短弓81、第四短弓82 和第五短弓83。所述第二弹性伸缩结构84和所述第三弹性伸缩结构85的伸缩 方向均为颊舌侧方向。
本发明实施例8中，采用热压成型的方法形成包括所述第一壳体11以及所 述第六牙科矫治器械8的上腭弓的一体化结构，然后采用自动激光切割的方法 进行修整后得到所述第六牙科矫治器械8。
本发明一些实施例中，采用直接3D打印的方法制备所述第六牙科矫治器械 8。
本发明一些实施例中，采用热压成型的方法形成包括所述第一壳体11、所述 第三短弓81以及所述第五短弓83的一体化结构，并采用热压成型的方法形成 包括所述第四短弓82的压片，然后采用自动激光切割的方法分别对包括所述第 一壳体11、所述第三短弓81以及所述第五短弓83的一体化结构以及包括所述 第四短弓82的压片进行修整，最后将所述第二弹性伸缩结构84、所述第四短弓 82以及所述第三弹性伸缩结构85顺次固定连接至所述第三短弓81和所述第五 短弓83之间。
本发明一些实施例中，设计所述第二弹性伸缩结构84和所述第三弹性伸缩 结构85沿牙中线对称。
本发明一些实施例中，所述上腭弓设有颊舌侧方向扩张或收缩的且磁性相反 的磁体。所述磁体的设置方式请参考图7和图8中的弹性伸缩结构的设置方式。
本发明一些实施例中，所述弹性伸缩结构还可以为弹性体，如弹簧等。
本发明一些实施例中，设计所述上腭弓的至少一部分为多层结构。所述多层 结构的相邻两层之间设有加强弓丝。
实施例9
图10为本发明实施例9的第七牙科矫治器械的结构示意图。
参照图10，第七牙科矫治器械9的设计方法与实施例1中所述第一牙科矫治 器械1的设计方法的主要区别在于：设计所述第一上腭弓12的一端部分连接于 与所述第一壳状本体11的所述右侧第二前磨牙111和右侧第一前磨牙115相对 应舌侧的龈缘处，另一端部分连接于与所述第一壳状本体11的所述左侧第二前 磨牙113和左侧第一前磨牙116相对应舌侧的龈缘处。
本发明实施例的牙科矫治器械的设计方法还包括：获取第二初始牙颌数字模 型；根据所述第二初始牙颌数字模型设计应用于下颌牙齿的牙科矫治器械，以 使所述应用于下颌牙齿的牙科矫治器械为具有容纳第二牙列的空腔的壳状，所 述应用于下颌牙齿的牙科矫治器械具有使牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标 矫治位置的几何形状。
具体的，所述应用于下颌牙齿的牙科矫治器械与前述的所述第一牙科矫治器 械1、所述第二牙科矫治器械3、所述第三牙科矫治器械5、所述第四牙科矫治 器械6、所述第五牙科矫治器械7、所述第六牙科矫治器械8以及所述第七牙科 矫治器械9中的任意一种共同组成牙科器械套组。所述应用于下颌牙齿的牙科 矫治器械的壳状本体设置有若干容纳下颌牙齿的腔体。
本发明实施例的牙科矫治器械的设计方法还包括：设计系列的所述牙科矫治 器械和所述应用于下颌牙齿的牙科矫治器械，使牙齿从初始位置逐渐重新定位 至目标矫治位置的几何形状。
本发明一些实施例中，设计应用于第一矫治阶段的第一牙科器械套组和应用 于第二矫治阶段的第二牙科器械套组，所述第二矫治阶段在时间上位于所述第 一矫治阶段之后。
具体的，设计所述第二牙科器械套组的用于容纳下颌牙齿的壳状本体与所述 第一牙科器械套组的用于容纳下颌牙齿的壳状本体的几何形状不同，以使下颌 牙齿逐渐定位到所述第二矫治阶段所要达到的目标矫治位置，实现矫治效果。
设计所述第二牙科器械套组的用于容纳上颌牙齿的壳状本体与所述第一牙 科器械套组的用于容纳上颌牙齿的壳状本体的几何形状不同，以使上颌牙齿逐 渐定位到所述第二矫治阶段所要达到的目标矫治位置。且所述第二牙科器械套 组的用于容纳上颌牙齿的壳状本体所连接的上腭弓的弯曲弧度与所述第一牙科 器械套组的用于容纳上颌牙齿的壳状本体所连接的上腭弓的弯曲弧度不同，其 弯曲弧度随着矫治需求进行调整。
以图2a所示的所述第一牙科矫治器械1的设计方法为例，当需要通过所述 第一矫治阶段和所述第二矫治阶段达到扩弓的效果，设计应用于所述第二矫治 过程的所述第一牙科矫治器械1的所述第一上腭弓12的弯曲弧度大于应用于所 述第一矫治过程的所述第一上腭弓12的弯曲弧度。
当需要通过所述第一矫治阶段和所述第二矫治阶段达到缩弓的效果，设计应 用于所述第二矫治过程的所述第一牙科矫治器械1的所述第一上腭弓12的弯曲 弧度小于应用于所述第一矫治过程的所述第一上腭弓12的弯曲弧度。
本发明一些实施例中，所述牙科器械套组中的上腭弓还设有增强所述上腭弓 扩张或收缩的加强部，所述加强部为设于所述上腭弓且与上腭的弯曲弧度一致 或不同的至少一个加强脊，随着矫治过程的进行，设计不同牙科器械套组中的 加强脊的脊高逐渐减小，随着矫治过程的进行，扩弓或缩弓达到一定程度时， 仅需要对扩弓或缩弓的结果进行状态维持即可，因此可根据矫治过程的需要进 行加强脊脊高的调整。
所述加强脊的具体实现形式请参见前述的对所述第二牙科矫治器械3、所述 第三牙科矫治器械5和所述第四牙科矫治器械6的任意一种的加强部的叙述， 在此不做赘述。
本发明还提供了所述牙科矫治器械的制备方法，基于前述的设计方法对设 计出来的牙科矫治器械进行相应的制备，所述制备方法包括：热压成型的制备 方法或直接3D打印的方法。
在一种实施方式中，所述制备方法中的制作模块可以是增材制造机，采用 增材制造技术进行壳状牙科器械的制备，即采用3D打印技术将获得的符合要求 的壳状牙科器械有限元数字模型后直接打印成壳状牙科器械，3D打印技术可以 是立体光固化成型(StereolithographyAppearance，SLA)或数字光投影(Digital Light Processing，DLP)。
在另一种实施方式中，所述制备方法中的制作模块也可以是3D打印设备、 压膜设备、切割设备、抛光设备或清洗消毒设备中的任意一种或多种。具体制 备过程是首先通过3D打印技术将符合要求的数字化牙颌模型有限元数字模型 直接打印出来，然后在打印好的3D牙颌模型上进行压膜操作，最后再对压好膜 的壳状牙科器械进行切割、抛光清洗和消毒等步骤，最终制得壳状牙科器械。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来 说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解， 这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且， 在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。
Claims (13)
1.一种牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，包括：
获取初始牙颌数字模型，所述初始牙颌数字模型包括上腭部数字模型；
基于所述初始牙颌数字模型设计具有特征信息的上腭弓数字模型，其中所述特征信息包括所述上腭弓数字模型的尺寸信息及预设位置信息，所述上腭弓的预设位置信息为上腭弓的两端设于所述初始牙颌数字模型后牙区舌侧龈缘处或舌侧邻近龈缘处；
基于所述初始牙颌数字模型和所述具有特征信息的上腭弓数字模型，生成具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型；
基于所述具有上腭弓数字模型的牙颌数字模型设计牙科矫治器械，以使所述牙科矫治器械包括具有容纳上颌牙列的空腔的壳状本体，及所述牙科矫治器械左右两侧后牙区舌侧龈缘处或邻近龈缘处连接设置的上腭弓；
所述上腭弓还设有增强所述上腭弓扩张或收缩的加强部，所述加强部设计为位于所述上腭弓且与上腭的弯曲弧度一致或不同的至少一个加强脊；
所述加强脊设计为脊高与抗弯截面系数成正比；
所述牙科矫治器械与牙齿作用时，所述上腭弓通过形变使上颌腭中缝骨沉积颊舌侧向扩增，后牙区牙齿在与所述牙科矫治器械的作用下颊舌侧向移动。
2.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，设计所述牙科矫治器械左右两侧后牙区舌侧间距与对应左右两侧后牙区牙齿舌侧间距不同。
3.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述加强脊设计为矢状面近远中方向的截面间断或连续。
4.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述加强脊横断面近远中方向的截面为沿所述上腭弓横断面上下设置、沿所述上腭弓横断面以上设置或沿所述上腭弓横断面以下设置。
5.根据权利要求4所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，单个所述加强脊横断面近远中方向的截面为弧形或半封闭的多边形。
6.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，设计所述上腭弓的刚度大于所述壳状本体容纳上颌牙齿区域的刚度。
7.根据权利要求6所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述上腭弓设计为与所述壳状本体的厚度、硬度、材料和层数特征中的至少一种不同。
8.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述上腭弓设计为多层结构，所述多层结构的相邻两层之间还设有加强弓丝。
9.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述上腭弓设计为包括腭侧面和舌侧面，所述腭侧面与上腭间的距离为1-2mm。
10.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，所述上腭弓设计为与所述壳状本体为一体成型结构。
11.根据权利要求1所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，还包括：
获取第二初始牙颌数字模型；
根据所述第二初始牙颌数字模型设计第二牙科矫治器械，以使所述第二牙科矫治器械为具有容纳第二牙列的空腔的壳状，所述第二牙科矫治器械具有使牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标矫治位置的几何形状。
12.根据权利要求11所述的牙科矫治器械的设计方法，其特征在于，设计系列的所述牙科矫治器械和所述第二牙科矫治器械，使牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标矫治位置的几何形状。
13.一种牙科矫治器械的制备方法，其特征在于，基于权利要求1-12中任一项所述的牙科矫治器械的设计方法设计出来的牙科矫治器械进行相应的制备，所述制备方法包括热压成型或直接3D打印。
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