CN111182848B - 包括定位构件的可移除牙科器具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可移除牙科器具，所述可移除牙科器具可包括被构造成至少部分地围绕多颗牙齿的器具主体。所述器具主体可以包括单一材料，所述单一材料限定被成形为接纳所述患者的至少一颗牙齿的壳体；与所述壳体一体形成的弹簧构件；以及与所述壳体一体形成的定位构件。所述弹簧构件可以被构造成接纳附连到所述至少一颗牙齿的附接件。所述弹簧构件可以被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时向所述附接件施加弹簧力，以引起所述至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。所述定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到所述定位构件而促进所述弹簧构件与所述附接件的接合。

Description

包括定位构件的可移除牙科器具
技术领域
本公开涉及基于聚合物的可移除牙科器具诸如矫治器托盘。
背景技术
正畸领域涉及重新定位患者的牙齿以改善功能和美学外观。正畸装置和治疗方法通常涉及施加力以将牙齿移动到适当的咬合构造或咬合。作为一个示例，正畸治疗可涉及使用被称为托槽的开槽器具，该开槽器具固定到患者的前牙、犬齿和双尖齿。弓丝通常安置在每个托槽的狭槽中，并且用作轨道来引导牙齿移动到期望的取向。弓丝的端部通常接纳在固定到患者的臼齿的被称作颊面管的器具中。此类牙科器具保持在患者口中，并且由正畸医生定期调节以检查该过程并保持对牙齿的适当压力，直到实现正确对齐。
正畸治疗还可涉及使用基于聚合物的牙齿矫治器托盘诸如透明托盘矫治器(CTA)。例如，使用CTA的正畸治疗可包括形成具有联接一颗或多颗牙齿的壳体的托盘。每个壳体可从牙齿的初始位置例如错位咬合位置变形。变形位置可以在初始位置和由正畸治疗产生的期望位置之间。CTA的相应壳体的变形位置可以向相应的牙齿施加朝向期望位置的力。
发明内容
本公开描述了可移除牙科器具(诸如矫治器托盘)以及制造所述可移除牙科器具的技术，所述可移除牙科器具包括器具主体，该器具主体包括形成在其中的定位构件，以促进该器具的弹簧构件与附连到牙齿的附接件的接合。
在一些示例中，本公开描述了一种可移除牙科器具，其包括器具主体，该器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿。该器具主体可以包括单一材料，该单一材料限定被成形为接纳患者的至少一颗牙齿的壳体；与该壳体一体形成的弹簧构件；以及与该壳体一体形成的定位构件。该弹簧构件可以被构造成接纳附连到至少一颗牙齿的附接件。该弹簧构件可以被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时向附接件施加弹簧力，以引起至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。该定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到定位构件而促进弹簧构件与附接件的接合。
在一些示例中，本公开描述了一种系统，该系统包括一组有序的可移除牙科器具，该组有序的可移除牙科器具被构造用于重新定位患者的一颗或多颗牙齿。该组可移除牙科器具中的至少一个可移除牙科器具包括器具主体，该器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿。该器具主体可以包括单一材料，该单一材料限定被成形为接纳患者的至少一颗牙齿的壳体；与该壳体一体形成的弹簧构件；以及与该壳体一体形成的定位构件。该弹簧构件可以被构造成接纳附连到至少一颗牙齿的附接件。该弹簧构件可以被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时向附接件施加弹簧力，以引起至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。该定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到定位构件而促进弹簧构件与附接件的接合。
在一些示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括形成患者的包括期望牙齿位置的牙科解剖结构的模型；以及基于该模型形成可移除牙科器具。该可移除牙科器具可包括器具主体，该器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿。该器具主体可以包括单一材料，该单一材料限定被成形为接纳患者的至少一颗牙齿的壳体；与该壳体一体形成的弹簧构件；以及与该壳体一体形成的定位构件。该弹簧构件可以被构造成接纳附连到至少一颗牙齿的附接件。该弹簧构件可以被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时向附接件施加弹簧力，以引起至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。该定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到定位构件而促进弹簧构件与附接件的接合。
在一些示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括通过计算装置接收患者的三维(3D)牙科解剖结构的数字表示，该牙科解剖结构提供患者的一颗或多颗牙齿的初始位置。该方法还可包括通过计算装置确定用于患者的可移除牙科器具的尺寸和形状。该可移除牙科器具可包括器具主体，该器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿。该器具主体可以包括单一材料，该单一材料限定被成形为接纳患者的至少一颗牙齿的壳体；与该壳体一体形成的弹簧构件；以及与该壳体一体形成的定位构件。该弹簧构件可以被构造成接纳附连到至少一颗牙齿的附接件。该弹簧构件可以被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时向附接件施加弹簧力，以引起至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。该定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到定位构件而促进弹簧构件与附接件的接合。该可移除牙科器具的尺寸和形状可包括：壳体的位置、尺寸和形状；附接件的位置、尺寸和形状；弹簧构件的位置、尺寸和形状；以及定位构件的位置、尺寸和形状。该方法还可包括通过计算装置将可移除牙科器具的表示传输到计算机辅助的制造系统。
在一些示例中，本公开描述了存储计算机系统可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，该计算机系统可执行指令在被执行时可将处理器配置为通过计算装置接收患者的三维(3D)牙科解剖结构的数字表示，该牙科解剖结构提供患者的一颗或多颗牙齿的初始位置。非暂态计算机可读存储介质还存储计算机系统还可执行指令，该计算机系统可执行指令在被执行时可将处理器配置为通过计算装置确定患者的可移除牙科器具的尺寸和形状。该可移除牙科器具可包括器具主体，该器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿。该器具主体可以包括单一材料，该单一材料限定被成形为接纳患者的至少一颗牙齿的壳体；与该壳体一体形成的弹簧构件；以及与该壳体一体形成的定位构件。该弹簧构件可以被构造成接纳附连到至少一颗牙齿的附接件。该弹簧构件可以被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时向附接件施加弹簧力，以引起至少一颗牙齿朝向期望位置的移动。该定位构件可以被构造成响应于定位力被施加到定位构件而促进弹簧构件与附接件的接合。该可移除牙科器具的尺寸和形状可包括：壳体的位置、尺寸和形状；附接件的位置、尺寸和形状；弹簧构件的位置、尺寸和形状；以及定位构件的位置、尺寸和形状。非暂态计算机可读存储介质还可存储计算机系统可执行指令，该计算机系统可执行指令在被执行时可将处理器配置为通过计算装置将可移除牙科器具的表示传输到计算机辅助的制造系统。
本公开的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中进行阐述。从说明书和附图、以及从权利要求书中，本公开的其它特征、目标和优点将显而易见。
附图说明
图1A、图1B、图1C和图1D示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图和横剖视图，该可移除牙科器具包括弹簧构件以接合患者牙齿上的附接件。
图2A、图2B和图2C示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图3A、图3B和图3C示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件和挠曲区域，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图4A、图4B和图4C示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括偏移定位构件，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图5A、图5B和图5C示出示例性可移除牙科器具的横剖视图，该可移除牙科器具包括定位构件，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图6A和图6B示出示例性可移除牙科器具的横剖视图，该可移除牙科器具包括第一可移除牙科器具，该第一可移除牙科器具包括第一定位构件，该第一定位构件被构造成向第二可移除牙科器具上的第二定位构件施加定位力，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图7A、图7B和图7C示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件和应力减低区域，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图8A和8B示出示例性可移除牙科器具的咬合视图和颊侧视图，该可移除牙科器具包括被偏压部分，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图9A、图9B和图9C示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括壳体、与附接件接合的弹簧构件以及定位构件，用于促进患者牙齿的移动。
图10A和图10B示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件和挠曲区域，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图11A和图11B示出示例性可移除牙科器具的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件和应力减低区域，用于促进弹簧构件与患者牙齿上的附接件的接合。
图12是示出示例性计算机环境的框图，在该示例性计算机环境中，诊所和制造设施在整个牙科器具制造过程中传送信息。
图13是示出生成数字牙齿结构数据的示例性过程的流程图。
图14是示出经由网络连接到制造设施以生成数字牙齿结构数据的客户端计算机的示例的框图。
图15是示出用于构造可移除牙科器具的示例性计算机辅助的制造系统的框图。
图16是示出在制造设施处开展的用于构造一组可移除牙科器具的过程的流程图。
图17是示出使用一组有序的可移除牙科器具进行的治疗的逐次迭代的流程图。
图18A和图18B示出可移除牙科器具的建模的弹簧构件的方向变形图和等效应力图。
具体实施方式
本公开描述了可移除牙科器具以及制造所述可移除牙科器具的技术，所述可移除牙科器具包括器具主体，该器具主体包括形成在其中的定位构件，以促进该器具的弹簧构件与附连到牙齿的附接件的接合。该器具主体包括限定至少一个壳体的单一材料、弹簧构件和定位构件。该至少一个壳体的形状被成形为接纳患者的至少一颗牙齿并且将该至少一颗牙齿推向期望位置。期望位置可以在至少一颗牙齿的初始位置与由正畸治疗产生的最终位置之间。弹簧构件被构造成接纳附接件并向附接件施加力以移动附接件所附连的至少一颗牙齿。响应于定位力被施加到定位构件，定位构件促进弹簧构件与附接件的接合。当可移除牙科器具被放置在患者的牙齿上时，可以通过施加定位力来定位弹簧构件，以促进弹簧构件与附接件的接合。例如，弹簧构件或器具主体的其他部分可响应于定位力被施加到定位构件而变形，以致使弹簧构件接合附接件。例如，定位力可以由相对牙弓的咬合面施加。通过经由定位构件促进弹簧构件与附接件的接合，可移除牙科器具与其他正畸治疗相比可增加患者的顺从性，并且改善对力矢量方向，量值或两者的控制，以相比其他正畸器具在缩短的治疗时间内实现牙齿的期望移动。
在一些示例中，通过将变形集中在弹簧构件中，相应的壳体可以保持与相应牙齿更高程度的接合。例如，当可移除牙科器具处于变形状态(例如，被患者佩戴)时，与不具有弹簧构件的可移除牙科器具相比，壳体可具有与相应牙齿的更多接触点、在相应牙齿上的更大接触表面积等。通过将力产生构件(弹簧构件)和接合构件(壳体)分开，可移除牙科器具可允许对施加到牙齿上的力进行更好的控制。
附加地或另选地，弹簧构件可以被构造成向附接件施加弹簧力，以引起可能对于不包括弹簧构件的矫治器托盘更难以实现的牙齿移动，诸如旋转，外凸，内凸等。例如，附接件和弹簧构件可以被定位和成形为向患者的至少一颗牙齿提供特定的力矢量。弹簧力可以以一定方向或量值施加到附接件，在不具有附接件和弹簧构件的情况下不可能以该方向或量值施加到牙齿表面。以这种方式，弹簧构件的使用可以改善对力矢量方向、量值或两者的控制，以相比其他正畸器具在缩短的治疗时间内实现期望的牙齿移动。
图1A至图1D示出示例性可移除牙科器具100的一部分的颊侧视图和横剖视图，该可移除牙科器具包括被构造成接合患者的牙齿101 上的附接件106的弹簧构件104。可移除牙科器具100可包括矫治器托盘，诸如透明托盘矫治器。图1A示出围绕患者的三颗前牙101、103 和105的可移除牙科器具100的一部分的颊侧视图，其中这三颗牙齿处于初始位置，例如错位咬合位置。图1B示出围绕患者的三颗前牙 101、103和105的可移除牙科器具100的一部分的颊侧视图，其中这三颗牙齿处于期望位置，例如，正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具100实现的中间位置。图1C示出围绕前牙101的可移除牙科器具100的一部分的横剖视图，其中牙齿101处于初始位置。图1D示出围绕前牙101的可移除牙科器具100的一部分的横剖视图，其中牙齿101处于期望位置。
可移除牙科器具100包括器具主体102。器具主体102被构造成至少部分地围绕患者的上颌牙弓或下颌牙弓的多颗牙齿。多颗牙齿可包括前牙、后牙或其部分或组合。
器具主体102包括至少一个壳体110。在一些示例中，该至少一个壳体110可以围绕牙齿的颊侧、舌侧和咬合部分。在其他示例中，至少一个壳体110可围绕一颗或多颗牙齿的较少部分，例如，仅颊侧和舌侧部分，或者仅颊侧、舌侧或咬合部分中的一者。至少一个壳体110可以被成形为对应于至少一颗牙齿(例如，牙齿101、牙齿103或牙齿105中的一颗或多颗)的期望位置，例如，与至少一颗牙齿的当前位置不同的最终位置或中间位置。例如，如图1A和图1C所示，壳体110可以包括表面111，该表面限定壳体110内部的空隙，并且可以被成形为接纳牙齿101的至少一部分(例如，至少一个表面)。
在正畸治疗期间，壳体110和表面111可以限定牙齿101的移动极限。例如，当牙齿101被外凸时，牙齿101可移动通过由表面111 限定的空隙。当牙齿101接触表面111的至少一部分时，牙齿101可停止移动，这也可以对应于由弹簧构件104施加的弹簧力108下降到低于引起牙齿101移动所需的阈值力的位置。在一些示例中，如果牙齿101仅一部分接触表面111，而在其他地方保留有间隙，则可以在与表面111的接触点和弹簧力108之间形成联接。所产生的联接可引起牙齿101移动到与表面111更对准的位置。例如，牙齿101可以在交替平移和旋转的阶段中移动，直到牙齿101被完全接纳在与表面111 一致的位置。以这种方式，选择壳体110和表面111的形状可以使得能够控制力的位置以及牙齿101的所产生的移动。
器具主体102包括至少一个弹簧构件104，该至少一个弹簧构件被构造成接合附接件106。在一些示例中，附接件106附连到牙齿101 上，以提供可在其上施加力的抓握点诸如底切、突出部、旋钮、柄部等。在其他示例中，自然底切或抓握点诸如牙齿的高度弯曲部分(包括但不限于尖头顶端或颈部轮廓)可以限定附接件106。一般来讲，可以选择附接件106以促进器具主体102在患者的牙弓上的接合和固定。例如，附接件106可以限定倾斜形状，例如三角形形状，其具有附连到牙齿的第一表面、大致垂直于牙齿表面延伸的第二表面、以及从牙齿表面以一定角度延伸到第二表面的第三表面(例如，斜面)。倾斜附接件可以包括任何合适的形状。弹簧构件104与倾斜附接件的接合可以由壳体110在弹簧构件的至少一部分在倾斜附接件106的第二表面上行进时的变形以及壳体110在凹槽112接合倾斜附接件的至少一部分时的至少部分松弛而产生。在一些示例中，凹槽112可部分地接合倾斜附接件，使得当器具主体朝向未变形构型移动时凹槽112沿斜面向下行进。
选择第一和第二倾斜附接件106的形状可以控制弹簧力108的表现的量值或长度，并且可以控制牙齿移动。例如，倾斜附接件的大小可能会影响弹簧力108的量值。例如，增加倾斜附接件的尺寸(例如，前庭-舌侧尺寸)可导致壳体110的较大变形以及弹簧力108较大量值。相反，较小的倾斜附接件导致壳体110的较小变形以及弹簧力108较小量值。类似地，相对于垂直于牙齿表面的平面具有更锐化角度的倾斜附接件可以减小倾斜附接件与弹簧构件104之间的摩擦，以将更多的弹簧力108传递到牙齿101。然而，具有更锐化角度的倾斜附接件可减小力的表现的总长度，例如，与不太锐化的斜坡形状相比，更锐化的斜坡形状可能不会使牙齿101移动的更远。通过选择倾斜附接件的形状，可移除牙科器具100可以控制弹簧力108的表现的量值和长度。
选择倾斜附接件的取向可以控制弹簧力108的方向，并且可以控制牙齿移动。例如，使倾斜附接件的倾斜面朝向牙齿101的咬合面取向可导致内凸。作为另一示例，使倾斜附接件的倾斜面相对于牙齿101 朝向近中或远侧方向取向可导致平移或倾斜。通过选择倾斜附接件的数量，一个或多个倾斜附接件的取向，一个或多个倾斜附接件与相应的弹簧构件的接合位置以及壳体110的形状，可移除牙科器具100可以被构造成控制施加到牙齿101的力的方向。
在一些示例中，弹簧构件104与至少一个壳体110成一体。弹簧构件104可包括器具主体102的在弹簧构件104与附接件106接合时可变形的区域。例如，弹簧构件104可以包括由图4A和图4C中的虚线指示的区域。在其他示例中，弹簧构件104包括与器具主体102一体形成以从铰链轴延伸的可弯曲翼片(例如，悬臂梁)。一般来讲，相应的可弯曲翼片可以从沿相应壳体的任何部分延伸的相应铰链轴在任何方向上延伸。例如，可弯曲翼片可以从靠近器具主体102的咬合部分的铰链轴延伸。器具主体102可以限定翼片边界区域，该翼片边界区域从铰链轴上的第一端点(围绕可弯曲翼片)延伸到铰链轴上的第二端点。与器具主体102的周围部分相比，翼边界区域可包括剪切应力和拉伸应力减小的区域，例如切口、狭缝、多个穿孔、弹性体材料、低模量材料、至少一个弓形位移和器具主体102的较薄区域中的至少一者。至少一个弓形位移可以包括例如围绕翼片边界区域109C的至少一部分延伸的弹簧波纹管(例如，材料带)或联接到壳体和可弯曲翼片的至少一个跨接片(例如，材料棒)。弓形位移可以由与壳体相同的材料制成，并且形状可以是弓形、正弦曲线形、锯齿形或其他折叠横截面(在与相切于翼片边界区域的平面和壳体的表面两者垂直的平面中)中的至少一者。该弓形位移可以与壳体104C一体形成。通过包括剪切应力和拉伸应力减低的区域，翼片边界区域可允许可弯曲翼片在舌侧方向上偏转，覆盖翼片边界区域的至少一部分以减少食物颗粒或牙菌斑在翼片边界区域或器具主体102的其他部分或两者中的累积。
弹簧构件104可包括凹槽112以与附接件106接合。凹槽112可以被定位和成形为接纳附接件106的至少一部分。例如，器具主体102 包括限定凹槽112的凹陷部，凹槽112可以延伸到器具主体102的至少一部分中，凹槽112可以基本上延伸穿过器具主体102等。在其中凹槽112基本上延伸穿过器具主体102的示例中，器具主体102可以包括被构造成至少部分地在凹槽112上延伸的弹簧构件盖。弹簧构件盖可以减少食物颗粒或牙斑块在凹槽112中的累积。弹簧构件盖可以包括与器具主体102相同的材料，或者不同的、优选较低模量的材料。包括较低模量材料的弹簧构件盖可以被构造成覆盖基本上延伸穿过器具主体102的凹槽112，并且当弹簧构件104变形时容易地变形。凹槽 112可以使弹簧构件104能够与附接件106接合。
凹槽112可以被定位和成形为遵循可移除牙科器具100的齿龈边缘。例如，凹槽112可以从可移除牙科器具100的边缘经受恒定的偏移。以这种方式，器具主体102可以限定具有恒定高度和厚度两者的材料条带(例如，弹簧构件104的齿龈部分)。在一些示例中，条带的横截面的长径比可以减小，使得条带的高度基本上等于或小于条带的厚度。条带的形状和位置可被选择为实现以下效果中的至少一种：减小条带变形时条带中的扭转；通过减小条带沿其长度的横截面积改善条带在张紧状态下的弹性；以及通过遵循齿龈边缘的弓形或正弦曲线路径来改善条带的弹性。
在其中弹簧构件104包括可弯曲翼片的示例中，可弯曲翼片可包括靠近翼片的与铰链轴相对的边缘(例如，可弯曲翼片的自由端)的凹槽112。例如，粘结在齿龈边缘附近的附接件106可包括在齿龈侧上的底切，该底切被构造成与在可弯曲翼片的自由端附近的凹槽112接合，该可弯曲翼片从靠近器具主体102的咬合部分的铰链轴延伸。可弯曲翼片可包括沿着可弯曲翼片的咬合端部和齿龈端部之间的中间区段的至少第二铰链轴。第二铰链轴可以平行于第一铰链轴。第一铰链轴和第二铰链轴导致可弯曲翼片在静止位置时的波形或锯齿形构造。例如，第一铰链轴可以导致可弯曲翼片在静止位置的颊侧位移，而第二铰链轴可以导致可弯曲翼片在静止位置的舌侧位移。可弯曲翼片可被构造成在可弯曲翼片变形以使凹槽112与附接件106接合时变直成更平坦的构造。可弯曲翼片的齿龈边缘可略微倾斜或上翻，附接件106 的咬合边缘可以倾斜，或两者均倾斜，以在可弯曲翼片变形以使凹槽 112与附接件106接合时减少当可弯曲翼片的齿龈边缘在附接件106的咬合边缘上行进时的冲突。例如，响应于施加到可弯曲翼片的力(例如，在颊侧至舌侧方向上朝向牙齿的颊侧表面的手指压力)，可弯曲翼片展开或变平以在齿龈方向上延伸，以使凹槽112与附接件106对准，并且附加的力可用于使凹槽112与附接件106接合。指甲或辅助工具可用于提起可弯曲翼片以使凹槽112与附接件106脱离接合。
如图1A和图1B所示，凹槽112可以包括基本上垂直于弹簧力108 的方向延伸的第一尺寸114和基本上平行于弹簧力108的方向延伸的第二尺寸116。在一些示例中，第一尺寸114可以大于第二尺寸116。例如，凹槽112可被成形为细长狭槽、椭圆形、矩形等。在其他示例中，第一尺寸114和第二尺寸可以基本上类似。例如，凹槽112可以被成形为圆形、正方形等。在其他示例中，凹槽112可以包括其他规则或不规则形状。凹槽112可以包含用于防止附接件(及其对应的牙齿)在狭槽中的不期望的移动(例如，横向漂移)的特征部，诸如突出部或凹口。在一些示例中，凹槽112可以包括至少一个(诸如两个) 应力集中降低特征部。例如，凹槽112的端部可包括应力集中降低圆。当弹簧构件104变形以与附接件106接合时，应力集中降低特征部可以减少器具主体102的撕裂或破裂。
在一些示例中，凹槽112相对于附接件106的形状和位置可影响弹簧力108的方向或量值。例如，当器具主体102处于未变形状态时，凹槽112可定位成远离附接件106，使得当器具主体102变形以使弹簧构件104与附接件106接合时，弹簧构件104向附接件106施加更大量的力。作为另一个示例，凹槽112的第一尺寸114可以被定位成平行于牙齿的咬合平面(例如，如图4A和图4B所示)。通过将第一尺寸114定位成平行于牙齿的咬合平面，弹簧构件104可以在附接件106 上施加基本上垂直于咬合平面的弹簧力108，以在附接件106上产生力，这可在可移除牙科器具100被患者佩戴时对牙齿101产生基本上外凸 (或内凸)的力，具体取决于在未变形状态下弹簧构件104位于附接件106的咬合侧还是齿龈侧。作为另外的示例，凹槽112的第一尺寸 114可以相对于牙齿的咬合平面成一定角度定位，以向附接件106提供力，该力可以引起牙齿101上的旋转、平移、外凸、内凸、倾斜或扭转力中的至少一者。
在其他示例中，弹簧构件104可以包括从器具主体102朝向牙齿 101的表面向外延伸的突出部，而非凹槽112。突出部可以被构造成接合附接件106。例如，突出部可以包括被成形为接合附接件106的凸缘。突出部可以被成形、定位或包括尺寸，以控制施加到附接件106的力 108的方向、量值或两者，如上面关于凹槽112所述。
在一些示例中，当弹簧构件104初始接合附接件106时，器具主体102的至少一部分，例如弹簧构件104的至少一部分可能会变形。通过使器具主体102的至少一部分变形，弹簧构件104可以将弹簧力 108施加到附接件106。例如，弹簧力108至少部分地源自弹簧构件104 的变形(例如，偏转)，该弹簧构件包括在器具主体102的边缘与凹槽112之间延伸的器具主体102的条带。弹簧构件104的长径比可以较高，例如，弹簧构件104的高度(即在咬合齿龈方向上)可以比其宽度(即在唇舌方向上)大得多。当弹簧构件104变形以与附接件106 接合时，弹簧构件104可以从咬合齿龈平面移位。例如，除了在咬合齿龈方向上弯曲之外，弹簧构件104还可以在唇舌方向上远离牙齿扭曲。在一些示例中，弹簧构件104的咬合边缘通过在附接件106上的底切保持固定。弹簧构件104的边缘在其扭曲时可以抵靠附接件106 旋转至多90度或更大。弹簧构件104的扭曲可以在附接件106上产生力，该力至少部分地贡献弹簧力108的所产生的量值、弹簧力108的方向或两者。另外，弹簧构件104的至少一部分可以处于张紧状态。弹簧构件104的张紧可以在附接件106上产生力，该力至少部分地贡献弹簧力108的所产生的量值、弹簧力108的方向或两者。这样，弹簧构件104可以被构造成将具有特定方向和量值的弹簧力108施加到附接件106。弹簧力108可导致牙齿101上的对应旋转力、平移力、外凸力、内凸力、倾斜力或扭转力中的任何一者或多者。通过经由弹簧构件104的变形施加力108，与不具有弹簧构件104的CTA相比，与壳体110相邻的相应壳体可以更好地接合相应的牙齿。这样，可移除牙科器具100可以使相应牙齿与相应壳体的接合以及施加到相应牙齿的力脱离，以改善对力矢量方向、量值或两者的控制，从而相比不具有弹簧构件104的CTA在缩短的治疗时间内实现期望的牙齿移动。附加地或另选地，弹簧构件104可被构造成将弹簧力施加到附接件106 以引起牙齿101的一种或多种移动诸如旋转、外凸、内凸等，一种或多种移动对于不包括弹簧构件104的矫治器托盘可能更难实现。
器具主体102可包括聚合物材料诸如任何一种或多种合适的聚合物。合适的聚合物可包括但不限于：(甲基)丙烯酸酯合物；环氧树脂、有机硅；聚酯；聚氨酯；聚碳酸酯；巯基-乙烯基聚合物；丙烯酸酯聚合物，诸如氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚环氧烷二(甲基)丙烯酸酯、烷烃二醇二(甲基)丙烯酸酯、脂族(甲基)丙烯酸酯、硅氧烷(甲基) 丙烯酸酯；聚对苯二甲酸乙二醇酯基聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)；聚丙烯；乙烯-乙酸乙烯酯；等等。在一些示例中，器具主体102可以包括单一聚合物材料，该单一聚合物材料形成器具主体102的至少一个壳体110、弹簧构件104和定位构件。例如，可移除牙科器具100可以包括单种连续聚合物材料。在其他示例中，器具主体102可以包括多层材料。多层材料可以包括多层的单种材料例如单种聚合物，或多层的多种材料例如两种或更多种聚合物、聚合物和另一种材料。多层材料可使器具主体102的一个或多个部分能够由具有不同弹性模量的多个层形成，以使得能够选择弹簧构件104的力特性。
可使用任何合适的技术将器具主体102形成为期望的形状。在一些示例中，可以使用热成型模具工艺将器具主体102形成为患者牙齿的期望位置的形状。例如，患者牙科解剖结构的至少一部分的模具塞或阳性模型可使用合适的技术形成，诸如通过3D打印、铣削、浇注印模浇铸或者在蜡中设定分段齿，其中牙齿的位置被设定到下一个增量位置。模具塞或阳性模型可包括附接件106的类似物，其导致在器具主体102中形成凹陷、在器具主体102中形成引导件等。例如，类似物可以复制附接件106的至少一个特征部，可以从附接件106的实际表面偏移或缩放以在托盘中留出空间用于在托盘被安置在患者的牙齿上时接纳实际附接件，可以添加或省略特征部(例如，底切)等。作为另一个示例，该类似物可以产生可用于手动或自动地在器具主体102 中切割或蚀刻凹槽112的引导件。用于形成器具主体102的材料的片材可被加热至其玻璃化转变温度(或以上)，在牙齿模型上悬垂并经受空气压差，使得比与模型相邻的内表面向片材的外表面施加更高的压力。压差使片材适形于牙齿模型的表面，并且通过保持压差直至片材冷却至低于其玻璃化转变温度来保持形状。在冷却期间或之后，可手动或自动地(例如，通过CNC铣削、激光加工等)修整器具主体102 以形成至少一个凹槽112和至少一个弹簧构件104中的至少一者。
在其他示例中，三维(3D)打印或增材制造可用于形成器具主体 102。例如，可使用例如口内扫描仪来产生患者的牙齿的数字3D表示。然后可基于牙齿的期望位置的数字表示使用3D打印机直接制备器具主体102。3D打印工艺可产生由轮廓线或“梯级台阶”(也称为混叠效应)标记的纹理化表面，这在口腔应用中由于感官感觉差而不太理想。由于混叠，通过3D打印形成的器具主体102可散射光并降低聚合物材料的透明度、允许生物膜形成或牙齿变色，并且增加与牙列中的相对表面的摩擦或干涉。另外，一些3D打印聚合物可能在口腔环境中降解。为了减少这些影响，可以以多种方式对通过3D打印形成的器具主体102进行后处理(包括用一种或多种涂层进行涂覆)，以影响主体的表面形态。例如，可用Parkar等人的标题为“WATER-RESISTANT POLYMER-BASED DENTAL ARTICLES”的共同未决的美国专利申请62/536,719中所述的防水聚合物涂覆可移除牙科器具，该专利申请的内容通过引用方式整体并入本文。
可移除牙科器具100的厚度可以在约0.10毫米至约2.0毫米之间，诸如在约0.2毫米至约1.0毫米之间，或者在约0.3毫米至约0.75毫米之间。在一些示例中，可以改变限定可移除牙科器具100的特征部的器具主体102的厚度以实现更合适的定制力，这些特征部包括但不限于弹簧构件104、壳体110、表面111或凹槽112。例如，器具主体102 的厚度可以在弹簧构件104附近或之中增加。对于弹簧构件104与附接件106接合所需变形的给定长度，增加弹簧构件104附近的厚度可增加弹簧构件104可施加到附接件106的力的量。类似地，器具主体 102的厚度可以在弹簧构件104附近或之中减小。可以使用CNC铣削或激光机加工选择性地减小器具主体102的厚度。例如，CNC铣削或激光机加工可从器具主体102上的选定位置移除至少选定厚度的材料，以提高柔韧性、降低对剪切应力的抵抗等。对于弹簧构件104与附接件106接合所需变形的给定长度，降低弹簧构件104附近的厚度可减小弹簧构件104可施加到附接件106的力的量。在相同或不同的示例中，可移除牙科器具100可在凹槽112的边缘上和其他空间上包括倒角或圆角。此类倒角或圆角可改善患者舒适度、降低可移除牙科器具 100的可视性、增强器具主体102的选定位置以减少器具主体102的撕裂或破裂等。
在一些示例中，可移除牙科器具100可包括金属或陶瓷部件，该金属部件被构造成增强由可移除牙科器具100施加到所围绕的牙齿的一颗或多颗上的力。例如，金属部件可包括延伸穿过弹簧构件104的至少一部分(诸如凹槽112的一个或多个相邻表面)的线或带。金属或陶瓷部件可以包括模制到或粘结到器具主体102的一部分(例如，凹槽112)中的金属或陶瓷盖。金属或陶瓷部件可以被构造成附接诸如矫治器托盘之间的松紧带之类的附件。金属或陶瓷盖可以被成形为接纳和接合附接件106。金属或陶瓷盖可以导致改进的抓握、应力消除、在弹簧构件104变形时对弹簧构件104的取向的控制等。在一些示例中，金属或陶瓷盖可被临时定位在患者的牙科解剖结构的打印的模型上，并且在热成型期间被转移到器具主体102。在一些示例中，可移除牙科器具100可以包括一个或多个其他金属部件，诸如金属咬合部件，其中需要较大的耐久性来克服高压力咬合接触(诸如咬牙或咀嚼)的应力。在一些示例中，可移除牙科器具100可包括用于连接到植入患者体内的锚固装置(例如，临时锚固装置或微型螺钉)的卡扣件。在一些位置，增加的特征部可以由坚固且在美学上类似于牙齿结构的陶瓷组成。这样，此类可移除牙科器具100可以提供金属、陶瓷或塑料的混合构造。
附接件106可以包括任何合适的生物相容性金属、陶瓷、牙齿修复剂或正畸粘合剂。在一些示例中，附接件106可以包括一种或多种生物相容性金属，例如不锈钢、钛、镍钛、钼、铑等。在一些示例中，附接件106可以包括一种或多种陶瓷，例如氧化铝、氧化锆，瓷等。附接件106可以被构造成使用任何合适的技术附连到牙齿101。例如，附接件106可以使用直接或间接安置方法利用牙科粘固剂或牙科粘合剂附连到牙齿101上。
虽然塑料部件可大体上是透明的以便降低可视性，但金属部件可包括镀层或其它着色层以降低可移除牙科器具在被患者佩戴时的可视性。例如，当被植入时靠近患者牙齿定位的金属部件可包括白色着色层，而定位在别处的金属部件可被着色成大体上匹配患者口腔内的组织颜色。
在一些示例中，器具主体102当定位在患者的牙齿上时可变形。例如，可以通过施加定位力来定位弹簧构件104，以促进弹簧构件104 与附接件106的接合。在此类示例中，器具主体102的弹簧构件104 或其他部分可以变形以接合附接件。该变形可以提供施加到附接件106 的弹簧力108的至少一部分。为了便于通过施加定位力来使弹簧构件 104与附接件106接合，器具主体102可以包括例如在器具主体102的咬合面附近或上方或在弹簧构件104附近的定位构件。
例如，将定位力施加到定位构件上可导致弹簧构件104或器具主体102的其他部分变形，这可致使弹簧构件108接合附接件106。例如，可以通过相对牙弓的咬合面将定位力施加到器具主体102的咬合面。通过经由定位构件促进弹簧构件104与附接件106的接合，可移除牙科器具100可相比其他正畸治疗增加患者依从性，并且改善对力矢量方向、量值或两者的控制，以相比其他正畸器具在缩短的治疗时间内实现牙齿101的期望移动。
定位构件可以采用一种或多种形式。例如，定位构件可以是允许与手指或工具接合的器具主体100之上或之中的机械特征。图2A、图 2B和图2C示出示例性可移除牙科器具200的一部分的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件222，用于促进弹簧构件204与患者牙齿 201上的附接件206的接合。图2A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的三颗前牙201、203和205的可移除牙科器具200，其中弹簧构件204未与附接件206接合。图2B示出围绕处于初始位置的三颗前牙201、203和205的可移除牙科器具200，其中弹簧构件204与附接件206接合。图2C示出围绕处于期望位置(例如，正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具200实现的中间位置)的三颗前牙201、203和205的可移除牙科器具200，其中弹簧构件204与附接件206接合。
除了加入定位构件222之外，可移除牙科器具200可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具200 可包括被构造成围绕至少牙齿201、203和205的器具主体202。器具主体202可限定至少一个壳体210。壳体210可以包括表面211，该表面限定壳体210内部的空隙，并且被成形为接纳牙齿201。器具主体 202可限定弹簧构件204，该弹簧构件可包括凹槽212。凹槽212可以被构造成接合附接件206。凹槽212可包括基本上垂直于弹簧力208的第一尺寸214和基本上平行于弹簧力208的第二尺寸216。附接件206 可以附连到牙齿201。
定位构件222可响应于施加到定位构件222上的定位力224而促进弹簧构件204与附接件206的接合。例如，施加定位力224可导致弹簧构件204变形并接合附接件206。定位构件222可以包括突出部、凹槽等。例如，如图2B所示，定位构件222可相对于弹簧构件204定位在器具主体202上，使得当将定位力224施加到定位构件222时，器具主体202或弹簧构件204的至少一部分变形，以使弹簧构件204 能够与附接件206接合(例如，如上文结合图1A至图1D所述)。
定位构件222可以成形为接纳一种或多种类型的定位力224。例如，定位力224可包括由工具(例如，探针、刮治器或类似钩状工具)、手指(例如，患者或临床医生的手指)等施加的定位力。在一些示例中，定位构件222包括孔，例如圆形、椭圆形、正方形、矩形等，该孔部分地或完全地延伸穿过器具主体202，以使工具能够与定位构件 222接合并施加定位力224。在其他示例中，定位构件222可以包括在器具主体202的表面上的脊或突片，该突脊或突片可以足够大以接合患者或临床医生的手指以向定位构件222施加定位力224。
在一些示例中，定位构件可以包括可移除牙科器具的咬合面的成形部分，而不是包括在器具主体100之上或之中的允许与手指或工具接合的机械特征。图3A、图3B和图3C示出了示例性可移除牙科器具 300的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件322和挠曲区域 326A、326B、326C和326D(统称为“挠曲区域326”)。定位构件 322和挠曲区域326促进弹簧构件304与附连到牙齿301的附接件306 的接合。图3A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的三颗前牙301、303和305的可移除牙科器具300的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件304未与附接件306接合。图3B示出围绕处于初始位置的三颗前牙301、303和305的可移除牙科器具300的颊侧视图，其中弹簧构件304与附接件306接合。图3C示出围绕处于期望位置(例如，正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具300实现的中间位置)的三颗前牙301、303和305的可移除牙科器具300的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件304与附接件306接合。
除了加入定位构件322和挠曲区域326之外，可移除牙科器具300 可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具300可包括被构造成围绕至少牙齿301、303和305的器具主体302。器具主体302可以限定壳体310。壳体310可以包括表面，该表面限定壳体310内部的空隙，并且被成形为接纳牙齿301。器具主体302可限定弹簧构件304，该弹簧构件包括凹槽312。凹槽312可以被构造成接合附接件306。凹槽312可包括基本上垂直于弹簧力308的第一尺寸314和基本上平行于弹簧力308的第二尺寸316。附接件306可以附连到牙齿301。
除了在此描述的差异之外，定位构件322可以类似于图2A至图 2C的定位构件222。例如，定位构件322可以被构造成响应于定位力 324被施加到定位构件322而促进弹簧构件304与附接件306的接合。当将定位力324施加到定位构件322时，器具主体302或弹簧构件304 的至少一部分可能会变形。器具主体302或弹簧构件304的变形可以促进弹簧构件304与附接件306的接合。例如，定位构件322可相对于弹簧构件304定位在器具主体302上，使得当将定位力324施加到定位构件322时，器具主体302或弹簧构件304的至少一部分变形，以使弹簧构件304能够与附接件306接合(例如，如上文结合图1A至图1D所述)。在一些示例中，定位构件322可以在器具主体302中被限定为壳体310偏转远离可移除牙科器具300佩戴在其上的牙弓的咬合面，使得在非变形位置，在壳体310和牙弓的咬合面之间存在空腔或开放空间。例如，定位构件322可包括远离牙齿301的偏转。在其他示例中，定位构件322可以由其他特征限定在器具主体302中。
在一些示例中，除了定位构件322之外，器具主体302还可限定至少一个挠曲区域326。当将定位力324施加到定位构件322上时，至少一个挠曲区域326可被构造成促进器具主体302的变形。例如，将定位力324施加到定位构件322可在壳体310内或壳体310与相邻壳体之间的齿龈边缘或咬合平面附近的器具主体302中产生张紧、压缩或剪切力。至少一个挠曲区域326可以减小该张紧、压缩或剪切力。例如，挠曲区域326可包括器具主体302中的折叠，使得器具主体302 可在张紧状态下伸展。在其他示例中，如图3A至图3C所示，至少一个挠曲区域326可以是器具主体302中的一个或多个切口。在其中至少一个挠曲区域326包括至少一个切口的示例中，拉伸、压缩或剪切可以在切口的位置被有效地消除。通过包括至少一个挠曲区域326，当将定位力324施加到定位构件322上时，可移除牙科器具302可以减小器具主体302的齿龈边缘或咬合平面中的张紧、压缩或剪切力。
如图3B所示，定位构件322可定位在弹簧构件304上，使得当将定位力324施加到定位构件322时，器具主体302变形以将弹簧构件 304的凹槽312定位在附接件306上。凹槽312可以相对于牙齿301的咬合面基本上垂直。当定位力324释放时，弹簧构件302的变形可在附接件306上产生弹簧力308。当可移除器具300被患者佩戴时，弹簧构件304(包括凹槽312)的取向可以影响弹簧力308的方向和量值以及所产生的牙齿301上的力的方向和量值。例如，弹簧力308可在牙齿301上产生基本外凸的力。
定位构件322可以成形为接纳一种或多种类型的定位力324。例如，定位力324可以包括施加到器具主体302的咬合面的力。在一些示例中，可移除牙科器具300可被构造成响应于被患者的相对牙弓的咬合面施加到定位构件322的定位力324，促进弹簧构件304与附接件 306的接合，例如，定位力324可以是咬合力。通过实现咬合力定位，与不具有咬合力定位的其他正畸器具相比，可移除牙科器具300可以改善患者对正畸治疗的依从性。在其他示例中，定位力324可以由工具或患者的手指施加。
在一些示例中，定位构件相对于弹簧构件的位置可以影响由弹簧构件施加到牙齿的力的方向。例如，不是在弹簧构件304的正上方包括定位构件322，如图3A至图3C所示，可移除牙科器具可包括偏移定位构件。图4A、图4B和图4C示出示例性可移除牙科器具400的颊侧视图，该可移除牙科器具包括偏移定位构件422，用于促进弹簧构件404与附连到牙齿401的附接件406的接合。图4A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的三颗前牙401、403和405的可移除牙科器具400的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件404未与附接件406接合。图4B示出围绕处于初始位置的三颗前牙401、403和405的可移除牙科器具400的颊侧视图，其中弹簧构件404与附接件406接合。图4C示出围绕患者12的三颗前牙401、403和405的可移除牙科器具 400的颊侧视图，其中所述牙齿处于期望位置，例如在正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具400实现的中间位置，并且弹簧构件404与附接件406接合。
除了加入定位构件422之外，可移除牙科器具400可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具400 可包括被构造成围绕至少牙齿401、403和405的器具主体402。器具主体402可以限定壳体410。壳体410可以包括表面，该表面限定壳体 410内部的空隙，并且被成形为接纳牙齿401。器具主体402可限定弹簧构件404，该弹簧构件可包括凹槽412。凹槽412可以被构造成接合附接件406。凹槽412可包括基本上垂直于弹簧力408的第一尺寸414 和基本上平行于弹簧力408的第二尺寸416。附接件406可以附连到牙齿401。
在一些示例中，器具主体402可以包括挠曲区域426A、426B和 426C(统称为“挠曲区域426”)，这些区域可以与图3A至图3C的挠曲区域326相同或基本上相似。在其他示例中，器具主体402可以省略挠曲区域426。类似地，定位构件422可以与图3A至图3C的定位构件322相同或基本上相似，除了在此描述的差异之外。
例如，如图4B所示，定位构件422可以被定位成从弹簧构件404 偏移。通过使定位构件422和弹簧构件404偏移，当将定位力424施加到定位构件422时，器具主体402可以变形以相对于牙齿401的咬合面成角度Θ将凹槽412定位在附接件406上。当定位力424释放时，器具主体402的变形可在附接件406上产生弹簧力408。当可移除器具 400被患者佩戴时，弹簧构件404的取向(例如凹槽412的角度Θ)可影响弹簧力408的方向以及所产生的牙齿401上的力的方向。例如，最初，弹簧力408的方向可以垂直于相对于咬合平面成角度Θ延伸的平面。当牙齿401响应于弹簧力408移动时，弹簧力408的方向可以随着弹簧构件404朝未变形构型移动并且凹槽412从角度Θ移动到平行于咬合面而改变。例如，如图4C所示，弹簧力408的方向垂直于咬合平面。弹簧力408的方向可以影响牙齿401的移动。例如，牙齿401 可以在近中-远中方向上被外凸和平移(或倾斜)。以这种方式，通过选择定位构件422、弹簧构件404或附接件406的相对位置，当可移除器具400被患者12佩戴时，可移除牙科器具100可以控制施加到牙齿 401上的力的方向或量值。
定位构件的其他构型以及定位构件和弹簧构件的相对定位可导致其他力被施加到牙齿上。例如，图5A、图5B和图5C示出示例性可移除牙科器具500的横剖视图，该可移除牙科器具包括定位构件522，用于促进弹簧构件504与患者的牙齿501上的附接件506的接合。图5A 示出围绕处于初始位置(例如错位咬合的倾斜位置)的牙齿501的可移除牙科器具500的一部分的横剖视图，其中弹簧构件504未与附接件506接合。图5B示出围绕处于初始位置的牙齿501的可移除牙科器具500的横剖视图，其中弹簧构件504与附接件506接合。图5C示出围绕处于期望位置(例如，在正畸治疗之后的最终直立位置或通过使用可移除牙科器具500实现的中间位置)的牙齿501的可移除牙科器具500的横剖视图，其中弹簧构件504与附接件506接合。
除了加入定位构件522之外，可移除牙科器具500可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具500 可包括器具主体502。器具主体502可包括至少一个壳体510。至少一个壳体510可以包括表面511，该表面限定至少一个壳体510内部的空隙，该空隙被成形为接纳牙齿501。器具主体502可以限定弹簧构件504，该弹簧构件可包括凹槽512。凹槽512可以被构造成接合附接件 506。凹槽512可包括基本上垂直于弹簧力508的第一尺寸和基本上平行于弹簧力508的第二尺寸516。附接件506可以附连到牙齿501。
除了在此描述的差异之外，定位构件522可分别类似于图3A至图 3C和4A至图4C的定位构件322和422。如图5A所示，定位构件522 的咬合面可以相对于牙齿501的咬合面不平行。例如，定位构件522 远离牙齿501的最大偏转可以相对于牙齿501的中心轴线在前庭或舌侧方向上偏移。定位力可以通过患者的相对牙弓的咬合面施加在定位构件522上，例如，定位力可以是咬合力。如图5B所示，不平行的定位构件522可产生弹簧力508。弹簧力508可产生施加到牙齿501的力矩，从而使牙齿扭转并导致牙根移动通过牙槽突。以此方式，定位构件522的形状和位置可影响施加到牙齿501的弹簧力508的方向以及牙齿501的所产生的移动509。
图6A和图6B示出示例性可移除牙科器具的横剖视图，该可移除牙科器具包括：第一可移除牙科器具600，该第一可移除牙科器具包括定位构件622以促进弹簧构件604与附连到患者的牙齿601的附接件 606的接合；以及第二可移除牙科器具630，该第二可移除牙科器具包括定位构件634，该定位构件被构造成向第一可移除牙科器具600施加定位力。图6A示出可移除牙科器具600和630的一部分的横剖视图，其中弹簧构件604未与附接件606接合。图6B示出可移除牙科器具600 和630的横剖视图，其中定位构件634与定位构件622接合以致使弹簧构件604与附接件606接合。
除了在此描述的差异之外，可移除牙科器具600可以与图1A至图 1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，牙科器具600可以在器具主体602上包括定位构件622，并且牙科器具630可以在器具主体 632上包括定位构件634并且可以省略弹簧构件。例如，可移除牙科器具600和可移除牙科器具630可分别包括器具主体602和632。器具主体602可限定具有凹槽612的弹簧构件604。凹槽612可以被构造成接合附接件606。凹槽612可包括基本上垂直于弹簧力的第一尺寸和基本上平行于弹簧力的第二尺寸616。附接件606可以附连到牙齿601。
除了在此描述的差异之外，定位构件622可以类似于图3A至图 5C的定位构件322、422和522。如图6A所示，器具主体602可以被构造成接纳患者的下颌弓的牙齿，例如牙齿601。器具主体632可以被构造成接纳患者的上颌弓的牙齿，例如牙齿631。器具主体632可包括定位构件634。定位构件634可以被构造成确保咬合力被适当地施加在可移除牙科器具600和630之间。例如，在将器具主体602和632定位在相应的牙弓上或附近之后，患者可以在器具主体602和632上向下咬以接合定位构件634和定位构件622。
定位构件634可以被成形为在定位构件622上沿期望的方向施加定位力，以使弹簧构件604与附接件606接合。在一些示例中，定位构件634可包括在可移除牙科器具630的上颌弓的舌面部分上的凸缘结构。在图6A和6B中未示出的其他几何形状可用在可移除牙科器具 600、可移除牙科器具630或两者上的各个位置处，以经由患者的咬合获得期望量值和方向的定位力，并且在特定位置处获得可移除牙科器具600、可移除牙科器具630或两者的期望挠曲，以使多个弹簧构件与相应的多个附接件接合。如果通过允许精确地局部控制器具厚度的方法(例如3D打印过程)来制造矫治器，则可以在关键位置增加矫治器的厚度，以确保咬合力如期望地施加在矫治器之间，并且当施加咬合力时矫治器以特定的方式弯曲。
在一些示例中，除了定位构件之外，可移除牙科器具可包括一个或多个特征，以在弹簧构件与附接件的初始接合期间减小可移除牙科器具中的应力。例如，图7A、图7B和图7C示出示例性可移除牙科器具700的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件722以及应力减低区域728A和728B(统称为“应力减低区域728”)，用于促进弹簧构件704与附连到患者的牙齿701的附接件706的接合。图7A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的牙齿701的可移除牙科器具 700的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件704未与附接件706接合。图 7B示出围绕处于初始位置的牙齿701的可移除牙科器具700的颊侧视图，其中弹簧构件704与附接件706接合。图7C示出围绕处于期望位置(例如，在正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具700 实现的中间位置)的牙齿701的可移除牙科器具700的颊侧视图，其中弹簧构件704与附接件706接合。
除了加入定位构件722和应力减低区域728之外，可移除牙科器具700可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具700可包括被构造成围绕至少牙齿701、703和705的器具主体702。器具主体702可限定至少一个壳体710。器具主体702 可限定具有凹槽712的弹簧构件704。凹槽712可以被构造成接合附接件706。凹槽712可包括基本上垂直于弹簧力708的第一尺寸714和基本上平行于弹簧力708的第二尺寸716。附接件706可以附连到牙齿 701。
除了在此描述的差异之外，定位构件722可以类似于图3A至图 6B的定位构件322、422、522和622。如图7A所示，可移除牙科器具 700包括应力减低区域728。弹簧构件704可以限定应力减低区域728。在其他示例中，器具主体702的其他部分可以限定应力减低区域728。剪切力减低区域728可以在器具主体702中包括至少一个空隙或切口。例如，如图7A、7B和7C所示，应力减低区域728可以在每个弹簧构件704的咬合，唇侧或颊侧表面中包括空隙。在一些示例中，应力减低区域728可各自在器具主体702中包括单个切口。在其他示例中，应力减低区域728各自可包括多个切口，例如器具主体702中的多个狭缝、器具主体702中的多个紧密定位的孔等。另外，如上所述，例如相对于可移除牙科器具100，通过在期望区域中使器具702局部变薄可促进剪切力减小。
应力减低区域728中不存在材料可以减小应力减低区域728中的剪切力(或其他力，例如压缩、张力或扭矩)。通过减小应力减低区域728中的剪切力，器具主体702可以响应于施加在定位构件722上的定位力724而更容易变形。响应于施加在定位构件722的定位力724，减小应力减低区域728中的剪切力还可以减小器具主体702的屈曲或弹簧构件704远离附接件706(例如在前庭或舌侧方向上)的移动。以这些方式，应力减低区域728可以促进弹簧构件704与附接件706的接合。
在一些示例中，弹簧构件可以包括一个或多个特征，以促进弹簧构件与附接件的接合，例如朝附接件延伸的突出部或被偏压部分。例如，图8A和图8B分别示出示例性可移除牙科器具800的咬合视图和颊侧视图，该可移除牙科器具包括被偏压部分827，用于促进弹簧构件 804与患者的牙齿801上的附接件806的接合。图8A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的牙齿801的可移除牙科器具800的一部分的咬合视图，其中包括被偏压部分827的弹簧构件804未与附接件806接合。图8B示出围绕处于初始位置的牙齿801的可移除牙科器具800的颊侧视图，其中包括被偏压部分827的弹簧构件804未与附接件806接合。偏压构件可包括另外的几何特征，例如唇缘或凸缘，以促进弹簧构件804与附接件806的接合。
除了加入包括被偏压部分827的弹簧构件804和定位构件822之外，可移除牙科器具800可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100 相同或相似。例如，可移除牙科器具800可包括被构造成围绕至少牙齿801、803和805的器具主体802。器具主体802可以限定壳体810。器具主体802可限定具有凹槽812的弹簧构件804。凹槽812可以被构造成接合附接件806。凹槽812可包括基本上垂直于弹簧力808的第一尺寸814和基本上平行于弹簧力808的第二尺寸816。附接件806可以附连到牙齿801。
定位构件822可以类似于图3A至图7C的定位构件322、422、522、 622和722中的任何一个或多个。
如图8A所示，可移除牙科器具800包括弹簧构件804，该弹簧构件包括被偏压部分827。在其他示例中，器具主体802的其他部分可以限定被偏压部分827。被偏压部分827可包括当可移除牙科器具800装配到牙齿801、803和805时，器具主体802的一部分例如弹簧构件804 的一部分朝向患者的牙列的偏转。例如，当可移除牙科器具800安装到牙齿801、803和805时，被偏压部分827可朝向附接件806偏转。在其他示例中，被偏压部分827可包括器具主体802的限定被偏压部分827的厚度增加的部分。例如，当器具主体802相对于器具主体802的周围区域装配到牙齿801、803和805时，被偏压部分827的增加的厚度可致使弹簧构件804的在器具主体802内部的表面更靠近附接件 806。
被偏压部分827可以位于器具主体802的齿龈部分与弹簧构件804 的凹槽812之间。当可移除牙科器具800被装配到牙齿801、803和805 时，器具主体802的在齿龈部分和凹槽812之间的部分可以接触附接件806并且变形远离附接件806。当凹槽812到达附接件806时，随着远离附接件806的变形被释放，器具主体802可卡扣到位。通过在可移除牙科器具800安装到牙齿801、803和805时允许凹槽812更靠近附接件806，被偏压部分827可以增加患者的顺从性，以在可移除牙科器具800被患者佩戴时使弹簧构件804与附接件806接合。
在一些示例中，弹簧构件可以相对于附接件取向或定位，以引起倾斜力、扭转或旋转力、外凸力、内凸力等中的一者或多者。图9A、图9B和图9C示出示例性可移除牙科器具900的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件922和挠曲区域926A、926B和926C(统称为“挠曲区域926”)，用于促进弹簧构件904与附连到牙齿901的附接件906的接合。弹簧构件904和附接件906可以被构造成至少将旋转力、倾斜力、扭转力或平移力施加到牙齿901。图9A示出围绕处于初始位置(例如错位咬合位置)的牙齿901、903和905的可移除牙科器具900的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件904未与附接件906接合。图9B示出围绕处于初始位置的牙齿901、903和905的可移除牙科器具900的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件904与附接件906接合。图9C示出围绕处于期望位置(例如，正畸治疗之后的最终位置或通过使用可移除牙科器具900实现的中间位置)的三颗前牙901、903和905 的可移除牙科器具900的一部分的颊侧视图，其中弹簧构件904与附接件906接合。
除了在此描述的差异之外，可移除牙科器具900可以与图1A至图 1D的可移除牙科器具100相同或基本上相似。例如，凹槽912可相对于附接件906具有不同的取向和位置，并且可移除牙科器具900可包括定位构件922和挠曲区域926。与可移除牙科器具100类似，可移除牙科器具900可包括被构造成至少围绕牙齿901、903和905的器具主体902。器具主体902可以限定壳体910。器具主体902还可限定具有凹槽912的弹簧构件904。凹槽912可以被构造成接合附接件906。凹槽912可包括基本上垂直于弹簧力908的第一尺寸914和基本上平行于弹簧力908的第二尺寸916。附接件906可以附连到牙齿901。
在一些示例中，器具主体902可以包括挠曲区域926A、926B和 926C，这些区域可以与图3A至图4C的挠曲区域326和426相同或基本上相似。在其他示例中，器具主体902可以省略挠曲区域926。类似地，定位构件922可以类似于图3A至图8B的定位构件322、422、522、622、722和822中的任何一个或多个，除了在此描述的差异之外。在其他示例中，器具主体902可以省略定位构件922。
如图9B所示，定位构件922可定位在弹簧构件904上，使得当将定位力924施加到定位构件922时，器具主体902变形以将弹簧构件904的凹槽912定位在附接件906上。例如，在其中凹槽912未与附接件906接合的未变形状态下，凹槽912可以相对于附接件906定位在近中或远侧。当凹槽912未与附接件906接合时，凹槽912的第一尺寸可相对于牙齿901的咬合面基本上垂直。如图9B所示，当将定位力 924施加到定位构件922时，弹簧构件904可变形以使凹槽912与附接件906对准，这可允许凹槽912与附接件906接合。
当定位力924释放时，弹簧构件904的变形可在附接件906上产生弹簧力908。弹簧构件904、附接件906、凹槽912和定位构件922 中的至少一者的取向可以影响弹簧力908的方向和量值。弹簧力908 的方向和量值可影响牙齿901的所产生的移动909A和909B(统称为“移动909”)。例如，如图9C所示，定位构件922可以定位成从弹簧构件904偏移，使得当定位力924施加到定位构件922时，弹簧构件904可以变形以相对于垂直于牙齿901的咬合面的轴线成角度Θ地将凹槽912定位在附接件906上。当定位力924释放时，弹簧构件904 的变形可在附接件906上产生弹簧力908。弹簧构件904的取向诸如凹槽912的角度Θ可影响弹簧力908的方向以及牙齿901的所产生的移动909。例如，弹簧力908的方向可以导致移动909A(例如，牙齿901 的平移)和移动909B(例如，牙齿901的旋转)两者。通过选择弹簧构件904、附接件906、凹槽912和定位构件922的相对位置，当可移除器具900被患者佩戴时，可移除牙科器具900可以控制施加到牙齿 901的力的方向。
图10A和图10B是示例性可移除牙科器具1000的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件1022以及挠曲区域1026A和1026B(统称为“挠曲区域1026”)，用于促进弹簧构件1004与患者牙齿上的附接件的接合。图10A示出处于未变形状态(例如未施加定位力1024)的可移除牙科器具1000的一部分的颊侧视图。图10B示出处于变形状态(例如在施加定位力1024期间)的可移除牙科器具1000的一部分的颊侧视图。
除了加入定位构件1022和挠曲区域1026之外，可移除牙科器具 1000可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具1000可包括被构造成围绕患者牙齿的器具主体1002。器具主体1002可以限定多个壳体。多个壳体中的相应壳体可以包括表面，该表面限定相应壳体内部的空隙，并且被成形为接纳相应的牙齿。器具主体1002可限定弹簧构件1004，该弹簧构件包括凹槽1012。凹槽1012可以被构造成接合附连到患者的相应牙齿的附接件。凹槽1012 可包括基本上垂直于弹簧力的第一尺寸和基本上平行于弹簧力的第二尺寸。
定位构件1022可以类似于图3A至图9C的定位构件322、422、 522、622、722、822和922中的任何一个或多个。例如，定位构件1022 可以被构造成响应于定位力1024被施加到定位构件1022而促进弹簧构件1004与患者牙齿上的附接件的接合。当将定位力1024施加到定位构件1022时，器具主体1002的至少一部分(例如弹簧构件1004) 可能会变形。
挠曲区域1026可以与图3A至图4C和图9A至图9C的挠曲区域 326、426和926相同或基本上相似。例如，当将定位力1024施加到定位构件1022时，挠曲区域1026可以促进器具主体1002或弹簧构件1004 的变形。挠曲区域1026可包括器具主体1002的切口或柔韧性增加的区，当器具主体1002通过定位力1024而变形时，所述切口或区可减小器具主体1002的齿龈缘或咬合平面中的张力、压缩或剪切力。器具主体1002或弹簧构件1004的变形可以促进弹簧构件1004与附接件 1006的接合。例如，定位构件1022可相对于弹簧构件1004定位在器具主体1002上，使得当将定位力1024施加到定位构件1022时，器具主体1002的至少一部分变形，以使弹簧构件1004能够与患者牙齿上的附接件接合(例如，如上文结合图1A至图1D所述)。
图11A和图11B示出示例性可移除牙科器具1100的颊侧视图，该可移除牙科器具包括定位构件1122以及应力减低区域1128a和 1128B(统称为“应力减低区域1128”)，用于促进弹簧构件1104与患者牙齿上的附接件的接合。图11A示出处于未变形状态(例如未施加定位力1124)的可移除牙科器具1100的一部分的颊侧视图。图11B 示出处于变形状态(例如在施加定位力1124期间)的可移除牙科器具 1100的一部分的颊侧视图。
除了加入定位构件1122和应力减低区域1128之外，可移除牙科器具1100可以与图1A至图1D的可移除牙科器具100相同或相似。例如，可移除牙科器具1100可包括被构造成围绕患者牙齿的器具主体 1102。器具主体1102可以限定多个壳体。多个壳体中的相应壳体可以包括表面，该表面限定相应壳体内部的空隙，并且被成形为接纳相应的牙齿。器具主体1102可限定弹簧构件1104，该弹簧构件包括凹槽 1112。凹槽1112可以被构造成接合附连到患者的相应牙齿的附接件。凹槽1112可包括基本上垂直于弹簧力的第一尺寸和基本上平行于弹簧力的第二尺寸。
定位构件1122可以与图2A至图8B、图10A和图10B的定位构件222、322、422、522、622、722、822和1022中的任何一个或多个相同或基本上相似。例如，定位构件1122可以被构造成响应于定位力 1124被施加到定位构件1122而促进弹簧构件1104与患者牙齿上的附接件的接合。当将定位力1124施加到定位构件1122时，器具主体1102 的至少一部分(例如弹簧构件1104)可能会变形。
剪切力减低区域1128可以与图7A至7C的应力减低区域728相同或基本上相似。例如，当将定位力1124施加到定位构件1122时，应力减低区域1128可以促进器具主体1102或弹簧构件1104的变形。剪切力减低区域1128可以包括器具主体1102的局部变薄、器具主体1102中的单个切口或器具主体1102中的多个切口。如上所述，当器具主体1102通过定位力1124而变形时，应力减低区域中不存在材料可以减小剪切应力(或其他力，例如压缩、张力或扭矩)。通过减小应力减低区域1128中的剪切力，器具主体1102可以响应于定位力1124而更容易变形，并且可以响应于施加在定位构件1122上的定位力1124 而减小器具主体1102的屈曲或弹簧构件1104远离附接件(例如在前庭或舌侧方向上)的移动。器具主体1102的变形可以促进弹簧构件1104 与附接件的接合。例如，定位构件1122可相对于弹簧构件1104定位在器具主体1102上，使得当将定位力1124施加到定位构件1122时，器具主体1102的至少一部分变形，以使弹簧构件1104能够与患者牙齿上的附接件接合(例如，如上文结合图1A至图1D所述)。
图12是示出示例性计算机环境10的框图，在该环境中，诊所14 和制造设施20在患者12的一组可移除牙科器具22的整个制造过程中传送信息。可移除牙科器具22可以与上述可移除牙科器具100、200、 300、400、500、600、700、800、900、1000和1100中的任何一个相同或基本上相似。首先，诊所14的正畸医师使用任何合适的成像技术生成患者12的牙科解剖结构的一幅或多幅图像，并且生成数字牙科解剖结构数据46(例如，患者12的牙齿结构的数字表示)。例如，医师可生成可被数字扫描的X射线图像。另选地，医师可使用例如常规计算机断层扫描(CT)、激光扫描、口内扫描、牙印模CT扫描、对通过印模浇注的牙模进行的扫描、超声仪器、磁共振成像(MRI)或者任何其他合适的三维(3D)数据采集方法，来捕捉患者牙齿结构的数字图像。在其它实施方案中，数字图像可使用手持式口内扫描仪来提供，该手持式口内扫描仪为例如使用主动波阵面采样的、由马萨诸塞州列克星敦的布龙特斯科技公司(Brontes Technologies,Inc.(Lexington, MA))开发的并且在PCT公开No.WO 2007/084727(Boerjes等人) 中有所描述的口内扫描仪，该PCT公开以引用方式并入本文。另选地，可以使用其他口内扫描仪或口内接触探头。作为另一个选项，可以通过扫描患者12的牙齿的阴印模来提供数字牙科解剖结构数据16。作为又一个选项，可以通过对患者12的牙齿的阳物理模型进行成像或通过在患者12的牙齿模型上使用接触探头来提供数字牙科解剖结构数据 16。可通过例如以下方式来制作用于扫描的模型：通过从合适的印模材料例如藻酸酯或聚乙烯基硅氧烷(PVS)来浇铸患者12牙列的印模，将浇铸材料(诸如正畸石膏或环氧树脂)浇注到印模中，并且允许浇铸材料固化。可使用包括上文所述的任何合适的扫描技术来扫描模型。其它可能的扫描方法在美国专利申请公布No.2007/0031791(Cinader 等人)中有所描述，该专利申请公布以引用方式并入本文。
除了通过扫描牙齿的暴露表面来提供数字图像之外，还可以对牙列的不可见特征部(诸如患者12的牙齿的牙根和患者12的颌骨)进行成像。在一些实施方案中，通过提供这些特征部的若干3D图像并且随后将它们“缝合”在一起来形成数字牙科解剖结构数据16。这些不同的图像不需要使用相同的成像技术来提供。例如，可将采用CT扫描提供的牙根的数字图像与采用口内可见光扫描仪提供的牙冠的数字图像整合在一起。二维(2D)牙科图像与3D牙科图像的缩放和配准在美国专利6,845,175(Kopelman等人)中有所描述，该美国专利以引用方式并入本文，同时还在美国专利公布2004/0029068(Badura等人)中有所描述，该美国专利公布也以引用方式并入本文。以引用方式并入本文的已颁发的美国专利No.7,027,642(Imgrund等人)以及也以引用方式并入本文的已颁发的美国专利No.7,234,937(Sachdeva等人)描述了使用用于整合通过各种3D源提供的数字图像的技术。因此，如本文所用，术语“成像”不限于对视觉上明显的结构进行的普通摄影成像，而且还包括对隐藏在视野之外的牙科解剖结构进行的成像。牙科解剖结构可包括但不限于牙弓的一颗或多颗牙齿的牙冠或牙根的任何部分、齿龈、牙周韧带、牙槽突、皮质骨、种植体、人造牙冠、牙桥、镶面、义齿、正畸器具、或在治疗之前、期间或之后可被视为牙列的一部分的任何结构。
为了生成数字牙科解剖结构数据16，计算机必须将来自成像系统的原始数据转换成可使用的数字模型。例如，对于计算机接收的表示牙齿形状的原始数据，原始数据通常稍多于3D空间中的点云。通常，该点云成平面以创建患者牙列的3D对象模型，包括一颗或多颗牙齿、齿龈组织以及其他周围口腔结构。为了使该数据可用于正畸诊断和治疗，计算机可将牙列表面“分割”以产生表示个体牙齿的一个或多个离散的可移动3D牙齿对象模型。计算机还可将来自齿龈的这些牙齿模型分隔成单独的对象。
分割允许用户以一组单独的对象的形式来表征并操控牙齿排列。有利的是，计算机可通过这些模型推导诊断信息，例如牙弓长度、咬合位置以及甚至美国正牙学委员会(ABO)客观评分。另一个有益效果是，数字正畸设置可在制造过程中提供灵活性。通过用数字过程替代物理过程，可在不需要将石膏模型或印模从一个位置输送到另一个位置的情况下，在独立的位置处执行数据采集步骤和数据操控步骤。减少或消除对物理对象的往复运送的需求可为定制器具的客户和制造商两者带来显著的成本节省。
在生成数字牙科解剖结构数据16之后，诊所14可将数字牙科解剖结构数据16存储在数据库中的患者记录内。诊所14可例如更新具有多个患者记录的本地数据库。另选地，诊所14可通过网络24远程更新中央数据库(任选地，在制造设施20内)。在存储了数字牙科解剖结构数据16之后，诊所14将数字牙科解剖结构数据16以电子方式发送到制造设施20。另选地，制造设施20可从中央数据库检索数字牙科解剖结构数据16。
诊所14还可将处方数据18转发到制造设施20，该处方数据传达与患者12的医师诊断和治疗计划有关的一般信息。在一些示例中，处方数据18可以更具体。例如，数字牙科解剖结构数据16可以是患者 12的牙科解剖结构的数字表示。诊所14的医师可以查看该数字表示，并指示患者12的个体牙齿的期望移动、间隔或最终位置。例如，患者 12的个体牙齿的期望的移动、间隔和最终位置可影响在治疗的每个阶段由该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具施加到患者12 的牙齿的力。如上所述，由该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具(例如，可移除牙科器具100、200、300、400、500、600、700、 800、900、1000和1100)施加的力可以通过选择弹簧构件(例如，弹簧构件104)、附接件(例如，附接件106)、壳体(例如，壳体110)、定位构件(例如，定位构件222、322或634)、挠曲区域(例如，挠曲区域326)、应力减低区域(例如，应力减低区域728)和被偏压部分(例如，被偏压部分827)中的至少一者的尺寸、形状和位置来确定。以这种方式，数字牙科解剖结构数据16可包括专业人员选择的该组可移除牙科器具22中的可移除牙科器具的每一个的弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者的尺寸、形状和位置，以导致患者12的牙齿的期望移动。在查看该数字表示之后，包括该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具的弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者的选定尺寸、形状和位置的数字牙科解剖结构数据16可被转发到制造设施20。制造设施20可位于场外或与诊所 14位于一起。
例如，每个诊所14可包括用于制造设施20的其自有设备，使得可由临床医师或助手在临床环境中使用本地安装的软件完整地执行治疗计划和数字设计。还可使用3D打印机(或者通过其他增材制造方法) 在诊所中执行制造。3D打印机允许通过增材打印来制造牙科器具的复杂特征部或者患者12的牙科解剖结构的物理表示。3D打印机可使用患者12的原牙科解剖结构以及患者12的期望牙科解剖结构的迭代数字设计来制作多个数字器具和/或数字器具图案或两者，其被定制用于制作患者12的期望牙科解剖结构。制造可包括后处理以移除未固化的树脂并且移除支撑结构，或者以组装各种部件，该后处理也可以是必要的并且也可在临床环境中执行。
制造设施20利用患者12的数字牙科解剖结构数据16来构造该组可移除牙科器具22以重新定位患者12的牙齿。自此的一段时间之后，制造设施20将该组可移除牙科器具22转发到诊所14，或者作为另外一种选择，直接转发到患者12。例如，该组可移除牙科器具22可为一组有序的可移除牙科器具。患者12然后根据处方计划表随时间推移依次佩戴该组可移除牙科器具22中的可移除牙科器具22，以重新定位患者12的牙齿。例如，患者12可在介于约1周与约6周之间(诸如介于约2周与约4周之间，或约3周)的周期内佩戴该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具。任选地，患者12可返回到诊所14以周期性地监测用可移除牙科器具22进行的治疗的进展。在一些示例中，定位构件和相关的附接机构可以被设计成使得弹簧构件可以仅在特定的牙齿位置范围内与附接件接合。以这种方式，可移除牙科器具可被构造成提供牙齿移动的自限制范围。在其中可移除牙科器具提供牙齿移动的自限制范围的示例中，可指导患者在当前可移除牙科器具被动地接合附接件时继续进行到一组有序的可移除牙科器具中的下一个可移除牙科器具，或者如果该有序组中的下一个可移除牙科器具在与定位构件一起被启动时不接合，则寻求专业咨询。
在此类周期性监测期间，临床医生可调整患者12的处方计划表，该表用于随时间推移依次佩戴该组可移除牙科器具22中的可移除牙科器具。监测通常包括对患者12的牙齿进行目检并且还可包括成像以生成数字牙齿结构数据。在一些相对不常见的情况下，临床医生可决定例如通过以下方式中断用该组可移除牙科器具22对患者12进行的治疗：将新生成的数字牙科解剖结构数据16发送到制造设施20以制作新的一组可移除牙科器具22。在相同或不同的示例中，临床医生可在完成用可移除牙科器具22进行的治疗的处方计划表之后将新生成的数字牙科解剖结构数据16发送到制造设施20。此外，在完成用可移除牙科器具22进行的治疗的处方计划表之后，临床医生可从制造设施20 请求新的一组可移除牙科器具以继续对患者12的治疗。
图13是示出根据本公开的一个示例的在诊所14处开展的过程30 的流程图。首先，在诊所14处的医师从患者12收集患者身份以及其他信息并创建患者记录(32)。如所述，患者记录可位于诊所14内并且任选地被构造成与制造设施20内的数据库共享数据。另选地，患者记录可位于在制造设施20处的可供诊所14通过网络24远程访问的数据库内或者可供制造设施20和诊所14两者远程访问的数据库内。
接下来，可以使用任何合适的技术生成患者12的数字牙科解剖结构数据16(34)，从而创建虚拟牙科解剖结构。数字牙科解剖数据16 可以由牙科解剖结构的二维(2D)图像、三维(3D)表示或两者组成。
在一个示例中，使用锥形束计算机断层扫描(CBCT)扫描仪诸如 i-CAT 3D牙科成像装置(可购自Imaging Sciences International,LLC； 1910N Penn Road,Hatfield,PA)来生成牙科解剖结构的3D表示。诊所 14将通过CBCT扫描仪生成的3D数字牙科解剖结构数据16(呈放射线图像形式)存储在位于诊所14内或者另选地位于制造设施20内的数据库中。计算机系统处理来自CBCT扫描仪的可为多个切片形式的数字牙科解剖结构数据16，以计算可在3D建模环境内操控的牙齿结构的数字表示。
如果使用2D放射线图像(36)，则医师还可生成3D数字数据(38)。 3D数字牙科解剖结构数据16可通过例如以下方式产生：形成并随后数字扫描患者12的牙齿结构的物理印模或铸模。例如，可使用可见光扫描仪诸如OM-3R扫描仪(可购自Laser Design,Inc.,Minneapolis, MN)来扫描患者12的牙弓的物理印模或铸模。另选地，医师可通过使用患者12的牙弓的口内扫描或者使用现有3D牙齿数据来生成咬合服务的3D数字牙科解剖结构数据16。在一个示例中，可使用标题为“REGISTERING PHYSICAL AND VIRTUAL TOOTHSTRUCTURES WITH PEDESTALS”并且于2013年7月23日颁发的美国专利8,491,306 中所述的通过铸模或印模形成数字扫描的方法，该专利申请的全部内容通过引用方式并入本文。在相同或不同的示例中，可使用如标题为“ORTHODONTIC DIGITAL SETUPS”并且于2013年12月5日公布的美国专利申请公布2013/0325431中所述的用于限定虚拟牙齿表面和虚拟牙齿坐标系的技术，该专利申请的全部内容通过引用方式并入本文。在任何情况下，在3D建模环境内数字配准数字数据以形成牙齿结构的综合数字表示，该牙齿结构可包括牙根以及咬合面。
在一个示例中，在生成放射线图像和3D数字扫描两者之前，先将牙弓的咬合面的该2D放射线图像和3D数字数据用第一附带配准标记 (例如，基准标记或具有已知几何形状的基座)配准到患者12的牙齿结构。然后，可使用美国专利8,491,306中所述的配准技术在3D建模环境内对准2D放射线图像和3D数字数据内配准标记的数据表示。
在另一个示例中，通过组合牙齿结构的两个3D数字表示来生成牙齿结构的3D数字数据。例如，第一3D数字表示可为牙根的从CBCT 扫描仪(例如，i-CAT 3D牙科成像装置)获得的相对较低分辨率图像，并且第二3D数字表示可为通过对患者牙弓的印模的工业CT扫描或者通过对患者牙弓的铸模的可见光(例如，激光)扫描来获得的牙齿牙冠的相对较高分辨率图像。可使用使得能够在计算机环境内操纵3D表示的软件程序(例如，Geomagic Studio软件(可购自3D Systems,Inc.； 333Three D Systems Circle,Rock Hill,SC))来配准3D数字表示，或者另选地，可使用美国专利8,491,306中所述的配准技术。
接下来，执行3D建模软件的计算机系统渲染牙齿结构的所得到的数字表示，该牙齿结构包括咬合面以及患者牙弓的牙根结构。建模软件提供用户界面，该用户界面允许医师相对于患者牙弓的数字表示操控3D空间中牙齿的数字表示。通过与计算机系统进行交互，医师例如通过选择患者12的个体牙齿的最终位置、相应治疗阶段的持续时间或治疗阶段的数量、在治疗阶段期间患者12的牙齿上的力的方向或量值等的指示来生成治疗信息(40)。例如，患者12的个体牙齿的最终位置、相应治疗阶段的持续时间或治疗阶段的数量可影响在每个治疗阶段由该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具作用在患者12 的牙齿上的力的方向或量值。如上所述，由该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具(例如，可移除牙科器具100、200、300、400、 500、600、700、800、900、1000和1100)施加的力可以通过选择弹簧构件(例如，弹簧构件104)、附接件(例如，附接件106)、壳体 (例如，壳体110)、定位构件(例如，定位构件222、322或634)、挠曲区域(例如，挠曲区域326)、应力减低区域(例如，应力减低区域728)和被偏压部分(例如，被偏压部分827)中的至少一者的尺寸、形状和位置来确定。以这种方式，利用诊断和治疗信息(40)更新数据库可以包括由医师确定或选择该组可移除牙科器具22中的可移除牙科器具的每一个的弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者的尺寸、形状和位置，以导致患者12的牙齿的期望移动。
一旦医师完成在3D环境内传达与诊断和治疗计划有关的一般信息，计算机系统就更新与患者病历相关联的数据库以记录处方数据18 (42)，该处方数据传达与医师指定的诊断和治疗计划有关的一般信息。然后，将处方数据18转发到制造设施20，用于制造设施20构造包括弹簧构件的一个或多个可移除牙科器具例如可移除牙科器具22 (44)。
尽管相对于位于正畸诊所处的正畸医师进行了描述，但相对于图 12讨论的步骤中的一个或多个可由远程用户(诸如位于制造设施20处的用户)来执行。例如，正畸医师可仅将放射线图像数据和患者的印模或铸模发送到制造设施20，在制造设施处，用户与计算机系统交互以在3D建模环境内制定治疗计划。任选地，然后可将3D建模环境内治疗计划的数字表示传输到诊所14的正畸医师，正畸医师可查看治疗计划并且回送其批准、指示期望的修改或者直接对治疗计划进行修改。随时间推移收集的数据也可以通过机器学习进行分析，以改善随时间推移的治疗计划性能。
图14是示出通过网络24连接到制造设施20的客户端计算装置 50的示例的框图。在所示的示例中，客户端计算装置50为建模软件 52提供操作环境。建模软件52为建模和绘制患者12牙齿的3D表示呈现建模环境。在所示的示例中，建模软件52包括用户界面54、对准模块56和渲染引擎58。
用户界面54提供在视觉上显示患者12的牙齿的3D表示的图形用户界面(GUI)。此外，用户界面54提供用于例如经由键盘和指向装置从诊所14的医师60接收输入以在建模牙弓内操控患者12的牙齿的界面。
制造设施20经由网络接口70可访问建模软件52。建模软件52 与数据库62交互以访问各种数据，诸如治疗数据64、与患者12的牙齿结构相关的3D数据66，以及患者数据68。数据库62可以各种形式来表示，包括数据存储文件、查找表或在一个或多个数据库服务器上执行的数据库管理系统(DBMS)。数据库管理系统可以是关系 (RDBMS)、分层(HDBMS)、多维(MDBMS)、面向对象(ODBMS 或OODBMS)或对象关系(ORDBMS)数据库管理系统。例如，数据可存储在单个关系数据库诸如来自微软公司(Microsoft Corporation) 的SQL服务器内。尽管数据库62被示出为位于客户端计算装置50本地，但该数据库也可远离客户端计算装置50并且通过公共或专用网络 (例如，网络24)耦接到客户端计算装置50。
治疗数据64描述由医师60选择并且定位在3D建模环境内的患者12的牙齿的诊断和/或重新定位信息。例如，治疗数据64可以包括弹簧构件(例如，弹簧构件104)、附接件(例如，附接件106)、壳体 (例如，壳体110)、定位构件(例如，定位构件222、322或634)、挠曲区域(例如，挠曲区域326)、应力减低区域(例如，应力减低区域728)和被偏压部分(例如，被偏压部分827)中的至少一者的尺寸、形状和位置，其可以导致在整个治疗计划中施加到每颗牙齿的力矢量的选定量值和方向。
患者数据68描述与医师60相关联的一名或多名患者(例如，患者12)的组。例如，患者数据68指定每个患者12的一般信息，例如姓名、出生日期和牙科记录。
渲染引擎58访问并渲染3D数据66以生成通过用户界面54呈现给医师60的3D视图。更具体地，3D数据66包括限定3D对象的信息，该3D对象在3D环境内表示每颗牙齿(任选地包括牙根)和颌骨。渲染引擎58处理每个对象以基于医师60在3D环境内的视角来渲染3D 三角网。用户界面54向医师60显示经渲染的3D三角网，并且允许医师60改变视角并且操控3D环境内的对象。
以下专利描述了具有可与本文所述的技术一起使用的用户界面的计算机系统和3D建模软件的其它示例：美国专利No.8,194,067，标题为“PLANAR GUIDES TO VISUALLYAID ORTHODONTIC APPLIANCE PLACEMENT WITHIN A THREE-DIMENSIONAL(3D)ENVIRONMENT”(用于在三维(3D)环境内可视化地辅助正畸器具放置的平面导向件)，2012年6月5日颁发；美国专利No.7,731,495，标题为“USER INTERFACE HAVING CROSS SECTIONCONTROL TOOL FOR DIGITAL ORTHODONTICS”(具有用于数字正畸的横截面控制工具的用户界面)，2010年6月8日颁发这些专利中的每个全文以引用方式并入。
客户端计算装置50包括处理器72和存储器74以存储和执行建模软件52。存储器74可表示任何易失性或非易失性存储元件。示例包括随机访问存储器(RAM)诸如同步动态随机访问存储器(SDRAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机访问存储器(NVRAM)、电可擦可编程的只读存储器(EEPROM)、以及闪速(FLASH)存储器。示例还可包括非易失性存储装置，例如硬盘、磁带、磁性或光学的数据存储介质、光盘(CD)、数字多用光盘(DVD)、蓝光光盘、以及全息数据存储介质。
处理器72表示一个或多个处理器，诸如通用微处理器、专门设计的处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑器集合、或者能够执行本文所述的技术的任何类型的处理装置。在一个示例中，处理器74可存储程序指令(例如，软件指令)，处理器72执行该指令以实施本文所述的技术。在其他示例中，可由处理器 72的专门编程的电路来执行这些技术。通过这些或其他方式，处理器 72可以被构造成执行本文所述的技术。
客户端计算装置50被构造成将患者的3D牙齿结构的数字表示以及任选地治疗数据64、患者数据68或两者经由网络24发送到制造设施20的计算机80。计算机80包括用户界面82。用户界面82提供在视觉上显示牙齿的数字模型的3D表示的GUI。此外，用户界面82还提供一种界面，该界面用于例如经由键盘和指向装置从用户接纳输入以在患者的3D牙齿结构的数字表示内操控患者的牙齿。
计算机80可被进一步配置为确定患者12的一组可移除牙科器具 22的尺寸和形状。可移除牙科器具22的尺寸和形状可以包括弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者的位置、尺寸和形状，使得该组可移除牙科器具22被构造成当被患者佩戴时将所述一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到最终位置。如上所述，当可移除牙科器具被患者佩戴时，弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者的位置、尺寸和形状可影响施加到牙齿的力的表现的量值、方向和长度。例如，当可移除牙科器具被患者佩戴时，相应弹簧构件的位置、尺寸和形状可至少部分地确定由相应弹簧构件的变形所产生的力的表现的量值、方向和长度。附连到相应牙齿上的相应附接件的位置、尺寸和形状还可至少部分地确定可从相应的弹簧构件传递到相应牙齿的力的方向。相应壳体的位置、尺寸和形状可影响与相应牙齿的接合(诸如控制牙齿移动的表现)，并且可通过控制弹簧构件与相邻牙齿的锚固来影响施加到相应牙齿的力的方向或量值。相应定位构件的位置、尺寸和形状可有助于由相应弹簧构件施加到相应附接件的弹簧力的量值。相应挠曲区域或应力减低区域的位置、尺寸和形状可以通过减少相应弹簧构件的可变形区域中的材料的量来减小施加到相应附接件的弹簧力的量值。计算机80可以分析当可移除牙科器具被患者佩戴时由相应弹簧构件的变形产生的力的表现的量值、方向和长度中的至少一者，以确定当可移除牙科器具被患者佩戴时弹簧构件、附接件、壳体、定位构件和挠曲区域中的至少一者的将导致患者的牙齿的期望移动的位置、尺寸和形状中的至少一者。计算机80可将该组可移除牙科器具22的数字模型、该组可移除牙科器具22的尺寸和形状或两者传输或以其他方式发送至计算机辅助的制造系统84，以用于生产该组可移除牙科器具22。
例如，计算装置80可以被构造成确定尺寸和形状中的至少一者。计算装置80可以呈现可移除牙科器具22的表示以供用户查看，包括查看尺寸和形状。另选地或附加地，计算装置80可以接受来自用户的输入以确定用于患者12的该组可移除牙科器具22的尺寸和形状。例如，该用户输入可以影响自动确定的尺寸或形状中的至少一者。
客户端计算装置50和计算机80仅是示例性计算机系统的概念表示。在一些示例中，相对于客户端计算装置50、计算机80或两者描述的功能可组合到单个计算装置中或者分布在计算机系统内的多个计算装置中。例如，可将云计算用于本文所述的牙科器具的数字设计。在一个示例中，在诊所处在一台计算机处接收牙齿结构的数字表示，同时使用一台不同的计算机诸如计算机80来确定可移除牙科器具的形状和尺寸。此外，对于该不同的计算机诸如计算机80，可能不必接收全部的相同数据以便其确定形状和尺寸。可至少部分地基于通过历史病例的分析或示例性病例的虚拟模型推导的知识，在不接收所考虑的病例的完整3D表示的情况下，确定形状和尺寸。在此类示例中，在客户端计算装置50与计算机80之间传输的数据，或者以其他方式用于设计定制牙科器具的数据，可明显少于表示患者的完整数字牙科模型的完整数据组。
图15是示出用于构造可移除牙科器具1422的示例性计算机辅助的制造系统1400的框图。计算机辅助的制造系统1400可以包括与计算机1404通信并耦接到构建材料源1410的增材制造系统1402。在一些示例中，计算机辅助的制造系统1400可以包括图14的计算机辅助的制造系统84。例如，计算机1404可以与计算机80相同或基本上类似。构建材料源1410可以包括至少一种聚合物材料源，例如，上述器具主体102的聚合物材料中的至少一种。牙科器具1422可以与可移除牙科器具100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000和 1100中的至少一个相同或基本上相似。在一些示例中，牙科器具1422 可以包括一组牙科器具22中的一个牙科器具。
增材制造系统1402可包括可移动平台1408和挤出头1406。可移动平台1408和挤出头1406可以被配置为制造牙科器具1422。例如，计算机1404可以控制挤出头1406和可移动平台1408以制造可移除牙科器具1422。通过计算机1404控制挤出头1406可包括控制从构建材料源1410至挤出头1406的材料进料速率、控制构建材料在牙科器具 1422上的沉积速率、控制挤出头1406的温度以及控制挤出头1406的位置中的至少一者。通过控制材料进料速率、材料沉积速率、挤出头 1406的温度和挤出头1410的位置中的至少一者，计算机1404可以控制牙科器具1422的至少一部分的位置、尺寸和形状的制造。通过计算机1404控制可移动平台1408可包括控制可移动平台在垂直于来自挤出头1406的材料沉积方向的平面中的平移，以及控制可移动平台沿着基本上平行于来自挤出头1406的材料沉积方向的轴线的升高中的至少一者。通过控制可移动平台1408的平移和升高中的至少一者，计算机 1404可以控制牙科器具1422的至少一部分的位置、尺寸和形状的制造。
尽管图15示出了被配置用于熔融沉积成型(FDM)的计算机辅助的制造系统1400，但是计算机辅助的制造系统1400也可以被配置用于立体光刻(SLA)、反型光聚合增材制造、喷墨/聚合物喷射增材制造或其他增材制造方法。在其中计算机辅助的制造系统1400被配置用于聚合物喷射打印的示例中，计算机辅助的制造系统1400可被配置为在单个印刷中打印多种材料，从而允许高模量材料用于牙科器具1422的刚性部件(例如，壳体)，并且允许低模量或弹性体材料用于牙科器具1422的刚性较小的部件(例如，弹簧构件)。此外，利用聚合物喷射增材制造，模量可在牙科器具1422上选择性地变化，并且可将与例如用于壳体、用于弹簧构件的不同部分、或用于壳体的不同部分的模量不同的模量用于弹簧构件。类似地，可以将与用于重新定位个体牙齿的壳体不同的模量用于锚固壳体。
图16是示出在制造设施20处开展的用于构造一组可移除牙科器具22的过程1500的流程图。在一些示例中，一组可移除牙科器具22 可包括可移除牙科器具100、200、300、400、500、600、700、800、 900、1000和1100中的至少一个。制造设施20处的计算机80从诊所14接收数字牙科解剖结构数据16，包括患者的一颗或多颗牙齿的初始位置以及处方数据18(1502)。另选地，计算机80可从位于计算机 80内的或者可以其他方式供计算机访问的数据库检索信息。与计算机 80相关联的受过训练的用户可与在计算机80上运行的计算机化建模环境交互以相对于患者牙齿结构的数字表示制定治疗计划并生成处方数据18，如果诊所14没有这么做。在其他示例中，计算机80可仅基于患者的牙齿结构和预定义的设计约束制定治疗计划。
一旦计算机80接收患者的牙齿结构，计算机80便确定用于患者的可移除牙科器具的尺寸和形状(1504)。可移除牙科器具的尺寸和形状被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时将患者的所述一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到最终位置。在相同或附加的示例中，计算机80确定用于患者的一组可移除牙科器具22的尺寸和形状，该组可移除牙科器具被构造成按顺序佩戴。
在一些示例中，确定可移除牙科器具的尺寸和形状包括利用计算机80根据一组预定义的设计约束来选择可移除牙科器具的尺寸和形状。该组预定义的设计约束可包括一个或多个因素，包括但不限于：施加到所围绕的牙齿中的一颗或多颗的最小局部力和最大局部力中的至少一者、施加到所围绕的牙齿中的一颗或多颗的最小旋转力和最大旋转力中的至少一者、施加到所围绕的牙齿中的一颗或多颗的最小平移力和最大平移力中的至少一者、施加到所围绕的牙齿中的一颗或多颗的最小总力和最大总力中的至少一者、以及当可移除牙科器具被患者佩戴并且所围绕的牙齿处于其初始位置时施加到可移除牙科器具的最小应力或应变和最大应力或应变中的至少一者。
在确定可移除牙科器具的尺寸和形状期间，计算机80可使用有限元分析(FEA)技术来分析患者牙齿以及可移除牙科器具上的力。例如，在建模牙齿从其初始位置移动到表示治疗的其最终位置时，计算机80 可对患者牙齿的立体模型应用FEA，该治疗包括一组有序的可移除牙科器具。计算机80可使用FEA来选择适当的可移除牙科器具以在牙齿上施加期望的力。此外，计算机80可使用虚拟牙合架来确定在建模牙齿于治疗期间的整个移动中牙齿之间的接触点。计算机80还可在FEA 力分析中包括咬合接触力诸如牙间交错力，其与在设计一组有序的可移除牙科器具中的牙科器具期间来自可移除牙科器具的力相结合。计算机80可以进一步确定牙齿移动的顺序，以优化力的施加、减少治疗时间、改善患者舒适度等。计算机80可以进一步确定牙列的过度矫治，以解决治疗结束后的复发。
在一些示例中，确定可移除牙科器具100的尺寸和形状包括利用计算机80选择器具主体(例如102)，例如，弹簧构件(例如，弹簧构件104)、附接件(例如，附接件106)、壳体(例如壳体110)、定位构件(例如定位构件222、322或634)挠曲区域(例如挠曲区域 326)、应力减低区域(例如应力减低区域728)和被偏压部分(例如，被偏压部分827)中的至少一者的厚度以提供一定刚度，该刚度适于在可移除牙科器具100被患者佩戴时将患者的所述一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到最终位置。在一些示例中，选定的厚度可以在约 0.10毫米和约2.0毫米之间的范围内，诸如在约0.2毫米和约1.0毫米之间，或者在约0.3毫米和约0.75毫米之间。在一些示例中，计算机 80还可以根据预定义的设计约束选择可移除牙科器具的材料。
患者的可移除牙科器具的尺寸和形状可经由计算机80的用户界面82呈现给用户(1506)。在其中可移除牙科器具的尺寸和形状经由用户界面82呈现给用户的示例中，在将设计数据发送到计算机辅助的制造系统84之前，用户可有机会调整设计约束或者直接调整可移除牙科器具的尺寸和形状。在一些示例中，当可移除牙科器具由计算机辅助的制造系统84制造时，可移除牙科器具的尺寸和形状可以由计算机 80直接呈现给用户。例如，计算机80可将可移除牙科器具的数字模型发送到计算机辅助的制造系统84，并且计算机辅助的制造系统84根据来自计算机80的数字模型制造可移除牙科器具。
然而，即使在用于患者的可移除牙科器具的尺寸和形状经由计算机80的用户界面82呈现给用户的示例中，在用户批准之后，计算机 80也将可移除牙科器具的数字模型发送到计算机辅助的制造系统84 (1508)，并且计算机辅助的制造系统84根据来自计算机80的数字模型制造可移除牙科器具(1510)。
在一些示例中，计算机辅助的制造系统84可包括3D打印机。形成器具主体可以包括利用3D打印机打印弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者。在其他示例中，形成器具主体可包括用3D打印机打印患者牙齿的表示，在牙齿的表示上热成型器具主体，并修剪多余的材料以形成弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者。患者牙齿的表示可以包括凸起的表面，以便于在热成型和修剪的器具主体中形成弹簧构件、附接件、壳体、定位构件、挠曲区域、应力减低区域和被偏压部分中的至少一者。
图16的技术可用于设计和制造一组有序的可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具。例如，该组有序的可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具可被构造成增量地重新定位患者的牙齿。这样，该组有序的可移除牙科器具22可被构造成比该组可移除牙科器具22内的任一个可移除牙科器具更大程度地重新定位患者的牙齿。此类一组有序的可移除牙科器具22可具体地被构造成当患者的该组有序的可移除牙科器具22中的可移除牙科器具被患者依次佩戴时，将患者的所述一颗或多颗牙齿从其初始位置增量地重新定位到最终位置。
在一些示例中，相对于图16所述的技术可体现在计算机可读存储介质内，该计算机可读存储介质诸如计算机50、计算机80或计算机 1404的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可存储计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被执行时将处理器配置为执行相对于图16所述的技术。
在设计该组可移除牙科器具22之后，制造设施20根据数字牙科解剖结构数据16和处方数据18制作该组可移除牙科器具22(1510)。可移除牙科器具22的构造可包括3D打印、热成型、注塑、失蜡铸造、 5轴铣削、激光切割、塑料和金属混合制造技术例如按扣配合和重叠注塑、以及其他制造技术。
图17是示出使用一组有序的可移除牙科器具进行的治疗的逐次迭代的流程图1600。该组有序的可移除牙科器具被构造成用于新定位患者的一颗或多颗牙齿。在一些示例中，该组有序的可移除牙科器具可包括可移除牙科器具100、200、300、400、500、600、700、800、 900、1000和1100中的至少一个。
治疗始于第一治疗迭代(1602)。在第一治疗迭代开始时，患者的牙齿处于如止动状态X所表示的其初始位置处(1604)。例如，如上所述，对患者的牙齿进行扫描以促进设计该组有序的可移除牙科器具(1606)。根据对患者牙齿的扫描，计算机例如计算机50确定该有序组中可移除牙科器具的两种不同形状和尺寸：第一设置Xa 1608A和第二设置Xb 1608B。用于创建患者牙齿的数字模型的示例性技术在授予Cinader等人的标题为“METHODS OFPREPARING A VIRTUAL DENTITION MODEL AND FABRICATING A DENTAL RETAINERTHEREFROM”(制备虚拟牙列模型并且由此制作牙科保持器的方法) 并且于2014年5月27日颁发的美国专利8,738,165中有所描述。美国专利8,738,165全文以引用方式并入本文。计算机可以通过首先调整患者牙齿的数字模型以创建在治疗之后患者牙齿的期望位置的模型，从而确定第一设置Xa 1608A和第二设置Xb 1608B。然后，计算机可基于将患者的牙齿从初始位置移动到其期望位置所需的时间和力来创建该有序组中可移除牙科器具的形状和尺寸。例如，计算机模型可以调节该有序组中的可移除牙科器具的弹簧构件(例如，弹簧构件104)、附接件(例如，附接件106)、壳体(例如，壳体110)、定位构件(例如，定位构件222、322或634)、挠曲区域(例如，挠曲区域326)、应力减低区域(例如，应力减低区域728)和偏置部分(例如，偏置部分827)中的至少一者的厚度、位置、形状和尺寸，以产生将患者的牙齿从初始位置移动到其期望位置所需的力。由该有序组中的可移除牙科器具施加的建模力还可基于患者牙齿在治疗期间的增量位置移动。这样，计算机可以根据在治疗期间患者佩戴该有序组中的可移除牙科器具时施加在牙齿的预测位置的牙齿上的预期力来设计该有序组中的每个可移除牙科器具。
在一些示例中，可以使用第一设置Xa 1608A和第二设置Xb 1608B 中的每一个制造该组可移除牙科器具中的至少一个(诸如三个)不同的可移除牙科器具，以生产该组可移除牙科器具中的至少两个(诸如六个)可移除牙科器具。例如，第一设置Xa 1608A可用于制造第一可移除牙科器具Xa，软1610A、第二可移除牙科器Xa，中1610B和第三可移除牙科器具Xa，硬1610C；并且第二设置Xb 1608B可用于制造第四可移除牙科器具Xb，软1610D、第五可移除牙科器具Xb，中1610E和第六可移除牙科器具Xb，硬1610F。第一可移除牙科器具、第二可移除牙科器具和第三可移除牙科器具1610A至1610C可以具有基本上相同的形状和尺寸，但是可以包括具有不同刚度特性的材料。例如，第二移除牙科器具1610B和第三可移除牙科器具1610C可具有比第一可移除牙科器具1610A更高的刚度特性，并且第三可移除牙科器具1610C可具有比第二可移除牙科器具1610B更高的刚度特性。类似地，第四可移除牙科器具、第五可移除牙科器具和第六可移除牙科器具1610D至 1610F可以具有基本上相同的形状和尺寸，但是包括具有不同刚度特性的材料。在一些示例中，第一可移除牙科器具1610A可具有与第四可移除牙科器具1610D相同的刚度特性，诸如相对柔软的聚合物材料。类似地，第二可移除牙科器具1610B可具有与第五可移除牙科器具 1610E相同的刚度特性，诸如比第一可移除牙科器具1610A刚度相对更高的聚合物材料。同样地，第三可移除牙科器具1610C可具有与第六可移除牙科器具1610F相同的刚度特性，诸如比第二可移除牙科器具1610B刚度相对更高的聚合物材料。
该组有序的可移除牙科器具中的可移除牙科器具1610A至1610F 可由患者随时间依次佩戴。例如，该组有序的可移除牙科器具中的可移除牙科器具1610A至1610F中的每一个的佩戴时间可介于约1周至约6周之间，诸如介于约2周至约4周之间，或约3周。在使用可移除牙科器具1610A至1610F的治疗计划之后，患者的牙齿可处于如牙列状态X+1所表示的第一治疗迭代的最终位置处(1612)。
一旦患者的牙齿处于或接近牙列状态X+1，患者可回到临床医生处，临床医生可评估第一治疗迭代的结果(1614)。如果第一治疗迭代得到患者牙齿的可接受的最终位置，则治疗可以结束(1616)。然而，如果第一治疗迭代未得到患者牙齿的可接受的最终位置，则可执行一个或多个附加的治疗迭代。为了开始下一个治疗迭代，临床医生可对患者的牙齿进行另一次扫描以促进设计随后的一组有序的可移除牙科器具(1606)。在一些示例中，第一治疗迭代的结果的评估可包括对患者的牙齿进行另一次扫描，在这种情况下，开始下一个治疗迭代可仅涉及将患者牙齿的数字模型转发到制造设施以使得可基于患者牙齿的新位置为患者制造另一组有序的可移除牙科器具。在其他示例中，可使用新获取的扫描来在临床医生的设施中创建可移除牙科器具的一个或多个迭代。
图17的技术表示一个具体示例，可在本公开的实质内对图17的技术进行多种修改。例如，该组有序的可移除牙科器具可包括多于或少于六个的可移除牙科器具。作为另一个示例，该组有序的可移除牙科器具中的每个可移除牙科器具可具有唯一的形状和尺寸，并且该组有序的可移除牙科器具中的每个可移除牙科器具可由具有基本上相同或相似的刚度特性的材料制成。在该示例中，假定附接件在开始治疗阶段放置，因此已知它们在牙齿上的几何形状。可以设置各种附接件几何形状(按钮、条、斜面、斜坡等)，并且可以有利地用于帮助力构件的接合和保持。
实施例
实施例1：图18A和图18B示出可移除牙科器具的建模的弹簧构件的方向变形图1700和等效应力图1710。可移除牙科器具可以与可移除牙科器具100相同或基本上类似。出于建模的目的，第一尺寸114 为15毫米，弹簧构件104的厚度为0.625毫米。齿龈边缘或凹槽112 与器具主体102的最多齿龈部分之间的距离为1.0毫米。器具主体102 的材料被建模为DURAN(可购自Scheu Dental,Iserlohn,Germany)，其具有大约2200MPa的弹性模量。弹簧力108被施加到凹槽112的中间。弹簧构件104被建模为梁1702，其中中心1706和端部1704沿着x、y和z轴固定(并且允许梁1702围绕固定边缘1704旋转)并且端部1708沿着y轴(纵轴)固定并且允许沿着x轴和z轴移动。
弹簧力108被建模为例如当弹簧构件104在牙齿101的初始位置与牙齿101上的附接件106接合时具有100克力(0.981牛顿)的初始弹簧力，以及例如当弹簧构件104在牙齿101的期望位置与牙齿101 上的附接件106接合时具有60克力(0.588牛顿)的弹簧力。最大应变为1.52％。弹簧构件104的最大位移(δ)计算如下(PL3)
Figure BDA0002438464950000531
其中P是由弹簧构件104施加到附接件106的弹簧力108(例如， 100克力和60克力)，L是凹槽112的第一尺寸(例如，凹槽的长度为15毫米)，E是器具主体材料的弹性模量(例如，2200MPa)，并且
Figure BDA0002438464950000532
其中b是弹簧构件104的厚度(例如0.625毫米)，并且h是从凹槽112的边缘到器具主体102的齿龈最多部分的距离(例如1.0毫米)。对于100克力的弹簧力108，最大位移被确定为约0.60毫米。对于60克力的弹簧力108，最大位移被确定为约0.36毫米。假定60 克力是引起齿槽骨重塑的最小力，则建模的弹簧构件可使牙齿101移动约0.24毫米。
如图18A所示，响应于100克力弹簧力108的梁1702的变形在y 轴上跨梁1702分布。梁1702的最大变形在梁1702的中心1706处约为0.60毫米。如图18B所示，在梁1702上形成应力梯度，在中心1706 处具有最大值，并且在固定端1704和1708附近具有最小值。图18A 和图18B的示例示出具有与患者牙齿上的附接件接合的弹簧构件的可移除牙科器具可以导致牙齿的移动，同时减少围绕牙齿的壳体的变形。如上所述，减小壳体中的变形和应变可以增加壳体与相应牙齿的接合并改善对牙齿移动的控制。
已描述了各种示例。这些示例以及其他示例均在如下权利要求书的范围内。

Claims (35)

1.一种可移除牙科器具，包括：
器具主体，所述器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿，所述器具主体包括：
单一材料，所述单一材料限定被成形为接纳所述患者的至少一颗牙齿的一个或多个壳体；
与所述壳体一体形成的弹簧构件；以及
与所述壳体一体形成的定位构件，其中所述定位构件包括所述壳体远离所述牙弓的咬合面的偏转，从而当所述器具坐置于所述牙弓上时，在所述壳体与牙齿的咬合面之间形成空腔，
其中所述弹簧构件被构造成接纳附连到所述至少一颗牙齿的附接件，其中所述弹簧构件被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时向所述附接件施加弹簧力，以引起所述至少一颗牙齿朝向期望位置的移动，并且其中所述定位构件被构造成响应于定位力被施加到所述定位构件而使所述器具主体变形，以促进所述弹簧构件与所述附接件的接合，并且其中接收所述定位力使所述定位构件在所述咬合面的方向上变形。
2.根据权利要求1所述的可移除牙科器具，其中所述弹簧构件包括限定在所述壳体中的凹槽，所述凹槽被成形且定位成接合所述附接件。
3.根据权利要求2所述的可移除牙科器具，其中所述凹槽包括基本上垂直于所述弹簧力的方向延伸的第一尺寸和基本上平行于所述弹簧力的方向延伸的第二尺寸，并且其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
4.根据权利要求2或3所述的可移除牙科器具，其中所述凹槽至少部分地延伸到所述器具主体中或穿过所述器具主体。
5.根据权利要求2或3所述的可移除牙科器具，其中所述凹槽基本上延伸穿过所述器具主体的至少一部分，其中所述器具主体还包括被构造成至少部分地在所述凹槽上延伸的弹簧构件盖。
6.根据权利要求1或2所述的可移除牙科器具，其中当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，或响应于所述定位力被施加到所述定位构件，所述弹簧构件被朝所述附接件偏压。
7.根据权利要求1或2所述的可移除牙科器具，其中所述壳体的厚度在所述弹簧构件附近增加。
8.根据权利要求1或2所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体还包括至少一个应力减低区域，所述至少一个应力减低区域至少部分地延伸到所述器具主体中，并且与所述弹簧构件相邻定位。
9.根据权利要求1或2所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体包含三维打印的单一聚合物材料。
10.一种正畸系统，包括：
一组有序的可移除牙科器具，所述一组有序的可移除牙科器具被构造用于重新定位患者的一颗或多颗牙齿，所述一组可移除牙科器具中的每个可移除牙科器具包括：
器具主体，所述器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿，所述器具主体包括：
单一材料，所述单一材料限定被成形为接纳所述患者的至少一颗牙齿的一个或多个壳体；
与所述壳体一体形成的弹簧构件；以及
与所述壳体一体形成的定位构件，其中所述定位构件包括所述壳体远离所述牙弓的咬合面的偏转，从而当所述器具坐置于所述牙弓上时，在所述壳体与牙齿的咬合面之间形成空腔，
其中所述弹簧构件被构造成接纳附连到所述至少一颗牙齿的附接件，其中所述弹簧构件被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时向所述附接件施加弹簧力，以引起所述至少一颗牙齿朝向期望位置的移动，并且其中所述定位构件被构造成响应于定位力被施加到所述定位构件而使所述器具主体变形，以促进所述弹簧构件与所述附接件的接合，并且其中接收所述定位力使所述定位构件在所述咬合面的方向上变形。
11.根据权利要求10所述的正畸系统，其中所述弹簧构件包括限定在所述壳体中的凹槽，所述凹槽被成形且定位成接合所述附接件。
12.根据权利要求11所述的正畸系统，其中所述凹槽包括基本上垂直于所述弹簧力的方向延伸的第一尺寸和基本上平行于所述弹簧力的方向延伸的第二尺寸，并且其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
13.根据权利要求11或12所述的正畸系统，其中所述凹槽至少部分地延伸到所述器具主体中或穿过所述器具主体。
14.根据权利要求10或11所述的正畸系统，其中当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，或响应于所述定位力被施加到所述定位构件，所述弹簧构件被朝所述附接件偏压。
15.根据权利要求10或11所述的正畸系统，其中所述壳体的厚度在所述弹簧构件附近增加。
16.根据权利要求10或11所述的正畸系统，其中所述器具主体还包括至少一个应力减低区域，所述至少一个应力减低区域至少部分地延伸到所述器具主体中，并且与所述弹簧构件相邻定位。
17.根据权利要求10或11所述的正畸系统，其中所述器具主体包含三维打印的单一聚合物材料。
18.一种形成可移除牙科器具的方法，包括：
形成患者的牙科解剖结构的模型；以及
基于所述模型形成可移除牙科器具，所述可移除牙科器具包括：
器具主体，所述器具主体被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿，所述器具主体包括：
单一材料，所述单一材料限定被成形为接纳所述患者的至少一颗牙齿的一个或多个壳体；
与所述壳体一体形成的弹簧构件；以及
与所述壳体一体形成的定位构件，其中所述定位构件包括所述壳体远离所述牙弓的咬合面的偏转，从而当所述器具坐置于所述牙弓上时，在所述壳体与牙齿的咬合面之间形成空腔，
其中所述弹簧构件被构造成接纳附连到所述至少一颗牙齿的附接件，其中所述弹簧构件被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时向所述附接件施加弹簧力，以引起所述至少一颗牙齿朝向期望位置的移动，并且其中所述定位构件被构造成响应于定位力被施加到所述定位构件而使所述器具主体变形，以促进所述弹簧构件与所述附接件的接合，并且其中接收所述定位力使所述定位构件在所述咬合面的方向上变形。
19.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述可移除牙科器具包括：将所述弹簧构件形成为包括限定在所述壳体中的凹槽，其中所述凹槽被成形且定位成接合所述附接件。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述凹槽包括基本上垂直于所述弹簧力的方向延伸的第一尺寸和基本上平行于所述弹簧力的方向延伸的第二尺寸，并且其中所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
21.根据权利要求18或19所述的方法，其中所述凹槽至少部分地延伸到所述器具主体中或穿过所述器具主体。
22.根据权利要求18或19所述的方法，其中形成所述可移除牙科器具包括：形成至少一个应力减低区域，所述至少一个应力减低区域至少部分地延伸到所述器具主体中，并且与所述弹簧构件相邻定位。
23.根据权利要求18或19所述的方法，其中形成所述可移除牙科器具包括使用聚合物材料对所述可移除牙科器具进行三维打印。
24.一种制备可移除牙科器具的方法，包括：
通过计算装置接收患者的三维(3D)牙科解剖结构的数字表示，所述牙科解剖结构提供所述患者的一颗或多颗牙齿的初始位置；
通过所述计算装置确定所述患者的可移除牙科器具的尺寸和形状，其中所述可移除牙科器具包括：
器具主体，所述器具主体被构造成至少部分地围绕所述患者的牙弓的多颗牙齿，所述器具主体包括：
单一材料，所述单一材料限定被成形为接纳所述患者的至少一颗牙齿的一个或多个壳体；
与所述壳体一体形成的弹簧构件；
与所述壳体一体形成的定位构件；以及
至少一个应力减低区域，所述至少一个应力减低区域至少部分地延伸到所述器具主体中，并且与所述弹簧构件相邻定位，
其中所述弹簧构件被构造成接纳附连到所述至少一颗牙齿的附接件，其中所述弹簧构件被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时向所述附接件施加弹簧力，以引起所述至少一颗牙齿朝向期望位置的移动，并且其中所述定位构件被构造成响应于定位力被施加到所述定位构件而促进所述弹簧构件与所述附接件的接合，并且
其中所述可移除牙科器具的尺寸和形状包括：
所述壳体的位置、尺寸和形状；
所述附接件的位置、尺寸和形状；
所述弹簧构件的位置、尺寸和形状；以及
所述定位构件的位置、尺寸和形状；以及
通过所述计算装置将所述可移除牙科器具的表示传输到计算机辅助的制造系统。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述患者的所述三维(3D)牙科解剖结构还包括牙根、齿龈、牙周韧带(PDL)、牙槽突或皮质骨中的至少一部分。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中传输所述可移除牙科器具的所述表示包括：将所述可移除牙科器具的数字模型从所述计算装置发送到所述计算机辅助的制造系统，以及根据来自所述计算装置的所述数字模型用所述计算机辅助的制造系统制造所述可移除牙科器具的至少一部分。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述计算机辅助的制造系统包括3D打印机，并且所述可移除牙科器具的至少一部分使用所述3D打印机形成。
28.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述方法还包括：通过所述计算装置确定用于所述患者的一组有序的可移除牙科器具中的每一个的尺寸和形状，所述可移除牙科器具为用于所述患者的所述一组有序的可移除牙科器具中的一个，其中所述一组有序的可移除牙科器具中的每个可移除牙科器具被构造成将所述患者的所述牙齿增量地重新定位到相比所述一组可移除牙科器具中较早的可移除牙科器具中的任一个前进更多的位置。
29.根据权利要求24或25所述的方法，其中通过所述计算装置确定所述可移除牙科器具的尺寸和形状包括：根据一组预定义的设计约束，通过所述计算装置选择所述可移除牙科器具的所述尺寸和形状，所述一组预定义的设计约束包括由以下项构成的组中的一者或多者：
当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，施加到所述患者的所述一颗或多颗牙齿或所述附接件的最小和最大局部力；
当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，施加到所述患者的所述一颗或多颗牙齿或所述附接件的最小和最大旋转力；
当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，施加到所述患者的所述一颗或多颗牙齿或所述附接件的最小和最大平移力；
当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，施加到所述患者的所述一颗或多颗牙齿或所述附接件的最小和最大总力；以及
当被所述患者佩戴时施加到所述可移除牙科器具的最小和最大应力或应变。
30.根据权利要求24或25所述的方法，还包括通过所述计算装置选择所述可移除牙科器具的材料。
31.根据权利要求24或25所述的方法，其中通过所述计算装置确定所述可移除牙科器具的尺寸和形状包括：选择所述器具主体的至少一部分的厚度以提供一定刚度，所述刚度适合当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，将所述患者的所述一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到调整位置。
32.根据权利要求24或25所述的方法，其中通过所述计算装置确定所述可移除牙科器具的尺寸和形状包括：修改所述患者的一颗或多颗牙齿的初始位置，以产生经修改的牙科解剖结构，其中
所述经修改的牙科解剖结构表示与所述患者的所述一颗或多颗牙齿的初始位置相比对所述患者的所述一颗或多颗牙齿进行的增量重新定位，并且
所述可移除牙科器具的所述尺寸和形状符合所述经修改的牙科解剖结构。
33.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述弹簧构件包括限定在所述壳体中的凹槽，所述凹槽被成形且定位成接合所述附接件。
34.根据权利要求24或25所述的方法，其中当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，或响应于所述定位力被施加到所述定位构件，所述弹簧构件被朝所述附接件偏压。
35.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述定位构件包括远离所述牙弓的咬合面的突出部、凹槽或偏转中的至少一者，并且被构造成接收所述定位力以使所述器具主体变形，从而促进所述弹簧构件与所述附接件的接合。
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