CN111182851B - 包括跳线的可移除牙科器具 - Google Patents

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    • A61C7/20—Arch wires
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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。所述器具主体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和所述第二壳体被形成为接纳第一相应牙齿和第二相应牙齿；以及至少一个跳线，所述至少一个跳线包括细长结构体，所述细长结构体具有联接到所述第一壳体的第一端部和联接到所述第二壳体的第二端部。所述至少一个跳线被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时在所述第一壳体与所述第二壳体之间施加力，以使所述第一牙齿和所述第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。

Description

包括跳线的可移除牙科器具
技术领域
本公开涉及基于聚合物的可移除牙科器具，诸如牙齿矫治器。
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牙齿上的适当力水平，直到实现正确对准。
正畸治疗还可涉及使用对准托盘，诸如透明或透光的基于聚合物的牙齿定位托盘，通常称为透明托盘矫治器(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。CTA的相应壳体的变形位置可朝牙齿的期望位置向相应牙齿施加力，该期望位置为初始位置与由正畸治疗产生的最终位置之间的中间位置。
发明内容
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。器具主体包括第一壳体，该第一壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第一牙齿；第二壳体，该第二壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第二牙齿；以及至少一个跳线，该至少一个跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体。该至少一个跳线的第一端部联接到第一壳体，并且该至少一个跳线的第二端部联接到第二壳体。该至少一个跳线被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时在第一壳体与第二壳体之间施加力，以使第一牙齿和第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
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每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。器具主体包括第一壳体，该第一壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第一牙齿；第二壳体，该第二壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第二牙齿；以及至少一个跳线，该至少一个跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体。该至少一个跳线的第一端部联接到第一壳体，并且该至少一个跳线的第二端部联接到第二壳体。该至少一个跳线被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时在第一壳体与第二壳体之间施加力，以使第一牙齿和第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
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。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。器具主体包括第一壳体，该第一壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第一牙齿；第二壳体，该第二壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第二牙齿；以及至少一个跳线，该至少一个跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体。该至少一个跳线的第一端部联接到第一壳体，并且该至少一个跳线的第二端部联接到第二壳体。该至少一个跳线被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时在第一壳体与第二壳体之间施加力，以使第一牙齿和第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
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。该牙科解剖结构包括患者的一根或多颗牙齿的初始位置。该方法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。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。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该一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到调整位置。该可移除牙科器具的尺寸和形状包括第一壳体、第二壳体和至少一个跳线中的每一个的位置、尺寸和形状，该第一壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第一牙齿，该第二壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第二牙齿，该至少一个跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体。该至少一个跳线的第一端部联接到第一壳体，并且该至少一个跳线的第二端部联接到第二壳体。该至少一个跳线被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时在第一壳体与第二壳体之间施加力，以使第一牙齿和第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。该方法还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。该牙科解剖结构包括患者的一根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可执行指令，该计算机系统可执行指令在被执行时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。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。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该一颗或多颗牙齿从其初始位置重新定位到调整位置。该可移除牙科器具的尺寸和形状包括第一壳体、第二壳体和至少一个跳线中的每一个的位置、尺寸和形状，该第一壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第一牙齿，该第二壳体被成形为接纳多颗牙齿中的第二牙齿，该至少一个跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体。该至少一个跳线的第一端部联接到第一壳体，并且该至少一个跳线的第二端部联接到第二壳体。该至少一个跳线被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时在第一壳体与第二壳体之间施加力，以使第一牙齿和第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。非暂态计算机可读存储介质还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至图1J示出了包括被构造成施加力，以使患者的至少一颗牙齿朝向期望位置移动的至少一个跳线的示例性可移除牙科器具的不同视图。
图2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3是示出生成数字牙科解剖结构数据的示例性过程的流程图。
图4是示出经由网络连接到制造设施以生成数字牙科解剖结构数据的客户端计算机的示例的框图。
图5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6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7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8A和图8B示出了不包括跳线的建模的可移除牙科器具的方向变形图和等效应力图。
图9A和图9B示出了包括跳线的建模的可移除牙科器具的方向变形图和等效应力图。
具体实施方式
本公开描述了包括多个壳体和至少一个跳线的可移除牙科器具。该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多颗牙齿。该器具主体包括：第一壳体，该第一壳体被成形为接纳第一牙齿；第二壳体，该第二壳体被成形为接纳第二牙齿；以及至少一个跳线。该至少一个跳线包括细长结构体，该细长结构体具有联接到第一壳体的第一端部和联接到第二壳体的第二端部。该至少一个跳线被构造成在第一壳体与第二壳体之间施加力。当可移除牙科器具被患者佩戴时，可选择该力，以使第一牙齿或第二牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
用本公开中描述的可移除牙科器具进行正畸治疗可包括在相邻壳体之间使用至少一个跳线，以能够更好地控制施加到患者牙齿上的力矢量。该至少一个跳线可包括细长结构体，该细长结构体在相邻牙齿之间的邻间区域上方延伸并且具有联接到与相邻牙齿接合的相应壳体的第一端部和第二端部。例如，该至少一个跳线可在邻间区域上方延伸以接合第一壳体和第二壳体，该邻间区域包括在接纳第一牙齿的第一壳体的远中部分与接纳第二牙齿的第二壳体的近中部分之间的区域。在使用可移除牙科器具期间，该至少一个跳线和壳体可导致可移除牙科器具变形，使得这些壳体中的至少一些被定位在不同于牙齿的初始位置(例如，错位咬合位置)的中间位置。该中间位置可在牙齿的初始位置与由正畸治疗产生的牙齿的期望位置之间。当可移除牙科器具变形时，基本上所有的变形都可发生在该至少一个跳线中，从而使壳体基本上不变形。该至少一个跳线可响应于变形而向相应壳体施加力，例如其中该至少一个跳线朝未变形构型移动的恢复力。该至少一个跳线的变形可在该至少一个跳线中产生至少一种力，诸如弯曲、扭转、压缩、张紧和剪切。壳体上的力可在患者的一颗或多颗牙齿上产生力矢量。这样，该至少一个跳线可被构造成施加力以移动患者的牙齿。
通过将变形集中在该至少一个跳线中，相应壳体可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，与不具有至少一个跳线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。这样，可移除牙科器具可改善牙齿在壳体中的接合、将变形集中在该至少一个跳线中或两者。通过将力产生构件(例如，至少一个跳线)和接合构件(例如，壳体)分开，本文所述的可移除牙科器具可允许对施加到牙齿的力(包括量值和方向)进行更好的控制。相比之下，在不包括至少一个跳线或其他类似特征部的可移除牙科器具中，器具主体既接合牙齿的表面又在正畸治疗期间递送力以移动牙齿。牙齿接合的程度(例如，壳体/牙齿接触的量和位置)可影响对施加到牙齿的力的控制。
在一些示例中，该至少一个跳线可被构造成控制施加到相应壳体的力的量值或方向以及施加到相应牙齿的合力。例如，该至少一个跳线可被定位和成形为向至少一个壳体提供特定的力。相应壳体上的力可在相应牙齿上产生特定的力矢量。例如，力矢量可以一定方向或量值施加到壳体上，在不具有该至少一个跳线的情况下不可能以该方向或量值施加到壳体上。该至少一个跳线还可使得能够在更大的距离上表现力。例如，该至少一个跳线的细长结构体可比相邻牙齿(或相邻壳体)之间的邻间区域的长度长。该细长结构体的长度可允许该至少一个跳线在细长结构体延伸、反冲或以其他方式对至少一种力(诸如弯曲、扭转、压缩、张紧和剪切)作出反应时表现力。可表现至少一种力，直到细长结构体反应至该至少一种力不足以移动牙齿的程度。例如，当由该至少一个跳线中的至少一种力产生的力小于导致牙槽骨重塑所需的力时，牙齿可停止移动。这样，与其他正畸治疗相比，可移除牙科器具可改善对力矢量的方向、量值或表现长度中的至少一者的控制，以在缩短的治疗时间内和一组可移除牙科器具中的可移除牙科器具的较少进展或两者下实现期望的牙齿移动。
图1A至图1J示出了与患者的下颌弓101的牙齿103A-103N(统称为“牙齿103”)接合的示例性可移除牙科器具100的不同视图。可移除牙科器具100可包括矫治器托盘。例如，可移除牙科器具100包括器具主体102，该器具主体包括多个壳体104A-104N(统称为“壳体104”)以及至少一个跳线108A-108R和110A-110R(统称为“跳线108和110”)。跳线108和110可包括颊侧跳线108A-108R(统称为“颊侧跳线108”)和舌侧跳线110A-110R(统称为“舌侧跳线110”)。跳线108和110连接到壳体104。跳线108和110中的相应跳线被构造成向壳体104中的至少一个相应壳体施加力。例如，跳线108I、108J、110I和110J可被构造成向第一壳体104G和第二壳体104H中的至少一者施加力，以使第一牙齿103G和第二牙齿103H中的至少一者朝向期望位置移动。通过利用壳体104和跳线108和110，可移除牙科器具100可将牙齿103的接合与力施加分开，与其他正畸器具相比，这可改善对力矢量的方向、量值或表现长度的控制，以实现特定的牙齿移动、缩短治疗时间或减少为实现期望牙齿移动的一组可移除牙科器具中可移除牙科器具的数量。
器具主体102可被构造成至少部分地围绕患者的上颌牙弓或如图1A至图1J所示的下颌牙弓101的两颗或更多颗牙齿103。例如，器具主体102可围绕牙齿103的颊侧、舌侧和咬合面中的至少一者，与患者的齿龈的一部分重叠，或两者。在一些示例中，器具主体102可围绕不同牙齿103的不同部分。
器具主体102包括被成形为接纳牙齿103中的相应牙齿的壳体104，包括例如被成形为接纳第一牙齿103G的第一壳体104G和被成形为接纳第二牙齿103H的第二壳体104H。第一牙齿103G和第二牙齿103H可包括前牙(如图1A至图1J所示)或后牙。在一些示例中，器具主体102可包括用于每个相应牙齿103的相应壳体104。在其他示例中，器具主体102可包括比牙齿103更少的壳体104，例如，壳体104中的壳体可接纳牙齿103中的多于一颗牙齿，或者多颗牙齿103可不被器具主体102的壳体104围绕。在一些示例中，壳体104中的相应壳体的厚度可在约0.2毫米至约2.0毫米厚之间(诸如在约0.5至约1.0毫米厚之间)的范围内。在其他示例中，器具主体102可限定比牙齿103更多的壳体104，例如，两个或更多个壳体104可围绕牙齿103中的一个牙齿的至少一部分。在一些示例中，壳体104可围绕牙齿103的颊侧、舌侧和咬合部分。在其他示例中，壳体104可围绕牙齿103的较少部分，例如仅牙齿103的颊侧和舌侧部分，或者仅牙齿103的颊侧或舌侧部分中的一者。相应壳体104可被成形为接合牙齿103中的相应牙齿。例如，相应壳体104可被成形为限定腔和腔表面，该腔和腔表面接触牙齿103中的相应牙齿中的至少一个选定点、选定表面积或两者。通过选择壳体104中的相应壳体的形状，可移除牙科器具101可控制施加到牙齿103中的相应牙齿的力的位置。
器具主体102可包括一个或多个锚固壳体，该锚固壳体被构造成接纳一颗或多颗锚固牙齿。在一些示例中，锚固牙齿可包括一颗或多颗臼齿、前臼齿或两者，诸如牙齿103A-103C和103L-103N，并且锚固壳体可包括对应壳体，例如壳体104A-104C和104L-104N。在其他示例中，锚固牙齿可包括一颗或多颗前牙、或一颗或多颗前牙和后牙的组合。锚固壳体104A-104C和104L-104N可被构造成允许器具主体102的一部分变形，以产生足以移动前牙103A-103C和103L-103N的力(例如，足以使牙槽骨重塑的力)，而不会产生足以移动相应锚固牙齿103A-103C和103L-103N的力。在其他示例中，器具主体102可省略锚固壳体104A-104C和104L-104N中的任何一者或多者。锚固壳体104A-104C和104L-104N可与跳线连接或不与跳线联接(例如，相邻壳体的表面可不与跳线联接)。锚固壳体104A-104C和104L-104N通过提供可确定相应前牙上的力的相对固定的平面，可改善对连接壳体104D-104K的跳线108和110与前牙103D-103K接合产生的力矢量的控制。
器具主体102包括跳线108和110。一般来讲，跳线108可被定位在任意数量的相邻或不相邻的壳体104之间的器具主体102的颊侧面，并且跳线110可被定位在任意数量的相邻或不相邻的壳体104之间的器具主体102的舌侧面。在一些示例中，壳体104中的相应壳体包括跨接壳体，该跨接壳体包括联接到跨接壳体和壳体104中的第一相邻壳体的颊侧面的至少一个颊侧跳线108，以及联接到跨接壳体和壳体104中的第二相邻壳体的舌侧面的至少一个舌侧跳线110。在一些示例中，跳线108和110中的至少一个跳线可被定位在器具主体102的咬合面上方。例如，当牙齿尚未完全牙尖吻合时，定位在牙齿的咬合面上方的跳线可不干扰相对的牙齿。在一些示例中，跳线108和110中的至少一个跳线可通过齿龈区域上方，以增加该至少一个跳线的长度、减少邻间区域中跳线108和110的拥挤或两者。任意数量的跳线108和110可被定位在相应壳体上，这仅由壳体104中的相应壳体的表面积以及跳线108和110中的相应跳线的横截面积限制。联接到壳体104中的相应壳体的跳线108和110的数量可不同于联接到壳体104中的第二相应壳体的跳线108和110的数量。当可移除牙科器具100被患者佩戴时，可移除牙科器具100的变形(例如，壳体104中的一者或多者从中间位置到牙齿103中的一颗或多颗的初始位置的移动)可导致跳线108和110中的一者或多者变形。跳线108或110中的相应跳线的变形可在该相应跳线上施加弯曲力、扭转力、压缩力、张力或剪切力中的至少一种。在一些示例中，基本上所有的力将归因于相应跳线的弯曲和扭转。相应跳线可在壳体104中的一个或多个相应壳体上施加恢复力以减轻相应跳线中的力，该力使相应壳体所围绕的牙齿103中的至少一个相应牙齿朝向期望位置移动。例如，跳线108I的变形可产生被施加到第一壳体104G、第二壳体104H或两者上的力。由跳线108、110中的跳线或两者施加到壳体104中的壳体上的力的方向可使壳体104中的壳体沿该力的方向移动。当壳体104与牙齿103接合时，力被传递到牙齿103，以使牙齿103移动。例如，第一壳体104G和第二壳体104H可将力传递到相应的第一牙齿103G和第二牙齿103H。
相应牙齿103上的力的方向可由相应壳体104的至少一个表面与相应牙齿103的至少一个表面的接合的一个或多个位置以及跳线108和110与壳体104的附接点产生。例如，由跳线108和110中的跳线施加的力可集中在跳线与壳体的附接点处。因此，可通过选择跳线108和110中的一个或多个跳线与壳体104中接合牙齿的壳体的附接点来选择对牙齿103中的牙齿所施加的力的方向。
跳线108和110的平衡状态(例如，静止状态)可限定壳体的期望位置，使得当可移除牙科器具100被患者佩戴时，跳线108和110呈现偏转，从而导致具有适当方向和量值的力以将牙齿103移动到期望位置。在一些示例中，跳线108和110的尺寸、形状和位置可被构造成改善一种或多种力从跳线108和110到壳体104和牙齿103的传送，例如，以控制至少一种力的方向或量值。例如，基本上均匀地分布在牙齿的颊侧表面(或牙齿的舌侧表面)上的力可使牙齿平移。因此，为了实现牙齿的平移，可选择至少一个跳线附接到与牙齿接合的壳体的附接点，以将力基本上均匀地分布在牙齿的颊侧表面上。集中在牙齿的颊侧表面的一半上、或牙齿的颊侧表面的一半和舌侧表面的相对一半上的力可仅引起旋转，或与平移相结合。因此，为了实现牙齿的旋转，可选择跳线附接到与牙齿接合的壳体的附接点，以将力分布在牙齿的颊侧表面的一半上、或牙齿的颊侧表面的一半和舌侧表面的相对一半上。集中在牙齿的咬合面上的力可引起内凸。集中在牙齿的齿龈缘附近的力可引起外凸。集中在牙齿的颊侧和咬合面两者的一部分上的力可引起倾斜。设想了可导致一颗或多颗牙齿移动的其他力矢量和力矢量的组合。这样，通过选择跳线108和110与壳体104的附接点，可移除牙科器具100可被构造成向牙齿103(例如，第一牙齿103G、第二牙齿103H中的至少一者或两者)施加具有特定方向和量值的力，这可导致对牙齿103的对应旋转力、平移力、外凸力、内凸力或倾斜力中的任何一者或多者。
与不具有跳线108和110的透明托盘矫治器(CTA)相比，通过主要经由跳线108和110的变形来施加力，相应壳体104可更完全地接合相应牙齿103。这样，可移除牙科器具100可使相应牙齿103被相应壳体104的接合与跳线108和110对相应牙齿103的力的施加基本上分离。通过使接合和力施加分离，与不具有跳线108和110的CTA相比，可移除牙科器具100可改善对力矢量的方向、量值或两者的控制，以实现期望的牙齿移动。
跳线108和110中的每个跳线可包括具有第一端部和第二端部的相应细长结构体。跳线108和110的每个细长结构体可具有类似的形状或不同的形状。如图1B所示，跳线108I可包括具有第一端部112I和第二端部114I的细长结构体113I。跳线108和110中的其他跳线可包括具有第一端部和第二端部的类似的细长结构体。细长结构体113I可在第一牙齿103G与第二牙齿103H之间的邻间区域107的至少一部分上方并且远离该至少一部分(在近中-远中方向上)延伸，以接合第一壳体104G和第二壳体104H。在图1B的示例中，其示出了跳线108I接合壳体104G和104H的颊侧表面，细长结构体113I在颊侧方向上延伸远离邻间区域107的至少一部分。然而，跳线108和110中的跳线也可接合壳体104的舌侧表面，如图1A所示。在其中跳线108和110接合壳体104的舌侧表面的示例中，细长结构体可在舌侧方向上延伸远离邻间区域107的至少一部分。
在一些示例中，跳线108或110中的跳线的细长结构体可在牙齿103中的一颗或多颗牙齿上方延伸，以连接与非相邻牙齿103接合的壳体104。例如，跳线可连接壳体104G和壳体104I(图1A)，在牙齿103H和壳体104H上方延伸。与非相邻牙齿接合的连接壳体104可减少跳线108和110中的跳线中的局部弯曲应力。减小局部弯曲应力可使得跳线108和110能够由具有较高弹性模量的材料形成。由具有较高弹性模量的材料形成跳线108和110可增加可移除牙科器具100的耐久性、改善对施加到壳体104的力的方向的控制或两者。
细长结构体113I可包括器具主体102的曲线部分。曲线形状可减小跳线108和110中的相应跳线中的轴向压缩或张紧。例如，细长结构体113I可在第一端部112I与第二端部114I之间限定弧形、锯齿形、正弦形、螺旋形等。在一些示例中，细长结构体113I可包括至少一个折叠。可选择细长结构体113I的形状以允许更长的跳线，而不增加跳线在颊侧或舌侧方向上的轮廓高度。控制轮廓高度可改善患者在佩戴可移除牙科器具102时的舒适度。附加地或另选地，可选择细长结构体113I的形状以导致跳线108I弯曲远离牙科解剖结构。通过弯曲远离牙科解剖结构，跳线108I可减小或基本上防止在器具主体102的相邻表面上的压缩力或者可阻碍相应壳体104或相应牙齿103移动的力。在一些示例中，形状为弧形、锯齿形、正弦形、螺旋形等的跳线铰接、滑动或两者以建立旋转轴线、平移轴线或两者。例如，为了实现牙齿沿牙齿的近中边缘的唇侧围绕咬合-齿龈轴的大的一阶旋转，可使用一对竖直分离的跳线来形成可弯曲的铰链。在牙齿的舌侧面，可使用相对较长的正弦形跳线来将旋转牙齿的近中边缘连接到第二近中牙齿，例如跳过紧邻的近中牙齿以便实现跳线的更大伸长。
细长结构体113I的长度可大于第一端部112I附接到壳体104G的位置与第二端部114I附接到壳体104H的位置之间的线性距离的长度。细长结构体113I的长度可影响存储在跳线108I中的力的量值和表现长度。例如，与可在较短的距离上表现较大的力的相对于附接点之间的线性距离较短的跳线108或110相比，相对于附接点之间的线性距离较长的跳线108或110可在较长的距离上表现较小的力。通过选择相应跳线108和110的长度，可移除牙科器具100可控制当可移除牙科器具100被患者12佩戴时由集中在跳线108和110中的器具主体102的变形产生的在相应壳体104上的力的量值和表现长度中的至少一者。
连同跳线108和110的长度一起，也可选择跳线108和110中的相应跳线的第一端部和第二端部附接到壳体104中的相应壳体的位置，以影响当可移除牙科器具100被患者佩戴时由器具主体102的变形产生的力的量值和方向。通常，跳线108和110的第一端部和第二端部可联接到壳体104的任何部分。例如，跳线108I的第一端部112I可在第一壳体104G的边缘附近、在壳体104G的中心附近或在壳体104G的任何其他部分处联接到第一壳体104G。在第一壳体104G的边缘附近联接第一端部112I可使得力能够从跳线108I经由第一壳体104G在近中-远中方向、咬合-齿龈方向或舌侧-颊侧方向上传递到牙齿103G的边缘。在牙齿103G的边缘附近施加力可实现例如牙齿103G的旋转。在壳体104G的中心附近联接第一端部112I可使得力能够从跳线108I经由第一壳体104G在近中-远中方向、咬合-齿龈方向或舌侧-颊侧方向上传递到牙齿103G的中心。在牙齿103G的中心附近施加力可实现例如牙齿103G的平移。在一些示例中，相应跳线108和110的第一端部和第二端部中的每一个可在牙齿103中的相应牙齿的旋转轴线处或附近联接到壳体104中的相应壳体。例如，第一端部112可在第一牙齿103G的第一旋转轴线处或附近联接到第一壳体104G。将第一端部112联接到第一壳体104G可实现期望的牙齿移动并减少不期望的移动。通过在相应牙齿的旋转轴线处或附近联接到相应壳体，该至少一个跳线108和110可实现对相应牙齿的移动的更大控制。
跳线108和110可包括器具主体102的弓形位移。可移除牙科器具100到牙齿103的初始装配导致跳线108和110中的初始压缩或张紧。跳线108和110中的压缩或张紧导致跳线108和110的弯曲或扭转。跳线108和110的弯曲或扭转导致跳线108和110的偏转。偏转可受跳线108和110的弓形位移的影响。弓形位移可受跳线108和110中的相应跳线的外曲率半径、厚度、长径比、横截面形状、弧长等的影响。
例如，跳线108和110可包括具有在约0.5毫米至约5毫米之间的外曲率半径的弓形形状。外曲率半径被限定在跳线的最外表面(例如跳线108中的颊侧取向跳线的最颊侧表面或跳线110中的舌侧取向跳线的最舌侧表面)处。外曲率半径可至少部分地确定当可移除牙科器具100被患者佩戴时由跳线108和110中的相应跳线施加的力的方向和量值。例如，较大的曲率半径可使得跳线108和110中的相应跳线能够在变形时存储较大的力，该变形为在可导致近中-远中、咬合-齿龈、舌侧-颊侧或它们的组合的方向上、力的方向上或两者上的变形。可选择外曲率半径以在将可移除牙科器具100装配到牙齿103时减小材料沿压缩或张紧轴线的连续性。这样，可选择跳线108和110中的相应跳线的弓形位移以控制当可移除牙科器具100被患者佩戴时由跳线108和110中的相应跳线施加的力的方向和量值。弓形位移可限定位移距离。例如，相对于跳线108I，位移距离可为在第一端部112I和第二端部114I之间延伸的平面的相应中线与跳线108I的内半径的中线之间的距离。在一些示例中，位移距离可小于约2毫米、或小于约1毫米、或小于约0.5毫米、或约0.5毫米。
可选择跳线108和110中的相应跳线的厚度，以控制当可移除牙科器具100被患者佩戴时由器具主体102的变形产生的力的量值和方向或集中的位置。跳线108和110的厚度可基本上恒定或者可沿细长结构体113变化。跳线108和110的不同厚度之间的过渡可以是逐渐的(例如渐缩的)或突然的(例如阶梯式的)。当在弯曲中偏转时，阶梯式过渡可递送相对平坦的力/位移响应。在一些示例中，跳线108和110的厚度可与跳线108和110的端部附近的壳体104的厚度相同或类似，并且可小于跳线108和110的端部之间的壳体104的厚度。在其他示例中，跳线108和110的厚度可与跳线108和110的端部之间的壳体104的厚度相同或类似，并且可小于跳线108和110的端部附近的壳体104的厚度。跳线108和110的厚度可在约0.1毫米至约1.0毫米、或在约0.3毫米至约0.6毫米之间。跳线108和110的厚度可小于壳体104的厚度。较薄的跳线108和110可比较厚的壳体104更具柔性。当器具主体102在被患者佩戴时变形时，较柔性的跳线108和110可在壳体104变形之前变形。这样，由器具主体102的变形产生的力可集中在跳线108和110中。通过将力集中在跳线108和110中，可至少通过选择跳线108和110的厚度来控制该力。例如，假设跳线108和110除厚度之外基本上类似，如果跳线108I比跳线108J、110I和110J厚，则跳线108I可使更大的力被施加到第一牙齿103G和第二压齿103H的咬合面附近的第一壳体104G和第二壳体104H上，这可导致平移、倾斜或旋转，使得第一牙齿103G和第二牙齿103H的咬合面移动远离彼此。这样，可通过控制至少一个跳线108和110的厚度来控制集中在跳线108和110中的力。
跳线108和110的横截面形状也可影响由相应跳线施加的力的方向和量值。跳线108和110可包括在垂直于跳线的细长主体的纵向轴线的平面中的相应横截面。该横截面可包括任何对称、各向异性或不对称的形状。例如，对称横截面可包括为圆形、椭圆形、超椭圆形、正方形、矩形、多边形等的横截面。横截面的形状、面积或长径比可影响跳线108和110的力的方向、量值或表现长度。例如，可选择跳线108和110的横截面的长径比以控制所施加的力的预期方向。例如，在期望的运动平面中(例如，期望的力矢量方向)的横截面厚度的增加与在正交平面中的厚度的相对减小将导致在期望的运动平面中的更大的力、更大的抗变形性或两者。相反，在期望的运动平面中(例如，期望的力矢量方向)的横截面厚度的减小与在正交平面中的厚度的相对增加将导致在期望的运动平面中的较低的力、较小的抗变形性或两者。这样，可选择跳线108和110的横截面的长径比以控制力的方向，以在一个方向上推动牙齿103中的一个牙齿同时在另一方向上抑制该牙齿的移动、增加器具的整体耐久性而不阻碍其在期望方向上表现的能力或两者。
横截面的形状、面积或长径比可沿跳线108和110的纵向轴线一致，或可沿跳线108和110的纵向轴线变化。作为一个示例，跳线108I可在第一端部112I附近包括比在第二端部114I附近更大的横截面积，从而导致在第二端部114I附近的力的更大的量值和表现长度以及在第一端部112I附近的力的更大的方向控制。作为具体示例，跳线108和110的横截面积可沿纵向轴线变化，以实现与具有恒定横截面积的跳线相比更恒定的力响应曲线。例如，长度为4.0毫米的相应跳线可在每个相应的第一端部和第二端部的1.0毫米内具有1.0毫米的直径，并且可沿细长主体的中间2.0毫米具有0.75毫米的直径。通过引入这种阶梯式横截面，可使跳线的原本呈线性但斜率不相等的力响应曲线，以产生非线性力响应曲线的方式相加在一起，其中该力响应曲线的至少一部分具有相对平坦的响应。与具有恒定横截面积的跳线相比，相对平坦的力响应曲线可在力表现的更大长度上引起更恒定的力递送。更恒定的力递送可允许可移除牙科器具100在力表现的更大长度上保持安全且有效的力水平、使治疗期间内的牙齿移动速率最大化、减轻患者由于力而经历的疼痛等。
设想了横截面形状、面积和长径比中的至少一者的变化的其他示例。通过选择跳线108和110的横截面形状、面积和长径比中的至少一者，可移除牙科器具100可控制当可移除牙科器具100被患者佩戴时由器具主体102的变形(集中在跳线108和110中)产生的在壳体104上的力的方向、量值和表现长度中的至少一者。
在一些示例中，跳线108和110中的至少一者可联接到跳线108和110中的至少一个不同跳线的细长结构体，而不是直接联接到壳体104中的一个。例如，如图1C中所示，跳线110I的第一端部116I可联接到壳体104G，并且跳线110I的第二端部118I可联接到壳体104H。跳线110K的第一端部116K可联接到跳线110I的细长结构体115I，并且跳线110K的第二端部118K可联接到壳体104I。当被患者佩戴时，包括跳线110I和110K的器具主体102的变形可使力从跳线110K被施加到跳线110I，并且从跳线110I被施加到壳体104G。这样，来自跳线110I和110K的力可级联以在壳体104G上产生组合力。在其他示例中，至少一个相应的跳线可在相应的第一端部联接到相应的第一不同跳线，并且在相应的第二端部联接到相应的第二不同跳线。这样，该至少一个跳线可被构造成产生级联力布置。组合力可大于可由个体跳线110I和110K施加的力。通过使用级联力布置，跳线110I和110K可更薄、更短、具有更小的弓形位移等，以减小个体跳线110I和110K上的局部弯曲应力或扭转应力并且仍实现期望的组合力。
在一些示例中，器具主体102的至少一部分可限定齿龈部分。齿龈部分包括器具主体102的延伸超过齿龈的至少一部分、牙槽突或两者(例如，重叠齿龈缘)的弓形部分。例如，跳线108中的至少一个跳线的第一端部112可联接到齿龈部分。在一些示例中，跳线108和110可被构造成仅将壳体104联接到齿龈部分，而不将壳体104联接到其他壳体104。跳线108中的至少一个跳线可被构造成锚固到牙槽突的至少一部分。例如，当被患者佩戴时，跳线108中的至少一个跳线可至少部分地接触覆盖牙槽突的齿龈，以产生跳线108中的至少一个跳线的变形的至少一部分。这样，可移除牙科器具100可被构造成利用牙槽突作为锚固件。
例如，包括联接到壳体104的一个或多个相应部分的延伸以接触齿龈的一个或多个跳线108或110可获得在不阻碍牙齿103的移动性的情况下由与牙槽突间接接合的延伸表面提供的附加支撑。附加地或另选地，通过增加联接到壳体104中的单个壳体的跳线108或110的数量，可将更大的力施加到牙齿103中的选定牙齿上，同时使用更刚性的牙槽突作为锚固件而不是相邻牙齿。因此，另一个优点可能是更好地控制相对于固定参考(牙槽突)的牙齿移动，而不引起相邻牙齿的不希望的反作用移动。
在一些示例中，器具主体102可由单一材料、多层复合材料等形成。单一材料可包括单种聚合物，或一种或多种聚合物的基本上均匀的混合物。例如，可移除牙科器具100可由单个连续的3D打印或热成形的部件组成。多层复合材料可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，以使得能够选择跳线108的力特性、位移特性或两者。例如，可移除牙科器具100可由多层3D打印或热成形的部件组成。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，可移除牙科器具100可在器具主体102的边缘和其他空间上包括倒角或圆角。作为一个示例，器具主体102的第一壳体104G和第二壳体106H可通过在跳线108I的第一端部112I和第二端部114I附近的倒角、圆角等来增加厚度。第一端部112I和第二端部114I附近的倒角或圆角可增加跳线108I与相应的第一壳体104G和第二壳体104H之间的接合的刚性。倒角或圆角还可减少器具主体102的表面上的成角度、突兀或尖锐的过渡的数量，使此类过渡平滑，或两者。倒角或圆角还可减小局部应力、改善跳线与壳体之间的力的传送或两者。这样，可选择器具主体102的厚度以改善刚度、改善患者舒适度、降低可移除牙科器具100的可视性等。
在其他示例中，可移除牙科器具100可包括金属部件，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。金属部件可包括延伸穿过跳线108和110的至少一部分的丝或带。例如，跳线108和110可包括至少一根金属丝。可使用以下方式中的至少一种将金属丝附接到壳体104：粘合剂结合、将丝熔化到壳体材料中、形成具有丝接纳通道以便于粘合剂或机械结合的壳体104。金属丝可例如通过丝弯曲机器人预弯曲。连续金属丝可跨越壳体104中的相应壳体的至少一个邻间区域、至少一个邻间区域和至少一个颊侧表面或舌侧表面的至少一部分两者等。对于位于大致相同的水平面中的跳线108和110中的每个跳线系列，可使用单独的丝。与设计用于相同力递送的相当的塑料跳线相比，金属丝可包括更高的强度、更小的横截面(更细)和更大的柔韧性。例如，设计用于相同力递送的相当的塑料跳线可能需要比金属丝更大的直径，使得对于相同量的弯曲或扭转偏转，该相当的塑料跳线的外表面中的压缩、张紧或剪切应变可能更大。该相当的塑料跳线的外表面中的更大压缩、张紧或剪切应变可使该相当的塑料跳线比金属丝更快地达到屈服应力或断裂应力极限。
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。例如，卡扣件可被定位在锚固壳体104A-104C和104L-104N上，以连接到锚固牙齿103A-103C和103L-103N上的锚固装置。这样，此类可移除牙科器具100可提供金属和塑料的混合构造。
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，当植入时定位在患者牙齿附近的金属部件可包括白色涂层或镀层，例如铑、银、白色阳极氧化钛、特氟隆、PTFE等，或者由白色金属(例如铑、银、白色阳极氧化钛等)形成。定位在别处的金属部件可被着色以大体上匹配患者口内的组织颜色。
图2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。该组可移除牙科器具22可包括图1A至图1J的可移除牙科器具100，该可移除牙科器具包括器具主体102、壳体104以及跳线108和110。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16(例如，患者12的牙科解剖结构的数字表示)。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，来捕捉患者牙科解剖结构的数字图像。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,Massachusetts))开发的并且在PCT公开WO2007/084727(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，可通过扫描患者12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，通过对患者12牙齿的阳物理模型进行成像或者通过在患者12牙齿的模型上使用接触探头，可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、齿槽骨、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、相邻牙齿之间的空隙间距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。另选地，制造设施20可从与诊所14无关的数据源检索预先存在的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的医师可查看数字表示，并指示患者12的个体牙齿的期望移动、间距或最终位置中的至少一者。例如，患者12的个体牙齿的期望移动、间距或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)施加的力可通过选择至少一个跳线(例如，跳线108和110)和壳体(例如，壳体104)的尺寸、形状和位置来确定。患者12的个体牙齿的期望移动、间距或最终位置中的至少一者可使医师、制造设施20处的技术人员和制造设施20处的计算机能够确定至少一个跳线、至少一个壳体或两者的选定尺寸、形状和位置中的至少一者。这样，数字牙科解剖结构数据16可包括该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具的至少一个跳线和壳体中的至少一者的由医师、技术人员或计算机选择的尺寸、形状和位置中的至少一者，以导致患者12的期望的牙齿移动。在查看数字表示之后，可将包括该组可移除牙科器具22中的每个可移除牙科器具的至少一个跳线和壳体的选定尺寸、形状和位置的数字牙科解剖结构数据16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，以便重新定位患者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科解剖结构数据。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以便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3是示出根据本公开的一个示例的在诊所14处开展的生成数字牙科解剖结构数据的过程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可由牙科解剖结构的二维(2D)图像和/或三维(3D)表示组成。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-CAT3D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科解剖结构的数字表示。
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的牙科解剖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,Minnesota)或ATOS扫描仪(可购自GOM GmbH,Braunschweig,Germany)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机理的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 TOOTH STRUCTURES 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科解剖结构的综合数字表示，该牙科解剖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的牙科解剖结构。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，通过组合牙科解剖结构的两个3D数字表示来生成牙科解剖结构的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，购自南卡罗来纳州石山的3D系统环线333号的3D系统公司的Geomagic Studio软件(GeomagicStudio software,available from 3D Systems,Inc.；333Three D Systems Circle,RockHill,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科解剖结构的所得到的数字表示，该牙科解剖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。在一些示例中，跳线可在治疗的至少一个阶段但少于所有阶段期间使用。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，图1的可移除牙科器具100)施加的力可通过选择至少一个跳线(例如，跳线108和110)和壳体(例如，壳体104)的尺寸、形状和位置来确定。这样，利用诊断和治疗信息(40)更新数据库可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至少一个跳线和壳体的尺寸、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，以用于制造设施20构造包括跳线的一个或多个可移除牙科器具(诸如可移除牙科器具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3讨论的步骤中的一者或多者可由远程用户(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，正畸医师可审查治疗计划并且要么回送其批准，要么指示期望的修改。
图4是示出了经由网络24连接到制造设施20的客户端计算机50的示例的框图。在所示的示例中，客户端计算机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、触摸屏等从诊所14的医师60接收输入以在建模牙弓内操控患者12的牙齿的接口。
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的牙科解剖结构相关的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机50本地，但该数据库也可远离客户端计算机50并且经由公共或专用网络(例如，网络24)耦接到客户端计算机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的牙齿的诊断或重新定位信息。例如，治疗数据64可包括可产生在整个治疗计划中待施加到每颗牙齿(例如，牙齿103中的每一个)的力矢量的选定量值和方向的至少一个跳线(例如，图1的跳线108和110)和壳体(例如，壳体104)的尺寸、形状和位置。
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。
客户端计算机50包括处理器72和存储器74以便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可被配置为执行本文所述的技术。
客户端计算机50被配置为将患者的3D牙科解剖结构的数字表示以及任选地治疗数据64和/或患者数据68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还提供用于例如经由键盘和指向装置从用户接收输入以在患者的3D牙科解剖结构的数字表示内操控患者的牙齿的接口。
计算机80还可被配置为自动确定一组可移除牙科器具22的尺寸和形状。可移除牙科器具22的尺寸和形状可包括壳体和至少一个跳线的位置、尺寸和形状，使得可移除牙科器具22被构造成当可移除牙科器具被患者佩戴时将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，壳体和至少一个跳线的位置、尺寸和形状可影响施加到牙齿的力的量值、方向和表现长度。例如，当可移除牙科器具被患者佩戴时，相应跳线的长度和形状可至少部分地确定由相应跳线的变形产生的力的量值、方向和表现长度。相应跳线联接到相应壳体的位置也可至少部分地确定可从相应跳线传递到相应壳体的力的方向。而且，相应壳体与相应牙齿的接合的一个或多个位置确定施加到相应牙齿的力的方向。计算机80可分析当可移除牙科器具被患者佩戴时由相应跳线的变形产生的力的量值、方向和表现长度中的至少一者，以确定当可移除牙科器具被患者佩戴时将导致患者的牙齿的期望移动的相应壳体和至少一个跳线的位置、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可被配置为确定尺寸和形状中的至少一者。计算装置80可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。
客户端计算机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，相对于客户端计算机50和/或计算机80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科解剖结构的数字表示，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，该不同的计算机，例如计算机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，在客户端计算机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显著少于表示患者的完整数字牙科模型的完整数据组。
图5是示出用于构造可移除牙科器具522的示例性计算机辅助的制造系统500的框图。计算机辅助的制造系统500可以包括与计算机504通信并耦接到构建材料源510的增材制造系统502。在一些示例中，计算机辅助的制造系统500可以包括图4的计算机辅助的制造系统84。构建材料源510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522可与可移除牙科器具100相同或基本上类似。在一些示例中，牙科器具522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502可包括可移动平台508和挤出头506。可移动平台508和挤出头506可被配置为制造牙科器具522。例如，计算机504可以控制挤出头506和可移动平台508以制造可移除牙科器具522。通过计算机504控制挤出头506可包括控制从构建材料源510至挤出头506的材料进料速率、控制构建材料在牙科器具522上的沉积速率、控制挤出头506的温度以及控制挤出头506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506的温度和挤出头510的位置中的至少一者，计算机504可以控制牙科器具522的至少一部分的位置、尺寸和形状的制造。通过计算机504控制可移动平台508可包括控制可移动平台在垂直于来自挤出头506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506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508的平移和升高中的至少一者，计算机504可以控制牙科器具522的至少一部分的位置、尺寸和形状的制造。
尽管图5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500，但是计算机辅助的制造系统500也可被配置用于立体光刻(SLA)、反型光聚合增材制造或喷墨/聚合物喷射增材制造。在其中计算机辅助的制造系统500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500可被配置为在单次打印中打印多种材料，从而允许高模量材料用于牙科器具522的刚性部件(诸如壳体)，并且允许低模量或弹性体材料用于牙科器具522的刚性较小的部件(诸如跳线)。此外，利用聚合物喷射增材制造，模量可在牙科器具522上选择性地变化，并且可将与用于例如壳体的模量不同的模量用于跳线。类似地，可将与用于重新定位个体牙齿的前牙壳体的模量不同的模量用于锚固后牙壳体。
图6是示出了在制造设施20处开展的用于构造一组可移除牙科器具22的过程300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中的一者或多者。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(302)。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进行交互以制定相对于患者牙科解剖结构的数字表示的治疗计划并生成处方数据18，如果诊所14尚未这么做。在其他示例中，计算机80可仅基于患者的牙科解剖结构和预定义的设计约束自动制定治疗计划。
一旦计算机80接收到患者的牙科解剖结构，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(304)。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：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、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、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、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、以及施加到可移除牙科器具的最小应变和最大应变。最小的施加力对于在牙周韧带上产生足以导致骨重塑和牙齿移动的压力是必需的。
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，其与在一组有序的可移除牙科器具中的可移除牙科器具的设计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。
在一些示例中，确定可移除牙科器具100的尺寸和形状包括用计算机80选择器具主体102(诸如壳体104和跳线108和110)的厚度以提供一定刚度，该刚度适合当可移除牙科器具100被患者佩戴时将患者的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，壳体104中的相应壳体的厚度可在约0.2毫米至约2.0毫米厚之间(诸如在约0.5至约1.0毫米厚之间)的范围内，而跳线108和110的厚度可在约0.1毫米至约1.0毫米之间、或约0.3毫米至约0.6毫米之间。在一些示例中，计算机80还可根据预定义的设计约束来选择可移除牙科器具的材料，例如，如上文相对于可移除牙科器具100所讨论的材料。
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(306)。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100的尺寸和形状。在一些示例中，当可移除牙科器具100由计算机辅助的制造系统84制造时，可移除牙科器具100的尺寸和形状可由计算机80直接呈现给用户。例如，计算机80可将可移除牙科器具100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100。
然而，即使在其中用于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(308)，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100(310)。
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102可包括用3D打印机打印壳体104以及跳线108和110的表面。在其他示例中，形成器具主体102可包括用3D打印机打印牙齿103的表示，在牙齿103的表示上热成形器具主体102，以及(任选地通过CNC或机器人机械(例如，端铣刀或激光切割机)自动)修剪多余的材料以形成壳体104以及跳线108和110。患者的牙齿103的表示可包括凸起表面，以便于在热成形和经修剪的器具主体102中形成壳体104、跳线108和110或两者。
图6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6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或两者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6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(310)。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7是示出了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400。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。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中的一者或多者。
治疗始于第一治疗迭代(402)。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(404)。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(406)。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a 408A和第二设置Xb 408B。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 OF PREPARINGA VIRTUAL DENTITION MODEL AND FABRICATING A DENTAL RETAINER THEREFROM”(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 408A和第二设置Xb 408B。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，计算机模型可调整该有序组中可移除牙科器具的壳体和跳线的厚度、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，可使用第一设置Xa 408A和第二设置Xb 408B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，可使用第一设置Xa 408A制造第一可移除牙科器具Xa，软410A、第二可移除牙科器Xa，中410B和第三可移除牙科器具Xa，硬410C；并且可使用第二设置Xb 408B制造第四可移除牙科器具Xb，软410D、第五可移除牙科器具Xb，中410E和第六可移除牙科器具Xb，硬410F。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410A至410C可具有基本上相同的形状和尺寸，但可包括具有不同刚度特性的材料。例如，第二移除牙科器具410B和第三可移除牙科器具410C可具有比第一可移除牙科器具410A更高的刚度特性，并且第三可移除牙科器具410C可具有比第二可移除牙科器具410B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410D至410F可具有基本上相同的形状和尺寸，但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410A可具有与第四可移除牙科器具410D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410B可具有与第五可移除牙科器具410E相同的刚度特性，诸如比第一可移除牙科器具410A刚度相对更高的聚合物材料。同样地，第三可移除牙科器具410C可具有与第六可移除牙科器具410F相同的刚度特性，诸如比第二可移除牙科器具410B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410A至410F可随时间推移被患者依次佩戴。例如，该组有序的可移除牙科器具中的可移除牙科器具410A至410F中的每一个的佩戴时间可在约1周至约6周之间，诸如在约2周至约4周之间，或约3周。在使用可移除牙科器具410A至410F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(412)。
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(414)。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(416)。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该组有序的可移除牙科器具(406)。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7的技术表示一个具体示例，可在本公开的实质内对图7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。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包括跳线的选定尺寸、形状和位置。例如，第一可移除牙科器具Xa，软610A、第二可移除牙科器具Xa，中610B和第三可移除牙科器具Xa，硬610C可具有跳线的第一外曲率半径、长度、横截面形状、长径比或厚度；而第四可移除牙科器具Xb，软610D、第五可移除牙科器具Xb，中610E和第六可移除牙科器具Xb，硬610F可具有跳线的不同的第二外曲率半径、长度、横截面形状、长径比或厚度。
实施例
实施例1：图8A和图8B示出了不包括跳线的可移除牙科器具的建模壳体的方向变形图210和等效应力图220。图8A和图8B示出了不具有跳线的可移除牙科器具的示例性壳体的舌侧表面212和颊侧表面214。出于建模的目的，颊侧表面214的边缘216沿x轴、y轴和z轴固定；颊侧表面214的相对边缘沿z轴固定；并且舌侧表面的两个边缘沿z轴固定。在颊侧方向上将2牛顿(204克)的力施加到颊侧表面214内部的中心来对壳体的变形进行建模。壳体材料被建模为DURAN(可购自Scheu Dental,Iserlohn,Germany)，其具有大约2200MPa的弹性模量。该建模的可移除牙科器具包括0.50毫米的标称壳体厚度。最大应变为0.53％。如图8A所示，z轴上的变形分布在颊侧表面214的面218上。如图8B所示，应力分布在颊侧表面214的面218上。图8A和图8B的示例示出，在不具有跳线的情况下，可移除牙科器具在被患者佩戴时的应力和变形分布在可移除牙科器具的壳体上。如上所述，壳体中的变形和应力分布可能是不期望的，因为这可能减少壳体与相应牙齿的接合，从而降低对牙齿移动的控制。
实施例2：图9A和图9B示出了包括至少一个跳线238A-238H的可移除牙科器具的建模壳体的方向变形图和等效应力图。图9A和图9B示出了具有跳线238A-238H(跳线238G和238H未示出)的可移除牙科器具的示例性壳体的舌侧表面232和颊侧表面234。出于建模的目的，跳线238F的边缘236沿x轴、y轴和z轴固定；并且其他七个跳线的边缘沿z轴固定。在颊侧方向上将2牛顿(204克)的力施加到颊侧表面234内部的中心来对壳体的变形进行建模。壳体材料被建模为DURAN(可购自Scheu Dental,Iserlohn,Germany)，其具有大约2200MPa的弹性模量。该建模的可移除牙科器具包括0.50毫米的标称壳体厚度、1.0毫米的跳线238A-238H横截面高度和0.6毫米的宽度。最大应变为0.84％。如图9A所示，z轴上的变形集中在跳线238A-238H中，并且与图8A相比，在颊侧表面214的面上变形减小。如图9B所示，应力集中在跳线238A-238H中并且与图8B相比在颊侧表面214的面上减小。图9A和图9B的示例示出，跳线可减小壳体的应力和变形。如上所述，减小壳体中的变形是期望的，因为这可增加壳体与相应牙齿的接合以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 (41)

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，其中所述器具主体包括：
第一壳体，所述第一壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第一牙齿；
第二壳体，所述第二壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第二牙齿；
第三壳体，所述第三壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第三牙齿；
以及
多个跳线，所述多个跳线至少包括：
第一跳线，所述第一跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体，其中所述第一跳线的所述第一端部联接到所述第一壳体，并且所述第一跳线的所述第二端部联接到所述第二壳体，所述第一跳线跨越并远离在所述第一壳体和所述第二壳体之间的邻间区域延伸，和
第二跳线，所述第二跳线包括细长结构体，所述细长结构体具有联接到所述第一跳线的细长结构体的第一端部和联接到所述第三壳体的第二端部，
其中所述第一和第二跳线被构造成当所述可移除牙科器具被患者佩戴时在所述壳体之间施加力，以使所述第一牙齿、所述第二牙齿和所述第三牙齿中的至少一者朝向期望位置移动，
其中所述第一和第二跳线包括在向外的颊侧或舌侧方向上从所述器具主体的表面的弓形位移，并且其中所述第一和第二跳线的细长结构体具有在相应跳线的所述第一端部与所述第二端部之间的弧形、锯齿形、正弦形和螺旋形中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的可移除牙科器具，其中所述可移除牙科器具包括矫治器托盘。
3.根据权利要求1或2所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体通过在所述跳线的所述第一端部和所述第二端部附近的倒角或圆角来增加厚度。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一跳线限定在垂直于所述第一跳线的所述细长结构体的纵向轴线的平面中的横截面，其中所述横截面为对称、各向异性和不对称中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的可移除牙科器具，其中所述横截面的形状、面积或长径比沿所述纵向轴线变化。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一壳体和所述第二壳体接纳所述多颗牙齿中的相应非相邻牙齿。
7.根据权利要求1至2中任一项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，所述第一跳线处于弯曲应力或扭转应力下。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述力是当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时由至少一个跳线的变形产生的。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一跳线的所述第一端部在所述第一牙齿的第一旋转轴线或第一平移轴线附近附连到所述第一壳体，并且其中所述第一跳线的所述第二端部在所述第二牙齿的第二旋转轴线或第二平移轴线附近附连到所述第二壳体。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体还包括齿龈部分和第三跳线，所述第三跳线包括细长结构体，所述细长结构体具有联接到所述第一壳体的第一端部和联接到所述齿龈部分的第二端部，其中所述第三跳线被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时在所述第一壳体与所述齿龈部分之间施加力。
11.根据权利要求10所述的可移除牙科器具，其中所述第三跳线被构造成经由齿龈将所述器具主体至少部分地锚固到牙槽突。
12.根据权利要求1至2中任一项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聚合物材料。
13.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体包含单一材料。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一壳体和所述第二壳体包含聚合物材料，并且其中至少一个跳线包含至少一根金属丝。
15.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述多颗牙齿包括所述牙弓的前牙，并且其中所述器具主体还被构造成至少部分地围绕所述牙弓的至少两颗相邻的后牙。
16.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一跳线比所述第一壳体和所述第二壳体更具柔性，以实现以下中的至少一项：当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时减小所述第一壳体和所述第二壳体的变形，或当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时将应力集中在所述第一跳线上。
17.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述器具主体的厚度在所述第一跳线的所述第一端部或所述第二端部中的至少一者附近增加。
18.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一或第二跳线具有阶梯式横截面，所述阶梯式横截面被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时产生非线性力响应曲线，其中所述力响应曲线的至少一部分具有相对平坦的响应。
19.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述第一壳体和所述第二壳体各自包括舌侧面和颊侧面，其中所述第一跳线包括定位在所述第一壳体和所述第二壳体的舌侧面上的至少一个舌侧跳线，并且还包括在所述第一壳体和所述第二壳体的颊侧面上的第四颊侧跳线。
20.根据权利要求1至2中任一项所述的可移除牙科器具，其中所述多个跳线包括所述第一跳线、所述第二跳线和第三跳线，所述器具主体还包括：
第四壳体，所述第四壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第四牙齿；以及
所述第三跳线，所述第三跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体，其中所述第三跳线的所述第一端部联接到所述第四壳体，并且所述第三跳线的所述第二端部联接到所述第二跳线，
其中所述第三跳线被构造成当所述可移除牙科器具被患者佩戴时在所述第一跳线与所述第二跳线之间施加力以引起级联力，从而导致所述第一牙齿、所述第二牙齿、所述第三牙齿和所述第四牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
21.一种可移除牙科器具系统，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被构造成至少部分地围绕患者的牙弓的多颗牙齿的器具主体，其中所述器具主体包括：
第一壳体，所述第一壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第一牙齿；
第二壳体，所述第二壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第二牙齿；
第三壳体，所述第三壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第三牙齿；
以及
多个跳线，所述多个跳线至少包括：
第一跳线，所述第一跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体，其中所述第一跳线的所述第一端部联接到所述第一壳体，并且所述第一跳线的所述第二端部联接到所述第二壳体，所述第一跳线跨越并远离在所述第一壳体和所述第二壳体之间的邻间区域延伸，和
第二跳线，所述第二跳线包括细长结构体，所述细长结构体具有联接到所述第一跳线的细长结构体的第一端部和联接到所述第三壳体的第二端部，
其中所述第一和第二跳线被构造成当所述可移除牙科器具被患者佩戴时在所述壳体之间施加力，以使所述第一牙齿、所述第二牙齿和所述第三牙齿中的至少一者朝向期望位置移动，
其中所述第一和第二跳线包括在向外的颊侧或舌侧方向上从所述器具主体的表面的弓形位移，并且其中所述第一和第二跳线的细长结构体具有在相应跳线的所述第一端部与所述第二端部之间的弧形、锯齿形、正弦形和螺旋形中的至少一种。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述一组可移除牙科器具中的每个可移除牙科器具包括矫治器托盘。
23.根据权利要求21或22所述的系统，其中所述器具主体通过在所述跳线的所述第一端部和所述第二端部附近的倒角或圆角来增加厚度。
24.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述第一跳线限定在垂直于所述第一跳线的所述细长结构体的纵向轴线的平面中的横截面，其中所述横截面为对称、各向异性和不对称中的至少一种。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述横截面的形状、面积或长径比沿所述第一或第二跳线的纵向轴线变化。
26.根据权利要求21至22中的任一项所述的系统，其中所述第一壳体和所述第二壳体接纳所述多颗牙齿中的相应非相邻牙齿。
27.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时，所述第一或第二跳线中的至少一者处于弯曲应力或扭转应力下。
28.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述力是当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时由所述第一或第二跳线中的至少一者的变形产生的。
29.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述至少一个跳线的所述第一端部在所述第一牙齿的第一旋转轴线或第一平移轴线附近附连到所述第一壳体，并且其中所述至少一个跳线的所述第二端部在所述第二牙齿的第二旋转轴线或第二平移轴线附近附连到所述第二壳体。
30.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述器具主体还包括齿龈部分和第三跳线，所述第三跳线包括细长结构体，所述细长结构体具有联接到所述第一壳体的第一端部和联接到所述齿龈部分的第二端部，其中所述第三跳线被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时在所述第一壳体与所述齿龈部分之间施加力。
31.根据权利要求30所述的系统，其中所述第三跳线被构造成经由齿龈将所述器具主体至少部分地锚固到牙槽突。
32.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述器具主体包含三维打印的聚合物材料。
33.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述器具主体包含单一材料。
34.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述第一壳体和所述第二壳体包含聚合物材料，并且其中所述第一跳线包含至少一根金属丝。
35.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述多颗牙齿包括所述牙弓的前牙，并且其中所述器具主体还被构造成至少部分地围绕所述牙弓的至少两颗相邻的后牙。
36.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述第一跳线比所述第一壳体和所述第二壳体更具柔性，以实现以下中的至少一项：当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时减小所述第一壳体和所述第二壳体的变形，或当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时将应力集中在所述第一跳线上。
37.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述器具主体的厚度在所述第一或第二跳线的所述第一端部或所述第二端部中的至少一者附近增加。
38.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述第一和第二跳线具有阶梯式横截面，所述阶梯式横截面被构造成当所述可移除牙科器具被所述患者佩戴时产生非线性力响应曲线，其中所述力响应曲线的至少一部分具有相对平坦的响应。
39.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述第一壳体和所述第二壳体各自包括舌侧面和颊侧面，其中所述第一跳线包括定位在所述第一壳体和所述第二壳体的舌侧面上的至少一个舌侧跳线，并且其中所述至少一个跳线包括第三跳线，并且其中所述第三跳线包括定位在所述第一壳体和所述第二壳体的颊侧面上的至少一个颊侧跳线。
40.根据权利要求21至22中任一项所述的系统，其中所述多个跳线包括所述第一跳线、所述第二跳线和第三跳线，所述器具主体还包括：
第四壳体，所述第四壳体被成形为接纳所述多颗牙齿中的第四牙齿；以及
所述第三跳线，所述第三跳线包括具有第一端部和第二端部的细长结构体，其中所述第三跳线的所述第一端部联接到所述第四壳体，并且所述第三跳线的所述第二端部联接到所述第二跳线，
其中所述第三跳线被构造成当所述可移除牙科器具被患者佩戴时在所述第一跳线与所述第二跳线之间施加力以引起级联力，从而导致所述第一牙齿、所述第二牙齿、所述第三牙齿和所述第四牙齿中的至少一者朝向期望位置移动。
41.一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，形成根据权利要求1-40中的任一项所述的可移除牙科器具。
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