CN112789007B - 聚对二甲苯牙科制品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种牙科制品，该牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中至少一个区段包括芯部件，该芯部件包含大部分聚对二甲苯。

Description

聚对二甲苯牙科制品
技术领域
本公开涉及基于聚合物的牙科制品，诸如牙齿矫正器。
背景技术
正畸学领域涉及朝向口腔中的正确位置监督、导引并矫正牙齿。已开发出各种正畸装置和治疗方法来解决牙齿对齐问题。传统方法大体涉及施加力来将牙齿移动到正确的咬合构型或封闭。一种治疗模式包括使用附接到患者的牙齿的固定器具，并使用弓丝、施加治疗力，以将牙齿从初始位置移动到选定位置。此类牙科器具保持在患者的口中，并且由正畸医生定期调整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。
发明内容
本公开涉及牙科制品(诸如牙科矫正器)，该牙科制品包括具有芯部件的区段，该芯部件包含大部分聚对二甲苯。已发现聚对二甲苯在牙科制品的制备中具有若干有益的特性，包括例如期望的机械特性(甚至在长时间暴露于水性环境之后)、光学和美学特性、生物相容性、抗沾污特性等。除上述之外，制备聚对二甲苯的制造过程是清洁且精确的，从而导致与使用其他材料或制造技术制备此类制品相比，减少或基本上消除了将杂质引入牙科制品中以及所得牙科制品中的高度厚度均匀性。所述特征可导致在复杂牙科制品的制备期间能更大程度地定制和控制牙科制品。
在一些示例中，本公开描述了一种牙科制品，该牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中至少一个区段包括芯部件，该芯部件包含大部分聚对二甲苯。
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口腔解剖结构的三维模型，以及形成牙科制品，该牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状。形成至少一个区段包括在模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中该层包含大部分聚对二甲苯，以及使用包含聚对二甲苯的层来形成至少一个区段的芯部件。
在一些示例中，本公开描述了一种牙科制品，该牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中至少一个区段包括芯部件，其中芯部件是通过在口腔解剖结构的模型上由化学气相沉积工艺沉积聚对二甲苯来形成。
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)口腔解剖结构的数字表示，口腔解剖结构提供患者的一颗或多颗牙齿的初始位置；通过计算装置确定用于患者的牙科制品的尺寸和形状，其中牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段被构造成至少部分地围绕多颗牙齿以限定被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂3D形状，其中牙科制品的尺寸和形状被构造成当牙科制品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调整位置；基于牙科制品的尺寸和形状来形成口腔解剖结构的3D模型；以及形成牙科制品，其中形成牙科制品的至少一个区段包括在3D模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中该层包含大部分聚对二甲苯，以及将包含聚对二甲苯的层修整成选定形状以形成至少一个区段的芯部件。
在附图和下文的描述中将示出一个或多个示例的细节。根据具体实施方式和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将显而易见。
附图说明
图1是示例性牙科制品的透视图，其中牙科制品的至少一个区段包括包含大部分聚对二甲苯的芯部件。
图2是图1的牙科制品的区段的示意性剖视图。
图3是可用于形成图1的牙科制品的一部分的另一个示例性区段的示意性剖视图。
图4是示出用于形成图1至图3的芯部件和区段的示例性技术的流程图。
图5A至图5E是用于形成图1的芯部件的示例性层构建工艺的示意性剖视图。
图6A和图6B是另一示例性牙科制品的示意图，该牙科制品包括附接到包括基本上由聚对二甲苯构成的芯部件的区段的附加牙科部件。
图7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8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9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10是示出在制造设施处开展的用于构造牙科制品的过程的流程图。
图11是示出使用有序的牙科制品进行的治疗的逐次迭代的流程图。
具体实施方式
本公开涉及牙科制品及其制备方法，该牙科制品包括具有芯部件的制品的区段，该芯部件包含大部分聚对二甲苯。此类牙科制品可包括例如牙托矫正器、夜用护板、保持器、护齿套、腭扩张器、定制力构件和附接点、弹簧矫正器、结合了弓丝的牙科制品、弓形构件、松紧带和弹簧、托槽和其他结合器具、牙冠、种植体、义齿、部分、临时置换件、用于递送治疗剂的托盘等。本公开主要关注并描述了包括至少一个区段的牙科制品，该至少一个区段具有沿循患者的口腔解剖结构的复杂轮廓的形状，该牙科制品诸如牙托矫正器或腭扩张器。然而，许多其他牙科制品也可使用本文所述的部件和技术来构造。本公开并不旨在通过专注于牙托矫正器和颚扩张器的细节来限制于特定类型的牙科制品。
在一些示例中，所述牙科制品包括至少一个区段，该至少一个区段限定了被构造成沿循患者的口腔解剖结构的轮廓或几何形状(包括例如一颗或多颗牙齿的轮廓)的复杂三维形状。该区段包括主要由聚对二甲苯(例如，大部分或超过50％的聚对二甲苯)构成或基本上由聚对二甲苯组成的芯部件。如下文进一步讨论的，已发现聚对二甲苯在牙科制品的制备中具有若干有益的特性，包括例如足够的机械特性(甚至在长时间暴露于水性环境之后)、光学或美学特性(例如，净度)、生物相容性、抗沾污特性、抗微生物特性等。用于制备本文所述的牙科制品的所述制造技术可同样制备具有减少的杂质或基本上无杂质的芯部件。所述特征可导致在牙科制品中使用的复杂三维形状的制作期间能更大程度地定制和控制牙科制品。
在一些示例中，包含聚对二甲苯的芯部件可以是使用化学气相沉积(CVD)工艺来形成。与其他聚合物形成工艺相比，CVD工艺可导致芯部件具有相对高的密度(相对低的孔隙率)和高度厚度均匀性的聚对二甲苯。例如，CVD沉积的聚对二甲苯材料可沉积在限定了复杂三维几何形状的模型上，该三维几何形状模拟患者的口腔解剖结构的轮廓。聚对二甲苯材料在逐个分子基础上均匀地沉积在模型的复杂形状上，这可导致芯部件限定了复杂几何形状，该复杂几何形状基本上适形于基础模型的几何形状并且具有基本上均匀(例如，均匀或几乎均匀)的厚度。相比之下，在此类复杂三维形状上浸涂、喷涂或热成形聚合物可能导致聚合物材料沿着模型的陡峭侧面“颈缩”或变薄、淤积或导致所得聚合物材料的厚度不均匀的其他制造问题。此类方面可能导致变薄区域中牙科制品的施力的量值或施力的控制减小、材料已淤积或积聚的区域中的不正确贴合、牙科制品的早期疲劳或它们的组合。CVD沉积的聚对二甲苯材料可解决这些制造缺陷中的一个或多个。
在一些示例中，沉积的聚对二甲苯材料的基本上均匀的厚度可有利于制备牙科制品，特别是制备包括芯部件的区段，其可直接定位在患者的一颗或多颗牙齿上方并且与之紧密几何适形。此类适形性对于牙科装置(诸如牙托矫正器、夜用护板、牙科附件、保持器、护齿套、腭扩张器等)可能是重要的，其中精确贴合对于使用牙科制品实现期望的结果可能是重要的。
图1是具有牙科制品10的区段12的示例性牙科制品10的透视图，该区段包括芯部件14，该芯部件主要包含(例如，包含超过50％的)聚对二甲苯。图2是图1的牙科制品10的区段12的示意性剖视图。
牙科制品10的区段12可限定被构造成沿循患者的口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状。例如，区段12可沿循患者的一颗或多颗牙齿、牙龈、硬或软托盘、舌下口腔的部分或它们的组合的轮廓。在图1的示例中，牙科制品10被示出为牙托矫正器，该牙托矫正器被构造成沿循患者的牙科架构的复杂轮廓，其中区段12表示覆盖一颗或多颗牙齿的牙科制品10的至少一部分。在一些示例中，区段12可被成形为沿循患者的至少一颗或多颗牙齿的轮廓，从而允许区段12放置在一颗或多颗牙齿上方并与之紧密接触。在一些示例中，区段12可以包括整个牙科制品10，而在其他示例中，诸如下面进一步描述的那些，区段12可以仅包括牙科制品10的一部分，诸如例如牙科制品的被构造成定位在患者的一颗或多颗牙齿上方或者与之接触的一部分。在一些示例中，牙科制品10可包括多个区段12，其中每个区段12包括相应的芯部件14，并且不同的区段12通过一个或多个牙科部件(例如，弹簧、线材、跳线、力传导机构、聚合物等)连接。
在一些示例中，牙科制品10和区段12不需要模拟患者的精确轮廓或口腔解剖结构。例如，在牙托矫正器中，牙科制品10、区段12或两者的尺寸和形状可被设定成略微不同于患者的口腔解剖结构的精确形状和轮廓，以使牙科制品10对患者的牙齿施加矫正力，以将患者的牙齿排列推向新的期望构型。为了引起牙齿移动，治疗力通常必须高于阈值。该阈值可在一定程度上被一般化以适合典型患者的群体，或者其可根据若干因素针对个体患者进行定制，这些因素包括收缩压、骨密度、免疫系统健康、抗炎药物的使用等。在不存在阈值或治疗力的情况下，一旦移除牙托矫正器，牙齿将保持其初始位置或至少部分地返回到其先前位置。
在一些示例中，牙科制品10的区段12或其他部分的弹性模量可以大于约100MPa，诸如介于约300MPa和约5GPa之间，以便牙科制品10表现出足够的刚度以将矫正力施加到患者的牙齿，同时仍然足够顺应地被压到患者的牙齿上并且相对较薄以供患者接受。在牙托矫正器的示例中，区段12的柔韧性可允许牙科制品10在患者的牙齿的轮廓上推进，以允许在需要时插入和/或移除牙科制品10。在一些示例中，通过配制区段12以具有和保持大于约300MPa的弹性模量，甚至在暴露于患者的口腔中诸如水的液体之后，牙科制品10即使当此制品的厚度保持相对较薄(例如，约100微米(μm)至约1000μm的数量级)时也可对牙齿施加期望的治疗力。除此之外或另选地，通过配制区段12以限定小于约5GPa的弹性模量，区段12仍可保持一定的柔性以允许牙科装置10在需要时具有一定程度的柔韧性。材料的弹性模量可以是根据ASTM D638测量的。
牙科制品10的区段12包括主要包含聚对二甲苯(即，包含超过50％的聚对二甲苯)的芯部件14。如本文所用，“芯部件”用于指区段12的中心部件和主要部件。芯部件14可以是区段12的结构部件，例如，可以是区段12的主要承载或力传输部分，而不是另一个结构部件上的材料的薄涂层。在一些示例中，区段12可仅包括芯部件14，而在其他示例中，区段12可包括芯部件14和施加到芯部件的一个或多个涂层。在一些示例中，区段12可限定材料厚度(图2中的T)，该材料厚度是从旨在设置为与患者的牙齿接触的区段12的表面垂直测量的，其中芯部件14占区段12的总厚度的超过约80％、占区段12的总厚度的超过约90％或占区段12的总厚度的超过约95％。
芯部件14可包含大部分聚对二甲苯。例如，芯部件14可包含至少50％的聚对二甲苯、至少90％的聚对二甲苯、至少95％的聚对二甲苯、至少99％的聚对二甲苯，或者可基本上由聚对二甲苯组成(即，由除可能存在的任何杂质之外的聚对二甲苯组成)。如下文进一步所述，在一些示例中，用于形成芯部件14的聚对二甲苯材料可以是作为CVD工艺的一部分来形成，该CVD工艺使用对二甲苯气体，其经历聚合以构建最终形成芯部件14的聚对二甲苯层。芯部件14可包括任何合适类型的聚对二甲苯，例如包括但不限于聚对二甲苯-C(聚氯代对二甲苯)、聚对二甲苯-D(聚二氯代对二甲苯)、聚对二甲苯-F(聚四氟对二甲苯)、聚对二甲苯-N(聚对二甲苯)、可购自印第安纳州印第安纳波利斯的特种涂料系统公司(SpecialtyCoating Systems,Indianapolis,IN)的聚对二甲苯
Figure BDA0002983708690000071
(用氟取代N二聚物的α氢原子)、可购自特种涂料系统公司的SCS
Figure BDA0002983708690000072
抗微生物聚对二甲苯技术、可购自特种涂料系统公司的聚对二甲苯
Figure BDA0002983708690000073
或它们的组合。
在一些示例中，聚对二甲苯可使用自引发的化学气相沉积(CVD)工艺沉积，其中对二甲苯二聚体(例如，用于制备聚对二甲苯-C的[2.2]对环芳烷)作为起始组分。例如，诸如患者的口腔解剖结构的三维模型之类的构建表面可定位在真空沉积室中，该真空沉积室被抽空至约0.1托(约13.33帕斯卡)的数量级的压力，从而导致沉积室中的气体分子的平均自由路径为0.1cm的数量级。可将固态或气态的对二甲苯二聚体加热至使对二甲苯二聚体分解成单体对二甲苯气体的温度。可将单体气体引入到包括构建表面的真空沉积室中。然后可将单体气体沉积在构建表面上，在该构建表面上单体气体聚合以形成聚对二甲苯层。由于气态对二甲苯单体的平均自由路径为0.1cm的数量级，因此沉积过程可为非视线过程，并且聚对二甲苯可沉积在构建表面的全部或几乎全部表面上。因此，在一些示例中，聚对二甲苯可完全涂覆期望的构建表面，并且涂层可被修整成芯部件14。
由于在对二甲苯二聚体的分解过程中不存在形成的端分子，因此所得的单体对二甲苯气体将是基本上纯的，这可导致芯部件14基本上由纯聚对二甲苯组成，其中基本上不存在杂质或残余的单体材料。此外，由于聚对二甲苯的形成经由热降解来引发并且是自增长的，因此从该工艺和所得芯部件14中基本上消除了使用溶剂、自由基引发剂、抑制剂、催化剂或通常存在于其他聚合工艺中的其他外来物质。因此，芯部件14可包含高纯度的聚对二甲苯，该高纯度的聚对二甲苯可基本上不含(例如，不含或几乎不含)残余组分，诸如可通常存在于其他聚合物材料中并且可能在牙科制品10中具有不期望的效果的溶剂、自由基引发剂、催化剂、抑制剂等。在一些示例中，CVD沉积的聚对二甲苯可产生包含大于93重量％聚对二甲苯的层，这取决于所使用的初始聚对二甲苯材料的纯度。在一些示例中，CVD沉积的聚对二甲苯可产生包含大于95重量％聚对二甲苯、大于99重量％聚对二甲苯的层。在一些示例中，沉积的聚对二甲苯层可包含与用于制造聚对二甲苯层的初始单体相同或更高纯度的聚对二甲苯。聚对二甲苯还具有优异的生物相容性。
在一些示例中，由于聚对二甲苯经由气相沉积而不是喷涂、浸涂或热成形沉积工艺沉积，因此聚对二甲苯不会淤积、桥接、变薄或者表现出弯液面特性和在此类沉积过程期间可能出现的缺陷。因此，聚对二甲苯可作为相对薄且基本上均匀厚度的材料层施加到构建表面(例如，芯轴、模具塞或阳模)。例如，基于液体的涂层的厚度和厚度均匀性可与粘度、工作温度和湿度以及施加工艺(例如，喷涂或浸涂)相关。在一些示例中，使用基于液体的涂覆技术施加的涂层的厚度可变化多达液体涂层的目标最终厚度的±50％。当涂覆复杂的几何形状，诸如患者的牙齿的三维模型(其包括许多曲率高且复杂的区域或陡峭的侧壁)时，这种均匀性的缺乏可能加剧。相比之下，包含使用CVD工艺沉积的聚对二甲苯的层的厚度可以是汽化二聚体的量和室保压时间的函数。在一些示例中，包含聚对二甲苯的层的厚度可被控制为目标厚度的约±5％的公差。
与芯部件14的厚度相关联的改善的公差可用于某些正畸应用，诸如牙托矫正器，其中牙托矫正器被设计成一次仅通过一毫米的级分来移动患者的牙齿。相比之下，基于液体或热成形的涂层可在涂层中产生不均匀的厚度和高点，这可导致患者的牙齿上的扭点或未预期的压力点，从而导致不对准或增加的不适。在一些示例中，不均匀的厚度和高点可通过超过牙齿的目标移动而偏离预期的厚度或形状，从而降低对牙齿移动的控制。芯部件14以及由此区段12的均匀性可改善牙科制品10的耐磨损性、准确性和有效性。
在一些示例中，基本上由聚对二甲苯组成的芯部件14的最终厚度可为至少约50μm、至少约100μm、至少约250μm、至少约500μm、至少约1mm或至少约2mm。在一些示例中，芯部件14的最终厚度可小于约2mm、小于约1mm、小于约500μm、小于约250μm、小于约100μm或小于约50μm。然而，在其他示例中，芯部件14的厚度可大于约2mm，诸如至多约5mm。在一些示例中，芯部件14的厚度可大于约25μm并且小于约200μm。使聚对二甲苯层大于至少约25μm可有助于减少本文在其中构建表面包括脊的示例中所述的混叠效应(例如，如当使用增材制造形成构建表面时可能产生的)。
在一些示例中，由于对二甲苯分子的小尺寸和CVD工艺，聚对二甲苯可沉积为相对致密且耐水的材料层，尤其是与使用常规成形技术(诸如热成形)沉积的其他聚合物材料相比。例如，在牙科制品中使用的常规聚合物材料在水的存在下随时间推移经历机械特性的软化或劣化(例如，吸湿膨胀或应力松弛)，诸如聚合物的弹性模量的降低。这种减少可归因于由于暴露于水而导致的聚合物内氢键的减少或消除，这可降低聚合物材料的弹性模量。该降低导致此类聚合物软化，这可使得聚合物不太适用于某些类型的装置，包括例如用于对患者的一颗或多颗牙齿施加或保持力的牙托矫正器。聚对二甲苯的耐水特性可充当水的屏障，减少或基本上防止水进入芯部件14中，从而允许芯部件14在水的存在下基本上保持其机械特性。此外，基本上由聚对二甲苯构成的芯部件14可限定按体积计小于约5％的孔隙率并且表现出低吸湿膨胀。孔隙率被定义为孔的体积除以芯部件14的总体积，并且可以是使用光学显微镜法、压汞法等来测量的。
在一些示例中，区段12可包括施加到芯部件14的一个或多个涂层。图3是可用于形成图1的牙科制品10的一部分的另一个示例性区段20的示意性剖视图。区段20包括主要包含聚对二甲苯的芯部件14，在芯部件14上具有一个或多个涂层22。图3的芯部件14可基本上与上文关于图1和图2所述的芯部件14相同，除本文所述的任何差异之外。
涂层22可用于影响芯部件14和区段20的光学特性、磨损特性、沾污特性、抗微生物特性、耐水特性、耐久特性、触觉特性或其他特性中的一种或多种。在一些示例中，涂层22的一个或多个层可包括例如包含无机材料的一个或多个层、包括聚合物硬涂层的一个或多个层或者它们的组合。
在一些示例中，涂层22可包括一个或多个层，该一个或多个层包含无机材料，诸如金属、金属合金、金属氧化物、陶瓷、玻璃、结晶矿物质或它们的组合物，这些无机材料影响芯部件14的耐久特性和/或耐磨损特性。例如，虽然芯部件14可提供足够的耐水特性和弹性特性，但与一些无机材料相比，聚对二甲苯可具有相对低的耐磨损性。在一些此类示例中，纯聚对二甲苯的层可通过与其他物体(诸如牙齿、食物等)反复接触或摩擦而变得磨损。虽然较低的磨损特性对于某些牙科应用(例如，可移除的牙托矫正器、牙科保持器等)可能是可接受的，但对于其中牙科制品10在患者的口内为固定的或相对持久的应用，此类磨损特性可能是不那么可接受的。此类牙科应用可包括牙冠、牙桥、义齿、咬合夹板、正畸托槽、连续佩戴牙科矫正器或腭扩张器等，其中区段20保留在患者的口中并且经历与牙齿、食物等的反复接触(例如，咀嚼、研磨)。在此类应用中，区段20可包括施加到芯部件14的无机材料的一个或多个涂层22，以有助于芯部件14的耐久性和耐磨损性。除此之外或另选地，涂层22可包含可向制品20提供附加阻挡特性(例如，水和/或抗微生物阻挡特性)的无机材料(例如，金属氧化物)。
可用作一个或多个涂层22的示例性无机材料包括例如金属(例如，诸如金、银、铝、铜、铟或钛的生物相容性金属)；金属合金；金属氧化物、玻璃或陶瓷(例如，二氧化硅、氧化铝或氧化锆)；类金刚石碳；金属盐；等等。金属盐(诸如氯化物、氟化物、硫酸盐和碳酸盐)可以是通过将金属暴露于包含这些离子的酸或气体来形成。在一些情况下，向金属层施加正电荷可有利于吸引形成盐所需的负离子。在一些示例中，一个或多个涂层22可包括在不同层中具有不同无机材料的多个层。
在一些示例中，一个或多个涂层22可包括包含元素金属的层和氧化物层，该氧化物层是通过将元素金属暴露于大气或富氧气体环境来形成。任何合适的生物相容性金属氧化物可包含在一个或多个涂层22中，包括例如氧化银、氧化锌、氧化铜、氧化钛、氧化铝以及它们的混合物和合金中的至少一种，诸如银铜锌合金的氧化物(例如，AgCuZnOx)、Ag掺杂的氧化锌、Ag掺杂的氧化铝、Ag掺杂的氧化钛和Al掺杂的氧化锌。在一些示例中，除了金属氧化物以外，一个或多个涂层22还可任选地包含附加的金属化合物，诸如氯化银、溴化银、碘化银、氟化银、卤化铜、卤化锌以及它们的组合物。关于掺入金属氧化物的层的特性的附加示例描述于美国临时专利申请序列号62/685,773中，该专利全文以引用方式并入。
在一些示例中，金属氧化物可用于提供牙科制品10的抗微生物或抗菌特性。例如，一个或多个涂层22可以包含一种或多种金属氧化物，该一种或多种金属氧化物限定了一个或多个涂层22的最外层以在延长的时间段内提供抗微生物、抗菌或抗生物膜特性中的至少一种，以减少或基本上防止微生物污染的不期望结果中的至少一种，诸如例如，可通过表面的微生物污染或者通过在牙科制品10的表面上形成的生物膜引起的不想要的气味、风味或变色。在一些示例中，当牙科制品10与醇或水基电解质(诸如患者的口中的体液或身体组织)接触时，可发生抗微生物效果，从而释放金属离子(诸如例如Ag+、Al+)、原子、分子、簇等。产生抗微生物效果所需的金属的浓度将因金属氧化物中的金属而异。在一些示例中，所述抗微生物效果可在体液如唾液中以小于约10ppm的浓度实现。在一些示例中，在24小时接触后，一个或多个涂层22的最外层内的金属氧化物可表现出对金黄色葡萄球菌(S.aureus)和变异链球菌(S.mutans)的至少2对数微生物减少。对数减少量可以是在根据ISO测试方法ISO 22196:2011“塑料和其他无孔表面上的抗菌活性的测量”(“Measurement ofantibacterial activity on plastics and other non-porous surfaces,”)进行测试之后，用测试方法的适当修改来测量的，以适应测试材料。除此之外或另选地，金属氧化物可防止结石积聚在牙科制品10上，或者可包含添加剂以防止在患者的牙齿中形成腔。
除此之外或另选地，一个或多个涂层22可包括聚合物硬涂层。如本文所用，“聚合物硬涂层”可用于描述具有比具有相同厚度的聚对二甲苯层更高的磨料磨损抗性的基于聚合物的涂层。在一些示例中，磨料磨损抗性特性可以是通过紧靠相应涂层材料层的表面摩擦牙齿替代材料并评估在模拟的两周磨损后对层的损坏来测量的。包括聚合物硬涂层的层可改善芯部件14的耐久特性和耐磨损特性。除此之外或另选地，聚合物硬涂层可改善芯部件14的研磨抗性。
适用于聚合物硬涂层的示例材料可包括例如可交联的基质单体、低聚物或者具有一种或多种官能化无机填料的聚合物。无机填料可有助于改善所得层的研磨抗性。在一些示例中，聚合物硬涂层可被制备为单组分混合物、多组分可固化制剂、分散体等。优选的聚合物硬涂层可以是相对透明/半透明的、光滑的，提供对芯部件14的强粘附性，在使用期间具有一定的柔性以最小化破裂，具有耐污性，具有大于聚对二甲苯的研磨抗性，或它们的组合。示例性聚合物硬涂层可包括可购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Corporation,St.Paul,MN,USA)的3M 906研磨抗性硬涂层或美国专利申请序列号14/404,970中所述的硬涂层，该专利全文以引用方式并入。
在一些示例中，一个或多个涂层22可任选地包含染料或颜料以提供期望的颜色，该颜色可为例如装饰性的或者被选择为在患者佩戴牙科制品10时改变患者的牙齿的外观。除了上述无机材料或聚合物硬涂层之外，还可添加染料或颜料。除此之外或另选地，芯部件14可被构造成表现出某些光学特性。例如，芯部件14可包含聚对二甲苯
Figure BDA0002983708690000131
其包含聚对二甲苯-C和被设计成在黑光下发荧光的特殊化合物。
可使用任何合适的技术将一个或多个涂层22沉积在芯部件14上，该技术包括例如化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、蒸发沉积、溅射、原子层沉积、化学镀(例如，化学或自催化镀)、电镀(例如，在第一导电层已沉积在芯部件14上之后)、喷涂、浸涂等。在一些示例中，一个或多个涂层22可从芯部件14的表面限定约0.1μm和约5μm的总厚度(图3中的T')。
图4是示出用于形成图1至图3的芯部件14以及区段12和20的示例性技术的流程图。为了进行示意性的说明，结合牙科制品10的各个方面描述了图4的技术。然而，此类描述并非旨在进行限制，并且图4的技术可与其他牙科制品一起使用，并且芯部件14以及区段12和20可以是使用除图4中所述的那些技术以外的技术来形成。为了清楚起见，图4相对于图5A至图5E所示的制品和层进行了描述。图5A至图5E是用于形成芯部件14的示例性层构建工艺的示意性剖视图。
图4的技术包括：形成患者的口腔解剖结构的三维模型50(30)；用脱模剂52涂覆模型50(32)；在模型50上形成包含聚对二甲苯的涂层54(34)；任选地修整涂层54以形成用于牙科制品10的芯部件14(36)；将芯部件14与模型50分离(38)；以及在芯部件14的一部分上施加一个或多个任选的涂层22(40)。如上所述，芯部件14可形成牙科制品10的一部分，该牙科制品可包括牙托矫正器、牙冠、夜用护板、保持器、腭扩张器、种植体、义齿、部分、临时置换件、弹簧矫正器、牙科附件、包括聚合物弓丝的牙科制品、弓形构件、定制力构件、弹簧、托槽或其他结合器具、用于递送治疗剂的托盘等，该牙科制品包括至少一个区段12或20，该至少一个区段包括芯部件14。
图4的技术包括使用任何合适的技术来形成患者的口腔解剖结构的三维模型50(30)，以及任选地用脱模剂52(诸如聚乙烯醇)涂覆模型50(32)。图5A示出了一次形成的牙科模型50，并且图5B示出了涂覆有脱模剂52的牙科模型50。在一些示例中，模型50可以是通过浇注患者的口腔解剖结构的印模来形成。在其他示例中，牙科模型50可以是使用三维打印或增材制造来形成。例如，如以下进一步所述，可使用例如口内扫描仪来产生患者的牙齿和齿龈的至少一部分的数字三维表示。可基于牙齿的数字表示使用三维打印机来直接制备牙科模型50。
虽然模型50通常被示出和描述为患者的口腔解剖结构的阳模再现，但在一些示例中，模型50可为阴模，其中聚对二甲苯沿着模型50内的腔的表面沉积。正负空间模型50之间的选择可取决于所形成的牙科器具的类型。
在一些示例中，一旦形成牙科模型50，就可以对其研磨或抛光，并且可以将脱模剂52施加到模型50的表面，以帮助防止随后施加的聚对二甲苯固定地粘附到模型50。脱模剂52可以不形成牙科制品10的一部分。
如上所述，牙科模型50可限定模拟患者的口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状。在一些示例中，牙科模型50可以不被构造为患者的口腔解剖结构的精确复制品，而是模型50可以表示期望的牙齿对齐或朝向期望的牙齿对齐的中间阶段。
接着，可使用本文所述的技术将包含聚对二甲苯的涂层54施加(例如，使用CVD)到模型50(34)。图5C示出了具有施加在模型50上的涂层54和脱模剂52的牙科模型50。涂层54可以沉积在模型50上，直到达到期望厚度。涂层54可包括由聚对二甲苯构成的一个或多个层。聚对二甲苯可沉积至任何合适的层厚度，包括例如至少50μm、至少100μm、至少250μm、至少500μm、至少1mm或至少2mm的厚度。可对聚对二甲苯进行各种改性，例如，通过使用卤化单体和/或掺入添加剂以提供附加特性，诸如来自威斯康星州克莱尔湖的SCS涂层公司(SCSCoatings(Clear Lake,WI))的microRESIST抗微生物聚对二甲苯技术。在一些示例中，涂层54可包括一个或多个聚对二甲苯-C、聚对二甲苯-D、聚对二甲苯-F、聚对二甲苯HT、SCS
Figure BDA0002983708690000151
聚对二甲苯-N、聚对二甲苯
Figure BDA0002983708690000152
或它们的组合物的层。在一些示例中，涂层54可包括至少一个聚对二甲苯-C的层。
在其中牙科模型50为三维打印的示例中，逐层打印工艺可产生由轮廓线或“阶梯”(也称为混叠效应)标记的纹理化表面。如果混叠效应被转移到牙科制品10的外表面(例如，与患者的嘴唇或舌接触的制品的表面)，则制品可能具有粗糙的或其他令人不悦的纹理或感觉，或者由于光从轮廓线散射而具有减弱的光学外观。由混叠或表面粗糙度产生的其它不期望的效果可包括生物膜的形成以及与牙列中的相对表面的增加的摩擦或干涉作用。包括细菌培养物的口腔生物膜可导致酸产生、气味和结石积聚。在制造过程期间在材料层的边界处产生的内角可用作细菌培养物的庇护所，从而保护它们免受唾液流动以及舌头和口腔粘膜的擦拭作用。
在一些示例中，经由化学气相沉积施加脱模剂52和沉积聚对二甲苯以形成涂层54可减少混叠效应向芯部件14的转移，并且可改善牙科制品10的视觉或触觉特性。例如，可使用CVD来施加聚对二甲苯，其中聚对二甲苯由单独的单体分子直接形成在脱模剂52的表面上。这些分子以气态形式供应并在基材的表面上冷凝为聚合物，从而允许它们沉积在最小的微观纹理中。随着越来越多的分子与表面集成，涂层变得较厚，最终在这些微观纹理上填充和平滑化。因此，脱模剂52的施加和涂层54在模型50上的逐渐生长可通过平滑由打印过程产生的混叠效应或一般表面纹理来减小沿着涂层54的外表面的粗糙度。通过平滑化芯部件14的外表面，牙科制品10可在患者的口中具有改善的感官感觉。另外，因为聚对二甲苯作为透明涂层沉积，所以使芯部件14的外表面平滑化可改善所得牙科制品10的透明度和整体视觉美观性。另外，由于用于形成涂层54的气相沉积工艺，与其他聚合物材料相比，聚对二甲苯本身可生成具有降低的表面粗糙度的更光泽的涂饰剂。与其他聚合物材料相比，归因于聚对二甲苯的表面粗糙度的降低还可能抑制生物膜形成，如果器具未抛光至高光泽度或未用有光泽的涂饰剂保护，则这可能在器具的表面上出现。
除此之外或另选地，涂层54的CVD施加可提供优于用热塑性材料进行的常规压力模塑的若干有益效果。例如，对于常规的压力模塑，将热塑性材料片材加热至可流动的塑性状态，其中片材随后在三维模型上进行压力成形。由于热塑性塑料与模型直接接触，因此在片材适形于模型、冷却并硬化成其最终形状所需的时间内，大量热量被传递到模型。在加热时，由于横跨模型的表面的温度梯度，模型可能不均匀地膨胀。根据用于构造模型的材料，可接近模型的玻璃化转变温度，从而导致模型材料软化。此类模型上的后续压力成形(其可涉及横跨热塑性片材的约45PSI(例如，约3.1巴)的压力梯度)可导致模型的永久变形，该永久变形将被复制并保持在热塑性材料的形状中。由于聚对二甲苯的CVD施加不涉及上述任何压力梯度，因此在形成涂层54期间未观察到模型50的此类变形。
在一些示例中，压力模塑的热塑性塑料也可表现出保留在材料中的残余应力，该残余应力迫使材料回到其预成形的形状。在一些示例中，由于后续加热，诸如通过与将制品插入患者的口中相关联的加热，模塑的热塑性材料可朝向该先前形状松弛。因为聚对二甲苯的CVD不涉及涂层54的任何预制形式，所以涂层54将不表现出上述残余应力。
在涂层54已形成并积聚至期望的厚度之后，可使用例如CNC 5轴铣削或激光切割工具沿着修整线56将涂层54修整成适当的尺寸以形成芯部件14(36)。可任选地移除任何多余的材料58。图5D示出了被修整成期望尺寸的涂层54。在生产过程中，此时，将形成主要由聚对二甲苯构成的芯部件14(例如，经修整的涂层54)。然后可例如通过将制品和模型浸泡在温水中以溶解脱模剂52(如果存在的话)来将芯部件14与模型50分离(58)。图5E示出了从模型50中释放的完整的芯部件14。
在一些示例中，芯部件14可涂覆有一个或多个任选的涂层22(40)。例如，图4的技术可包括用一个或多个无机材料层、一个或多个聚合物硬涂层的层或它们的组合来涂覆芯部件14。根据预期功能和相应涂层22的期望位置，可在修整涂层54之前、在将芯部件14与模型50分离之前、在将芯部件14与模型50分离之后或它们的组合，将一个或多个涂层22施加到芯部件14。在一些示例中，一个或多个涂层22可沉积在芯部件14的外表面(例如，芯部件的不旨在被定位成与患者的牙齿接触的表面)上。例如，可通过例如在将芯部件14从模型50移除之前沉积相应的涂层来将旨在改善牙科制品10的触感或光学特性的涂层22沉积在芯部件14的外表面上。除此之外或另选地，可通过例如在将芯部件14从模型50移除之后沉积相应的涂层来将旨在改善牙科制品10的抗微生物特性的涂层22沉积在芯部件14的内表面上(例如，芯部件14的旨在被定位成与患者的牙齿接触的表面)、外表面上或这两个表面上。
虽然牙科制品10主要描述为简单的牙托矫正器，但牙科制品10不必限于此类装置。在其他示例中，牙科制品10可包括在牙科规程中使用的其他口腔装置，包括但不限于夜用护板、保持器、护齿套、腭扩张器、牙冠、种植体、义齿、部分、临时置换件、用于递送治疗剂的托盘等。牙科制品10还可包括连接到区段12、22的附加牙科部件，该附加牙科部件不包括芯部件14和/或包括由除聚对二甲苯之外的材料构成的芯部件。例如，牙科制品10可包括连接到区段12的一个或多个定制力构件、弹簧、弹簧矫正器、跳线、弓丝、弓形构件、腭板、托槽、附接机构、松紧带等，其中区段12被构造成贴合在患者的一颗或多颗牙齿上。图6A和图6B是另一示例性牙科制品的示意图，该牙科制品包括附接到包括基本上由聚对二甲苯构成的芯部件的区段的附加牙科部件。图6A和图6B的牙科制品为正畸腭扩张器60的形式，其包括第一区段62A、第二区段62B，以及具有一个或多个梁64的板66，该一个或多个梁从板延伸并且连接到第一区段62A和第二区段62B。图6A为安装在患者的牙弓上的颚扩张器60的咬合图。图6B是第一区段62A的一部分和梁64中的一个梁的一部分的剖视图。
第一区段62A和第二区段62B中的每一者可限定复杂的三维几何形状，该三维几何形状沿循患者的口腔解剖结构的轮廓并被构造成接收牙弓的相应后部区段的至少一颗牙齿。至少一颗牙齿可包括相应后部区段的全部后牙或少于全部后牙。第一区段62A和第二区段62B中的每一者包括基本上由聚对二甲苯构成的相应芯部件68A和68B。除了下文所述的任何差异之外，相应的芯部件68A和68B可基本上类似于上文所述的芯部件14。如上所述，区段62A和62B的芯部件68A和68B可包括施加到其的一个或多个任选的涂层22，以增强芯部件68A和68B的物理、机械或美学特性中的一者或多者。
第一区段62A和第二区段62B可限定足以承受由腭扩张器60的剩余牙科部件(诸如梁64)施加的力的壁厚度。例如，第一区段62A和第二区段62B的壁可限定介于约0.2mm和约5mm之间，诸如介于约0.5mm和约3mm之间、或介于约0.5mm和约2mm之间、或约1mm的厚度。在一些示例中，第一区段62A和第二区段62B的咬合面壁可比第一区段62A和第二区段62B的舌面壁和颊面壁薄，以允许患者更完全地咬合。
腭扩张器60还包括呈梁64和板66形式的附加牙科部件，其可以包含不同于芯部件68A和68B的材料。梁64和板66定位在第一区段62A和第二区段62BA之间，并且在腭扩张治疗期间施加向外的力。在一些示例中，每个梁64可以是分体式梁设计，其限定了相对高模量材料的两个不同的梁构件。相对高模量的材料可使得梁64能够响应于变形而储存能量并且对第一区段62A和第二区段62B施加力。例如，颚扩张器60可以形成为具有与第一后部区段和第二后部区段的期望位置对应的形状，并且当将颚扩张器60安装在患者的牙齿上时，患者或提供者可以使颚扩张器60变形。变形可集中在梁64中，并且可生成由梁64以力的形式在第一区段62A和第二区段62B上释放的能量。形成梁64和板66的相对高模量的材料可包括例如生物相容性金属，诸如不锈钢、钛、镍-钛合金或另一种合金；高模量聚合物材料；等等。
在一些示例中，梁64和板66的牙科部件可与第一区段62A和第二区段62B分开形成，或者可与第一区段62A和第二区段62B一体形成。例如，梁64和板66可以是使用任何合适的技术(诸如增材制造(例如，三维打印、热成形、模塑或雕塑等))来形成。梁64和板66可随后附接到第一区段62A和第二区段62B。
在一些示例中，作为用于形成芯部件68A和68B的CVD工艺的一部分，梁64和板66可附接到第一区段62A和第二区段62B。例如，梁64和板66可以在层54沉积之前或在整个聚对二甲苯沉积过程的中途与模型50结合在它们的预期位置。一旦结合，可完成聚对二甲苯的沉积，使得聚对二甲苯至少部分地涂覆梁64和/或板66以将梁64和/或板66一体地附接到层54和所得芯部件68A和68B的构造中。
在一些示例中，梁和板66中的一者或两者也可被构造成使得部件包含大部分聚对二甲苯。例如，患者的口腔解剖结构的模型可在沉积聚对二甲苯的初始层之后初始构造，以部分地构造腭扩张器60。在形成初始聚对二甲苯层之后，腭扩张器60的部分可被临时掩蔽材料掩蔽。在一些示例中，掩蔽材料可限定期望的几何间隙间距(例如，分体式梁64的相关间隙间距)，或者可覆盖腭扩张器60的不需要附加的聚对二甲苯沉积的部分。在一些示例中，掩蔽材料可为柔韧材料，该柔韧材料易于变形以允许在腭扩张器60或其他牙科器具已完全形成并修整到一定尺寸之后易于移除。示例性掩蔽材料可包括例如硅橡胶或非常低模量的聚氨酯。掩蔽材料可固有地抵抗聚对二甲苯的粘附，或者其可涂覆有合适的脱模剂，该脱模剂允许掩蔽材料随后在后加工期间与聚对二甲苯分离。在其他示例中，掩蔽材料可由具有相对低熔点的材料(诸如蜡或聚己内酯(PCL))或可溶性材料(诸如聚乙烯醇(PVA))构成。然后可通过液化来移除掩蔽材料，该液化通过加热和熔融材料或通过将其暴露于溶剂(诸如水或醇)来进行。
在根据需要沉积掩蔽材料之后，可将附加的聚对二甲苯层施加到制品以完成聚对二甲苯形成并且与暴露的先前沉积的聚对二甲苯区段一体地组合。然后可修整或切割所得的腭扩张器60或其他牙科制品至适当的尺寸或形状，并移除掩蔽材料。
在其他示例中，辅助部件(诸如梁64或板66)可永久嵌入聚对二甲苯中，与模型相邻并且完全在聚对二甲苯涂层下方，或者嵌入如上所述的聚对二甲苯层之间。可在已施加任何或所有聚对二甲苯层以暴露嵌入部件的部分之后进行对器具的选择性修整。
上述用于将梁64和板66一体地附接到第一区段62A和第二区段62B的工艺也可用于将其他正畸结构、附接件等结合到相应的牙科装置10中，该牙科装置包括至少一个区段12，该至少一个区段包括芯部件14。相应的正畸部件可相对于患者的口腔解剖结构的模型50放置在期望的位置，并且通过聚对二甲苯沉积过程一体地连接到相应的芯部件14。在一些此类示例中，芯部件14仍然可限定模拟由模型50限定的患者的口腔解剖结构的复杂三维形状。
图7是示出示例性计算机环境100的框图，在该示例性计算机环境中，诊所104和制造设施110在患者102的牙科制品112的整个制造过程中传送信息。牙科制品112可以包括上述牙科制品10、20或60中的任何一个。首先，诊所104的正畸医师使用任何合适的成像技术生成患者102的牙科解剖结构的一个或多个图像，并且生成数字牙科解剖结构数据106(例如，患者102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。在其他实施方案中，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公布WO 2007/084727(Boerjes等人)中有所描述的口内扫描仪，该PCT公布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102的牙齿的阴印模来提供数字牙科解剖结构数据106。作为又一个选项，可通过对患者102的牙齿的阳物理模型进行成像或者通过在患者102的牙齿的模型上使用接触探头，来提供数字牙科解剖结构数据106。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(诸如藻酸酯或聚乙烯基硅氧烷(PVS))来浇注患者102的牙列的印模，将浇注材料(诸如正畸石膏或环氧树脂)倾注到印模中，并且允许浇注材料固化。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102的牙齿的牙根以及患者102的颌骨)进行成像。在一些实施方案中，数字牙科解剖结构数据106是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。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106，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的牙列的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，诸如牙弓长度、咬合位置、相邻牙齿之间的间隙间隔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106之后，诊所104可将数字牙科解剖结构数据106存储在数据库中的患者记录内。诊所104可例如更新具有多个患者记录的本地数据库。另选地，诊所104可经由网络114远程更新中央数据库(任选地，在制造设施110内)。在存储了数字牙科解剖结构数据106之后，诊所104将数字牙科解剖结构数据106以电子方式发送到制造设施110。另选地，制造设施110可从中央数据库检索数字牙科解剖结构数据106。另选地，制造设施110可以从与诊所104非关联的数据源检索预先存在的数字牙科解剖结构数据106。
诊所104还可将处方数据108转发到制造设施110，该处方数据传达与患者102的医师的诊断和治疗计划有关的一般信息。在一些示例中，处方数据108可以更具体。例如，数字牙科解剖结构数据106可以是患者102的牙科解剖结构的数字表示。诊所104的医师可查看数字表示，并指示患者102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102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处由牙科制品112施加到患者102的牙齿的力。患者102的个体牙齿的期望移动、间距或最终位置中的至少一者可以使医师、制造设施110处的技术人员和制造设施110处的计算机能够确定用于模型50的选定尺寸、形状和构造中的至少一者以便牙科制品112能够导致患者102的牙齿的期望移动。在查看数字表示之后，数字牙科解剖结构数据106可被转发到制造设施110。制造设施110可位于场外或位于诊所104内。
例如，每个诊所104可包括针对制造设施110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。还可通过使用3D打印机(或者通过其他增材制造方法)和CVD机在诊所中执行制造。3D打印机允许通过增材打印来制造用于患者102的牙科解剖结构和/或牙科制品112的部分的物理表示(例如，模型50)的复杂特征。3D打印机可使用患者102的原牙科解剖结构以及患者102的期望牙科解剖结构的迭代数字设计来制作患者102的期望牙科解剖结构的复杂三维模型50。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。一旦形成模型50，就可以使用CVD(诸如上文关于图9所述的工艺)来制备芯部件14和所得的牙科制品112。
制造设施110利用患者102的数字牙科解剖结构数据106来构造牙科制品112以重新定位患者102的牙齿。自此的一段时间之后，制造设施110将牙科制品112转发到诊所104，或者另选地，直接转发到患者102。例如，牙科制品112可以是有序的牙科制品。患者102然后根据处方计划表随时间推移依次佩戴牙科制品112，以便重新定位患者102的牙齿。例如，患者102可在介于约1周和约6周之间(诸如介于约2周和约4周之间，或约3周)的周期内佩戴牙科制品112。任选地，患者102可返回到诊所104以周期性地监测用牙科制品112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102用于随时间推移依次佩戴牙科制品112的处方计划表。监测通常包括对患者102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牙科制品112对患者102进行的治疗：将新生成的数字牙科解剖结构数据106发送到制造设施110以便制备新的牙科制品112。在相同或不同的示例中，临床医生可在完成用牙科制品112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106发送到制造设施110。此外，在完成用牙科制品112进行的治疗的处方计划表之后，临床医生可从制造设施110请求新的牙科制品以继续对患者102的治疗。
图8是示出根据本公开的一个示例的在诊所104处开展的生成数字牙科解剖结构数据的过程130的流程图。首先，在诊所104处的医师从患者102收集患者身份以及其他信息并创建患者记录(132)。如所述，患者记录可位于诊所104内并且任选地被构造成与制造设施110内的数据库共享数据。另选地，患者记录可位于在制造设施110处的可供诊所104经由网络114远程访问的数据库内或者可供制造设施110和诊所104两者远程访问的数据库内。
接下来，可以使用任何合适的技术(134)生成患者102的数字牙科解剖结构数据106，从而创建虚拟牙科解剖结构。数字牙科解剖结构数据106可以由牙科解剖结构的二维(2D)图像和/或三维(3D)表示构成。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(可购自宾夕法尼亚州哈特菲尔德宾西北路1910的国际成像科技公司(Imaging Sciences International,LLC；1910N Penn Road,Hatfield,PA))来生成牙科解剖结构的3D表示。诊所104将通过CBCT扫描仪生成的3D数字牙科解剖结构数据106(呈放射线图像形式)存储在位于诊所104内或者另选地位于制造设施110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106，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(136)，则医师还可生成3D数字数据(138)。3D数字牙科解剖结构数据106可通过例如以下方式产生：形成并随后数字扫描患者102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(可购自明尼苏达州明尼阿波利斯的激光器设计公司(Laser Design,Inc.,Minneapolis,Minnesota))或ATOS扫描仪(可购自德国布伦瑞克的GOM公司(GOM GmbH,Braunschweig,Germany)))来扫描患者102的牙弓的物理印模或铸模。另选地，医师可通过使用患者102的牙弓的口内扫描或者使用现有3D牙齿数据来生成咬合面的3D数字牙科解剖结构数据106。在一个示例中，可使用标题为“物理牙齿结构和虚拟牙齿结构与基座的配准(REGISTERING PHYSICAL AND VIRTUALTOOTH 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，该专利申请全文以引用方式并入本文。在相同或不同的示例中，可使用如标题为“正畸数字设置(ORTHODONTIC DIGITAL SETUPS)”并且于2013年12月5日公布的美国专利8,897,902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，该专利申请全文以引用方式并入本文。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，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102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控3D表示的软件程序例如GeomagicStudio软件(可购自南卡罗来纳州石山的3D系统环线333号的3D系统公司(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的牙弓的牙根结构。建模软件提供用户界面，该用户界面允许医师相对于患者的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，医师诸如通过选择患者102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102的牙齿上的力的方向或量值等的指示来生成治疗信息(140)。例如，患者102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处由牙科制品112作用在患者102的牙齿上的力的方向或量值。
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记录相关联的数据库以记录处方数据108(142)，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108中继到制造设施110以便制造设施110构造模型50和牙科制品112(144)。
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8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110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110，在该制造设施处，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104的正畸医师，该正畸医师可查看治疗计划并且要么回送其批准，要么指示期望的修改。
图9是示出了经由网络114连接到制造设施110的客户端计算机150的示例的框图。在所示的示例中，客户端计算机150为建模软件152提供操作环境。建模软件152为建模和绘制患者102的牙齿的3D表示呈现建模环境。在所示的示例中，建模软件152包括用户界面154、对准模块156和渲染引擎158。
用户界面154提供在视觉上显示患者102的牙齿的3D表示的图形用户界面(GUI)。此外，用户界面154还提供用于例如经由键盘和指向装置、触摸屏等从诊所104的医师160接收输入以在建模牙弓内操控患者102的牙齿的界面。
制造设施110经由网络接口170可访问建模软件152。建模软件152与数据库162交互以访问各种数据，诸如治疗数据164、与患者102的牙科解剖结构相关的3D数据166、以及患者数据168。数据库162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162被示出为位于客户端计算机150本地，但该数据库也可远离客户端计算机150并且经由公共或专用网络(例如，网络114)耦接到客户端计算机150。
治疗数据164描述由医师160选择并且定位在3D建模环境内的患者102的牙齿的诊断或重新定位信息。例如，治疗数据164可包括患者的牙科解剖结构的建模数据，该建模数据可产生在整个治疗计划中由牙科制品112施加到每颗牙齿的力矢量的选定量值和方向。
患者数据168描述与医师160相关联的一名或多名患者(例如，患者102)的组。例如，患者数据168指定每个患者102的一般信息，诸如姓名、出生日期和牙齿治疗史。
渲染引擎158访问并渲染3D数据166以生成通过用户界面154呈现给医师160的3D视图。更具体地，3D数据166包括限定了3D对象的信息，该对象在3D环境内表示每颗牙齿(任选地包括牙根)和颌骨。渲染引擎158处理每个对象以基于医师160在3D环境内的视角来渲染3D三角网。用户界面154向医师160显示经渲染的3D三角网，并且允许医师160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建模软件的其他示例：美国专利8,194,067，标题为“用于在三维(13D)环境内可视化地辅助正畸器具放置的平面导引件(PLANAR GUIDES TO VISUALLY AID ORTHODONTICAPPLIANCE PLACEMENT WITHIN A THREE-DIMENSIONAL(13D)ENVIRONMENT”，2012年6月5日颁发；以及美国专利7,731,495，标题为“具有用于数字正畸的横截面控制工具的用户界面(USER INTERFACE HAVING CROSS SECTION CONTROL TOOL FOR DIGITAL ORTHODONTICS)”，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150包括处理器172和存储器174以便存储和执行建模软件152。存储器174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，诸如固态驱动器(SDD)、硬盘、磁带、磁性或光学的数据存储介质、光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、蓝光光盘以及全息数据存储介质。
处理器172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，存储器174可存储程序指令(例如，软件指令)，处理器172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172的专门编程的电路系统来执行这些技术。通过这些或其他方式，处理器172可被配置为执行本文所述的技术。
客户端计算机150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164和/或患者数据168经由网络114发送到制造设施110的计算机180。计算机180包括用户界面182。用户界面182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182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界面。
计算机180还可以被配置为自动确定构造模型50和牙科制品112以在牙科制品112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所需的尺寸和形状。计算机180还可确定除芯部件14之外的附加牙科部件66的定位。计算机180可以将模型50的数字模型传输或以其他方式发送到计算机辅助的制造系统184，以用于生产模型50和/或牙科制品112。
例如，计算机180可以被配置为确定模型50的尺寸和形状中的至少一者。计算机180可以呈现模型50和/或牙科制品112的数字表示以供用户查看，包括查看尺寸和形状。另选地或除此之外，计算机180可以接受来自用户的输入以确定用于患者102的模型50和/或牙科制品112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150和计算机180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150和/或计算机180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，同时使用不同的计算机(诸如计算机180)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(诸如计算机180)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表示的情况下来确定形状和尺寸。在此类示例中，在客户端计算机150与计算机180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10是示出了在制造设施110处开展的用于构造牙科制品112的过程200的流程图。在一些示例中，牙科制品112可包括牙科制品112中的一个或多个。制造设施110处的计算机180从诊所104接收数字牙科解剖结构数据106，包括患者的一颗或多颗牙齿的初始位置以及处方数据108(202)。另选地，计算机180可从位于计算机180内的或者可以其他方式供该计算机访问的数据库检索信息。与计算机180相关联的受过训练的用户可与在计算机180上运行的计算机化建模环境进行交互以制定相对于患者的牙科解剖结构的数字表示的治疗计划并生成处方数据108，如果诊所104尚未这么做的话。在其他示例中，计算机180可仅基于患者的牙科解剖结构和预定义的设计约束来自动制定治疗计划。
一旦计算机180接收到患者的牙科解剖结构，计算机180便确定用于患者的牙科制品112的尺寸和形状(204)。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180确定用于患者的牙科制品112的尺寸和形状，该牙科制品被构造成按顺序佩戴。
在一些示例中，确定牙科制品112的尺寸和形状包括利用计算机180根据一组预定义的设计约束来选择牙科制品112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：当牙科制品112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。最小施加力是必需的，以在牙周韧带上产生足以导致骨重塑和牙齿移动的压力。
在确定牙科制品112的尺寸和形状期间，计算机180可使用有限元分析(FEA)技术来分析患者的牙齿以及牙科制品112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180可对患者的牙齿的立体模型应用FEA，该治疗包括有序的牙科制品。计算机180可使用FEA来为牙科制品112选择适当的结构以在牙齿上施加期望的力。此外，计算机180可使用虚拟咬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180还可在FEA力分析中包括咬合接触力(诸如牙间交错力)，其与在设计牙科制品112期间来自牙科制品112的力相结合。计算机180还可以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，确定可移除牙科制品112的尺寸和形状包括用计算机180选择芯部件14的厚度、任选的涂层22的放置、附加牙科部件66、68的包括和放置以提供一定刚度，该刚度适合当牙科制品112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。
牙科制品112的尺寸和形状可经由计算机180的用户界面182呈现给用户(206)。在牙科制品112的尺寸和形状经由用户界面182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184之前，用户可有机会调整设计约束或者直接调整牙科制品112的尺寸和形状。在一些示例中，当牙科制品112由计算机辅助的制造系统184制造时，牙科制品112的尺寸和形状可由计算机180直接呈现给用户。例如，计算机180可以将用于形成牙科制品112的模型50的数字模型发送到计算机辅助的制造系统184，并且计算机辅助的制造系统184根据来自计算机180的数字模型来制造模型50，该模型在聚对二甲苯的CVD施加中使用。在一些示例中，计算机辅助的制造系统184可制造牙科制品112的一部分，诸如用于构造牙科制品112的任选涂层22或附加牙科部件66和68中的一者或多者。
然而，即使在用于患者的模型50和/或牙科制品112的尺寸和形状可经由计算机180的用户界面182呈现给用户的示例中，在用户批准之后，计算机180也将模型50和/或牙科制品112的数字模型发送到计算机辅助的制造系统184(208)，并且计算机辅助的制造系统184根据来自计算机180的数字模型制造模型50和/或牙科制品112的部分(210)。在一些示例中，计算机辅助的制造系统184可包括3D打印机。
在其他示例中，模型50可包括用3D打印机打印患者的口腔解剖结构(例如，牙齿)的表示，在牙齿的表示上方热成形牙科制品112的部分，对芯部件14进行CVD施加，以及修整多余的材料(任选地通过CNC或机器人机械(诸如例如端铣刀或激光切割机)自动化)。患者的牙齿的表示可包括凸起表面以有利于形成牙科制品112的部分或部件。
在一些示例中，相对于图10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150、计算机180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10所述的技术。
在设计牙科制品112之后，制造设施110根据数字牙科解剖结构数据106和处方数据108制造牙科制品112(210)。对最终牙科制品112的构造可包括3D打印、CVD施加、热成形、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，诸如按扣配合和重叠注塑，以及其他制造技术。
图11是示出使用有序的牙科制品进行的治疗的逐次迭代的流程图400。有序的牙科制品被构造成重新定位患者的一颗或多颗牙齿。在一些示例中，有序的牙科制品可包括牙科制品112中的一个或多个。
治疗始于第一治疗迭代(402)。在第一治疗迭代开始时，患者的牙齿处于如牙列状态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有序的牙科制品(406)。根据对患者的牙齿的扫描，计算机(例如计算机150)确定有序组中牙科制品112的两种不同形状和尺寸：第一设置Xa 408A和第二设置Xb 408B。用于创建患者的牙齿的数字模型的示例性技术在授予Cinader等人的标题为“制备虚拟牙列模型并且由此制造牙科保持器的方法(METHODS OF PREPARING A VIRTUAL DENTITION MODEL ANDFABRICATING A DENTAL RETAINER THEREFROM)”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的牙齿的数字模型以创建在治疗之后患者的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有序组中模型50和/或牙科制品112的形状和尺寸。由该有序组中的牙科制品112施加的建模力还可基于患者的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牙科制品112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牙科制品112。
在一些示例中，可使用第一设置Xa 408A和第二设置Xb 408B中的每一者来制造至少一个(诸如三个)不同的牙科制品112，以制备至少两个(诸如六个)牙科制品112。例如，可使用第一设置Xa 408A制造第一牙科制品112 Xa，软410A、第二牙科制品112 Xa，中等410B和第三牙科制品112 Xa，硬410C；并且可使用第二设置Xb 408B制造第四牙科制品112 Xb，软410D、第五牙科制品112 Xb，中等410E和第六牙科制品112 Xb，硬410F。第一、第二和第三牙科制品112410A至410C可通过例如改变芯部件14的组成、涂层22的组成、其他牙科部件(例如66和68)的组成、相对厚度等而包括不同的刚度特性。例如，第二和第三牙科制品112 410B和410C可具有比第一牙科制品112 410A更高的刚度特性，并且第三牙科制品112 410C可具有比第二牙科制品112 410B更高的刚度特性。相似地，第四、第五和第六牙科制品112 410D至410F可以包括不同的刚度特性。
牙科制品112 410A至410F可由患者随时间推移依次佩戴。例如，牙科制品112410A至410F中的每一者的佩戴时间可介于约1周和约6周之间，诸如介于约2周和约4周之间，或约3周。在使用牙科制品112 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，该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的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的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后续有序的牙科制品(406)。在一些示例中，对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的牙齿的数字模型转发到制造设施以使得可基于患者的牙齿的新位置来为患者制造另一牙科制品组。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牙科制品112的一个或多个迭代。
图11的技术表示一个具体示例，并且可在本公开的实质内对图11的技术进行多种修改。作为其他示例，有序牙科制品中的每个牙科制品112可具有唯一的形状和尺寸，并且该有序牙科制品中的每个牙科制品112可由具有基本上相同或相似的刚度特性的材料制成。作为另一示例，有序牙科制品中的每个牙科制品112可包括不同的选定尺寸和/或形状。
实施方案
A.一种牙科制品，所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中所述至少一个区段包括芯部件，其中所述芯部件包含大部分聚对二甲苯。
B.根据实施方案B所述的牙科制品，其中所述芯部件包含至少95重量百分比(重量％)的聚对二甲苯。
C.根据实施方案A或B所述的牙科制品，其中所述至少一个区段包含至少95重量％的聚对二甲苯。
D.根据实施方案A至C中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段限定了区段厚度，所述区段厚度是从被构造成接触患者的口腔解剖结构的所述至少一个区段的表面垂直测量的，其中所述区段厚度的至少80％由所述芯部件组成。
E.根据实施方案A至D中任一项所述的牙科制品，其中所述芯部件限定了芯厚度，其中所述芯厚度限定了在整个芯部件上小于约±5％的厚度可变性。
F.根据实施方案A至E中任一项所述的牙科制品，其中所述芯部件限定了所述牙科制品的结构构件，所述结构构件被构造成在佩戴时对患者的牙齿施加矫正力，以将所述患者的牙齿排列推向新的期望构型。
G.根据实施方案A至F中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少一个无机涂层。
H.根据实施方案G所述的牙科制品，其中所述至少一个无机涂层包含金属氧化物。
I.根据实施方案H所述的牙科制品，其中所述金属氧化物包括选自氧化银、氧化锌、氧化铜、氧化钛、氧化铝以及它们的合金的金属氧化物中的至少一种。
J.根据实施方案I所述的牙科制品，其中所述金属氧化物选自银掺杂的氧化锌、银掺杂和铝掺杂的氧化锌、银掺杂的氧化钛、铝掺杂的氧化锌、氧化钛、以及银掺杂和铜掺杂的氧化锌。
K.根据实施方案A至J中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少聚合物硬涂层。
L.根据实施方案A至K中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段限定了牙托矫正器、夜用护板、牙科附件、保持器、腭扩张器或护齿套的一部分。
M.根据实施方案A至L中任一项所述的牙科制品，其中所述牙科制品包含至少95重量％的聚对二甲苯。
N.根据实施方案A至M中任一项所述的牙科制品，其中所述复杂三维形状被构造成沿循至少一颗牙齿的所述口腔解剖结构的轮廓。
O.根据实施方案A至N中任一项所述的牙科制品，所述牙科制品还包括附接到所述至少一个区段的牙科部件。
P.根据实施方案O所述的牙科制品，其中所述牙科部件包含除聚对二甲苯之外的芯材料。
Q.根据实施方案O或P所述的牙科制品，其中所述牙科部件包括涂层，所述涂层包含聚对二甲苯。
R.根据实施方案Q所述的牙科制品，其中包含聚对二甲苯的所述涂层包封所述牙科部件。
S.根据实施方案Q或R所述的牙科制品，其中包含聚对二甲苯的所述涂层与所述芯部件一体形成。
T.根据实施方案Q或R所述的牙科制品，其中所述牙科部件包括腭扩张器或牙托矫正器的一部分。
U.一种方法，所述方法包括：形成患者的口腔解剖结构的三维模型；形成牙科制品，所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段限定了被构造成沿循所述口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中形成所述至少一个区段包括：在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中所述层包含大部分聚对二甲苯，以及使用包含聚对二甲苯的所述层来形成所述至少一个区段的芯部件。
V.根据实施方案U所述的方法，其中形成牙科制品还包括：在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的所述层之后，将所述层修整成选定形状以形成所述芯部件；以及将所述芯部件与所述模型分离。
W.根据实施方案V所述的方法，其中形成患者的口腔解剖结构的三维模型包括三维打印所述模型或模塑所述模型。
X.根据实施方案U至W中任一项所述的方法，其中在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的层包括化学气相沉积包含聚对二甲苯的所述层。
Y.根据实施方案U至X中任一项所述的方法，所述方法还包括在将包含聚对二甲苯的所述层沉积在所述模型上之前，用脱模剂涂覆所述模型。
Z.根据实施方案U至Y中任一项所述的方法，其中形成所述牙科制品包括形成牙托矫正器、夜用护板、牙科附件、保持器、腭扩张器或护齿套。
AA.根据权利要求U至Z中任一项所述的方法，所述方法还包括用无机材料或聚合物硬涂层涂覆所述芯部件。
BB.根据实施方案AA所述的方法，其中涂覆所述芯部件包括用所述无机材料涂覆所述芯部件，其中所述无机材料包括金属、金属合金、金属氧化物、金属盐、陶瓷、玻璃或矿物质中的至少一种。
CC.一种牙科制品，所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中所述至少一个区段包括芯部件，其中所述芯部件是通过在口腔解剖结构的模型上由化学气相沉积工艺沉积聚对二甲苯来形成。
DD.根据实施方案CC所述的牙科制品，其中所述芯部件包含至少95重量百分比(重量％)的聚对二甲苯。
EE.根据实施方案CC或DD所述的牙科制品，其中所述至少一个区段限定了区段厚度，所述区段厚度是从被构造成接触患者的口腔解剖结构的所述至少一个区段的表面垂直测量的，其中所述区段厚度的至少80％由所述芯部件组成。
FF.根据实施方案CC至EE中任一项所述的牙科制品，其中所述芯部件限定了芯厚度，其中所述芯厚度限定了在整个芯部件上小于约±5％的厚度可变性。
GG.根据实施方案CC至FF中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少一个无机涂层。
HH.根据实施方案GG所述的牙科制品，其中所述至少一个无机涂层包含金属氧化物。
II.根据实施方案HH所述的牙科制品，其中所述金属氧化物包括选自氧化银、氧化锌、氧化铜、氧化钛、氧化铝以及它们的合金的至少一种金属氧化物。
JJ.根据实施方案II所述的牙科制品，其中所述金属氧化物选自银掺杂的氧化锌、银掺杂和铝掺杂的氧化锌、银掺杂的氧化钛、铝掺杂的氧化锌、氧化钛、以及银掺杂和铜掺杂的氧化锌。
KK.根据实施方案CC至JJ中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少聚合物硬涂层。
LL.根据实施方案CC至KK中任一项所述的牙科制品，其中所述至少一个区段限定了牙托矫正器、夜用护板、牙科附件、保持器、腭扩张器或护齿套的一部分。
MM.根据实施方案CC至LL中任一项所述的牙科制品，其中所述牙科制品包含至少95重量％的聚对二甲苯。
NN.根据实施方案CC至MM中任一项所述的牙科制品，其中用于形成所述芯部件的所述口腔解剖结构的所述模型包括至少一颗牙齿的形状，使得所述复杂三维形状沿循所述至少一颗牙齿的轮廓。
OO.根据实施方案CC至NN中任一项所述的牙科制品，所述牙科制品还包括附接到所述至少一个区段的牙科部件。
PP.根据实施方案OO所述的牙科制品，其中所述牙科部件包含除聚对二甲苯之外的芯材料。
QQ.根据实施方案OO或PP所述的牙科制品，其中所述牙科部件包括涂层，所述涂层包含包封所述牙科部件的聚对二甲苯。
RR.根据实施方案QQ所述的牙科制品，其中包含聚对二甲苯的所述涂层与所述芯部件一体形成。
SS.根据权利要求OO至RR中任一项所述的牙科制品，其中所述牙科部件包括腭扩张器或牙托矫正器的一部分。
TT.一种方法，所述方法包括：通过计算装置接收患者的三维(3D)口腔解剖结构的数字表示，所述口腔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用于所述患者的牙科制品的尺寸和形状，其中所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段被构造成至少部分地围绕多颗牙齿以限定被构造成沿循所述口腔解剖结构的轮廓的复杂3D形状，其中所述牙科制品的所述尺寸和形状被构造成当所述牙科制品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；基于所述牙科制品的所述尺寸和形状来形成口腔解剖结构的3D模型；以及形成所述牙科制品，其中形成所述牙科制品的所述至少一个区段包括：在所述3D模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中所述层包含大部分聚对二甲苯，以及将包含聚对二甲苯的所述层修整成选定形状以形成所述至少一个区段的芯部件。
实施例
实施例1–与用于常规牙科制品中的聚氨酯托盘的样品相比，测试聚对二甲苯-C涂覆的聚氨酯托盘的耐污特性。将两个测试样品置于60摄氏度的咖啡溶液中过夜。使用得自美国密歇根州的大急流城(Grand Rapids,MI,USA)的X-Rite Color i7分光光度计对每个测试样品的颜色参数(L*、a*、b*)进行定量。沾污测试的结果示出在表1中。
表1：
Figure BDA0002983708690000431
实施例2–将聚对二甲苯-C沉积在经过多种表面处理的牙科解剖结构的两个三维模型上。2个模型的组成示出在下表2中。在由Prodways技术公司(Prodways Technologies)制造的Prodways LD7000打印机上打印模型A。在由Asiga公司(Asiga)制造的Asiga HD上中空打印模型B，并且中空部分用RTV有机硅填充以保护模型的内表面免受聚对二甲苯影响。
表2A：用于模型A和模型B的材料
Figure BDA0002983708690000432
Figure BDA0002983708690000441
表2B：模型A和B的组成
模型A 重量％ 模型B 重量％
D-Zethacrylat 83.6 EXOTHANE 70
HPMA 10 DESMA 5
CAPA 2043 4.7 TEGDMA 25
IRGACURE 819 1.6 IRGACURE TPO 0.5
SOLVAPERM红PFS 0.08 BHT 0.05
MACROLEX紫B 0.04 TINOPAL OB 0.05
用如表3中提供的各种防粘涂层处理代表性模型A。
表3：
Figure BDA0002983708690000451
*TMS＝四甲基硅烷，作为液体可购自威斯康星州密尔沃基的奥德里奇化学公司(Aldrich Chemical Company,Milwaukee,WI)。
*PDMS＝聚二甲基硅氧烷
用如表4中提供的各种防粘涂层处理代表性模型B。
表4：
Figure BDA0002983708690000452
然后经由化学气相沉积用聚对二甲苯层涂覆牙科模型。将选择的测试样品置于真空室中，该真空室被抽空至约0.1托的压力。然后加热固体形式的对二甲苯二聚体以产生单体对二甲苯气体，将其引入包含测试样品的真空沉积室中。当单体气体接触测试样品的表面时，气体聚合形成聚对二甲苯C(例如，通过取代芳族氢之一的氯原子而改性的聚(对二甲苯))。继续该过程，直至获得约25μm的层厚度。分批运行聚对二甲苯涂覆室6小时(13次)，直到单体耗尽。
将80μm厚的聚对二甲苯层施加到模型A-0、模型A-1、模型A-2和模型A-3。其中模型A-1、模型A-2和模型A-3上的聚对二甲苯层能够在轻微撕裂(如果有的话)的情况下从模型中移除。模型A-0上的聚对二甲苯层在其移除期间经历一些撕裂。将80μm厚的聚对二甲苯层施加到模型B-0和模型B-1。模型B-0和模型B-1上的两个聚对二甲苯层在移除期间均经历一些撕裂。表5示出了研究的结果。
表5：
Figure BDA0002983708690000461
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 (20)

1.一种牙科制品，所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段限定了被构造成沿循口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中所述至少一个区段包括芯部件，其中所述芯部件包含大部分聚对二甲苯。
2.根据权利要求1所述的牙科制品，其中所述芯部件是通过在口腔解剖结构的模型上由化学气相沉积工艺沉积聚对二甲苯来形成。
3.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述芯部件包含至少95重量百分比(重量％)的聚对二甲苯。
4.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述至少一个区段包含至少95重量％的聚对二甲苯。
5.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述至少一个区段限定了区段厚度，所述区段厚度是从被构造成接触患者的口腔解剖结构的所述至少一个区段的表面垂直测量的，其中所述区段厚度的至少80％由所述芯部件组成。
6.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述芯部件限定了芯厚度，其中所述芯厚度限定了在整个芯部件上小于±5％的厚度可变性。
7.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少一个无机涂层。
8.根据权利要求7所述的牙科制品，其中所述至少一个无机涂层包含金属氧化物，所述金属氧化物选自氧化银、氧化锌、氧化铜、氧化钛、氧化铝以及它们的合金。
9.根据权利要求8所述的牙科制品，其中所述金属氧化物选自银掺杂的氧化锌、银掺杂和铝掺杂的氧化锌、银掺杂的氧化钛、铝掺杂的氧化锌、氧化钛、以及银掺杂和铜掺杂的氧化锌。
10.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述至少一个区段还包括位于所述芯部件上的至少聚合物硬涂层。
11.根据权利要求1或2所述的牙科制品，其中所述复杂三维形状被构造成沿循至少一颗牙齿的所述口腔解剖结构的轮廓。
12.根据权利要求1或2所述的牙科制品，所述牙科制品还包括附接到所述至少一个区段的牙科部件，其中所述牙科部件包括涂层，所述涂层包含包封所述牙科部件的聚对二甲苯。
13.根据权利要求1或2所述的牙科制品，所述牙科制品还包括附接到所述至少一个区段的牙科部件，其中包含聚对二甲苯的涂层与所述芯部件一体形成。
14.根据权利要求12所述的牙科制品，其中所述牙科部件包括腭扩张器或牙托矫正器的一部分。
15.一种形成牙科制品的方法，所述方法包括：
形成患者的口腔解剖结构的三维模型；
形成牙科制品，所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段限定了被构造成沿循所述口腔解剖结构的轮廓的复杂三维形状，其中形成所述至少一个区段包括：
在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中所述层包含大部分聚对二甲苯，以及
使用包含聚对二甲苯的所述层来形成所述至少一个区段的芯部件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中形成牙科制品还包括：
在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的所述层之后，将所述层修整成选定形状以形成所述芯部件；以及
将所述芯部件与所述模型分离。
17.根据权利要求15或16所述的方法，其中在所述模型上沉积包含聚对二甲苯的层包括化学气相沉积包含聚对二甲苯的所述层。
18.根据权利要求15或16所述的方法，其中形成所述牙科制品包括形成牙托矫正器、夜用护板、牙科附件、保持器、腭扩张器或护齿套。
19.根据权利要求15或16所述的方法，所述方法还包括用无机材料或聚合物硬涂层涂覆所述芯部件，其中所述无机材料包括金属、金属合金、金属氧化物、金属盐、陶瓷、玻璃或矿物质中的至少一种。
20.一种形成牙科制品的方法，所述方法包括：
通过计算装置接收患者的三维(3D)口腔解剖结构的数字表示，所述口腔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用于所述患者的牙科制品的尺寸和形状，其中所述牙科制品包括至少一个区段，所述至少一个区段被构造成至少部分地围绕多颗牙齿以限定被构造成沿循所述口腔解剖结构的轮廓的复杂3D形状，其中所述牙科制品的所述尺寸和形状被构造成当所述牙科制品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；
基于所述牙科制品的所述尺寸和形状来形成口腔解剖结构的3D模型；以及
形成所述牙科制品，其中形成所述牙科制品的所述至少一个区段包括：
在所述3D模型上沉积包含聚对二甲苯的层，其中所述层包含大部分聚对二甲苯，以及
将包含聚对二甲苯的所述层修整成选定形状以形成所述至少一个区段的芯部件。
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