CN112826614B - 一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，包括如下步骤：1)获取数字化牙‑牙槽骨模型拟合；2)设计隐形矫治器主体；3)确定固定支抗及牵引部件位置；4)设计牵引粘接部；5)设计支抗定位部。本发明所提供的隐形矫治系统将固定支抗的设计与制作整合到整个隐形矫治牙移动方案之中，借助三维有限元分析确定最佳的支抗植入位置及施力方式，在现有条件下最大程度的帮助复杂牙移动的实现，同时通过提供的稳定支抗避免作用于非设计移动牙上的反作用力带来的副效应。

Description

一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法

技术领域

本发明涉及一种固定支抗设计方法，尤其涉及一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法。

背景技术

错颌畸形作为口腔科第三大好发疾病，其发病在普通人群高达60～70％。传统的固定矫治器已形成了系统的理论及矫治方法，能应对绝大多数病例矫治要求。然而由于其矫治器固定粘接于牙面，影响口腔清洁、进食与美观，且大多为标准化设计生产，难以对每颗牙精确施力。近年来可摘戴式的隐形矫治器由于其佩戴后基本不可见，且不影响牙面清洁与进食，有较高的美观性和舒适性。而通过三维数字化模型进行个性化设计以逐步实现设想的牙移动，也符合精准施力的矫治要求，故而市场认可度提升明显，使用病例大幅增加。

然而经典的隐形矫治仅通过透明牙套包裹牙面发挥矫治力作用，其较为单一的施力方式在一些复杂牙移动中难以完全实现预期的牙移动设计。不可否认的是，隐形矫治虽然施力方式不同于固定矫治，其受力分析的逻辑、牙移动规律及整体的方案设计仍遵循传统的正畸矫治原理。正畸矫治过程中，任何施加于牙体上的作用力必然形成一个大小相同的反作用力，承接此种反作用力的部分被称为“支抗”。在作用力产生移动牙体力量的过程中，支抗部分也同时承受反作用力。经典隐形矫治牙套仅施力于牙体本身，故而其反作用力是由非设计移动的支抗牙承担。当其反作用力较大，或支抗牙本身支持不足时，必然引起支抗牙的移动，这种移动是矫治过程中应该极力避免的。由于牙体本身支抗的不足，也使得经典的隐形矫治体系在需要充足支抗的复杂牙移动中效果不佳或应用有限。

如前所述，复杂牙移动需要更稳定的支抗辅助，而在目前的正畸技术领域，通过种植钉植入牙槽骨形成的固定支抗是最为稳定的支抗方式。然而不同于隐形矫治的三维数字化个性化设计，种植支抗的植入仍是凭医生个体经验操作，与隐形矫治器的设计制作基本完全分开，既缺乏准确的定位、标准化的操作规程，其施力方式也没有与隐形矫治器优化统一。因此操作难度大，推广困难，造成隐形矫治在复杂牙移动中应用受限。

因此，研究如何设计制作辅助隐形矫治的固定支抗系统，并使其相关结构优化统一于隐形矫治体系中，对隐形矫治过程中实现有效的支抗控制具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，由该方法获得的隐形矫治系统佩戴于上颌牙后，由固定支抗部分承担反作用力，可辅助实现全牙列远中移动及大范围的上前牙压低。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，该方法包括如下步骤：

1)获取数字化牙-牙槽骨模型拟合：通过数字化口腔扫描技术获得数字化牙颌模型M1，根据实际矫治需求包括数字化的腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨部分；根据CBCT扫描获得的上颌模型M2，匹配牙齿标志点与数字化口扫模型进行拟合，形成包含口扫牙齿、牙槽部粘膜及CBCT牙根、牙槽基骨形态的结合模型M3；

2)设计隐形矫治器主体：根据设定的牙移动目标位置，视具体的牙移动形式(牙列整体的远中移动或上前牙压低)设计牙面包裹式的隐形矫治器；

3)确定固定支抗及牵引部件位置：通过三维有限元分析所需要移动牙齿的施力大小及方向及此组移动牙的阻力中心位置，计算反作用力的大小及方向；在腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨确定固定支抗位置P1及牙上牵引着力点位置P2，使P1P2连线尽可能靠近或通过阻力中心；

4)设计牵引粘接部：根据牙上牵引力点的位置，在相应的牙体腭侧或唇侧设计粘接贴合牙面形态的粘接部件，作为牵引力点处形成的牵引钩的基底部固定于牙面；

5)设计支抗定位部：根据所确定的固定支抗位置，在P1处形成种植钉植入位点的定位标志环，将其通过连接杆连接到牵引粘接部上。

作为本发明的一种优选方案，牙移动工况包括至少需要左右两侧所有后牙远中移动至少2mm，前牙需要内收或排齐的牙移动形式或上前牙需要压低至少3mm的牙移动工况。

作为本发明的另一种优选方案，设计的隐形矫治器包括主动阶段多颗牙的序列远中移动或压低设计，及保持阶段的维持多颗牙相对位置不变的稳定形态两个基本设计阶段。

作为本发明的一种改进方案，主动移动阶段和被动保持阶段的隐形矫治器分别设计为改变施力牙位置的序列矫治器和维持移动到位牙形态的稳定形状。

作为本发明的一种改进方案，所述隐形矫治器为膜片热压切割成型，所述固定支抗、牵引部件和牵引粘接部件通过3D打印直接成型。

作为本发明的一种改进方案，对前牙区需要前期排齐的牙移动工况，可先设计后牙区的远中移动，此时受力分析纳入需要远中移动的后牙，形成的固定支抗体系可有效防止远中移动后牙时对覆盖前牙的透明矫治器产生的唇倾牙齿的反作用力；而在前牙区设计主动移动的阶段，固定支抗发挥稳定后牙区的作用，防止透明矫治器辅助前牙向内移动过程中对后牙产生的近中移动的反作用力。

作为本发明的一种改进方案，对牙列整体远中移或上前牙压低的牙移动工况左右两侧分别进行受力分析，以使在M3上获得的阻力中心靠近颌骨表面，便于固定支抗系统更准确施力同时减小反作用力。

作为本发明的一种改进方案，当计算出的阻力中心位于颌骨中间位置，与颌骨表面存在距离时，目前此种牵引方向在颌骨表面的支抗系统只能设计为尽可能的接近阻力中心，但由于未通过阻力中心，也会产生少量的副作用力，受力分析时评估副作用力的大小，当某个方向的副作用力大于该方向上启动牙齿移动的基本力值时，在隐形牙套上设计与该副作用力相反的力用于抵消此部分副效应。

作为本发明的一种改进方案，通过三维拟合模型M3，结合牙移动方式模拟牙移动过程，观察M3上植入的种植支抗与模拟移动过程中周围牙根的接触情况，使得种植支抗的植入部位在模拟移动过程中不与牙根接触。

作为本发明的一种改进方案，所述支抗位置与牵引力点之间的距离设计为大于或等于5mm；所述远中移动牙列时，粘接部位于后牙腭侧龈缘；压低前牙时，粘接部位于前牙唇侧龈缘处；所述牵引粘结底板的近远中宽度至少为3mm，颌龈向高度至少为1mm，且位于牙体的倒凹区；所述牵引粘接底板与隐形矫治牙套之间的连接方式可为牙套覆盖于底板上或牙套边缘与底板接触形式；所述在透明矫治器发挥主动牙移动矫治力的阶段，固定支抗与牵引钩之间进行弹性连接，以实现相应的设计牵引力；保持阶段，固定支抗与牵引钩之间进行刚性连接，以发挥稳定作用。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、提供复杂隐形矫治情况下的的整体解决方案：本发明所提供的隐形矫治系统将固定支抗的设计方法整合到整个隐形矫治牙移动之中，借助三维有限元分析确定最佳的支抗植入位置及施力方式，在现有条件下最大程度的帮助复杂牙移动的实现，同时通过提供的稳定支抗避免作用于非设计移动牙上的反作用力带来的副效应。

2、规范固定支抗的植入位置，施力方式和操作流程：本发明通过3D打印的个性化粘接底板，保证粘接位置唯一固定，也使其上的种植支抗定位环唯一固定于设计位置，保证种植钉植入部分完全符合设计，为后续形成符合预期的牙移动结果提供保障；同时整个佩戴矫治器的过程有明确的放置位置和操作规程，最大程度减少操作难度与个体操作差异，节省操作时间，减少操作风险，也便于更大范围临床推广。

3、本发明使用固定支抗体系辅助隐形矫治，同时实现多颗牙的复杂移动，因此所设计的隐形矫治移动步骤将明显减少，提高整体的矫治效率，大大节约了时间和生产成本，有很好的市场效益。

附图说明

图1为获取数字化牙-牙槽骨M3模型拟合的结构示意图；

图2为远中移动后牙工况粘接3D打印辅助附件后的结构示意图；

图3为远中移动后牙工况种植支抗植入加力后的结构示意图；

图4为压低前牙工况粘接3D打印辅助附件后的结构示意图；

图5为压低前牙工况种植支抗植入加力后的结构示意图；

图6为临床安装步骤1粘接辅助附件后的结构示意图；

图7为临床安装步骤2植入种植支抗后的结构示意图；

图8为临床安装步骤3佩戴隐形矫治器后的结构示意图。

图中：1—数字化口扫描获得牙颌模型M1；2—CBCT扫描获得的压槽基骨M2；3—粘结部件基底部；4—粘结部件牵引钩；5—种植支抗定位环；6—种植支抗；7—弹性牵引(维持阶段改为刚性连接)；8—隐形牙套。

具体实施方式

一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，该方法包括如下步骤：

1)获取数字化牙-牙槽骨模型拟合：通过数字化口腔扫描技术获得数字化牙颌模型M1，根据实际矫治需求包括数字化的腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨部分；根据CBCT扫描获得的上颌模型M2，匹配牙齿标志点与数字化口扫模型进行拟合，形成包含口扫牙齿、牙槽部粘膜及CBCT牙根、牙槽基骨形态的结合模型M3，如图1所示。

2)设计隐形矫治器主体：根据设定的牙移动目标位置，视具体的牙移动形式(牙列整体的远中移动或上前牙压低)设计牙面包裹式的隐形矫治器。

3)确定固定支抗及牵引部件位置：通过三维有限元分析所需要移动牙齿的施力大小及方向及此组移动牙的阻力中心位置，计算反作用力的大小及方向；在腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨确定固定支抗位置P1及牙上牵引着力点位置P2，使P1P2连线尽可能靠近或通过阻力中心。

4)设计牵引粘接部：根据牙上牵引力点的位置，在相应的牙体腭侧或唇侧设计粘接贴合牙面形态的粘接部件，作为牵引力点处形成的牵引钩的基底部固定于牙面；图2为远中移动后牙工况粘接3D打印辅助附件后的结构示意图，图4为压低前牙工况粘接3D打印辅助附件后的结构示意图。

5)设计支抗定位部：根据所确定的固定支抗位置，在P1处形成种植钉植入位点的定位标志环，图3为远中移动后牙工况种植支抗植入加力后的结构示意图，图5为压低前牙工况种植支抗植入加力后的结构示意图，将其通过连接杆连接到牵引粘接部上。

在本实施例中，牙移动工况包括至少需要左右两侧所有后牙远中移动至少2mm，前牙需要内收或排齐的牙移动形式或上前牙需要压低至少3mm的牙移动工况。

本发明设计的隐形矫治器包括主动阶段多颗牙的序列远中移动或压低设计，及保持阶段的维持多颗牙相对位置不变的稳定形态两个基本设计阶段。

本发明在主动移动阶段和被动保持阶段的隐形矫治器分别设计为改变施力牙位置的序列矫治器和维持移动到位牙形态的稳定形状。

本发明涉及的部件中，隐形矫治器为膜片热压切割成型，其余部件(固定支抗、牵引部件和牵引粘接部件)通过3D打印直接成型。粘接部件与粘接部位的牙体表面形态进行适配设计，通过3D打印形成带网格的粘接底板，保证粘接强度及贴合性。

本发明对前牙区需要前期排齐的牙移动工况，可先设计后牙区的远中移动，此时受力分析纳入需要远中移动的后牙，形成的固定支抗体系可有效防止远中移动后牙时对覆盖前牙的透明矫治器产生的唇倾牙齿的反作用力；而在前牙区设计主动移动的阶段，固定支抗发挥稳定后牙区的作用，防止透明矫治器辅助前牙向内移动过程中对后牙产生的近中移动的反作用力。

本发明对牙列整体远中移或上前牙压低的牙移动工况左右两侧分别进行受力分析，以使在M3上获得的阻力中心靠近颌骨表面，便于固定支抗系统更准确施力同时减小反作用力。

本发明中，当计算出的阻力中心位于颌骨中间位置，与颌骨表面存在距离时，目前此种牵引方向在颌骨表面的支抗系统只能设计为尽可能的接近阻力中心，但由于未通过阻力中心，也会产生少量的副作用力，受力分析时评估副作用力的大小，当某个方向的副作用力大于该方向上启动牙齿移动的基本力值时，在隐形牙套上设计与该副作用力相反的力用于抵消此部分副效应。

本发明通过三维拟合模型M3，结合牙移动方式模拟牙移动过程，观察M3上植入的种植支抗与模拟移动过程中周围牙根的接触情况，使得种植支抗的植入部位在模拟移动过程中不与牙根接触。

本实施例中，种植支抗与牵引钩之间施力的大小与所计算出的反作用力大小保持一致。支抗位置与牵引力点之间的距离设计为大于或等于5mm。计算出的牵引着力点可能位于两颗的中间，此时粘接部可能涉及两颗牙，则形成连接两颗牙的粘接部。远中移动牙列时，粘接部位于后牙腭侧龈缘，如图2和图3所示；压低前牙时，粘接部位于前牙唇侧龈缘处，如图4和图5所示。牵引粘结底板的近远中宽度至少为3mm，颌龈向高度至少为1mm，且位于牙体的倒凹区，该区域牙套包裹施力效果较差。牵引粘接底板与隐形矫治牙套之间的连接方式可为牙套覆盖于底板上或牙套边缘与底板接触形式。支抗定位环设计为1mm的内径以保证定位的尽可能准确。首次粘接上的牵引部件包括粘接底板、牵引钩及支抗定位部件形成的整体。粘接牵引部件后，在局麻下用探针刺破定位环内的粘膜组织，形成植入定位孔，种植钉从定位孔植入，植入方向垂直于该区域颌骨表面。支抗定位部件为临时装置，在支抗定位以后去除，以免影响种植钉植入的相关操作。

临床安装时，其步骤如图6、图7和图8所示，图6为临床安装步骤1粘接辅助附件后的结构示意图；图7为临床安装步骤2植入种植支抗后的结构示意图；图8为临床安装步骤3佩戴隐形矫治器后的结构示意图。

本发明中，支抗定位部件的连接部分设计为0.5mm直径圆形连接杆，保证不易形变的同时易于在定位后从粘接底板上去除。本发明在透明矫治器发挥主动牙移动矫治力的阶段，固定支抗与牵引钩之间进行弹性连接，以实现相应的设计牵引力；保持阶段，固定支抗与牵引钩之间进行刚性连接，以发挥稳定作用。

本发明通过三维有限元分析获得的个性化固定支抗最佳植入位置及施力方式设计，并结合固定支抗定位装置，规范化的植入流程辅助种植钉的植入，以保证固定支抗位置及施力方式完全符合要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）获取数字化牙-牙槽骨模型拟合：通过数字化口腔扫描技术获得数字化牙颌模型M1，根据实际矫治需求包括数字化的腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨部分；根据CBCT扫描获得的上颌模型M2，匹配牙齿标志点与数字化口扫模型进行拟合，形成包含口扫牙齿、牙槽部粘膜及CBCT牙根、牙槽基骨形态的结合模型M3；

2）设计隐形矫治器主体：根据设定的牙移动目标位置，视具体的牙移动形式设计牙面包裹式的隐形矫治器；

3）确定固定支抗及牵引部件位置：通过三维有限元分析软件，对牙列整体远中移或上前牙压低的牙移动工况左右两侧分别进行受力分析，获得所需要移动牙齿的施力大小及方向及此组移动牙的阻力中心位置，以使在M3上获得的阻力中心靠近颌骨表面，并计算反作用力的大小及方向；在腭侧后牙牙槽基骨或上颌前牙唇侧牙槽基骨确定固定支抗位置P1及牙上牵引着力点位置P2，使P1P2连线尽可能靠近或通过阻力中心；

4）设计牵引粘接底板：根据牙上牵引力点的位置，在相应的牙体腭侧或唇侧设计粘接贴合牙面形态的粘接部件，作为牵引力点处形成的牵引钩的基底部固定于牙面；

5）设计支抗定位部：根据所确定的固定支抗位置，在P1处形成种植钉植入位点的定位标志环，将其通过连接杆连接到牵引粘接底板上。

2.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：牙移动工况包括至少需要左右两侧所有后牙远中移动至少2mm，前牙需要内收或排齐的牙移动形式或上前牙需要压低至少3mm的牙移动工况。

3.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：设计的隐形矫治器包括主动阶段多颗牙的序列远中移动或压低设计，及保持阶段的维持多颗牙相对位置不变的稳定形态两个基本设计阶段。

4.根据权利要求3所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：主动移动阶段和被动保持阶段的隐形矫治器分别设计为改变施力牙位置的序列矫治器和维持移动到位牙形态的稳定形状。

5.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：所述隐形矫治器为膜片热压切割成型，所述固定支抗、牵引部件和牵引粘接底板件通过3D打印直接成型。

6.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：对前牙区需要前期排齐的牙移动工况，可先设计后牙区的远中移动，此时受力分析纳入需要远中移动的后牙，形成的固定支抗体系可有效防止远中移动后牙时对覆盖前牙的透明矫治器产生的唇倾牙齿的反作用力；而在前牙区设计主动移动的阶段，固定支抗发挥稳定后牙区的作用，防止透明矫治器辅助前牙向内移动过程中对后牙产生的近中移动的反作用力。

7.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：对牙列整体远中移或上前牙压低的牙移动工况左右两侧分别进行受力分析，以使在M3上获得的阻力中心靠近颌骨表面，便于固定支抗系统更准确施力同时减小反作用力。

8.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：当计算出的阻力中心位于颌骨中间位置，与颌骨表面存在距离时，目前此种牵引方向在颌骨表面的支抗系统只能设计为尽可能的接近阻力中心，但由于未通过阻力中心，也会产生少量的副作用力，受力分析时评估副作用力的大小，当某个方向的副作用力大于该方向上启动牙齿移动的基本力值时，在隐形牙套上设计与该副作用力相反的力用于抵消此部分副效应。

9.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：通过三维拟合模型M3，结合牙移动方式模拟牙移动过程，观察M3上植入的种植支抗与模拟移动过程中周围牙根的接触情况，使得种植支抗的植入部位在模拟移动过程中不与牙根接触。

10.根据权利要求1所述的一种辅助隐形矫治的固定支抗的设计方法，其特征在于：所述支抗位置与牵引力点之间的距离设计为大于或等于5mm；所述远中移动牙列时，粘接部位于后牙腭侧龈缘；压低前牙时，粘接部位于前牙唇侧龈缘处；所述牵引粘接底板的近远中宽度至少为3mm，颌龈向高度至少为1mm，且位于牙体的倒凹区；所述牵引粘接底板与隐形矫治牙套之间的连接方式可为牙套覆盖于底板上或牙套边缘与底板接触形式； 所述在透明矫治器发挥主动牙移动矫治力的阶段，固定支抗与牵引钩之间进行弹性连接，以实现相应的设计牵引力；保持阶段，固定支抗与牵引钩之间进行刚性连接，以发挥稳定作用。

Images