CN113171190A - 一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法 - Google Patents

一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，利用3D扫描仪获取患者口腔数字化数据；根据该数据构建STL文件格式的功能矫治器模型；根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计并生成模型组，导出其中每个模型并保存为3D打印机适配格式文件；将该文件导入3D打印机进行3D打印以得到牙列模型；将牙列模型放入固化炉中固化；选用正畸隐形矫治膜片并根据其所需参数，采用热压膜膜片技术制备与所打印出牙列模型相匹配的压膜矫治器；对压膜矫治器进行修整、抛光、清洗、干燥和消毒即可。本发明与传统弯制类功能矫治器相比具有固位好、技工依赖性低、生产周期短等特点，与硅橡胶类功能矫治器相比具有牙齿包裹性好、诱导牙移动力量适宜等特点。

Description

一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法
技术领域
本发明属于口腔正畸设备技术领域，具体涉及一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法。
背景技术
随着人类食物的精细化，牙骨退化速度不匹配，错颌畸形已成为世界卫生组织公布的口腔三大流行病之一。错颌畸形不仅影响儿童的外貌美观，而且因其骨骼发育异常及牙齿排列紊乱严重影响了儿童的身心健康。目前临床研究证据表明，早期预防与阻断影响口颌系统发育的环境因素能有效降低错颌畸形的发病率及严重程度。
目前临床上采用的各种阻断性矫治器和功能性矫治器主要依赖人工弯制不锈钢丝配合充胶技术加工而成。其制作过程复杂，耗时长(一个成熟的技师每日只能完成数个功能矫治器的制作)。同时人工弯制不锈钢丝配合充胶技术加工的功能矫治器脆性大，易摔碎；不锈钢丝弯折疲劳损伤易发生折断，易导致儿童误吞或软硬组织损伤风险增高；口腔中的固位主要依靠弯制的固位装置，对于未经口腔专业训练儿童及家长掌握功能矫治器的佩戴方式较为困难。进一步深入探究功能矫治器的矫治机理，临床研究发现功能矫治器在阻断异常的肌功能后常伴有其对抗肌作用亢进，进而形成新的错颌畸形，降低功能矫治器的矫治效果。例如：使用唇挡矫治器后，功能亢进的唇肌被唇挡阻断，下颌前牙在舌肌作用下唇向倾斜，形成前牙干扰，下颌后下旋转进一步加重患者的下颌后缩及前牙覆盖，加重咬下唇患者的错颌畸形。同时临床使用中功能矫治器时常需配合2*4局部矫治技术以解除合干扰或利用功能矫治产生的间隙排齐牙列，但是因功能矫治器构造复杂且体积庞大，较难实现同期治疗。同时2*4局部矫治技术存在托槽和弓丝扎嘴、托槽易脱落、患儿无法配合长时间的托槽粘结操作等问题，严重制约其临床效果的发挥。
目前市场中新晋的硅橡胶类功能矫治器较好的解决了功能矫治器制作困难、安全性差、佩戴困难等问题，但因其弹性差、牙齿包裹性不佳、矫治力远超牙齿移动受力，难以满足临床使用需求。因此亟需探究一种取代现有口腔功能矫治器纠正不良习惯或肌功能失调导致的颌骨及肌肉发育异常，同时调控牙移动，解决牙列错颌并抵抗现有口腔功能矫治器的副效应，提升矫治器效果，并且制作简单、一体化不易损坏、佩戴简单的新型口腔功能矫治器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、三维数据获取，利用口腔3D扫描仪扫描患者上颌牙列、下颌牙列及咬合关系，获得患者口腔数字化数据；
步骤(2)、根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型；
步骤(3)、根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计并生成模型组，导出模型组中每个模型并保存为3D打印机适配格式文件；
步骤(4)、3D打印，将步骤(3)中获得的3D打印机适配格式文件导入3D打印机匹配的编辑软件中进行打印原点设定和相关打印数据设置并进行3D打印以得到牙列模型；
步骤(5)、固化，将打印出的牙列模型放入固化炉中固化；
步骤(6)、热压膜矫治器制作，选用正畸隐形矫治膜片并根据其所需参数，采用热压膜膜片技术制备与步骤(5)所打印出牙列模型相匹配的压膜矫治器；
步骤(7)、对压膜矫治器进行修整；
步骤(8)、对压膜矫治器进行抛光、清洗、干燥和消毒即可。
进一步地，在所述步骤(2)中，根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型时，包括以下步骤：
步骤(a)、将步骤(1)中所获得的患者口腔数字化数据导入3D模型设计软件中以建立工作平面；
步骤(b)、在工作平面绘制功能矫治器的形状；
步骤(c)、利用“切片变形”工具对功能矫治器按照曲线形状变形，使其与牙弓形态相匹配或与功能相适应；
步骤(d)、将功能矫治器和牙列模型布尔组合至新增项并保存为STL文件，即得到STL文件格式的功能矫治器模型。
本发明的部分实施方案中，所述3D模型设计软件包括Freeform Plus软件。
进一步地，在所述步骤(3)中，根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计时，包括以下步骤：
步骤(Ⅰ)、将步骤(2)中所获得STL文件格式的功能矫治器模型导入排牙软件中；
步骤(Ⅱ)、在软件中将功能矫治器模型牙齿分割；
步骤(Ⅲ)、检测牙齿分割边界线；
步骤(Ⅳ)、定义牙齿局部轴；
步骤(Ⅴ)、依据临床具体要求及功能矫治器种类进行虚拟排牙设计。
进一步地，在所述步骤(Ⅰ)中，STL文件格式的功能矫治器模型导入PlanmecaRomexis 3D Orho Studio软件中。
进一步地，在所述步骤(5)中，固化时间为25～35min。
进一步地，在所述步骤(5)中，牙列模型在固化炉中固化后，需修正牙列模型并进行清洗、干燥。
进一步地，在所述步骤(7)中，对压膜矫治器进行修整时，使压膜矫治器边缘包裹牙冠而不压迫牙龈，并使唇挡边缘折叠入压膜矫治器的空泡中，热压固定，以减少对黏膜刺激作用。
进一步地，在所述步骤(1)中，当利用口腔3D扫描仪扫描获取患者口腔数字化数据时，其扫描方式包括但不限于直接口腔扫描和临床取模后进行的模型扫描。
进一步地，在所述步骤(4)中，当采用3D打印时，FDM熔融温度为80～300℃，打印分层厚度为0.1～2mm。
进一步地，在所述步骤(6)中，采用热压膜膜片技术压制压膜矫治器时，加热时间为1～3min，冷却时间0.5～3min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明基于计算机辅助3D设计、3D排牙技术、3D打印技术及热压膜技术，构建一种新型的口腔功能矫治器。依据口内直接扫描或印膜材转化等方式获取的口腔数字化模型，进行功能矫治器精准设计，并利用3D排牙技术及热压膜技术实现功能矫治的同时排齐牙列并抵抗矫治过程中肌肉负效应的功能。
本发明生产出的矫治器具有体积小、舒适度高、摘戴方便等临床使用特点，并且依赖于计算机辅助3D设计及高精度3D打印技术可有效提高口腔功能矫治器生产质量及生产效率，极大降低现代口腔功能矫治器生产过程中对技工操作技能的依赖。
本发明与传统弯制类功能矫治器相比，本发明生产的矫治器具有固位好、技工依赖性低、生产周期短等特点。本发明与硅橡胶类功能矫治器相比，本发明生产的矫治器具有牙齿包裹性好、诱导牙移动力量适宜等特点。尤其适用于儿童早期矫治及隐形正畸治疗。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明中矫治器模型图(以唇挡矫治器作为代表)。
图3为本发明中矫治器实物图(以唇挡矫治器作为代表)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-3所示，本发明提供的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)、三维数据获取，利用口腔3D扫描仪扫描患者上颌牙列、下颌牙列及咬合关系，获得患者口腔数字化数据。
其中，利用口腔3D扫描仪扫描获取患者口腔数字化数据时，其扫描方式包括但不限于直接口腔扫描和临床取模后进行的模型扫描。
步骤(2)、根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型。
其中，根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型时，包括以下步骤：
步骤(a)、将步骤(1)中所获得的患者口腔数字化数据导入Freeform Plus软件中以建立工作平面；
步骤(b)、在工作平面绘制功能矫治器的形状；
步骤(c)、利用“切片变形”工具对功能矫治器按照曲线形状变形，使其与牙弓形态相匹配或与功能相适应；
步骤(d)、将功能矫治器和牙列模型布尔组合至新增项并保存为STL文件，即得到STL文件格式的功能矫治器模型。
步骤(3)、根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计并生成模型组，导出模型组中每个模型并保存为3D打印机适配格式文件。
其中，根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计时，包括以下步骤：
步骤(Ⅰ)、将步骤(2)中所获得STL文件格式的功能矫治器模型导入PlanmecaRomexis 3D Orho Studio软件中；
步骤(Ⅱ)、在软件中将功能矫治器模型牙齿分割；
步骤(Ⅲ)、检测牙齿分割边界线；
步骤(Ⅳ)、定义牙齿局部轴；
步骤(Ⅴ)、依据临床具体要求及功能矫治器种类进行虚拟排牙设计。
步骤(4)、3D打印，将步骤(3)中获得的3D打印机适配格式文件导入3D打印机匹配的编辑软件中进行打印原点设定和相关打印数据设置并进行3D打印以得到牙列模型。
其中，当采用3D打印时，FDM熔融温度为80～300℃，打印分层厚度为0.1～2mm。
步骤(5)、固化，将打印出的牙列模型放入固化炉中固化，固化时间为25～35min，牙列模型在固化炉中固化后，需修正牙列模型并进行清洗、干燥。
步骤(6)、热压膜矫治器制作，选用正畸隐形矫治膜片并根据其所需参数，采用热压膜膜片技术制备与步骤(5)所打印出牙列模型相匹配的压膜矫治器。
其中，采用热压膜膜片技术压制压膜矫治器时，加热时间为1～3min，冷却时间0.5～3min。
步骤(7)、对压膜矫治器进行修整，使压膜矫治器边缘包裹牙冠而不压迫牙龈，并使唇挡边缘折叠入压膜矫治器的空泡中，热压固定，以减少对黏膜刺激作用。
步骤(8)、对压膜矫治器进行抛光、清洗、干燥和消毒即可。
为了使本领域技术人员能够更好地理解本发明技术方案，现特提供以下实例进行详细阐述。
实例1、下颌唇挡矫治器。
本实例提供的一种基于热压膜技术的具有排牙功能的功能矫治器制备流程的具体步骤如下：
步骤一：三维数据获取：利用口腔3D扫描仪扫描患者上颌牙列、下颌牙列及咬合关系，获得患者口腔数字化数据，并测量前庭曲厚度及高度。
步骤二：功能矫治器模型构建：①将步骤一中获得的患者口腔数字化数据导入Freeform Plus软件中，建立工作平面；②在工作平面内绘制单侧唇挡形态，利用“镜像”工具生成另一侧唇挡；③选用“exrude 3mm”增加唇挡的厚度；④利用“切片变形”工具对矫治器按照曲线形状变形，使其与牙弓形态相匹配与功能向适应；⑤绘制支撑结构；④将矫治器和牙列模型布尔组合至新增项并保存为STL文件。
步骤三：排牙：①将步骤二中获得的牙列唇挡模型导入Planmeca Romexis 3DOrhoStudio软件；②牙齿分割；③检测牙齿分割边界线；④定义牙齿局部轴；⑤虚拟排牙设计；⑥生成模型组；⑦导出模型组中每个模型，并保存为stl格式的文件。
步骤四：3D打印：将步骤三中获得的模型导入3D打印机匹配的编辑软件中进行打印原点设定和相关打印数据设置并进行3D打印。
步骤五：再固化：将打印的牙列模型放入固化炉中，固化25～35min，固化后修正打印模型并进行模型清洗、干燥。
步骤六：热压膜矫治器制作：选用正畸隐形矫治膜片，根据膜片所需参数，采用热压膜膜片技术利用步骤五打印出牙模型制备压膜矫治器。
步骤七：修整压膜保持器边缘，膜片边缘包裹牙冠而不压迫牙龈，唇挡边缘折叠入矫治器的空泡中以减少对黏膜的刺激作用，并用热压板封边。
步骤八：抛光、清洗、干燥和消毒即可。
本发明通过3D设计构建出具有排牙功能的唇挡矫治器，并通过热压膜技术制备出容易清洁，佩戴舒适的功能矫治器。同时设计的排牙功能及时充分利用矫治器所带来的间隙，并且能够对矫治器的副作用加以抵抗。3D设计使得功能矫治器生产易呈现流程化，避免了繁杂人工制备流程，降低了矫治器人工生产多流程中任何错误导致结果偏差可能性。利用3D打印个性化设计及其流程化的设计，将有效提高功能矫治器的生产效能。不仅本设计采用的3D打印技术可以提升下颌唇挡制作的准确，同时结合热压膜技术可以生成出硬度适中、隐形性佳、固位性好的唇挡矫治器，以满足临床应用要求。
试验一
设对照组1：传统唇挡功能矫治器，对照组2：硅胶型功能矫治器，选用实施例1中的新型唇挡矫治器。
结果：对照组1：采用自凝树脂制作出的唇挡功能矫治器表面粗糙度较压膜保持器较大，左右唇挡形态一致性较差，临床佩戴中固位欠佳，需要进行临床调整。对照组2和实施例1中的矫治器表面较为光滑，实施例1中左右唇挡形态一致，有效避开唇舌系带，小巧精致，固位较牢靠。三维有限元受力分析显示，在矫治器唇侧施加作用力后，对照组1变形最小，其次是对照组2，实施例1中矫治器变形最为明显，但仍能起到唇部支撑作用，且下沉量小于临床中传统唇挡制作中模型修整量；矫治器受力后施加与牙齿上的作用力实施例1中较为柔和且牙齿唇舌侧受力较为均匀，前牙唇倾作用被矫治器较好抵消，对照组1前牙唇倾明显，对照组2牙齿受力偏大。
相比传统的唇挡功能矫治器，本发明设计的新型唇挡功能矫治器，制作流程简单、加工精准、光滑性与固位性均较传统功能矫治器好。通过3D排牙设计能够对传统唇挡矫治器前牙唇倾负效应进行一定程度的抵抗并充分利用唇挡推磨牙向后作用解决前牙轻度拥挤，缩短治疗时间。
实例2、舌刺矫治器。
本发明所述的一种基于热压膜技术的具有排牙功能的功能矫治器制备流程的具体步骤如下：
步骤A：三维数据获取：利用口腔3D扫描仪扫描患者上颌牙列、下颌牙列及咬合关系，获得患者口腔数字化数据，并测量前庭曲厚度及高度；
步骤B：功能矫治器模型构建：①将步骤A中获得的患者口腔数字化数据导入Freeform Plus软件中，建立工作平面；②在工作平面内绘制舌刺形态形态，利用“镜像”工具生成多根设计；③选用“exrude 3mm”增加舌刺的厚度；④利用“切片变形”工具对矫治器按照曲线形状变形，使其与舌体形态相匹配；⑤参照对颌模型，确定舌刺的长度；④将矫治器和牙列模型布尔组合至新增项并保存为STL文件。
步骤C：排牙：①将步骤B中获得的牙列舌刺模型导入Planmeca Romexis 3DOrhoStudio软件；②牙齿分割；③检测牙齿分割边界线；④定义牙齿局部轴；⑤虚拟排牙设计；⑥生成模型组；⑦导出模型组中每个模型，并保存为stl格式的文件；
步骤D：3D打印：将步骤C中获得的模型导入3D打印机匹配的编辑软件中进行打印原点设定和相关打印数据设置并进行3D打印；
步骤E：再固化：将打印的牙列模型放入固化炉中，固化25～35min，固化后修正打印模型并进行模型清洗、干燥；
步骤F：热压膜矫治器制作：选用正畸隐形矫治膜片，根据膜片所需参数，采用热压膜膜片技术利用步骤E打印出牙模型制备压膜矫治器；
步骤G：修整压膜保持器边缘，膜片边缘包裹牙冠而不压迫牙龈，唇挡边缘折叠入矫治器的空泡中以减少对黏膜的刺激作用，并用热压板封边；
步骤H：抛光、清洗、干燥和消毒即可。
试验二
设对照组1：传统舌刺功能矫治器，对照组2：硅胶型功能矫治器，选用实施例2中的新型舌刺矫治器。
结果：传统舌刺矫治器因弯制模型时无法与下颌模型完全匹配，舌刺过长或过短，需临床依据实际舌肌阻挡情况选择调改或返工重新制作。对照组2：硅胶型功能矫治器及实施例2中的新型舌刺矫治器能够较好的实现对于舌肌的阻挡作用。
相比传统的舌刺功能矫治器，本发明采用3D设计软件更加精确的设计舌刺的长度与位置，加工更为精确，简化临床操作过程，节约临床操作时间。本发明采用热压膜技术结合3D打印技术，能够在较短时间制备出符合临床要求的口腔功能矫治器。本发明克服现有传统功能矫治器制备工艺繁杂、难度大、硬度单一、临床固位性差难以满足临床需要等缺点，具有快速精准设计、精度高，成本低、易流程化生成等优势。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、三维数据获取，利用口腔3D扫描仪扫描患者上颌牙列、下颌牙列及咬合关系，获得患者口腔数字化数据；
步骤(2)、根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型；
步骤(3)、根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计并生成模型组，导出模型组中每个模型并保存为3D打印机适配格式文件；
步骤(4)、3D打印，将步骤(3)中获得的3D打印机适配格式文件导入3D打印机匹配的编辑软件中进行打印原点设定和相关打印数据设置并进行3D打印以得到牙列模型；
步骤(5)、固化，将打印出的牙列模型放入固化炉中固化；
步骤(6)、热压膜矫治器制作，选用正畸隐形矫治膜片并根据其所需参数，采用热压膜膜片技术制备与步骤(5)所打印出牙列模型相匹配的压膜矫治器；
步骤(7)、对压膜矫治器进行修整；
步骤(8)、对压膜矫治器进行抛光、清洗、干燥和消毒即可。
2.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，根据患者口腔数字化数据构建STL文件格式的功能矫治器模型时，包括以下步骤：
步骤(a)、将步骤(1)中所获得的患者口腔数字化数据导入3D模型设计软件中以建立工作平面；
步骤(b)、在工作平面绘制功能矫治器的形状；
步骤(c)、利用“切片变形”工具对功能矫治器按照曲线形状变形，使其与牙弓形态相匹配或与功能相适应；
步骤(d)、将功能矫治器和牙列模型布尔组合至新增项并保存为STL文件，即得到STL文件格式的功能矫治器模型。
3.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，根据功能矫治器模型在软件中进行虚拟排牙设计时，包括以下步骤：
步骤(Ⅰ)、将步骤(2)中所获得STL文件格式的功能矫治器模型导入排牙软件中；
步骤(Ⅱ)、在软件中将功能矫治器模型牙齿分割；
步骤(Ⅲ)、检测牙齿分割边界线；
步骤(Ⅳ)、定义牙齿局部轴；
步骤(Ⅴ)、依据临床具体要求及功能矫治器种类进行虚拟排牙设计。
4.根据权利要求3所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(Ⅰ)中，STL文件格式的功能矫治器模型导入Planmeca Romexis 3D OrhoStudio软件中。
5.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，固化时间为25～35min。
6.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，牙列模型在固化炉中固化后，需修正牙列模型并进行清洗、干燥。
7.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(7)中，对压膜矫治器进行修整时，使压膜矫治器边缘包裹牙冠而不压迫牙龈，并使唇挡边缘折叠入压膜矫治器的空泡，热压固定，以减少对黏膜刺激作用。
8.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，当利用口腔3D扫描仪扫描获取患者口腔数字化数据时，其扫描方式包括但不限于直接口腔扫描和临床取模后进行的模型扫描。
9.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，当采用3D打印时，FDM熔融温度为80～300℃，打印分层厚度为0.1～2mm。
10.根据权利要求1所述的一种具有排牙功能正畸功能矫治器的制备方法，其特征在于：在所述步骤(6)中，采用热压膜膜片技术压制压膜矫治器时，加热时间为1～3min，冷却时间0.5～3min。
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