CN113855280A - 一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，包括矫治器和镶嵌于矫治器内的弓丝，弓丝镶嵌于矫治器内壁，所述弓丝水平设置于矫治器上，且弓丝位于矫治器自下而上的三分之一处；与现有技术相比，采用建立患者的个性化牙列模型，并根据牙列模型设计所需的弓丝，选用形状记忆材料压膜作用下，实现对矫治器的成型结构，成型后的矫治器内形成有预留的沟槽，并将弓丝镶嵌于该沟槽内，实现矫治器的精确制作，同时选用形状记忆材料的弓丝和矫治器，使其从固定形态缓慢的回复到其记忆起始态，提供持续且稳定的轻力，具有整体牙列较佳的握持能力，弓丝拥有比传统隐形矫治器更加持续稳定的牙齿握持力和局部增强力，正畸效果显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及牙齿隐形矫治器领域，具体涉及一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器及其设计方法。
背景技术
口腔正畸矫治技术是指针对牙齿排列畸形或错颌，利用固定式矫治器或无托槽隐形矫治器，通过对牙齿施加矫治力和矫治力矩，进而调整颜面骨骼、牙齿和颌面肌肉三者之间的平衡和协调，经过一段时间的治疗达到改善面型、排齐牙列并提高咀嚼效能的目的。正畸治疗可以很好的改善治疗对象的外观形象，进而提升个人在社会交流中的自信心，树立积极乐观的人生态度。
由于传统固定式矫治技术中托槽与弓丝的存在，会导致在正畸治疗过程中，患者有强烈的不适感，清理不便使口腔难以保持清洁，并易造成牙周炎症，而且托槽与弓丝的存在也会影响美观。虽然舌侧矫治技术将托槽与弓丝置于牙冠舌侧，隐藏了矫治器，但是其安装难度更大，容易脱落，适用性不强。
随着3D打印及计算机辅助设计技术的逐步成熟，无托槽隐形矫治技术应运而生。而传统的隐形矫治器大多数是利用其弹性变形产生矫治力，持续施加给拟移动的牙齿，从而达到移动牙齿和矫治的目的。但由于弹性材料易疲劳，在佩戴初期，矫治器施加给牙齿的矫治力会比较大，患者有较强的不适感，然后矫治力快速衰减，牙齿移动效果快速下降，使得隐形矫治器对复杂错颌畸形的矫治存在很多障碍，适应症有限。
形状记忆聚合物SMPshape memory polymer如PU，已被证明在医疗应用中具有良好的前景。形状记忆聚合物材料的矫治器在一定温度条件下变软后可以方便地佩戴在患者口腔中，矫治器所具有的形状记忆功能使其在患者口腔温度环境下逐渐恢复到其记忆中的原有形状而推动牙列移动，这个过程是主动的，无需像现有的隐形矫治器经常更换，为患者省去了不少麻烦，也降低了成本，而且由于是主动施力，比现有弹性材料隐形矫治器更能保证力的稳定，也更加精确。
然而尽管SMP具有良好的生物相容性和良好的形状记忆性能，但其力学强度和弹性模量较低，提供的形状回复力较小，只具有较好的牙列整体握持效果，但对局部需要施加较大力以促使牙齿较大移动量的情况则无能为力。在正畸过程中，隐形矫治器需要传递给牙齿适当的矫治力，才能发生牙周组织的改建，从而引起牙齿的移动，因此SMP材料的上述缺点是不可忽视的。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中的缺陷，提供一种提高局部强度和精准度、带有记忆功能的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器及其设计方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，包括矫治器和镶嵌于矫治器内的弓丝，弓丝镶嵌于矫治器内壁，所述弓丝水平设置于矫治器上，且弓丝位于矫治器自下而上的三分之一处。
作为本发明的一种优选方案，所述矫治器为形状记忆高分子材料，弓丝为形状记忆合金。
作为本发明的一种优选方案，所述矫治器的玻璃化转化温度和弓丝的玻璃化转化温度低于口腔的温度。
一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤A：取得患者口腔数据，用口内扫描仪直接扫描获取患者的牙冠数据，并对患者进行CT扫描仪得到患者的颌骨和压根数据；
步骤B：正畸治疗方案设计，通过患者的口腔数据、颌骨和压根数据，确定患者的排牙结果，根据所选用的材料确定矫治器基体所能提供的回复力，并根据牙齿所需移动量和矫治器基体的回复力确定单副矫治器基体的治疗周期，从而得到正畸治疗每一阶段的牙列模型；
步骤C：牙齿移动量的生物力学分析，对比排完牙后的牙列模型和原牙列，对牙齿移动量进行生物力学分析，确定需要力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据；
步骤D：根据力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据，选取具有形状记忆功能的弓丝，弓丝长度为局部区域的上牙列宽度，并将弓丝镶嵌于牙列模型的自下而上三分之一处，且将弓丝与牙列模型相切，得到带有局部加力装置的加力型牙列模型；
步骤E：利用3D打印技术制作设计后的牙列物理模型，将步骤D中的加力型牙列模型输入三维立体打印机中进行立体打印，制作出一体式的加力型牙列模型；
步骤F：形状记忆材料的膜片制作，选用具有较好生物力学性能的形状记忆透明高分子材料制作膜片；
步骤G：隐形矫治器的制作，在热压膜成型机上，将圆形结构的膜片在一体式加力型牙列模型上压制形成隐形矫治器，成型后的矫治器上形成有沟槽，并将步骤D中设计的弓丝镶嵌于隐形矫治器的该沟槽内。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤B中的排牙结果根据牙齿的运动约束、碰撞约束和牙齿间距约束进行设计，且排牙结果包括拔牙的位置和颗数、牙齿移动或旋转、支抗设计和附件设计。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤C中的生物力学分析为对各个区域或各个牙齿的加力需求，包括平移量和旋转量。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤D中的弓丝为铜镍钛丝，截面为圆形或方形结构。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤F中选用的材料为聚氨基甲酸酯PU。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤F中制作形成圆形膜片，且圆形膜片的尺寸须大于加力型牙列模型的整体截面尺寸。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤F中制作形成圆形膜片直径为50mm，厚度为1mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用建立患者的个性化牙列模型，并根据牙列模型设计所需的弓丝，选用形状记忆材料压膜作用下，实现对矫治器的成型结构，成型后的矫治器内形成有预留的沟槽，并将弓丝镶嵌于该沟槽内，实现矫治器的精确制作，同时选用形状记忆材料的弓丝和矫治器，使其从固定形态缓慢的回复到其记忆起始态，提供持续且稳定的轻力，具有整体牙列较佳的握持能力，弓丝拥有比传统隐形矫治器更加持续稳定的牙齿握持力和局部增强力，正畸效果显著提高。
附图说明
图1是加力型牙列模型的俯视图；
图2是加力型牙列模型的主视图；
图3是加力型牙列模型的侧视图；
图4是隐形矫治器的结构示意图；
图5是弓丝在隐形矫治器内壁的镶嵌示意图；
附图标记：牙列模型1，弓丝2，矫治器3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
如图1-5所示，一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，包括矫治器3和镶嵌于矫治器3内的弓丝2，弓丝2镶嵌于矫治器3内壁，所述弓丝2水平设置于矫治器3上，且弓丝2位于矫治器3自下而上的三分之一处。
矫治器3为一体式结构，弓丝2镶嵌于矫治器3内壁上，当矫治器3佩戴在患者牙列上时，弓丝2与患者的牙齿相接触，在矫治器3和弓丝2的双重作用下，实现对牙列的矫正操作。
矫治器3为形状记忆高分子材料，弓丝2为形状记忆合金，矫治器3的玻璃化转化温度和弓丝2的玻璃化转化温度低于口腔的温度，矫治器3的玻璃化转化温度和弓丝2的玻璃化转化温度想接近，当矫治器3佩戴在患者牙列上时，在口腔温度环境下，形状记忆高分子材料的矫治器3由其固定变形态缓慢的回复到其记忆起始态，提供持续且稳定的轻力，具有整体牙列较佳的握持能力；局部的强化力由于镶嵌的记忆合金弓丝2的高力学性能而大幅度提高，需较大移动量的牙齿可以得到更有效且更精确的施力。
同时在双材料的作用下，矫治器3拥有比传统隐形矫治器更加持续稳定的牙齿握持力和局部增强力，正畸效果显著提高。
一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，包括以下步骤：
步骤A：取得患者口腔数据，用口内扫描仪直接扫描获取患者的牙冠数据，并对患者进行CT扫描仪得到患者的颌骨和压根数据。
步骤B：正畸治疗方案设计，通过患者的口腔数据、颌骨和压根数据，确定患者的排牙结果，根据所选用的材料确定矫治器基体所能提供的回复力，并根据牙齿所需移动量和矫治器基体的回复力确定单副矫治器基体的治疗周期，从而得到正畸治疗每一阶段的牙列模型1。
排牙结果根据牙齿的运动约束、碰撞约束和牙齿间距约束进行设计，且排牙结果包括拔牙的位置和颗数、牙齿移动或旋转、支抗设计和附件设计，拔牙的位置和颗数、牙齿移动或旋转、支抗设计和附件设计根据每个患者的不同情况进行设计。
选用聚氨基甲酸酯(PU)作为矫治器的材料，聚氨基甲酸酯(PU)的回复力为定值，从而根据牙齿所需移动量确定单副矫治器基体的结构，并根据牙齿所需移动量确定多副矫治器基体的结构，多副矫治器基体的结构根据牙齿移动路径进行设计。
步骤C：牙齿移动量的生物力学分析，对比排完牙后的牙列模型1和原牙列，对牙齿移动量进行生物力学分析，确定需要力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据，生物力学分析为对各个区域或各个牙齿的加力需求，包括平移量和旋转量，生物力学分析根据每个患者的不同情况进行设计。
步骤D：根据力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据，选取具有形状记忆功能的弓丝2，弓丝2长度为局部区域的上牙列宽度，并将弓丝2镶嵌于牙列模型1的自下而上三分之一处，且将弓丝2与牙列模型1相切，得到带有局部加力装置的加力型牙列模型。
弓丝2为铜镍钛丝，截面为圆形或方形结构，同时弓丝2也可为不具有形状以及功能的金属结构，当弓丝2也可为不具有形状以及功能的金属结构时，需选用抗弯强度较高的金属结构，例如不锈钢丝。
牙列模型1上可开设与弓丝2相适配的凹槽，从而实现弓丝2在牙列模型1上的镶嵌，同时弓丝2也可通过胶水固定连接于牙列模型1上，只需实现弓丝2与牙列模型1之间的固定连接即可。
弓丝2根据患者的具体牙列模型1进行设置，弓丝2为弯曲型结构，弓丝2与牙列模型1相切，便于牙列模型1的受力。
步骤E：利用3D打印技术制作设计后的牙列物理模型，将步骤D中的加力型牙列模型输入三维立体打印机中进行立体打印，制作出一体式的加力型牙列模型，将加力型牙列模型用STL数据格式输入至Connex350中进行立体打印。
步骤F：形状记忆材料的膜片制作，选用具有较好生物力学性能的形状记忆透明高分子材料制作膜片；
步骤G：隐形矫治器的制作，在热压膜成型机上，将圆形结构的膜片在一体式加力型牙列模型上压制形成隐形矫治器3，成型后的矫治器3上形成有沟槽，并将步骤D中设计的弓丝2镶嵌于隐形矫治器3的沟槽内。
矫治器3材料为聚氨基甲酸酯(PU)，膜片制作形成圆形膜片，且圆形膜片的尺寸须大于加力型牙列模型的整体截面尺寸，圆形膜片直径为50mm，厚度为1mm，在膜片的压制完成后，根据患者实际需要对成型后的矫治器3底部进行适当裁剪。
当牙医在使用时，将矫治器3在37摄氏度的温水中浸泡后变软，快速佩戴中患者牙列上，在口腔温度环境下，其将逐渐恢复到记忆起始态，提供牙齿移动所需的矫治力，达到矫治的目的。
且当该矫治器3达到一定的矫治量后，进行矫治器3的更换，在多副矫治器3的作用下实现对患者的牙列进行完整性的矫治。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
尽管本文较多地使用了图中附图标记：牙列模型1，弓丝2，矫治器3等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，包括矫治器(3)和镶嵌于矫治器(3)内的弓丝(2)，弓丝(2)镶嵌于矫治器(3)内壁，其特征在于，所述弓丝(2)水平设置于矫治器(3)上，且弓丝(2)位于矫治器(3)自下而上的三分之一处。
2.根据权利要求1所述的一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，其特征在于，所述矫治器(3)为形状记忆高分子材料，弓丝(2)为形状记忆合金。
3.根据权利要求2所述的一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器，其特征在于，所述矫治器(3)的玻璃化转化温度和弓丝(2)的玻璃化转化温度低于口腔的温度。
4.一种具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤步骤A：取得患者口腔数据，用口内扫描仪直接扫描获取患者的牙冠数据，并对患者进行CT扫描仪得到患者的颌骨和压根数据；
步骤B：正畸治疗方案设计，通过患者的口腔数据、颌骨和压根数据，确定患者的排牙结果，根据所选用的材料确定矫治器基体所能提供的回复力，并根据牙齿所需移动量和矫治器基体的回复力确定单副矫治器基体的治疗周期，从而得到正畸治疗每一阶段的牙列模型(1)；步骤C：牙齿移动量的生物力学分析，对比排完牙后的牙列模型(1)和原牙列，对牙齿移动量进行生物力学分析，确定需要力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据；
步骤D：根据力或力矩较大的局部区域和所需的力及力矩的具体数据，选取具有形状记忆功能的弓丝(2)，弓丝(2)长度为局部区域的上牙列宽度，并将弓丝(2)镶嵌于牙列模型(1)的自下而上三分之一处，且将弓丝(2)与牙列模型(1)相切，得到带有局部加力装置的加力型牙列模型；
步骤E：利用3D打印技术制作设计后的牙列物理模型，将步骤D中的加力型牙列模型输入三维立体打印机中进行立体打印，制作出一体式的加力型牙列模型；
步骤F：形状记忆材料的膜片制作，选用具有较好生物力学性能的形状记忆透明高分子材料制作膜片；
步骤G：隐形矫治器的制作，在热压膜成型机上，将圆形结构的膜片在一体式加力型牙列模型上压制形成隐形矫治器(3)，成型后的矫治器(3)上形成有沟槽，并将步骤D中设计的弓丝(2)镶嵌于隐形矫治器(3)的沟槽内。
5.根据权利要求4所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤B中的排牙结果根据牙齿的运动约束、碰撞约束和牙齿间距约束进行设计，且排牙结果包括拔牙的位置和颗数、牙齿移动或旋转、支抗设计和附件设计。
6.根据权利要求4所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤C中的生物力学分析为对各个区域或各个牙齿的加力需求，包括平移量和旋转量。
7.根据权利要求4所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤D中的弓丝(2)为铜镍钛丝，截面为圆形或方形结构。
8.根据权利要求4所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤F中选用的材料为聚氨基甲酸酯(PU)。
9.根据权利要求8所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤F中制作形成圆形膜片，且圆形膜片的尺寸须大于加力型牙列模型的整体截面尺寸。
10.根据权利要求9所述的具有金属弓丝的双材料隐形矫治器的设计方法，其特征在于，所述步骤F中制作形成圆形膜片直径为50mm，厚度为1mm。
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