CN114601578A - 一种预激活扩弓器制造方法、制造系统及预激活扩弓器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种预激活扩弓器制造方法、制造系统及预激活扩弓器，所述制造方法包括以下步骤：根据处于初始牙弓形态的初始牙颌数字模型确定目标扩弓量；根据初始牙弓形态和目标扩弓量确定目标扩弓力；根据初始牙颌数字模型和目标扩弓量确定处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型；根据目标牙颌数字模型和目标扩弓力确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数；根据所述材料参数选取制造材料，根据所述几何参数在目标牙颌实体模型上制造预激活扩弓器。本申请提供的预激活扩弓器制造方法、制造系统及预激活扩弓器，能够根据设计目标对预激活扩弓器进行优化设计及制造，并能够更加精准地实现对牙颌的扩弓效果。
Description
技术领域
本申请涉及口腔正畸技术领域，特别地，涉及一种预激活扩弓器制造方法、制造系统及预激活扩弓器。
背景技术
扩弓器是口腔正畸领域的常用矫治器，可以用于矫正牙弓狭窄、牙列拥挤以及协调上下牙弓宽度等。
扩弓器一般由将矫治器固定于牙齿上的固位部件和用于扩弓的扩弓部件组成，其中扩弓部件加力变形后产生的弹性回复力作用于牙齿并传导到牙槽骨后，可以引起上下颌牙弓和牙槽骨弓宽度增加，从而实现扩弓效果。
现有的扩弓器在制作时，一般是由技师根据医生设计单的要求在治疗前的初始模型上制作，扩弓部件可以选择不同直径、不同性能的弓丝，弯制成不同的形状的扩弓簧，也可以使用螺旋扩弓器，固位部件可以用带环、卡环等制作成固定或活动式的扩弓器。医生在临床上使用扩弓器时，需要自行调整并激活扩弓部件，这种操作方式极大地依赖于医生的经验及临床操作手法，激活后扩弓器实际产生的矫治力大小、能够实现的扩弓量都无法准确估计，很可能与预期的矫治方案存在较大差别，因此在整个扩弓过程中需要不断监控疗效，反复调整，这样的操作可预测性差，对初学者来说很难掌握。此外，对于需要扩弓的儿童，在口腔内反复拆装矫治器也容易使他们感到疼痛与不适从而导致配合度不佳。
由于现有的扩弓器存在以上问题，因此，需要一种能够按照预先确定的目标扩弓参数(如扩弓量、扩弓力等)制造处于预激活状态的扩弓器的制造方法以及制造系统。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本申请的一方面提供一种预激活扩弓器制造方法，所述预激活扩弓器包括固位带环和扩弓部件，包括以下步骤：
S100：根据处于初始牙弓形态的初始牙颌数字模型确定目标扩弓量；
S200：根据初始牙弓形态和目标扩弓量确定目标扩弓力；
S300：根据初始牙颌数字模型和目标扩弓量确定处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型；
S400：根据目标牙颌数字模型和目标扩弓力确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数；
S500：根据所述材料参数选取制造材料，根据所述几何参数在目标牙颌实体模型上制造预激活扩弓器，所述目标牙颌实体模型基于所述目标牙颌数字模型生成。
优选地，所述目标扩弓量包括将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态所对应的以下参数中的一项或多项：上颌整体扩弓量、上颌单侧扩弓量、上颌前牙区扩弓量、上颌后牙区扩弓量、下颌整体扩弓量、下颌单侧扩弓量、下颌前牙区扩弓量、下颌后牙区扩弓量。
进一步地，所述目标扩弓量由初始牙弓形态和目标牙弓形态相对应位置的宽度的差值确定。
进一步地，基于对所述初始牙颌数字模型进行测量并进行弓形分析确定所述初始牙弓形态和所述目标牙弓形态相对应位置的宽度的差值。
优选地，所述目标扩弓力包括将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态所对应的各个牙齿受到的扩弓力的范围和方向。
可选地，所述目标扩弓力基于初始牙弓形态和目标扩弓量，依据口腔正畸力学原理确定。
可选地，所述目标扩弓力基于初始牙弓形态和目标扩弓量，根据从数据库中检索相似历史病例获取相应的治疗方案确定。
可选地，所述目标扩弓力基于实验测量和/或临床治疗结果统计得到的扩弓量-扩弓力关系确定。
优选地，所述预激活扩弓器制造方法还包括根据患者年龄、发育状况、错颌畸形类型中的一项或多项对目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤。
优选地，所述预激活扩弓器制造方法还包括根据扩弓力损耗对所述目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤。
优选地，所述预激活扩弓器制造方法还包括根据扩弓力损耗对所述目标牙颌数字模型进行调整的步骤。
优选地，所述目标几何参数包括以下参数中的一项或多项：固位带环的数量、形态和固定位置，扩弓部件所包含的簧圈的数量，每个簧圈的位置、直径和角度，相邻簧圈之间的弓丝的弧度，扩弓部件所包含的舌侧臂的弯折角度、长度和弧度。
优选地，所述材料参数包括以下参数中的一项或多项：制造扩弓部件的材料的成分、性能以及制造扩弓部件的弓丝的截面形态、尺寸。
优选地，所述步骤S500后还包括以下步骤：S600：将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态。
优选地，使用以下步骤将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态：向预激活扩弓器施加变形力将其安装到初始牙颌实体模型上，所述初始牙颌实体模型基于所述初始牙颌数字模型生成；使用可拆除的转移模板将预激活扩弓器保持在与初始牙弓匹配的形态。
优选地，预激活扩弓器的制造材料为具有形状记忆效应的材料并且人体口腔温度处于所述制造材料的变态温度范围以内；执行所述步骤S500的环境温度条件处于所述制造材料的变态温度范围以内；使用以下步骤将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态：在所述制造材料的变态温度范围以外的环境温度条件下，将预激活扩弓器安装到初始牙颌实体模型上，使其保持在与初始牙弓形态匹配的形态，所述初始牙颌实体模型基于所述初始牙颌数字模型生成。
本申请的另一方面提供一种预激活扩弓器制造系统，包括：
预处理单元，用于获取处于初始牙弓形态的牙颌的信息并生成初始牙颌数字模型；
制造单元，使用上述预激活扩弓器制造方法进行预激活扩弓器的制造。
本申请的再一方面提供一种预激活扩弓器，包括固位带环和扩弓部件，所述预激活扩弓器使用前述的预激活扩弓器制造方法进行制造。
本申请的实施例提供的预激活扩弓器制造方法、制造系统及预激活扩弓器至少具有以下有益效果：
(1)本申请的技术方案基于目标牙弓形态和初始牙弓形态相对应部位宽度的差确定扩弓量参数并生成目标牙颌数字模型，将其作为预激活扩弓器整体几何形态的设计依据，并进一步根据目标扩弓量确定施加到待矫治牙颌上的目标扩弓力以及所需选用的制造材料的材料参数，通过以上步骤使得扩弓器的几何形态处于与目标牙弓形态匹配的预激活状态且实际施加在牙颌上的扩弓力能够满足预设的扩弓力范围，从而有效地改进了现有扩弓器需要在使用时不断从口腔内取出进行形状的调整的缺陷，大大提高了使用体验；
(2)考虑了扩弓过程中随着牙弓扩宽所引起的扩弓力损耗的问题，通过对目标扩弓量或目标扩弓力进行补偿以及对目标牙颌模型进行调整，使得预激活扩弓器的实际扩弓效果与预期的扩弓效果更加符合。
(3)在本申请优选的实施例中，还包括将预激活扩弓器的形状调整至与初始牙弓形态匹配的未激活状态，并通过转移模板对其进行锁定；或者使用带有记忆效应的材料进行扩弓部件的制造并通过控制温度将其保持在未激活状态。采用上述方式制造的处于未激活状态的扩弓器，其临床安装及使用过程更加便捷，能够极大地提高治疗效率及产品使用的舒适程度。
附图说明
图1为根据现有技术的扩弓器的示意图；
图2为根据本申请实施例的一种预激活扩弓器制造方法的流程图；
图3根据本申请实施例的初始牙颌数字模型的示意图；
图4为根据本申请实施例的确定目标牙弓曲线、初始牙弓曲线以及两者相比较的示意图；
图5为根据本申请实施例的生成目标牙颌数字模型的示意图；
图6为根据本申请实施例的与目标牙弓形态匹配的预激活扩弓器的示意图；
图7为根据本申请实施例的被转移模板锁定在非激活状态的预激活扩弓器的示意图；
图8为根据本申请实施例的一种预激活扩弓器制造系统的系统结构框图。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅出于是说明性的目的，并非意图限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以理解，也可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都包含在本申请中。
此外，为了方便理解，放大或者缩小了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。在本申请实施例中的描述中，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
除此之外，对于流程图、功能性描述和方法权利要求，这里所给出的方框顺序不应限于以同样的顺序实施以执行所述功能的各种实施例，除非在上下文中明确指出。
为了对本申请的实施例进行更好地说明，我们首先对现有扩弓器的设计制造流程进行简要说明。图1为一个现有技术的安装于牙颌模型100上的扩弓器的实例，如图1所示，扩弓器一般包括固位带环210和扩弓部件220，其中，固位带环用于将扩弓器牢固地固定于牙齿上，扩弓部件220包括多个簧圈221、舌侧臂223以及用于连接上述簧圈、舌侧臂的多段弓丝222构成，在将上述扩弓器安装到上颌或下颌后，由于扩弓部件220发生变形，在反弹力的作用下对牙齿和牙槽骨产生扩弓力，从而实现扩弓效果。
现有扩弓器的设计与制造依赖于医生和技师的经验，医生在临床上需要根据患者上颌和/或下颌的牙弓情况估算扩弓量以及扩弓力等参数，然后自行激活扩弓部件或者教会患者及家长自行加力。上述现有扩弓器的设计与制造方法至少存在以下问题：
(1)在没有目标牙弓形态或处于目标牙弓形态的牙颌模型作为参考依据的情况下，在初始牙颌模型上进行扩弓器的制造只能凭借医生和技师的经验，扩弓器在临床应用时更是只依靠医生的经验来激活，激活后实际产生的矫治力的大小、方向以及能够实现的扩弓效果等参数是否符合预期的矫治方案难以确定，使得扩弓器在临床使用中的效果和安全性很难预测，需要医生严密监控，也需要患者很好地配合。
(2)相似年龄和/或相似牙弓特征的患者，其矫治方案中的扩弓参数，如扩弓量、扩弓力等往往存在较大的相似性，针对这些患者设计及制造出的扩弓器的几何特征及所选取的扩弓器制造材料的特性也较为相似，因此以往患者的矫治方案及对应的扩弓器往往能够为当前的矫治方案及扩弓器的设计提供有益的参考，而现有技术一般直接进行扩弓器的制造，反而无法利用以往设计的扩弓器以提高设计和制造效率。
(3)由于扩弓器在安装过程中需要先将扩弓器激活加力，再安装到患者口内，激活过程中容易产生扩弓器的结构变形，导致与患者牙颌的匹配度差，甚至产生不利于治疗的力，这也增加了疗效的不可预测性以及风险。正是因为可预测差，风险难以估计，目前临床上扩弓器使用时加力一般很谨慎，需要多次复诊，反复加力拆装矫治器，或者需要患者学会自行加力，使用不是很方便。也因此很多医生愿意选择活动式的扩弓器，减少了医生的椅旁时间，降低了风险，但活动式的扩弓器体积大、效果差、需要患者更多的配合，也增加了患者的不适感和疗程，尤其对需要进行扩弓矫治的儿童，在临床疗效和病患管理方面都造成了很多不便。
为解决上述现有技术中存在的问题，本申请的一方面提供一种预激活扩弓器制造方法，所述预激活扩弓器包括固位带环和扩弓部件，图2示出了本申请提供的预激活扩弓器制造方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤：
S100：根据处于初始牙弓形态的初始牙颌数字模型确定目标扩弓量；
S200：根据初始牙弓形态和目标扩弓量确定目标扩弓力；
S300：根据初始牙颌数字模型和目标扩弓量确定处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型；
S400：根据目标牙颌数字模型和目标扩弓力确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数；
S500：根据所述材料参数选取制造材料，根据所述几何参数在目标牙颌实体模型上制造预激活扩弓器，所述目标牙颌实体模型基于所述目标牙颌数字模型生成。
以下结合附图及实施例对上述步骤S100至步骤S300进行详细的说明。
步骤S100为根据初始牙颌数字模型确定用于对牙颌进行扩弓所需要的目标扩弓量的过程。
图3为根据本申请的一个实施例的初始牙颌数字模型的示意图，其中，初始牙颌数字模型可以通过多种方法获取，例如，在本申请的一些实施方式中，可以通过光学扫描、X光/超声成像、CT扫描或核磁共振等方式获取牙齿、牙周组织和牙槽骨等部位的数字化三维模型，并经过去噪、补洞、配准等操作对上述各个组织部位的数字化三维模型进行进一步处理，从而得到初始牙颌数字模型，上述建立初始牙颌数字模型的步骤为本领域技术人员所知晓。
经过上述步骤生成的初始牙颌数字模型代表了牙颌在进行矫治之前的状态，对于牙弓狭窄的患者，其初始牙弓形态通常呈尖圆型，此外，还可能存在某些牙弓形态异常的情况。而对牙颌进行扩弓矫治的过程，就是通过佩戴扩弓器使牙颌逐渐从异常的初始牙弓形态调整至目标牙弓形态的过程。
在本申请的一些实施例中，通过对初始牙颌数字模型进行测量，既可以获取表征初始牙弓形态的信息，也可以进一步通过弓形分析获取表征目标牙弓形态的信息，在获取了上述信息后，根据初始牙弓形态和目标牙弓形态相对应位置的宽度的差值，即可以确定目标扩弓量。
在口腔正畸技术领域，经常使用牙弓曲线对牙弓形态进行定性及定量的描述，牙弓曲线反映了牙列上各个牙齿的特征点拟合所形成的近似于弓形的曲线，显而易见地，上颌、下颌分别具有各自的牙弓曲线，并且根据牙弓所处的形态，牙弓曲线也可以相应地分为初始牙弓曲线(或称作现有牙弓曲线)和目标牙弓曲线(或称作理想牙弓曲线)，根据初始牙弓曲线和目标牙弓曲线相对应部位宽度的差值，能够方便且精确地确定目标扩弓量。以下结合图4详细地说明通过对初始牙颌数字模型进行测量以确定初始牙弓曲线、目标牙弓曲线以及通过两者相对应部分的宽度的差值确定目标扩弓量的具体实施方式。
基于牙齿的大小，每个患者上下颌都有一个理想的卵圆型Bonwill牙弓曲线。将患者现有Bonwill牙弓曲线与理想Bonwill牙弓曲线进行比较，相对应部位宽度的差值就是进行扩弓所需要实现的扩弓量。
选择下牙左右两侧的5号、6号牙齿邻面最靠颊侧接触点，以此为直径做圆，当牙弓形态是理想的卵圆型时，根据Bonwill牙弓曲线原则，下颌自左侧4号牙齿至右侧4号牙齿的牙尖和切缘应落在圆弧上。与之对应的，下颌左侧4号至右侧4号牙齿在上牙弓上的咬合接触点也分布在与之等大的圆弧上，即以上颌左右两侧的5号牙齿咬合面中央窝(上颌5号牙齿咬合面中央窝点对应下颌5号、6号牙齿邻面接触点最靠颊侧的点)连线为直径做圆，该圆形与前述理想形态的下牙弓的圆形完全重叠。
当牙弓宽度缩窄时，按上述规则画圆，圆的直径比理想牙弓形态时减小，左侧4号牙齿至右侧4号牙齿形成的牙弓曲线会偏离圆弧使牙弓呈现尖圆型，或者牙弓曲线仍基本保持在圆弧上，但牙列存在拥挤。此时需要将牙弓扩宽到理想的宽度，以便获得间隙，内收尖圆型的牙弓曲线前部恢复牙弓形态，或者扩展牙弓曲线排齐牙列。
具体地，在本申请的一些实施例中，如图4所示，可以通过以下步骤确定目标扩弓量：
(1)确定目标牙弓曲线：分别测量初始牙颌模型下颌左侧5号牙齿至右侧5号牙齿共10颗牙齿的牙冠近远中向最宽处的距离，将上述距离相加即可得到该初始牙颌模型的理想Bonwill牙弓曲线(即目标牙弓曲线)所应具有的半圆弧长，进而得到其半径，然后以下颌左右两侧的5、6号牙齿的邻面最靠颊侧接触点的连线的中点为圆心，按照上述计算得到的理想Bonweill牙弓曲线的半径画圆，即可得到其理想牙弓形态所对应的牙弓曲线(即目标牙弓曲线，图4中以虚线圆形表示)。
(2)确定下颌、上颌分别对应的初始牙弓曲线：使用直线连接初始牙颌数字模型的下颌左右两侧5号、6号牙齿邻面最靠颊侧的接触点，以该两点连接的中点为圆心，以该两点连线为直径画圆，此圆即为下颌的初始牙弓曲线；使用直线连接上颌的左右两个5号牙咬合面中点，以该两点连接的中点为圆心，以该两点连线为直径画圆，此圆即为上颌的初始牙弓曲线(图4中以实线表示上颌、下颌的初始牙弓曲线)。在进行弓形分析的过程中，如图4所示，还可以将目标牙弓曲线转移到上颌相对应的位置，以方便进一步的比较测量。
(3)分别确定上颌、下颌的目标扩弓量：通过计算目标牙弓曲线与上颌(或下颌)初始牙弓曲线在相对应部位的宽度的差值，即可得到上颌(或下颌)的目标扩弓量。
在本申请的一些实施例中，可以直接将目标牙弓曲线的宽度-上颌(或下颌)初始牙弓曲线的宽度作为上颌(或下颌)的整体扩弓量；在本申请的另一些实施例中，也可以将目标牙弓曲线的宽度-上颌(或下颌)初始牙弓曲线的宽度作为上颌(或下颌)后部的扩弓量，在此基础上结合患者实际情况调整上颌(或下颌)前部的扩弓量，或者上颌(或下颌)单侧的扩弓量。
通过使用上述多种方式进行目标扩弓量的表达，能够针对患者具体的牙弓形态进行制定更加精准的扩弓目标，为后续确定扩弓力及制造扩弓器提供更加准确的参考。
通过步骤S100确定目标扩弓量后，步骤S200用于进一步确定目标扩弓力。具体地，目标扩弓力包括将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态所对应的各个牙齿受到的扩弓力的范围和方向。即，处于该范围上限和下限之间的扩弓力都可以实现预期的目标扩弓量。
在本申请的技术方案中，可以采用多种方式确定目标扩弓力，具体地，在本申请的一些实施例中，可以基于初始牙弓形态和目标扩弓量，依据口腔正畸力学原理确定目标扩弓力；
在本申请的另一些实施例中，也可以基于初始牙弓形态和目标扩弓量，从数据库中检索与患者年龄、牙颌状况、牙弓形态等具有相似性的历史病例，并从上述历史病例所记录的治疗方案中获取其实现的扩弓量以及对应施加的扩弓力信息，将其作为参考以确定目标扩弓力；
在本申请的再一些实施例中，也可以基于实验测量和/或临床治疗结果统计得到的扩弓量-扩弓力关系确定，具体地，根据对大量临床治疗病例中扩弓器在患者牙颌上施加的扩弓力以及经过扩弓操作后所实际实现的扩弓效果进行统计，或者通过制造能够模仿牙槽骨-牙周组织-牙齿的整体牙颌的实体模型，并使用薄膜压力传感器通过实验测量的方式获取扩弓器所施加的扩弓力与牙颌实体模型所发生的形态改变的情况以进行统计，能够得到扩弓量-扩弓力关系，上述关系的表达形式可以有多种，例如：以二维平面上的曲线形式所表示的扩弓量-扩弓力关系曲线，或者通过多项式拟合等方式所生成的以函数形式表达的扩弓量-扩弓力关系等。在得到上述扩弓量-扩弓力关系后，就可以方便地确定实现目标扩弓量所需要施加的目标扩弓力。
在本申请的一些优选的实施例中，在确定目标扩弓量和/或目标扩弓力的过程中，还包括根据患者年龄、发育状况、错颌畸形类型中的一项或多项对目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤，具体地，由于不同患者的年龄、发育状况、错颌畸形类型等千差万别，在确定扩弓量和扩弓力的过程中，需要针对其具体情况对扩弓量和/或扩弓力进行调整，以满足实际扩弓的需要。
在本申请的一些优选的实施例中，在确定目标扩弓量和/或目标扩弓力的过程中，还包括根据扩弓力损耗对所述目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤。
扩弓力损耗产生的主要原因在于将扩弓器固定于处于初始牙弓形态的牙颌上以开始进行扩弓后，扩弓器对于牙颌施加的扩弓力并不是恒定的，随着牙弓逐渐被扩展，扩弓力也将逐渐减弱，当扩弓力不足以抵消牙颌组织内部产生的支抗力时，即无法继续对牙颌产生扩弓效果，此时的实际扩弓量可能小于目标扩弓量，因此，在确定目标扩弓量和/或目标扩弓力时，应将上述扩弓力的衰减因素也考虑进来。此外，扩弓量表达率除了与扩弓力的衰减有关之外，还与患者的牙根长度、形态、牙齿槽组织对扩弓力的生物学反应等众多因素相关，需要临床医生根据患者的年龄、解剖特点、发育状况、牙弓狭窄的性质和特征来综合考虑。在本申请的一些优选的实施例中，可以将上述医学信息与扩弓力衰减因素叠加考虑从而得到更合理的补偿扩弓量和扩弓力(需要说明的是，对于扩弓力的补偿应注意补偿后的扩弓力不能超过一定的上限，以避免对牙颌组织可能造成的损伤)，例如，在本申请的一些具体的实施例中，可以根据扩弓力衰减的具体情况，对于牙颌不同部位的扩弓量增加30％-50％的补偿，从而得到补偿后的目标扩弓量，。
通过上述步骤得到目标扩弓量和目标扩弓力后，通过步骤S300进一步得到目标牙颌数字模型，目标牙颌数字模型表征了处于目标牙弓形态的牙颌的情况。以下结合图5说明生成目标牙颌数字模型的具体实施方式。
如图5所示，在本申请的一些实施例中，可以在牙弓横截面上，选择合适的牙弓劈开线L(如图中沿正中矢状方向延伸的直线)劈开初始牙颌数字模型110(图5中的初始牙颌数字模型110具体为上颌的数字模型)，将其分成左右两部分，根据上步骤所求得的扩弓量将左右侧向两侧平移打开，以实现后部扩弓量；以上颌5号牙齿咬合面中央窝点为圆心，旋转半侧牙弓，直至上颌尖牙近中边缘嵴外1/3处(此为上颌牙弓上、下颌尖牙对应的咬合接触点)落在目标牙弓曲线上，从而分别实现下颌前部和上颌前部的扩弓量；对于下颌的数字模型，则以下颌的5号、6号牙齿邻面最靠颊侧接触点为圆心旋转半侧牙弓，直至该侧尖牙牙尖落在目标牙弓曲线上，最后，对上述平移、旋转操作后所产生的模型之间的空隙进行填充、形状修整等操作，最终获得处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型120。
显然，根据初始牙弓形态的具体情况，可以在不同位置设置多条不同方向的牙弓劈开线，以使得生成的目标牙颌数字模型更加精准地贴合目标牙弓形态。
此外，在本申请的一些优选的实施例中，所述预激活扩弓器制造方法还包括根据扩弓力衰减(损耗)对所述目标牙颌数字模型进行调整的步骤，根据扩弓力衰减对所述目标牙颌数字模型进行调整的理由已在前述说明中进行了详细的阐述，在此不再赘述。
通过步骤S100至步骤S300分别确定目标扩弓量、目标扩弓力以及生成目标牙颌数字模型后，即可以通过步骤S400确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数，并通过步骤S500制造生成预激活扩弓器。
具体地，在生成目标牙颌数字模型后，可以根据目标牙颌数字模型的整体形态以及各个牙齿的形状、尺寸、位置等特征方便地确定预激活扩弓器的几何参数，同时结合对目标扩弓力的要求确定制造材料的材料参数。
几何参数表征了使用预激活扩弓器将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态时，预激活扩弓器所对应的几何形态，在本申请的一些实施例中，具体地，可以包括以下参数中的一项或多项：固位带环的数量、形态和固定位置(固位带环的固定位置可以通过牙位表示，固位带环的形态可以通过带环的高度、是否覆盖合面、是否增加合垫、是否与邻牙带环相连等参数进行表示)，扩弓部件所包含的簧圈的数量，每个簧圈的位置、直径和角度，相邻簧圈之间的弓丝的弧度，扩弓部件所包含的舌侧臂的弯折角度、长度和弧度。随着上述几何参数的确定，则预激活扩弓器的几何形态的关键特征也得到了确定，图6示出了一个处于目标牙弓形态(与目标牙颌数字模型相匹配)预激活扩弓器，其中固位带环的位置及簧圈的位置分别通过标定的关键点N1-N6确定，在确定上述关键点后，可以结合目标牙颌数字模型的形态特征进一步确定其他几何参数。
材料参数表征了预激活扩弓器所使用的制造材料的性能，特别是与扩弓力大小相关的性能，具体地，可以包括以下参数中的一项或多项：制造扩弓部件的材料的成分、性能以及制造扩弓部件的弓丝的截面形态、尺寸。其中，扩弓部件的制造材料可以是能够用于口腔正畸的金属、合金和/或高分子材料，显然，不同成分的制造材料，其密度、硬度、弹性模量等性能均不相同，同时，扩弓部件基础结构的不同的截面形态(如弓丝的截面可以是矩形、圆形或椭圆形等)和尺寸(如矩形的边长、圆形的直径等)也对应了不同的扩弓力。
应当说明的是，预激活扩弓器的扩弓效果是通过其几何形态以及材料性能共同确定的，例如预激活扩弓器的几何参数在一定程度上对应了其最终能够将牙弓调整成的形态，同时通过调整簧圈的位置、角度以及舌侧臂的弯折角度等，又可以对不同部位受到的扩弓力的施力方向进行调整，同时簧圈的直径又与能够产生的扩弓力的大小相关，而所选用的制造材料的硬度、弹性模量等材料性能以及弓丝的截面形态和大小，既直接与能够产生的扩弓力的大小相关，又与扩弓过程中扩弓力衰减的速度有关，进而对扩弓量的补偿范围产生影响，因此，预激活扩弓器的几何参数和材料参数是对上述各项因素进行综合考量后所确定的结果，在本实施例中，利用目标牙弓形态和初始牙弓形态的偏差以及通过目标牙弓形态所生成的目标牙颌数字模型，可以更加精确地确定需要施加到各个牙齿上的扩弓力信息，并为确定扩弓器的几何形态提供更加直观、准确的参考，从而消除了现有技术中只能根据处于畸形状态的初始牙弓信息进行扩弓器制造和临床应用而存在的误差过大，影响扩弓效果和安全性的问题。
通过步骤S400确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数后，在步骤S500中根据材料参数选取制造材料，并根据几何参数在目标牙颌实体模型上进行固位带环的制造、扩弓部件的弯制以及固位带环与扩弓部件的连接，其中，目标牙颌实体模型为与目标牙颌数字模型对应的实体模型，可以通过3D打印、数控机床制造等技术制造得到。
在本申请的一些具体实施例中，固位带环可以选用具有通用规格的产品，并在目标牙颌实体模型上根据用于固位的牙齿的具体形态进行微调以确保其与牙齿的贴合；扩弓部件的制造可以通过人工弯制的方式进行，也可以通过能够读取几何参数并进行自动化弯制的自动化制造设备进行；上述固位带环与扩弓部件制造完成后，可以在目标牙颌实体模型上通过焊接、粘结或其他固定连接方式进行固定连接，最终得到与目标牙弓形态匹配的预激活扩弓器。
相较于现有技术中由技师根据医生设计单的要求在治疗前的初始模型上制造扩弓器，然后由医生在临床上使用扩弓器时自行调整并激活扩弓部件的方式，在目标牙颌实体模型上进行扩弓部件的制造能够使得扩弓器在制造完成后即处于一种与目标牙弓形态匹配的预激活状态，从而有效地解决了现有技术中无法进行一次性扩弓，需要不断地调整扩弓器形态的问题；同时以目标牙颌实体模型作为参照，能够使得制造完成的扩弓器，尤其是扩弓部件的几何形态更加符合设计要求所确定的几何参数，从而保证了预激活扩弓器的实际扩弓效果符合预期的扩弓需求；此外，在目标牙颌实体模型上进行扩弓部件的弯制，能够及时观察扩弓部件与上颚、下颚等部位软组织的接触情况并进行相应的调整，从而避免了扩弓器使用过程中与上述部位过分接触所造成的疼痛、不适等现象。
通过上述步骤S100至步骤S500即可完成预激活扩弓器的制造，由于预激活扩弓器的形态与目标扩弓形态匹配，因此在实际使用过程中，需要由医生对其加力使其发生形变直到基本与患者当前的牙弓形态匹配，以保证将其安装到患者的牙颌上。
为了提高上述安装过程的便捷性及舒适性，在本申请的一些优选的实施例中，完成步骤S500后，还包括执行步骤S600：将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态。通过步骤S600将预激活扩弓器的形态保持在一种与初始牙弓形态匹配的非激活状态，能够使医生方便、快捷地将扩弓器佩戴到患者的牙颌上，此后再激活扩弓器使其开始进行扩弓操作，可以大大提高装配效率及佩戴的舒适程度。
具体地，在本申请的一些实施例中，如图7所示，向预激活扩弓器施加变形力将其安装到初始牙颌实体模型上(初始牙颌实体模型为与初始牙颌数字模型对应的实体模型，可以通过3D打印、数控机床制造等技术制造得到)，然后使用可拆除的转移模板300将预激活扩弓器保持在与初始牙弓匹配的形态，在实际使用过程中，医生将上述处于非激活状态的扩弓器佩戴到患者的牙颌上并确保两者已经牢固地固定后，再将转移模板300拆除以使扩弓器恢复预激活状态。
转移模板的形式可以是多样的，例如图7中示出的转移模板300可以使用光敏材料涂覆于扩弓部件远离颚部的一侧，待涂覆至一定厚度后进行光照使其固化，即将扩弓器锁定至非激活状态；此外，本领域的技术人员还可以使用机械式的卡扣、锁销，或者互相配合的钩、线等结构，或者其他任何能够实现锁定和解除锁定的结构以实现上述锁定。
在本申请的另一些实施例中，预激活扩弓器的制造材料为具有形状记忆效应的材料并且人体口腔温度处于所述制造材料的变态温度范围以内；执行所述步骤S500的环境温度条件处于所述制造材料的变态温度范围以内；使用以下步骤将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态：在所述制造材料的变态温度范围以外的环境温度条件下，将预激活扩弓器安装到初始牙颌实体模型上，使其保持在与初始牙弓形态匹配的形态，所述初始牙颌实体模型基于所述初始牙颌数字模型生成。
具体地，可以选择镍钛合金等具有形状记忆效应的合金材料作为预激活扩弓器的制造材料，上述材料具有与人体口腔温度接近的变态温度范围，当上述材料在其变态温度范围外改变形状，并重新恢复到变态温度范围内时，具有重新恢复其原始形状的特性。
利用上述镍钛合金材料制造预激活扩弓器时，可以在环境温度处于上述镍钛合金材料的变态温度范围时，通过步骤S500制造预激活扩弓器，然后通过步骤S600将环境温度或预激活扩弓器的温度调整至变态温度范围之外的任一温度(如室温)，并将预激活扩弓器变形以安装到初始牙颌实体模型上，在该温度条件下，预激活扩弓器将保持与初始牙弓形态匹配的形状并且不对初始牙颌产生扩弓力。
在完成上述预激活扩弓器的制造后，可以利用该温度保存预激活扩弓器直到临床需要将其安装到患者的牙颌上，由于此时预激活扩弓器还保持与初始牙颌匹配的形态，因此无需对其施力使其变形即可以较为容易地安装到患者的牙颌上，在安装完成后，预激活扩弓器的温度逐渐接近并达到患者的口腔温度，由于口腔温度在上述合金材料的变态温度范围以内，此时由于记忆效应，扩弓器的扩弓部件将向与目标牙颌对应的形态进行变化，从而产生扩弓力，实现对牙颌的扩弓作用。
需要特别指出的是，利用形状记忆材料制造牙齿矫正器具(如利用带有形状记忆效应的高分子材料制造用于排齐牙齿的壳状矫治器)的技术，已经为多项专利所公开，然而本申请中使用形状记忆材料制造预激活扩弓器的步骤与上述现有技术具有显著的不同。其区别主要在于，上述使用形状记忆材料制作的壳状矫治器，一般在佩戴时通过放在热水中使其软化(对软化后的形状没有任何特殊要求)，以方便佩戴到牙齿上，并在矫治器降温后逐渐产生矫治力；本申请的预激活扩弓器，则是在具有形状记忆效应的合金材料的变态温度范围之外将其变形至与初始牙颌匹配的形态，并将该形态一直保持到佩戴时。在制造及佩戴本申请的预激活扩弓器时采取上述特有的步骤，其原因在于：
(1)与用于排齐牙齿的壳状矫治器可以在较软的状态下整体地套在牙齿上的佩戴方式不同，扩弓器需要在佩戴时将位于两侧的固位带环进行较为精确的定位，以保证扩弓力的作用位置和作用方向的准确性，因此理想的佩戴方式应是使扩弓器在佩戴的时刻处于一种与初始牙弓形态匹配的状态，从而保证固位带环能够准确且顺畅地定位在正确的位置，显然，如果采用现有技术中的只是使形状记忆材料制造的扩弓部件变软，而对其变软后的形态不做任何限制，反而无法方便地对固位带环的位置进行准确的定位。
(2)用于排齐牙齿的壳状矫治器，在其矫治过程中，每一个矫治阶段的目标形态与初始形态只存在微小的差异(一般在0.25mm左右)，因此通过软化再佩戴到牙齿上的方式，并不会产生显著的偏差。而扩弓器要实现的扩弓量要远大于壳状矫治器对于牙齿所产生的偏移量，如果采用同样的将扩弓部件软化但不对其软化后的形态进行限定就进行佩戴的方式，扩弓部件的几何形态，如簧圈的位置、弓丝的弧度、舌侧臂的弯折角度等在逐渐恢复扩弓力的过程中，其形态变化过程不可控，势必造成传递到牙颌上的扩弓力的方向出现较大的偏差，并进一步导致不同部位的扩弓量与设计值不符。因此，在使用带有形状记忆效应的材料制造本申请的预激活扩弓器时，需要通过上述特定的步骤使扩弓器在便于佩戴的同时保持扩弓力的正确施加。
本申请的另一方面提供一种预激活扩弓器制造系统，如图8所示，包括：
预处理单元，用于获取处于初始牙弓形态的牙颌的信息并生成初始牙颌数字模型；
制造单元，使用上述预激活扩弓器制造方法进行预激活扩弓器的制造。
具体地，在本申请的实施例中，预处理单元通过光学扫描、X光/超声成像、CT扫描或核磁共振等方式获取牙齿、牙周组织和牙槽骨等部位的数字化三维模型，并经过去噪、补洞、配准等操作对上述各个组织部位的数字化三维模型进行进一步处理，从而得到初始牙颌数字模型。
如图8所示，在本申请的一些实施例中，制造单元进一步包括：
目标扩弓量确定模块，用于根据处于初始牙弓形态的初始牙颌数字模型确定目标扩弓量；
目标扩弓力确定模块，用于根据初始牙弓形态和目标扩弓量确定目标扩弓力；
目标牙颌数字模型生成模块，用于根据初始牙颌数字模型和目标扩弓量确定处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型；
扩弓器参数确定模块，用于根据目标牙颌数字模型和目标扩弓力确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数；
扩弓器制造模块，根据所述材料参数选取制造材料，根据所述几何参数在目标牙颌实体模型上制造预激活扩弓器，所述目标牙颌实体模型基于所述目标牙颌数字模型生成。
上述各个单元及模块的具体实施方式已在前述预激活扩弓器制造方法的说明部分进行了详细的描述，在此不再赘述。
本申请的再一方面提供一种预激活扩弓器，包括固位带环和扩弓部件，所述预激活扩弓器使用前述的预激活扩弓器制造方法进行制造。上述预激活扩弓器的具体结构已在对预激活扩弓器设计及制造方法的说明中进行了详细的介绍，在此不再赘述。
以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种预激活扩弓器制造方法，所述预激活扩弓器包括固位带环和扩弓部件，其特征在于，包括以下步骤：
S100：根据处于初始牙弓形态的初始牙颌数字模型确定目标扩弓量；
S200：根据初始牙弓形态和目标扩弓量确定目标扩弓力；
S300：根据初始牙颌数字模型和目标扩弓量确定处于目标牙弓形态的目标牙颌数字模型；
S400：根据目标牙颌数字模型和目标扩弓力确定预激活扩弓器的几何参数和材料参数；
S500：根据所述材料参数选取制造材料，根据所述几何参数在目标牙颌实体模型上制造预激活扩弓器，所述目标牙颌实体模型基于所述目标牙颌数字模型生成。
2.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓量包括将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态所对应的以下参数中的一项或多项：上颌整体扩弓量、上颌单侧扩弓量、上颌前牙区扩弓量、上颌后牙区扩弓量、下颌整体扩弓量、下颌单侧扩弓量、下颌前牙区扩弓量、下颌后牙区扩弓量。
3.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓量由初始牙弓形态和目标牙弓形态相对应位置的宽度的差值确定。
4.根据权利要求3所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
基于对所述初始牙颌数字模型进行测量并进行弓形分析确定所述初始牙弓形态和所述目标牙弓形态相对应位置的宽度的差值。
5.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓力包括将牙颌从初始牙弓形态调整至目标牙弓形态所对应的各个牙齿受到的扩弓力的范围和方向。
6.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓力基于初始牙弓形态和目标扩弓量，依据口腔正畸力学原理确定。
7.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓力基于初始牙弓形态和目标扩弓量，根据从数据库中检索相似历史病例获取相应的治疗方案确定。
8.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述目标扩弓力基于实验测量和/或临床治疗结果统计得到的扩弓量-扩弓力关系确定。
9.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
还包括根据患者年龄、发育状况、错颌畸形类型中的一项或多项对目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤。
10.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
还包括根据扩弓力损耗对所述目标扩弓量和/或目标扩弓力进行调整的步骤。
11.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
还包括根据扩弓力损耗对所述目标牙颌数字模型进行调整的步骤。
12.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述几何参数包括以下参数中的一项或多项：
固位带环的数量、形态和固定位置，扩弓部件所包含的簧圈的数量，每个簧圈的位置、直径和角度，相邻簧圈之间的弓丝的弧度，扩弓部件所包含的舌侧臂的弯折角度、长度和弧度。
13.根据权利要求1所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
所述材料参数包括以下参数中的一项或多项：
制造扩弓部件的材料的成分、性能以及制造扩弓部件的弓丝的截面形态、尺寸。
14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于，所述步骤S500后还包括以下步骤：
S600：将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态。
15.根据权利要求14所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于，使用以下步骤将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态：
向预激活扩弓器施加变形力将其安装到初始牙颌实体模型上，所述初始牙颌实体模型基于所述初始牙颌数字模型生成；
使用可拆除的转移模板将预激活扩弓器保持在与初始牙弓匹配的形态。
16.根据权利要求14所述的一种预激活扩弓器制造方法，其特征在于：
预激活扩弓器的制造材料为具有形状记忆效应的材料并且人体口腔温度处于所述制造材料的变态温度范围以内；
执行所述步骤S500的环境温度条件处于所述制造材料的变态温度范围以内；
使用以下步骤将预激活扩弓器保持在与初始牙弓形态匹配的形态：
在所述制造材料的变态温度范围以外的环境温度条件下，将预激活扩弓器安装到初始牙颌实体模型上，使其保持在与初始牙弓形态匹配的形态，所述初始牙颌实体模型基于所述初始牙颌数字模型生成。
17.一种预激活扩弓器制造系统，其特征在于，包括：
预处理单元，用于获取处于初始牙弓形态的牙颌的信息并生成初始牙颌数字模型；
制造单元，使用权利要求1至权利要求16中任一项所述的预激活扩弓器制造方法进行预激活扩弓器的制造。
18.一种预激活扩弓器，包括固位带环和扩弓部件，其特征在于：
所述预激活扩弓器使用如权利要求1至权利要求16中任一项所述的预激活扩弓器制造方法进行制造。
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