CN115177381A - 一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法，其中，所述硬质隐形牙套组包括多个中继牙套，其制作方法是先取得患者齿颚的原始齿列图档，再由牙技师在排牙软件上排列出最终齿列图档，继而定义牙齿在每一步需要的位移量与旋转角度，经该排牙软件演算后即可获得多个步进齿列图档，再用专用软件来定义各步进齿列图档的表面厚度来取得各中继的壳状牙套图档，该壳状牙套图文件再被转换成数字控制指令，去控制多轴雕刻机，使其在高分子聚合物的硬质模块上雕刻出硬质隐形牙套，供患者定期依序戴上硬质隐形牙套，其异常齿列即可逐步获得矫正。

Description

一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法

技术领域

本发明涉及一种对齿列进行步进式矫正的硬式隐形牙套组的制作方法，尤其是指使用近似于齿冠珐琅质硬度的模块所雕刻出来的硬质隐形牙套组的制造方法。

背景技术

最早的齿列矫正的方法是沿着黏在数个牙冠上的托架使用牙弓线(即钢丝)拉紧固定来对该牙冠形成应力，迫使牙齿缓慢地移动到预定的位置。如图1所示，牙齿10露在外面的叫牙冠11，在里面的叫牙根12，牙冠11 的表面是一层硬度很高的珐琅质13，支撑牙齿10的是象牙质形成的牙根骨14，其上紧贴牙龈肉15，静脉16、动脉17与牙神经18则经过牙根管 19进入齿髓120，牙根骨14与齿槽骨121之间为齿根模122，其间长满韧带123，韧带123是将牙齿10牢牢固定在齿槽内的重要组织。

如上所述，当牙齿10受应力时，韧带123也跟着受力，韧带123被拉紧的部分，齿槽骨121会增生，韧带123被松弛的部分，噬骨细胞会吞食齿槽骨121，让受应力而被移动的牙齿10再度被拉力均衡的韧带123 固定在新的齿槽中，其他组织随后也会慢慢跟上，这是牙齿10能被移动而获得矫正的原理。采用托架及牙弓线矫正牙齿的方法就应用了前述原理，但是运用前述矫正方法，需要很有经验且了解牙齿结构的牙齿矫正医师来执行，才不会出问题。医师在装置托架及牙弓线时需要花很长的时间。

现作简单说明：首先，要将需要装托架的牙齿表面以弱酸蚀刻粗化并清洁后，托架才能被牢固地黏住，托架安置完后再架牙弓钢丝，牙弓钢丝有粗有细有弯有直，因此不易安置且患者会感到疼痛难捱，在往后以年来计算的漫长矫正过程中，还需要频繁地回去诊所，以让医师进行托架及牙弓钢丝的调整。再者，装置托架及牙弓线的口腔不但外观不雅，且饮食后卡在托架及牙弓钢丝上的食物残渣，会很难清理且易滋生细菌，同时牙弓钢丝很容易刺伤唇舌，这些问题造成生活上长期的不方便，患者都是在万不得已的情况下，才会接受这种方法来矫正牙齿。

近来隐形牙套是齿列矫正的一个新选择，自从1997年美国Align Technology公司成立并以Invisalign『隐适美』为名推广隐形牙套以后，这种以步进式来矫正齿列的方法就慢慢普及开来，除在美国的『隐适美』外，在中国有『时代天使』、『正雅』，在德国有『KClear』，在日本有『ASO Aligner』等相当具有代表性的品牌，他们在市场上都依个案提供订制及贩卖服务。这些隐形牙套的制造方法都大同小异，用的是厚度均匀的片状软性透明塑料材料，以3D打印的齿列为模，然后一起放入加热真空抽吸器来形成透明隐形牙套，前述方法应用在很多塑料材料加工成形上，简称热吸法(Suck Down)。

用这种透明隐形牙套来矫正牙齿的方法，其实都源自于1945年 H.D.Kesling先生所提出的步进位移法，他的想法是经过实验获得证实的，然而以当时的牙技工艺，要完成一副牙套既费工又费时，想要量产几乎不可能。由于这个步进位移法很吸引人，所以一直被锲而不舍地进行制造方法的改进，以盼能商业化，但都难以实现。等到计算机及相关科技快速发展开来，才由Align Technology将该步进位移法在计算机软硬件的帮助下第一个成功地推向市场，到了Align Technology的专利到期之后，其他品牌就如雨后春笋般相继成立，它们除了采用各自研发不同韧度及厚度的软性透明塑料来产生差异化外，在制造上都是采用热吸法，步骤则大同小异，基本上有6个步骤。

步骤一，以口扫法取得患者的上牙颚齿列20、下牙颚齿列21(如图2A 所示)以及上下牙颚齿列适切咬合态样22(如图2B所示)的数字图文件，作为该患者的原始齿列图档30(如图3A所示)；

步骤二，使用一排牙软件将该原始齿列图档30排列成理想的最终齿列图档31(如图3B所示)；

步骤三，根据该患者的年龄及齿颚的健康状况，在该排牙软件上定义牙齿在每一阶段需要的位移量、旋转角度以及其它参数，经排牙软件演算后，即可获得多个从该原始齿列图档30到该最终齿列图档31之间的多个中继齿列图档；

步骤四，用3D打印机，按照各该中继齿列图档用光固化树酯打印出各中继实体牙模41；

步骤五，取加热真空成形塑料膜片40加热，以实体牙模41为模进行压合(如图4A所示)，在压合同时佐以强力真空抽吸来成形，等冷却后取下含牙模的膜片42(如图4B所示)，再用热刀或锐利的剪刀将加工成型的模片42沿牙龈线除去边材，即可得一颚的软质隐形牙套43(如图4C所示)；

步骤六，其它的各该中继齿列图档会依步骤五相继成型为各该软质隐形牙套43，以完成一矫正疗程所需使用的牙套组。

由于以热真空成型塑性材料制成的软质隐形牙套43，其相较于牙齿的珐琅质软而且表面光滑，使得软质隐形牙套43对牙齿的固持力(retain force) 不足，且软质隐形牙套43跟牙齿之间的摩擦力也不足，使得以软质隐型牙套43对双牙根的臼齿的矫正结果不如预期。

因为软质隐形牙套43的固持力(retain force)不足，软质隐形牙套43 戴几天后就可能脱落。为了解决前述问题，Aligner Technologyg首先采用了一个叫附连装置或叫贴片(attachment)的组件，让它黏贴在牙齿上，声称这个附连装置可以加强矫正能力。然而，黏贴该附连装置在牙齿上的工艺并不容易，首先，排牙前就要在原始齿列图档30上放上不同形状的附连装置图文件50(如图5A所示)，到3D打印完成各实体牙模时，附连装置模型就已经在牙模上了，因此在后续完成的每一个牙套外部都可看到凸点，从内部看过去则是附连装置形状的凹槽，为了要在牙齿上黏牢附连装置实体，牙医必须先轻微酸蚀牙齿表面并清洁，再在第零步牙套上的各凹槽涂满光固化环氧树脂，继而戴上牙套对环氧树脂进行光固化，之后取下第零步牙套，临床附连装置实体51就留在牙齿上面了(如图5B所示)，至此才可以给患者戴上第一步牙套开始进行步进式齿列矫正。

这种软式的牙套被要求一天至少要戴22个小时以上，只有在咀嚼食物或刷牙时，牙套才能取下来，在施力取下牙套时，若某个附连装置因松脱而掉下来，此时就得再去求助牙医把该附连装置再黏上去了。

由于软式的牙套光滑且硬度不够，所以牙套跟牙齿之间的摩擦力不足，同时也因为牙套是把塑料先加热再以真空强力抽吸而成形的，所以牙套的厚度会不均匀，且牙套在牙齿跟牙齿之间的位置经常是呈弧形的，因此减少了牙套对牙齿的包覆面，其矫正应力也跟着降低，这使得软式的牙套对于双牙根的臼齿几乎无矫正能力。

软式隐形牙套在门牙的矫正上很成功，但对于其他单牙根牙齿，如：虎牙、小臼齿的矫正却常常不如预期，所以经常会在矫正中途还要重新口扫、排牙、3D打印...再次制作新的牙套组，令矫正时间拉长，使患者失去耐心，所以再次制作新的牙套组时，部分厂商会提供免费服务来作为补偿。

另外，以3D打印的实体牙模，其原材料是光固化环氧树脂，不能回收再利用，在用过一次后就成了废弃物，中继牙套越多废弃物越多，是制造软式隐形牙套无法避免的环保问题。

除了用热真空成型塑性材料制造牙套的方法外，有美国专利「US2008/0254402A1」用了CNC雕刻法对软质材料进行牙套的制造，其缺点跟热真空成型制造的牙套一样，而美国专利「US2006/0093982A1」是在取得牙弓模型后，以CNC制造出牙套模型，再拆解这个牙套模型成数段组件，再以CNC制造出牙套组件，最后再把牙套组件重新连接成牙齿矫正用的牙套，然此方法太过繁琐，而且在牙套组件重新连接处已失去应力，无法有效矫正牙齿。

有鉴于此，如何有效地改善前述隐形牙套(软式牙套)的缺失，如免除繁琐及不可预期的贴片作业，还能加强隐形牙套(软式牙套)对牙齿的固持力、摩擦力以及减少牙套模型的废弃物等等，使隐形牙套(软式牙套)的矫正效果能完全如预期，是目前齿列矫正业者亟思改进之一重要课题，亦为本发明想解决的问题。

发明内容

有鉴于现有的软式牙套仍有缺失，因此，经过多次反复研究及测试后，终于开发出本发明的一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法，期能藉由本发明有效解决前述问题。

本发明的目的在于提供一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法，该制作方法会先扫描且建构出一患者的上牙颚齿列、下牙颚齿列以及上下牙颚齿列适切咬合的数字图文件，以分别作为一原始齿列图档；继而，通过一排牙软件读取各该原始齿列图档，以分别排列出一最终齿列图档，并至少定义出牙齿在每一阶段所需要的位移量与旋转角度，之后，经该排牙软件演算后即可获得从各该原始齿列图档到各该最终齿列图档之间的多个步进齿列图档；然后，再通过一专用软件来对各该步进齿列图档及各该最终齿列图档的牙齿表面分别定义其厚度，以分别取得一壳状牙套图档；最后，将各该壳状牙套图文件分别转换成一数字控制指令，以控制一多轴雕刻机，使该多轴雕刻机在高分子聚合物的硬质模块上雕刻出多个中继牙套，以形成一硬质隐形牙套组。如此，通过本发明的制作方法，即可迅速地制作出该硬质隐形牙套组，且患者只要根据事前规划的期间，逐一地将各个中继牙套分别套设至牙齿上，便能够完成牙齿矫正的功效。

附图说明

为方便审查员能对本发明目的、技术特征及功效作更进一步的认识与了解，现举实施例配合图式，详细说明如下：

图1为牙齿的构造示意图；

图2A为患者原始上牙颚齿列与下牙颚齿列的示意图；

图2B为患者原始上下牙颚齿列适切咬合态样的示意图；

图3A为原始齿列图档的示意图；

图3B为最终齿列图档的示意图；

图4A为真空成形塑料膜片与实体牙模的示意图；

图4B为真空成形塑料膜片成型后的膜片示意图；

图4C为软质隐形牙套的示意图；

图5A为附有附连装置的附连装置图文件示意图；

图5B为附有临床附连装置实体的牙齿示意图；

图6A为硬质模块的示意图；

图6B为雕刻完成的模块示意图；

图6C为中继牙套的示意图；

图7为本发明制作方法的流程图；

图8A为硬质隐形牙套上雕空的示意图；

图8B为硬质隐形牙套上设有实体牙位的示意图；及

图8C为短版牙套的示意图。

【附图标记说明】

10 牙齿

11 牙冠

12 牙根

13 珐琅质

14 牙根骨

15 牙龈肉

16 静脉

17 动脉

18 牙神经

19 牙根管

120 齿髓

121 齿槽骨

122 齿根模

123 韧带

20 上牙颚齿列

21 下牙颚齿列

22 上下牙颚齿列适切咬合态样

30 原始齿列图档

31 最终齿列图档

40 加热真空成形塑料膜片

41 实体牙模

42 膜片

43 软质隐形牙套

50 附连装置图文件

51 临床附连装置实体

60 PMMA模块

61 雕刻完成的模块

62 中继牙套

70 开孔

71 实体牙位

72 短版牙套

801～806 步骤

具体实施方式

为使本发明目的、技术内容与优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，并参照附图，对本发明所公开有关“一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法”的实施方式进一步详细说明。本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果，且本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外事先声明，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸进行描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

发明人凭借着多年来设计制造用于雕刻义齿、夜磨垫等牙科用品的 CNC多轴雕刻机的经验，以及在牙齿矫正医师的要求及指导下，选择用于雕刻义齿的PMMA硬质模块60(如图6A所示)为雕刻牙套的材料来雕刻牙套，经过多次制作、改良以及测试后，终于完成固持力强、摩擦力够的硬质隐形牙套(即，后续实施例中所称的中继牙套62)，且本发明的制作方法中不需使用3D打印技术先打印出实体牙模。

一般而言，不管是软式或硬式隐形牙套，都要先取得患者X光的全口照片(俗称pano片)用于判断牙齿的健康状况，不健康的牙齿要先治疗好，人造牙根的牙齿，如植牙就不能移动它。本发明中硬质隐形牙套的制造步骤比软式牙套的制造步骤，少了黏贴附连装置的繁琐动作，也不需先用3D 打印出所有的实体牙模，也不需要加热真空成形机来成形牙套，也不需多轴雕刻机来切除边材。现就本发明的制作方法，说明如下，请参阅图7所示：

步骤801，以3D扫描技术(例如：3D激光口扫器)扫描患者的齿列，以取得患者的上牙颚齿列20、下牙颚齿列21(如第2A图所示)以及上下牙颚齿列适切咬合22的数位图文件(如图2B所示)，以分别作为该患者的原始齿列图档30(如图3A所示)；

步骤802，以排牙软件读取各该原始齿列图档，以对各该原始齿列图档30进行排列成理想的最终齿列图档31(如图3B所示)；

步骤803，根据患者的年龄及齿颚状况，在该排牙软件上定义牙齿在每一阶段需要的位移量、旋转角度以及其它参数，经排牙软件演算后，即可获得多个从该原始齿列图档30到该最终齿列图档31之间的复数个步进齿列图档；

步骤804，以专用软件(如：CAD软件)在对应上、下齿列的各该步进齿列图档的牙齿表面上设定各面向的厚度，即形成各个中继牙套的壳状牙套图档；

步骤805，分别将一中继牙套的壳状牙套图文件以CAM软件转换成数字雕刻机可读取的数字控制指令(如：NC码)，将其传送入数字雕刻机的控制器，在数字雕刻机座上放入PMMA硬质模块60(如图6A所示)，令数字雕刻机进行牙套的雕刻，待雕刻完成，取出雕刻完成的模块61(如图6B 所示)，剪下牙套，经细加工修饰后，即完成一副中继牙套62(如图6C所示)；

步骤806，重复步骤805即可完成其它的中继牙套62，以形成硬质隐形牙套组。

上述步骤中所需的软件在市面上均可取得，在步骤801中所使用的3D 激光口扫器有：3shape公司的Trios，Sirona公司的Omnicam，Carestream 的CS3600等；在步骤802以及步骤803所使用的排牙软件有：3shape公司的Ortho Analyzer，INTEWARE的OrthoAnalysis，exocad公司的Ortho 等；在步骤804所使用的CAD软件有：3shape公司的OrthedoSystem， exocad公司的Dental CAD，INTEWARE公司的EZCAD，angelalign公司的iOtho等；在步骤805所使用的CAM软件有：CIMsystem公司的MillBox， Autodesk公司的Power Mill，INTEWARE公司的EZCAM等。

上述步骤中所用的多轴雕刻机为中国台湾的亚力士计算机机械股份有限公司所生产的临时假牙雕刻机，其精度为正负20μm。所用的PMMA硬质模块60为日本YAMAHACHIDENTAL MFG.，CO.在其大陆无锡工厂所制造，其硬度在邵氏硬度75～85之间，接近齿冠珐琅质的硬度，且具有韧性所以不会破裂成碎片。

综上所述，本发明的制作方法能具有后续特征与功效，首先，PMMA 是Poly(MethylMethAcrylate)的简称，中文叫聚甲基丙烯酸甲酯或简称有机玻璃，是长链的高分子聚合物，这种有机玻璃被子弹击穿后不会破成碎片，可用作防弹玻璃，它具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，属于医疗等级的材料，它是有弹性的硬，硬度不会退化可常保固持力(retain force)，拿来雕刻成硬质隐形牙套(中继牙套62)，可免除在牙齿上黏贴贴片的麻烦与不便。

其次，用雕刻法做硬质隐形牙套，其内面可以雕刻成粗糙面，使硬质隐形牙套对牙冠的摩擦力大幅增加，加上硬度够，使得硬质隐形牙套可以轻易地移动大臼齿，让全口的牙齿都可以获得矫正，不只使作为门面的门牙变得漂亮，还可让作为咀嚼食物用的臼齿完成正常的咬合，咬得够碎的食物不但可以减轻消化系统的负担，还可获得更好的消化与吸收，身体因而变得更健康。

再者，用雕刻法来制造硬质隐形牙套，则硬质隐形牙套的每一个位置跟牙模(牙套配戴者的对应牙齿部分之间的厚薄都可以在计算机软件(专用软件)上给予定义，雕刻机就依指令给与雕刻，因此硬质隐形牙套在每颗牙齿跟牙齿之间可以雕刻成鳍片状，前述鳍片在戴上硬质隐形牙套时会掐入牙齿跟牙齿之间，确保了牙套对牙齿的固持力而不容易脱落，同时因为整颗牙齿被更大的面积的硬质隐形牙套所包覆，使得硬质隐形牙套对每个牙冠的施力是面状的，且应力是均匀的，其结果造成牙根的移动跟牙冠的移动是平行的，如此一来整颗牙齿的移动是可预期的，依照牙齿生物力学，若施力不均匀，牙根与牙冠有可能呈反方向的移动，而造成牙根移出齿槽骨的危险。

由于在齿缝之间的鳍片保证了固持力，且因为选用PMMA模块60为硬质隐形牙套雕刻的材料，所以在硬质隐形牙套(中继牙套62)配戴期间，硬质隐形牙套的固持力不会退化，加上硬质隐形牙套粗糙的内面所造成的摩擦力，使每一硬质隐形牙套(即，中继牙套62)对牙齿的位移，包括大臼齿几乎都在预期之中，因此只需远程向牙医报告配戴的现况，若无异样即可自行依序定期更换牙套，使得牙齿在矫正期间并不需要去牙科门诊，这对偏乡的患者或常要远行出差及旅游的人来说特别方便。

此外，近期的研究指出小朋友在乳牙换成恒牙的混合齿列年龄，最适合矫正牙齿，当某颗恒牙长得特别快时，可以在该颗牙齿咬合面的硬质隐形牙套(中继牙套62)上雕空(即形成开孔70，如图8A的虚圈处所示)，以让牙齿无阻碍地自由成长，这是现有软式牙套在制造时难以办到的，这种在牙套接合面雕空的做法也适用在其他有需要的时候。另外，成年人在掉了某颗牙齿准备植牙以前，若齿列异常，最好先矫正牙齿，此时硬质隐形牙套(中继牙套62)可在该颗牙齿的位置(即，前述掉了牙齿的位置)上雕刻出一实体牙位71(如图8B的虚圈处所示)，让隔邻的两颗牙齿有支撑而不会往内倾斜，若没有该实体牙位71则会导致牙套(中继牙套62)对牙齿丧失矫正能力，这也是软式牙套在制造时很难办到。

若患者需要矫正的牙齿只有几颗，由于硬质隐形牙套的固持力与摩擦力都够强，所以如果附近的牙齿够牢固而能当作锚定牙时，则可只雕刻出短版牙套72，例如患者只需矫正下门牙，则可以只用小臼齿及虎牙来当矫正时的锚定牙，而将门牙及虎牙上方都雕空的短版牙套72(参照图8C))，意即，该短版牙套72不会完全对应到患者之上牙颚齿列或下牙颚齿列的全部牙齿颗数，而是会少于前述上牙颚齿列或下牙颚齿列的牙齿颗数，且该短版牙套72会让患者在配戴时更为舒适。

最后，用雕刻法做牙套，显然不需使用到3D打印的实体牙模，塑料热真空成型机也不必使用，且用一次就丢的大量实体牙模废弃物自然免除，而用PMMA雕刻下来的碎屑及边材因为没有化学作用而带来的材料变化，所以还可以回收再利用，因此没有环保问题。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，但本发明所主张的权利要求范围，并不局限于此，凡本领域内技术人员，依据本发明所揭露的技术内容，所作的任何可轻易想到的修改、等同替换、改进等，均应包含于本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种对齿列进行步进式矫正的硬质隐形牙套组的制作方法，其特征在于，包括下列步骤：

首先，利用3D扫描技术，取得一患者的上牙颚齿列、下牙颚齿列以及上下牙颚齿列适切咬合的数字图文件，以分别作为一原始齿列图档；

继而，通过一排牙软件读取各所述原始齿列图档，以分别排列出一最终齿列图档，并至少定义出牙齿在每一阶段所需要的位移量与旋转角度，之后，经该排牙软件演算后即可获得从各所述原始齿列图档到各所述最终齿列图档之间的多个步进齿列图档；

然后，再通过一专用软件来对各所述步进齿列图档及各所述最终齿列图档的牙齿表面分别定义其厚度，以分别取得一壳状牙套图档；及

最后，将各所述壳状牙套图文件分别转换成一数字控制指令，以控制一多轴雕刻机，使所述多轴雕刻机在高分子聚合物的硬质模块上雕刻出多个中继牙套，以形成一硬质隐形牙套组。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述高分子聚合物的硬质模块所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，至少一个中继牙套上的局部位置为雕空态样。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述中继牙套内留有至少一处实体牙位。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述中继牙套被雕刻成少于该患者上牙颚齿列或下牙颚齿列的牙齿颗数，以形成短版牙套。

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