CN115252177A - 自动治疗规划 - Google Patents
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Abstract
正畸和/或牙科治疗规划方法和装置。特别地，本文描述了生成多个潜在的治疗计划变型用于同时和交互地查看治疗计划变型的方法。可以对每个变型进行优化，以最佳地解决用户的治疗目标，并尽可能接近理想或目标最终位置。本文还描述了正畸和/或牙科治疗规划方法和装置，其允许用户实时地形成、修改和从多个不同的治疗计划中选择治疗计划。
Description
本申请是是中国申请号为2018800718780(对应于PCT国际申请号PCT/US2018/058791)、申请日为2018年11月1日、发明名称为“自动治疗规划”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年11月1日提交的(题为“REAL-TIME,INTERACTIVE DENTALTREATMENT PLANNING(实时交互式牙科治疗规划)”)序列号为62/580,432的美国临时专利申请、2017年11月1日提交的(题为“AUTOMATIC TREATMENT PLANNING(自动治疗规划)”)序列号为62/580,427的美国临时专利申请以及2018年6月29日提交的(题为“AUTOMATICTREATMENT PLANNING(自动治疗规划)”)序列号为62/692,551的美国临时专利申请的优先权，其每一个的全部内容通过引用的方式并入本文。
通过引用并入
本说明书中提到的所有出版物和专利申请都通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物或专利申请被具体和单独地指出通过引用并入。
技术领域
使用一系列患者可移动的器具来重新定位牙齿的正畸治疗的治疗规划(planning)。
背景技术
使用一系列患者可移动的器具(例如，“对齐器(aligner)”)的正畸和牙科治疗对于治疗患者，特别是对于治疗咬合不正(malocclusion)非常有用。通常，通过生成处于最终配置的患者牙齿的模型，然后将治疗计划分为与顺序佩戴的各个器具相对应的多个中间阶段(步骤)，与牙科专业人员(例如，牙医、正畸医生、牙科技术人员等)一起执行治疗规划。该过程可以是交互式的，基于对牙齿移动的限制以及牙科专业人员的偏好来调整分阶段(staging)以及在一些情况下调整最终的目标位置。一旦最终的治疗计划最终确定，就可以制造与治疗规划相对应的一系列的对齐器。
该治疗规划过程可以包括许多复杂的手动步骤，并且可能需要高水平的正畸规范知识。此外，由于步骤是连续执行的，因此该过程可能需要大量时间。手动步骤可能包括制备用于数字规划的模型、核查和修改建议的治疗计划(包括分阶段)和对齐器特征放置(包括放置在牙齿上或对齐器本身上的特征)。这些步骤可以在向牙科专业人员提供初始治疗计划之前执行，然后牙科专业人员可以进一步修改计划，并将其发送回去进行额外的处理以调整治疗计划，重复(迭代)此过程，直到完成最终治疗计划为止，然后将其提供给患者。
本文描述的方法和装置可以改善治疗规划，包括潜在地增加可以完成治疗计划的速度，以及为牙科专业人员提供更多的选择和控制，并允许改善患者在治疗规划过程中的参与。
发明内容
本文描述了正畸和/或牙科治疗规划方法和装置。特别地，本文描述了规划牙科和/或正畸治疗的方法。本文描述的任何方法和装置可以预先计算多个潜在的治疗计划变型，包括所有的分阶段以及各种可能的替代的最终构造，并且并行地显示它们。可以一次快速地生成大量这样的计划(例如，作为大型集合或阵列)，并且可以实时或近实时地对其进行核查。治疗计划可以包括多个不同阶段，在这些阶段期间，患者的牙齿从初始位置移动到最终位置；可以使牙科对齐器(例如，壳体对齐器)或其他正畸装置与每个阶段相对应，并以治疗计划限定的顺序进行佩戴，以将患者的牙齿从其初始位置移动到最终位置。
本文描述的方法和装置允许同时生成大量的治疗计划变型，其中每个变型被优化以最佳地解决牙科专业人员的(并且在一些情况下，患者的)治疗目标，以及尽可能地接近理想或目标最终位置。本文还描述了正畸和/或牙科治疗规划方法和装置，其允许牙科专业人员(例如，“用户”)和/或患者实时地形成、修改和从多个不同的治疗计划中选择治疗计划。
例如，牙科专业人员可以制作模型(例如，数字模型或扫描，和/或物理模型，随后可以将其数字化)，并将其发送到远程站点(例如，实验室)，在那里可以生成治疗计划的多个选项。可以将模型与以下一个或多个一同发送：特定于患者的来自牙科专业人员的治疗偏好、特定于具体牙科专业人员的治疗偏好(可以应用于与该牙科专业人员相关的所有患者)和/或应该使用什么临床产品(例如正畸产品)来移动患者的牙齿的指示。该数据可用作生成多个可选治疗计划的输入，将在下面更详细地描述。然后可以将所得的多个治疗计划(可以统称为治疗计划的阵列、治疗计划的集合、或治疗计划集或治疗计划变型)发送回到牙科专业人员，以由牙科专业人员和/或患者进行交互式展示、选择和/或修改。注意的是，每个治疗计划可以具有多个阶段，其中，在该治疗计划的每个阶段，对齐器可以被佩戴预定的时间段；替代地或另外地，在一些变型中，一个或多个阶段可以包括对患者牙齿的正畸/牙科操作(例如，牙齿移动、邻间去除(interproximal reduction)等)。
本文所述的方法和装置允许快速创建大量对于患者特定且定制的完整治疗计划，这些完整治疗计划阐述了用于有益地修改对象的牙列的正畸和/或牙科计划，具体地包括移动(例如，对齐、矫直等)患者牙齿和/或解决患者特有的正畸问题。传统上，仅向用户和/或患者提供单个正畸治疗计划，其中将患者的牙列从患者的初始牙齿位置修改为最终的牙齿位置，通常是患者牙齿的全面最终位置。通常，治疗计划可包括重新定位牙齿的一系列的患者可移动的器具，以及每个器具(“对齐器”)将被佩戴的持续时间的一些指示。在治疗计划的每个阶段，患者的一个或多个(或全部)牙齿可能相对于前一阶段移动，直到牙齿处于目标构造为止；一旦处于目标构造，则可选地，最终阶段可以是将目标配置维持一定的保持持续时间的保持器(或多个保持器)。可以使用任何数量的阶段。在一些变型中，治疗计划还可以指示在该阶段要执行的一个或多个牙科/正畸过程(例如，邻间去除、拔牙等)。
本文描述的可以包括治疗计划求解器的装置(例如，包括软件、固件和硬件的系统、设备等)以及方法可以快速生成多个不同的治疗计划，每个治疗计划是针对患者定制的。这些方法和装置在生成这些治疗计划时可以考虑牙科专业人员和/或患者的治疗偏好，和/或可用器具(对齐器)的类型和约束。可以生成其中这些参数中的一个或多个是不同的替代计划，从而允许大量替代计划之间的直接比较。通常，即使生成单个治疗计划也被证明是复杂且费时的。手动技术已用于治疗规划，并可能需要数小时或数天才能完成。自动化也被证明是困难的，尤其是在估计或预防在治疗期间的牙齿之间的碰撞时。本文描述的方法和装置可以提供极其快速和有效的方法来生成(并且在一些情况下同时或几乎同时生成)大量不同的并且在治疗上可行的治疗计划。可以在无需技术人员或牙科专业人员监督或只需很少的技术人员或牙科专业人员监督的情况下生成治疗计划。在本文所述的方法和装置的一些变型中，大于3个(例如，大于4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、125、150、175、200、250、300、350、400、500个等)完整的治疗计划，每个计划包括多个阶段以及相应的牙齿位置和/或器具(例如，对齐器)配置(在一些变型中，每个阶段的牙齿位置可用于生成牙齿器具)。
例如，本文描述了创建多个牙科/正畸治疗计划的自动方法以及用于执行它们的装置(例如，治疗计划求解器)。创建使用要在顺序阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来以对准患者的牙齿的治疗计划的多个变型的自动方法可以包括：(a)指定治疗偏好的集合和治疗细节的集合(治疗偏好和治疗细节可以自动或手动指定)；(b)基于指定的治疗偏好和治疗细节通过以下方式来自动确定治疗计划：在处理器中收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)患者牙齿的数字模型，由处理器访问治疗偏好的集合、患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合和患者牙齿的全面最终位置，从处理器可访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；组合多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；基于治疗偏好的集合，选择对单个数值函数的多个数值限制；使受到多个数值限制的单个数值函数最小化，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置；(c)将治疗计划添加到治疗计划的阵列；以及(d)修改一个或多个治疗细节或治疗偏好，并重复步骤(b)-(d)至少一次。该方法还可包括将识别治疗细节或治疗偏好的元数据添加到每个治疗计划，以使治疗计划的阵列包括识别元数据。元数据不需要指示所有治疗细节或治疗偏好信息，而可以仅包括其子集，例如仅与其他治疗计划不同的那些参数(例如，阶段的数量、IPR的使用，等等。)。
在本文描述的任何方法和装置中，使受到多个数值限制的单个数值函数最小化以得到包括形成治疗计划的所有阶段的解向量可以包括估计相邻牙齿之间的碰撞。因此，这些装置中的任何装置可以包括碰撞检测器，并且特别地，包括确定牙齿之间的碰撞(或分离，其为负碰撞)的幅度和/或速度的碰撞检测器。使用非常快速的碰撞检测/检测器可以提高本文所述的用于治疗规划的方法和装置的速度和效率；本文还更详细地描述了自动碰撞检测方法和系统(碰撞检测器)。
在一些变型中，该方法还可以包括对最终阶段的牙齿位置的自动分析，以确定实现的患者的咬合不正的矫正的量或水平。该治疗结果信息可以例如作为元数据被添加到治疗计划的阵列中。
本文还描述了用于生成或转换(translate)用户特定的治疗偏好的方法和装置。牙科专业人员(例如，用户)可以提供关于许多案例的治疗计划的评论、要求和反馈。本文描述的方法和装置可以将这些评论、请求和反馈解释为治疗偏好。例如，这些治疗偏好可以包括关于修改患者牙齿的偏好(例如，IPR，包括在哪个牙齿上进行IPR、在哪个治疗阶段进行IPR等)、附件的使用(使用/不使用、在哪里放置它们、何时使用它们)等。本文描述的方法和装置可以建立和使用这种用户特定的治疗偏好的数据库。随着用户执行其他案例，可以更新和修改该数据库。此外，如本文所述，可访问该数据库以生成治疗计划(或治疗计划的阵列)。
例如，用于为指定的牙科专业人员创建患者牙齿的正畸治疗计划的自动和定制的方法可以包括：在治疗计划优化引擎(例如，处理器)中，收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)特定于指定牙科专业人员的组合的治疗偏好的集合，其中该组合的治疗偏好的集合包括规则的第一集合和规则的第二集合，该规则的第一集合从来自指定的牙科专业人员的文本指令的集合转换为特定于指定的牙科专业人员的域特定的语言，其中，文本指令包括未编写脚本的指令，该规则的第二集合从来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合转换而来，其中脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；在治疗计划优化引擎中，接收患者牙齿的数字模型；以及利用治疗计划优化引擎使用组合的治疗偏好的集合和患者牙齿的数字模型生成患者牙齿的治疗计划。不同的治疗特性可以包括以下一个或多个：邻间去除(IRR)、拔除和对齐器附件。
来自指定牙科专业人员的脚本指令可以特定于患者的牙齿。文本指令可以特定于患者的牙齿，和/或文本指令可以由指定的牙科专业人员从多个不同的先前案例中提取。
文本指令可以包括关于例如邻间去除的分阶段和附件位置中的一个或多个的指令。任何其他治疗偏好都可以包括为文本指令。
通常，任何方法可以包括更新特定于指定牙科专业人员的域特定的语言，和/或将特定于特定牙科专业人员的域特定的语言存储在治疗计划优化引擎可访问的远程数据库中。这些方法中的任何方法可以包括自动生成特定于指定牙科专业人员的域特定的语言，或手动将文本指令转换为特定于指定牙科专业人员的域特定的语言。
这些方法中的任何方法可以包括对于治疗计划优化引擎的指定的牙科专业人员；例如，牙科专业人员可以由诸如姓名(姓、名等)、诊所名称、编号等的标识符(牙科专业人员标识符)来标识。本文所述的标识符可以唯一地识别牙科专业人员。
如本文中更详细地描述的，通常生成治疗计划包括确定患者牙齿的最终位置，以及基于组合的治疗偏好来确定牙齿移动的多个阶段中的每个阶段，其中，每个阶段包括牙科对齐器。
例如，本文描述了用于为指定的牙科专业人员创建患者牙齿的正畸治疗计划的自动和定制的方法，该方法包括：在处理器中接收来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合，其中，脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；在处理器中接收来自指定的牙科专业人员的文本指令的集合，其中，文本指令包括未编写脚本的指令；将文本指令的集合转换为特定于指定牙科专业人员的域特定的语言，其中，域特定的语言包括规则的第一集合；将脚本指令的集合转换为规则的第二集合；将规则的第一集合和规则的第二集合组合成组合的治疗偏好的集合；以及将组合的治疗偏好的集合传递到治疗计划优化引擎，其中，治疗计划优化引擎使用组合的治疗偏好来生成治疗计划。
这些方法中的任何方法还可以包括由处理器访问与指定的牙科专业人员相对应的域特定的语言的数据库。
本文描述的任何方法可以由被配置为和/或适于执行它们的装置来执行。例如，本文还描述了其上存储有计算机可执行指令的非暂时性计算机可读存储介质，该计算机可执行指令在由计算机执行时使计算机通过以下方式来自动创建针对指定的牙科专业人员定制的患者牙齿的正畸治疗计划：在治疗计划优化引擎中，接收特定于指定牙科专业人员的组合的治疗偏好的集合，其中，所述组合的治疗偏好的集合包括规则的第一集合和规则的第二集合，该规则的第一集合是从来自指定牙科专业人员的文本指令的集合转换成特定于指定牙科专业人员的域特定的语言，其中，文本指令包括未编写脚本的指令，该规则的第二集合从来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合转换而来，其中脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；在治疗计划优化引擎中，接收患者牙齿的数字模型；以及利用治疗计划优化引擎使用组合的治疗偏好的集合和患者牙齿的数字模型生成患者牙齿的治疗计划。
如上所述，本文还描述了用于自动检测和/或估计牙齿之间的碰撞的方法和装置(例如，包括软件的系统、装置等)。这些方法和装置可以提供牙齿之间的碰撞的幅度和/或速度的近似。碰撞的幅度和速度可以表示为向量或一个或多个标量值。速度可以是多个轴中的每个轴上的速度，例如三个平移轴(x，y，z)和三个旋转轴(俯仰、侧倾、横摆)。在一些变型中，可以确定所有相邻的牙齿对之间的碰撞的幅度和速度。碰撞的幅度可以是正的(例如，指示碰撞的深度)或负的(指示牙齿之间的间隔或间距)。
尽管本文描述的自动碰撞检测系统和方法作为用于生成治疗计划的自动方法的一部分(例如，作为治疗计划求解器的一部分)可以特别有用，但是它们不限于此。应当理解，本文所述的方法和装置也可以独立使用，或者可以作为可得益于两个或多个牙齿之间的碰撞的自动和快速检测的任何其他方法或装置的一部分而使用。
例如，自动确定相邻牙齿之间的碰撞的方法可以包括：通过自动包装多个3D形状以近似患者多个牙齿中的每个牙齿的表面，来形成每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有作为线段或封闭平面图形的芯，以及距该芯恒定半径的外表面；对于每个牙齿的表面的数字模型，形成包围多个3D形状的包围盒的层次结构；通过识别碰撞的包围盒并确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠来在碰撞检测器中测量当患者的多个牙齿处于牙齿位置的集合时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及输出与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度。
用于自动确定碰撞的任何方法还可以包括收集(例如，接收、下载、访问等)牙齿位置的集合。牙齿的位置可以对应于牙齿在空间中的位置。在一些变型中，可以将牙齿布置在坐标系(例如，x、y、z)中，使得理解牙齿的相对位置。
通常，在本文所述的用于自动确定碰撞的任何方法和装置(例如，碰撞检测器)中，患者牙齿的一个或多个表面可以填充有3D形状。如本文中所使用的，3D形状可以指具有芯和外部3D表面的形状，该芯是线或平面(包括闭合的平面)图形，该外部3D表面围绕该芯并从该芯延伸达设置的半径r。在一些变型中，3D形状是胶囊，其具有作为延伸一段长度L的线段的芯。3D形状的主体(胶囊主体)是细长的，但末端处是圆形的，具有半球形的末端。可以使用任何适当的3D形状或3D形状的组合。这些3D形状可以排除球体，球体通常在芯处有一个点，并在外半径处被表面围绕。当填充牙齿表面时，具有作为线或平面图形特别是形成具有线性和凸起外表面的形状的闭合平面图形(例如矩形、圆形等)的芯的3D形状可以比简单的球体工作得更好，牙齿表面在一些区域可以是凹的、凸的以及平的。
通常，当自动确定两个牙齿之间的碰撞时，可以将正被处理的两个牙齿中的每一个划分成部分，使得牙齿的仅彼此面向的部分的那些表面需要利用3D形状(例如胶囊)被填充/建模。在一些变型中，可以首先将牙齿分为两半，分为左半部分和右半部分，并且仅需要处理牙齿的彼此面向的那些侧。因此，形成每个牙齿的表面的数字模型可以包括分别形成每个牙齿的左侧和右侧。因此，测量相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度可以包括识别相邻牙齿的相邻的左侧和右侧之间的碰撞。
在本文描述的任何碰撞检测方法和装置中，形成每个牙齿的表面的数字表面可以包括自动包装多个3D形状以近似表面。在一些变型中，表面(和/或整个牙齿体积，或牙齿体积的一部分，例如左侧/右侧)可以通过用多个3D形状(例如胶囊)包装来建模，多个3D形状全部是相同的形状和大小，或者可以使用不同形状和/或不同大小的3D形状。在确定相邻牙齿之间的碰撞(和/或间距)的过程中，两个牙齿中每一个之间的封闭的胶囊可以通过包围盒确定，并且可以使用一种或多种数值方法来求解碰撞幅度(可以是重叠/碰撞以及可以是正值，或可以是间距以及负的碰撞幅度)。
因此，本文所述的用于碰撞检测的任何方法和装置还可以包括围绕形成第一牙齿表面的3D形状(例如胶囊)形成包围盒的层次结构，并且可以确定围绕形成与第一牙齿相邻的第二牙齿的表面的3D形状(例如，胶囊)的包围盒的第二层次结构。使用围绕形成表面的3D形状的包围盒的分层的层次结构，可以在计算上快速确定层次结构中的哪些包围盒重叠/碰撞以及哪些包围盒不重叠/不碰撞。在层次结构的最低层，每个包围盒包围单个3D形状，后续的每一层界定两个相邻的包围盒，直到最高层为止，该最高层界定围绕所有3D形状的所有包围盒。形成包围盒的层次结构可以包括例如形成这样的层次结构：在该层次结构中，层次结构的最低层的包围盒每个包围单个3D形状，层次结构的后续层每个包围相邻的包围盒或包围盒的组，并且层次结构的最高层包围围绕形成表面的3D形状的所有包围盒。在比较包围盒的层次结构时，比较可以从层次结构的顶部开始；如果每个相邻牙齿表面的顶层层次结构不碰撞，则层次结构中的任何包围盒都不碰撞。从最高层开始并沿层次结构分层向下，可以将第一层次结构的每个分支(例如，对应于第一牙齿表面)与第二层次结构的每个分支(例如，对应于第二牙齿表面)进行比较；在两个分支之间没有重叠(例如，碰撞，可以通过测量该层处包围盒之间的最短距离来检测)的任何层处，则无需检查进一步的较低层的分支。一旦达到最低层，则可以使用碰撞的包围盒中的3D形状来确定碰撞幅度和速度。
例如，可以通过确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间距或重叠以获得碰撞的幅度来测量相邻牙齿之间的碰撞的幅度。如刚刚提到的，测量相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度可以包括从包围盒的层次结构的顶层开始沿层向下进行到与每个相邻牙齿对应的包围盒的层次结构的最低层次结构，比较在两个相邻牙齿之间的每一层的分支，以便识别在包围盒的层次结构的最低层的碰撞的包围盒。一旦确定了碰撞的包围盒，就可以通过计算确定两个3D形状(例如胶囊)之间的最短距离(最大重叠)。
相邻牙齿之间的碰撞速度可以通过使一个或两个相互碰撞的牙齿相对于另一牙齿“抖动”来测量；例如，3D形状填充的牙齿之一(或牙齿的一部分)可以在空间轴(例如，x、y、z、俯仰、侧倾、横摆)的每一个中非常轻微地移动(例如，在0.001-0.0001英寸之间)，并确定每次顺序移动后碰撞的变化。例如，通过在第一牙齿的多个轴中的每一个上以小的预定量顺序地调整相邻牙齿的第一3D形状的位置，以及确定由包围盒界定的3D形状之间的间距或重叠中的变化，以获得对于相应轴的每一个的碰撞的速度。对于该轴，可以将每个变化之后的碰撞/间距幅度的变化表示为速度(可以将实现该变化的时间假定为设置值，例如1)。
速度可以表示为单个向量(例如，x、y、z方向)和/或旋转；在一些变型中，速度可以在每个轴上(三个空间轴和三个旋转轴)表示。替代地，在一些变型中，仅检查三个空间(或三个旋转)轴。可以例如通过输出对于三个空间轴和三个旋转轴的每一个的幅度和速度来输出得到的碰撞的幅度和速度。可以将输出(幅度、速度或幅度和速度两者)传递到治疗计划求解器，或者传递到碰撞检测器是其一部分的任何其他系统，和/或其可以被输出(例如，显示、存储、发送，等)供独立使用。
本文还描述了用于自动检测牙齿之间的碰撞的系统。这些系统可以被称为碰撞检测器，并且可以包括例如：一个或多个处理器；以及存储器，耦合到所述一个或多个处理器，存储器被配置为存储计算机程序指令，计算机程序指令在由一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法，该方法包括：通过自动包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，芯是线段或闭合平面图形，外表面具有距芯的恒定半径；对于每个牙齿的表面的数字模型，形成包围多个3D形状的包围盒的层次结构；通过识别碰撞包围盒并且确定由碰撞包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度：以及输出与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度。
如上所述，可以将这些检测碰撞的方法和/或碰撞检测器中的任何一种包括为用于自动创建患者的正畸治疗计划的系统或方法的一部分。例如，一种自动创建患者的正畸治疗计划的方法可以包括：通过包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，芯是线段或闭合平面图形，外表面具有距芯的恒定半径；对于患者多个牙齿中的每个牙齿的表面，形成包围多个3D形状的包围盒的层次结构；将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；通过识别碰撞包围盒并且确定由碰撞包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度传递到治疗计划求解器；以及从治疗计划求解器输出一个或多个正畸治疗计划，该一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列的牙科器具。
一种自动创建患者的正畸治疗计划的方法可以包括：收集患者多个牙齿的数字模型，其中，数字模型的每个牙齿都被划分；自动包装多个3D形状以近似数字模型的每个牙齿的表面，其中，每个3D形状具有芯和外表面，芯是线段或闭合平面图形，外表面具有距芯的恒定半径；对于数字模型的每个牙齿的表面，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构，其中，对于数字模型的每个牙齿的表面，层次结构的最低层的包围盒的每一个包围单个3D形状，层次结构的后续层的每一个包围相邻的包围盒或包围盒的组，层次结构的最高层包围围绕形成表面的3D形状的所有包围盒；将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；通过以下方式在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度：识别相邻牙齿的每一个的层次结构的最低层处的碰撞包围盒，确定由碰撞包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠以获得碰撞的幅度，以及在相邻牙齿中的第一牙齿的多个轴中的每一个上以小的预定量顺序地调整第一牙齿的位置并确定由包围盒界定的3D形状之间的间距或重叠中的变化，以获得对于相应轴的每一个的碰撞的速度；以及将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度输出到求解器；从求解器输出一个或多个正畸治疗计划，该一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列的牙科器具。
一种用于自动创建患者的正畸治疗计划的系统可以包括：一个或多个处理器；治疗计划求解器，运行在所述一个或多个处理器上；碰撞检测器，运行在所述一个或多个处理器上；以及存储器，耦合到所述一个或多个处理器，所述存储器被配置为存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在由所述一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法，所述方法包括：通过包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，芯是线段或闭合平面图形，外表面具有距芯的恒定半径；对于患者多个牙齿中的每个牙齿的表面，形成包围多个3D形状的包围盒的层次结构；将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；通过识别碰撞包围盒并且确定由碰撞包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度传递到治疗计划求解器；以及从治疗计划求解器输出一个或多个正畸治疗计划，该一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列的牙科器具。
在任何这些方法和系统中，可以重复地(包括迭代地)调用碰撞检测器。例如，在这些方法和装置中的任何一种中，在输出所述一个或多个治疗计划之前，将患者多个牙齿的牙齿位置的集合传递到碰撞检测器、测量相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度以及传递碰撞的幅度和速度的步骤对于牙齿位置的多个不同的集合重复进行，其中，治疗计划求解器生成牙齿位置的不同的集合。
在本文所述的生成治疗计划的任何方法和系统中，治疗计划求解器可以在最小化受到多个数值限制的数值函数的同时生成牙齿位置的不同的集合，以获得包括该一个或多个正畸治疗计划的所有阶段的解向量。
本文还描述了用于从大量替代治疗计划中实时地快速查看和选择治疗计划的方法和装置，替代治疗计划包括具有不同特征、持续时间和患者牙列的最终终点(endpoint)的计划。一旦选择/批准，包括所有分阶段信息的所选择的治疗计划可以被发送用于制造并交付给牙科专业人员和/或患者。特别地，本文描述的方法和装置可以允许呈现具有不同治疗时间(例如阶段)和成本的各种治疗计划。
治疗计划的阵列可以包括并行且实时地呈现给用户(例如，牙科专业人员，或在一些情况下，患者)的治疗计划的替代变型。如所提及的，治疗计划变型可以包括各种不同的阶段，其中，每个阶段对应于要佩戴(例如，达预定的时间段，例如一天、一周、两周等)的不同的对齐器。用户可以在视频装置(计算机、平板电脑、智能手机等)上显示不同变型的并排视图以进行实时比较，和/或可以在不同的变型之间切换。显示可以示出预计从治疗得到的牙齿的最终位置，和/或可以允许用户查看所有不同阶段(包括动画)。用户可以使用一个或多个控件(例如按钮、滑块、选项卡等)，这些控件可以在显示上以在治疗计划之间切换，包括应用“过滤器”以示出具有或不具有特定牙齿修改(例如，邻间去除、拔牙和对齐器附件等)的变型。或者，控件可以不在显示上(例如，在键盘、鼠标、轨迹球等上)。
如本文中所使用的，治疗计划的阵列可以指一组治疗计划。治疗计划的阵列可以是未排序的或排序的，和/或可以是单个数据结构的一部分，或者可以在单独的数据结构中维护各个治疗计划。
这些方法和装置还可允许用户修改任何治疗计划。用户做出的许多修改可以包括已经预先计算并包括在治疗计划的阵列中的治疗计划的变型，因此可以通过在不同的治疗计划变型之间进行切换来实时进行修改。修改可以改变治疗的一种或多种特性，并因此改变治疗计划。如果修改超出了治疗计划的阵列中包括的变化，则可以通知用户，并且可以将修改后的治疗计划发送回远程站点，以重新计算多个治疗计划(或添加新的治疗计划到阵列)以并入这些变化，并且可以以包括用户要求的修改的新的或扩大的治疗计划变型的阵列继续形成和/或制作治疗计划的交互方法。
在本文描述的任何方法的开始处，牙科专业人员可以提供输入，包括患者特定的偏好或特定于牙科专业人员的偏好(其可以应用于该牙科专业人员的所有患者)。这样的偏好可以包括牙齿移动限制(例如，指示哪些牙齿不应作为治疗的一部分而移动)、是否应使用邻间去除(IPR)和/或如何、治疗期间何时或哪里进行IPR、是否应使用附件、如果使用附件应该放在哪里(例如，哪个牙齿上)，等等。在一些变型中，该方法或装置可能只需要牙科专业人员的姓名，以便调用牙科专业人员特定的偏好的预定的集合(例如，查找牙科专业人员的预定偏好)。牙科专业人员和/或患者还可以指定要使用哪种牙科/正畸产品(例如，要使用哪种类型的正畸产品)，这可能与影响治疗的特性相对应，包括要使用的阶段的数量、牙齿移动的速度等。如同牙科专业人员特定的偏好一样，该方法或装置可以包括存储器，该存储器存储特定于每种牙科产品的特性的数据库(例如，查找表)。
在这些方法和装置中的任何一种中，另一个输入通常是患者牙齿的数字模型。患者牙齿的数字模型以及任何用户的患者特定的或用户特定的偏好和/或要使用的牙科产品都可以用作输入(例如，发送到远程站点)以生成治疗计划的阵列。生成治疗计划的过程可以是自动的，并且可以是快速的(例如，在几秒钟、几分钟或几小时之内)。生成的每个治疗计划可包括最终位置、分阶段(例如，牙齿移动方向以及与每个阶段相关的速度的描述)和(可选地)放置在每个牙齿上的对齐器特征的集合，以提高治疗的可预测性并确保牙齿移动发生。在生成这些治疗计划中的每一个时，可以确定牙齿的最终位置，以便解决患者的全部或部分临床状况(例如，咬合不正)，例如拥挤、咬合问题等，和/或可以尽可能近地接近患者牙齿可以实现的理想牙齿位置。阵列中的每个治疗计划可以特定于特性的集合，该特性的集合与治疗计划相关，并用于预先计算治疗计划。例如，可以使用特定的治疗特性(“特性”)的集合生成每个治疗计划。特性可以指患者牙齿的修改。例如，对于以下情况可以预先计算治疗计划：特定数量的治疗阶段/治疗时间、牙齿上使用或不使用附件、在具体位置处使用附件、使用具体类型的附件、使用或不使用IPR、在特定牙齿子集上使用IPR、在特定阶段使用IPR、使用或不使用拔牙等，包括这些特性的所有可能组合。每个治疗计划特定于患者，并且可以使用本文描述的任何技术针对每个特性的集合独立生成。因此，每个治疗计划可以是唯一的，并且可以在任何不同阶段具有不同的牙齿位置，并且重要的是，可以具有不同的最终阶段。尽管治疗计划对于一些阶段可能具有一些大致相似或几乎相同的牙齿位置，但它们通常彼此独立地生成。由于这个原因，这些治疗计划可以称为部分治疗计划，因为治疗计划的最终位置，尤其是其中最大阶段数量(以及因此治疗持续时间)可能与解决几乎所有患者的正畸问题的全面治疗计划不一样的那些治疗计划；而是，部分治疗计划可以部分地解决正畸问题，或者可以仅解决或部分解决这些正畸问题中的一些。
治疗计划的集合(例如，阵列)可以包括不同治疗计划变型的矩阵。例如，各种治疗计划可以包括具有不同治疗时间(例如，阶段数量，对应于治疗中的对齐器的数目)的变型，并且对于每个不同的治疗时间，可以优化最终位置以解决治疗目标以及尽可能近地接近理想或目标最终位置其中之一或这两者。该治疗计划的阵列还可以包括作为具有不同治疗号的每个计划的变型的治疗计划，其中包括一种或多种特定治疗特性(包括对患者牙齿的修改)(例如，使用或不使用IPR、有或没有拔牙等)。
本文描述的方法和装置可以包括提供用于治疗规划的简单界面的显示。用户可以利用作为控件(按钮等)提供的工具的集合来修改任何计划，这些控件可以出现在屏幕或任何其他输入上。用户可以在已经在治疗计划的阵列中的不同的预先计算的完整治疗计划之间进行切换(例如，通过应用打开/关闭过滤器来显示变型，例如，带有/不带IPR、带有/不带有拔除、带有/不带有附件、哪些附件放在哪些牙齿上、哪些牙齿使用IPR、改变牙齿之间的间距、将调平策略从“切缘对齐”改变为“牙龈缘对齐”等)。如所提及的，在一些情况下，进行治疗计划的阵列中的预先计算的治疗计划变型未涵盖的修改可能导致该方法或装置触发生成新的治疗计划，该新的治疗计划取代或添加到现有的治疗计划的阵列并包括新的修改。在这些方法和装置中的任何一种中，可以以确保由基于治疗计划制造对齐器而无需人工干预的能力限定的计划的可制造性的方式来生成治疗计划。另外，可以生成本文所述的所有治疗计划，以免恶化任何正畸问题(例如，咬合不正)。
例如，本文描述了用于治疗规划的装置(例如，系统)和方法，其提供与用户(和/或对象)的交互式治疗规划。通常，该装置和方法可以提供多个预先计算的完整治疗计划，其中至少一些计划具有不同数量的阶段(例如，不同的完成时间，其中，每个阶段是可佩戴预定并且连续的时间量的对齐器)，并且许多(如果不是全部)治疗计划可能具有不同的最终牙齿位置，其解决部分或全部治疗目标。可以对计划进行注释以包括对治疗计划的描述，该描述可以指示阶段的数量，存在/不存在的选项以及满足的治疗目标、改善的治疗目标或原样留下的治疗目标。如本文所述，这些方法和装置可以考虑牙科专业人员的偏好以便最大化所提出的治疗计划。例如，可以选择从治疗计划的阵列中最初呈现的治疗计划，以使其具有更高的被牙科专业人员(用户)接受的可能性，而无需附加的修改。例如，当生成治疗计划时，用户对特定患者的治疗的偏好(其可以基于用户提供的问卷和/或注释，如下面将更详细讨论的，和/或基于治疗目标、治疗目标的权重等)和/或可以应用于用户的所有患者的一般用户偏好(例如，标准用户做法等)可以与患者牙齿的模型(以及一些变型中，要使用的产品和/或要使用的产品的特性)一起使用以生成形成阵列的治疗计划的集合。因此，每个阵列可以针对每个个体用户(例如牙科专业人员)定制并且特定于患者。另外，该方法和装置可以基于预定或设置的用户偏好来选择最初呈现哪些治疗计划。
本文描述了用于显示和选择具有不同终点和治疗阶段数量的多个治疗计划的方法和装置。例如，制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法可以包括：收集(例如，从远程站点或本地站点接收、形成、汇集、下载和/或访问，并且可以例如在要由用户访问的处理器中收集)特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，其中，治疗计划的阵列包括具有不同的治疗特性的两个或更多个治疗计划；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像；基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间实时切换；以及在用户已经选择了屏幕上显示的治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
本文描述的方法和装置可以指向远程站点发送和/或从远程站点接收，从该远程站点可以生成特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，远程站点可以远离用户，并且可以经由网络(例如，云)服务器等进行访问。在一些变型中，治疗计划是在本地生成的，例如在用户计算机/处理器上运行的软件上生成，该用户计算机/处理器是包含用于执行交互式治疗计划(包括接收治疗计划的阵列)的指令(例如，代码)的同一处理器。
如所提及的，阵列中的每个治疗计划可以描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段。治疗计划可以包括患者牙齿的最终位置、患者牙齿移动的分阶段(例如，牙齿移动方向以及与每个阶段相关的速度的描述，其可以是关键帧，显示牙齿随治疗的相对移动)以及每个牙齿上放置的对齐器特征的集合以提高治疗的可预测性并确保发生牙齿移动。治疗计划还可以包括有关阶段数量、存在/不存在牙齿修改、对患者治疗目标的影响等的元数据(例如注释)。
如本文中所使用的，短语“实时”可以指立即(或对立即或同时发生的感知)响应，例如，在几毫秒之内的响应，使得当被用户观察到时，其实际上是立即可用的。接近实时可以指在几秒钟到几分钟内的同时发生。
用于显示并与用户交互的屏幕可以是任何适当的屏幕或监视器，包括触摸屏和非触摸屏。该屏幕可以是膝上型计算机、台式计算机或其他计算机(包括手持式(例如，智能电话、平板电脑等))的屏幕的一部分。屏幕可以包括平板显示器以及其他显示器，包括虚拟现实(例如，眼镜、护目镜等)和投影(例如，表面投影)。
可用于生成各种治疗计划的不同治疗特性可以包括以下一个或多个：邻间去除(IRR)/改变牙齿之间的间隔距离、拔除和对齐器附件(一个或多个，在各个位置处)、将调平策略从“切缘对准”改变为“牙龈缘对准”等。
如以下将更详细描述的，本文描述的任何方法可包括生成多个治疗计划，诸如生成包括不同治疗特性的变型的完整治疗计划的阵列。这些治疗计划可以是预先计算的。治疗计划的阵列中可以包括任何数量的治疗计划，通常为3个或更多(例如4个或更多、5个或更多、6个或更多、7个或更多、8个或更多、9个或更多、10个或更多、11个或更多、12个或更多、13个或更多、14个或更多、15个或更多、16个或更多、17个或更多、18个或更多、19个或更多、20个或更多、22个或更多、24个或更多、26个或更多、28个或更多、30个或更多、35个或更多、40个或更多、45个或更多、50个或更多、55个或更多、60个或更多、65个或更多、70个或更多、80个或更多、90个或更多、100个或更多、110个或更多、120个或更多，等等)。实际上，这些方法中的任何一种可以包括将患者的牙齿模型发送到持有治疗计划生成器的远程站点，该治疗计划生成器可以称为治疗计划优化引擎或治疗计划优化生成器。治疗计划生成器可以例如作为处理器或其他系统的一部分位于远程站点。因此，这些方法中的任何一种可以包括在远程站点处生成特定于患者牙齿的治疗计划的阵列。患者牙齿的模型(上牙弓、下牙弓或上牙弓和下牙弓)可以发送到远程站点，并可以在那里作为数字文件被接收，或者其可以在远程站点处被数字化。远程站点可能是牙科实验室。另外，用户可以发送牙齿移动处方信息列表(例如，患者特定的治疗偏好)，其中，牙齿移动处方信息列表包括牙齿移动限制、内收限制(retraction limitation)、邻间去除限制。在这些变型的任何一个中，远程站点也可以接收用户身份并且可以查找存储的(例如，在数据库中存储的)用户特定的偏好，该用户特定的偏好可以应用在与该用户相关联的任何案例(例如，用户特定的治疗偏好)中。用户还可以(可选地)发送治疗细节或对治疗细节的集合的参考，治疗细节包括特定于要使用的一种或多种类型的牙科/正畸产品的产品细节，如果未被包括，则可以默认设置。例如，用户可以将诸如“OrthoGO”之类的特定牙科/正畸治疗计划的名称或指示符作为输入发送到治疗计划生成器。然后治疗计划生成器可以使用该名称或指示符从可访问的或包括在治疗计划生成器中的存储器查找特定于该治疗计划的细节，例如对齐器的最大数量(例如，最大治疗持续时间)等。
可以向用户显示一个或更优选地多个治疗计划以供其查看(实时或近实时)。在显示治疗计划时，可以向用户显示治疗计划的最终阶段(显示患者牙齿的最终位置，如通过治疗计划所实现的)，和/或显示关于治疗计划的元数据(例如，阶段的数量、已处理/未处理的组件等)。显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像可以包括同时显示具有不同数量的顺序的阶段的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像。可以并排显示治疗计划以进行比较。在一些变型中，用户可以在显示不同治疗计划(例如，具有或不具有IPR的计划等)的“过滤器”或开关之间切换。因为治疗计划已经被预先计算并且在阵列中，所以它们可以实时显示，并且用户可以轻松地在不同版本之间切换，从而允许用户为患者挑选最佳治疗。
如所提及的，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段出的牙齿的图像之间切换可以是基于屏幕上一个或多个用户选择的(可选的)控件，例如，当用户改变屏幕上的一个或多个用户选择的控件时，切换具有第一数量的顺序的阶段的治疗计划与具有相同数量的顺序的阶段但具有不同的治疗特性的治疗计划。
例如，不同的过滤器/开关可以在显示一个或多个牙齿/治疗修改的治疗计划之间切换。实际上，可以使用任何修改，包括例如以下一个或多个：拔除(一个或多个牙齿)、调整牙齿覆盖、调整覆咬合(overbite)、调整交叉咬合、邻间去除(IPR)、包括牙齿上的一个或多个对齐器附件、以及前到后(A-P)矫正。这些过滤器可以对应于治疗偏好。
本文所述的方法和装置可包括一个或多个工具，允许用户修改一个或多个治疗计划。工具可以是用于修改由治疗计划显示的牙齿的显示的显示工具(例如，允许旋转、剖切等)，或者它们可以修改治疗计划本身，例如，修改治疗计划的最终阶段(或任何中间阶段)中的牙齿的位置和/或朝向。工具可以包括在牙齿上添加/去除附件。工具可包括从一个/多个牙齿侧面去除(例如减少)材料，和/或去除(例如，拔除)牙齿。
这些方法中的任何一种可以包括将修改后的一个或多个治疗计划发送到治疗计划优化生成器(例如，治疗计划优化生成器所在的远程站点)，以基于一个或多个治疗计划的修改来重新计算治疗计划的阵列。
这些方法中的任何一种还可以允许用户遍历整个治疗计划，作为关键帧显示和/或作为每个阶段的用户牙齿的模型(例如，3D模型或投影)的更直观的显示。因此，这些方法中的任何一种可以包括当用户选择阶段选择控件时在屏幕上显示多个顺序的阶段(例如，每个阶段的牙齿的图像)。这些显示可以是动画，显示牙齿的移动。
本文描述的任何方法和装置可以允许用户从较大的治疗计划的阵列(集合)中选择治疗计划的子集。该子集可用于呈现给患者，如下所述(例如，在“咨询模式”下)或用于进一步的修改或完善，包括用于并排比较。在一些变型中，该方法或装置可以基于预定的用户偏好来自动选择一个或多个治疗计划以显示给用户。例如，这些方法和装置中的任何一个可以包括基于用户偏好从治疗计划的阵列中选择治疗计划的子集用于显示。
如上所述，可以通过打开/关闭一个或多个“过滤器”或切换件(toggle)来在治疗计划之间切换显示。例如，这些方法和装置中的任何一个可以被配置为当用户选择过滤器控件时过滤来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的最终阶段处的牙齿的显示的图像中的一个或多个。
例如，制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法可以包括：将患者牙齿的模型发送到远程站点；将牙齿移动处方信息列表发送到远程站点；从远程站点收集(例如，接收、汇集、下载和/或访问)特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，其中，对于每种数量的顺序的阶段，阵列包括具有相同数量的顺序的阶段但不同的治疗特性的两个或更多个治疗计划；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像；基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间实时切换；以及在用户已经选择了屏幕上显示的治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
本文描述的任何方法可以由配置为执行方法步骤的装置来执行。特别地，本文描述了被配置为执行指令(代码)以控制具有处理器、显示器、输入等的装置以交互地允许用户设计和制造用于矫正患者牙齿的咬合不正的一系列对齐器的装置(例如系统)。这些装置中的任何一个可以被配置为非暂时性计算机可读介质(例如，软件、固件、硬件或其某种组合)，其包括用于控制如本文所述的装置的指令，并且可以是系统或子系统的一部分。
例如，本文描述了包含程序指令的非暂时性计算机可读介质，该程序指令用于使计算机：从远程站点接收特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，中，治疗计划的阵列包括具有不同的治疗特性的两个或更多个治疗计划；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像；基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间实时切换；以及在用户已经选择了屏幕上显示的治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。本文还描述了系统，其包括被配置为执行程序指令的一个或多个处理器。这些系统在本文中可以称为治疗计划比较器(或交互式实时治疗计划比较器)，并且可以可选地或附加地包括一个或多个显示器、一个或多个用户可选控件以及一个或多个通信电路(例如，通信模块，例如无线电路等)。
在不同治疗计划之间可以改变的不同治疗特性可以包括治疗偏好，诸如以下中的一个或多个：允许或限制邻间去除(IRR)、允许或限制拔除、以及允许或限制对齐器附件(例如，耦合到对齐器的牙齿上的附件)。程序指令还可以被配置为将患者牙齿的模型发送到远程站点。程序指令还可以被配置为在远程站点处生成特定于患者牙齿的治疗计划的阵列。
程序指令可以被配置为发送牙齿移动处方信息列表(例如，发送到包含治疗计划优化生成器的远程站点)，其中，牙齿移动处方信息列表包括牙齿移动限制、内收限制、邻间去除限制。
程序指令可以被配置为通过同时显示具有不同数量的顺序的阶段的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像来显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像。
程序指令可以被配置为通过基于屏幕上一个或多个用户选择的控件切换具有第一数量的顺序的阶段的治疗计划与具有相同数量的顺序的阶段但具有不同的治疗特性的治疗计划来基于屏幕上一个或多个用户选择的控件在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间切换。不同的治疗特性可以包括以下一个或多个：拔除、覆盖、覆咬合、交叉咬合、邻间去除、附件、以及前到后(A-P)矫正。程序指令还可以被配置为提供允许用户修改一个或多个治疗计划的一个或多个工具。
程序指令还可以被配置为将修改的一个或多个治疗计划发送到远程站点，以基于一个或多个治疗计划的修改来重新计算治疗计划的阵列。程序指令还可以被配置为当用户选择阶段选择控件时，在屏幕上显示多个顺序的阶段。阶段选择控件可以允许用户实时动态地查看不同阶段(例如，每个阶段中牙齿的位置)。
程序指令还可以被配置为基于用户偏好，从治疗计划的阵列选择治疗计划的子集用于显示。程序指令还可以被配置为当用户选择过滤器控件时，过滤来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的最终阶段处的牙齿的显示的图像中的一个或多个。
如所提及的，这些方法和装置中的任何一种可以包括咨询模式，该咨询模式向患者或医师呈现多个治疗计划，包括具有不同阶段数量和不同最终牙齿位置的治疗计划。用户(例如，牙科专业人员)可以选择这些显示的治疗计划作为阵列中的治疗计划的子集。所显示的治疗计划(以及关于它们的任何相应的元数据)可以顺序地或同时地(例如，并排)显示以供患者查看。还可以显示与每个治疗计划相对应的价格信息，以及允许患者(和/或用户)查看最终牙齿位置并允许用户选择所需结果的图形显示。可以将具有不同阶段数量和不同最终牙齿位置的多个治疗计划呈现给患者，并且患者(由他们本人或咨询牙科专业人员)可以决定选择哪种治疗计划。
一旦选择了治疗计划，就可以将其用于生成一系列对齐器。例如，治疗计划可以被发送到可以直接打印(例如，通过3D打印)系列中的每个对齐器的制造设施，或者治疗计划可用于生成在用于形成对齐器(例如，通过热成型)的每个阶段处的患者牙齿的阳模。
因此，在咨询模式下，为患者呈现具有不同的阶段数量的多个治疗计划，并允许其选择要制造和使用哪个治疗计划。
例如，制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法可以包括咨询模式。例如，该方法可以包括：在处理器中收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，其中，治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段是不同的；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的最终阶段处的牙齿的图像；由用户使用屏幕上的一个或多个控件从治疗计划的子集中选择两个或更多个治疗计划；以及向患者显示来自治疗计划的子集的两个或更多个治疗计划；以及在患者已经选择了治疗计划中的所选治疗计划后，发送两个或多个治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
如所述，这些方法中的任何一种可以包括将患者牙齿的模型发送到远程站点(例如，治疗计划优化生成器的位置)。显示两个或更多个治疗计划可以包括显示注释，该注释描述与患者牙齿的模型相比，该两个或更多个治疗计划中的每一个的最终阶段的变化。注释(可以是有关治疗计划的“元数据”)可以包括以下一个或多个：咬合不正的改变、患者咬合的改变以及上和/或下拥挤的改变。
向患者显示来自治疗计划的子集的两个或更多个治疗计划可以包括显示顺序的阶段的数量。
这些方法中的任何一种可以包括基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，实时切换不同的治疗计划的子集的最终阶段处的牙齿的图像中的一个或多个与来自治疗计划的阵列的一个或多个其他的治疗计划的最终阶段的图像。来自治疗计划的子集的两个或更多个治疗计划可以包括具有不同数量的顺序的阶段的两个或更多个治疗计划。
例如，制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法可以包括：将患者牙齿的模型发送到远程站点；从远程站点收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，其中，治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段是不同的；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的第一子集的最终阶段处的牙齿的图像；由用户使用屏幕上的一个或多个控件从治疗计划的第一子集中选择两个或更多个治疗计划；以及向患者显示该两个或更多个治疗计划以及描述与患者牙齿的模型相比该两个或更多个治疗计划中的每一个的最终阶段的变化的注释；以及在患者已经选择了治疗计划中的所选治疗计划后，发送该两个或多个治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
本文还描述了包含程序指令的非暂时性计算机可读介质，该程序指令用于使计算机：在处理器中接收特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，阵列中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，进一步地，其中，治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段是不同的；在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的治疗计划的第一子集的最终阶段处的牙齿的图像；由用户使用屏幕上的一个或多个控件从治疗计划的第一子集中选择两个或更多个治疗计划；以及向患者显示该两个或更多个治疗计划；以及在患者已经选择了治疗计划中的所选治疗计划后，发送该两个或多个治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
一般性地，本文描述的方法和装置提供交互式治疗规划，并且可以向用户(例如，牙科专业人员)呈现多个、完整的和预先计算的治疗计划，并允许用户在不同的预先计算的治疗计划的视图之间切换以及修改一个或多个治疗计划。本文所述的系统和方法还可允许医生改变最终位置并实时重新计算新的最终位置，而无需将其发送给技术人员
本文还描述了用于创建一个或多个(例如，阵列)治疗计划以对齐、包括部分地对齐患者牙齿的方法和装置(例如，非暂时性计算机可读介质，其包含用于使计算机执行步骤的程序指令)。
例如，本文描述了创建治疗计划以使用要在顺序的阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来对准患者牙齿的自动方法，该方法包括：在处理器中收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)：患者牙齿的数字模型、治疗偏好的集合和/或者对治疗偏好的集合的参考、患者牙齿的全面最终位置以及(可选地)治疗细节的集合或者识别治疗细节的集合的标识符；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，从处理器可访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标和约束；组合多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合和患者牙齿的全面最终位置，选择对治疗约束函数的多个数值限制；受到对数值治疗约束的多个限制，最小化单个数值评价函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
一般性地，治疗细节可以指产品限定，其可以是由要用于治疗的对齐器产品的特性设置的参数，例如，阶段的数量、牙齿移动的速度等。治疗偏好可以指牙科医生的治疗偏好(例如，哪些牙齿不移动，等等)，并且可以是特定于患者的，或者可以是特定于用户的并且可以应用于该用户的所有患者。因此，治疗细节可包括关于可用于实现治疗的产品的细节，包括对齐器的数量和类型，以及对齐器本身的任何特性。在一些变型中，治疗细节不单独提供给该方法或装置，而是在生成一个或多个治疗计划时可用(例如，作为默认)。该方法或装置可以默认与单个牙科/正畸产品相对应的治疗细节的单个集合，或者可以从具有指定特性的预定产品列表中选择。备选地，用户可以提供特定于具体的一个或多个产品的细节，形成治疗细节。注意，当要生成多个不同的治疗计划时，形成治疗计划的阵列，可以使用与不同的牙齿/正畸产品相对应的治疗细节的各种集合来生成不同的变型。
本文详细描述了治疗偏好的示例。例如，治疗偏好可包括以下一个或多个：哪些牙齿不允许移动的指示符、哪些牙齿不应具有附件的指示、哪些牙齿要治疗的指示符、牙齿类别矫正量的指示符、要使用邻间去除的指示符、要使用牙弓扩张的指示符、牙齿之间的间距的指示符、牙齿调平的指示符。识别治疗细节的标识符可以识别具有处理器可访问的治疗细节的限定的集合的产品。
下面还提供了治疗细节的示例(对应于可以使用的不同产品的特性)，但是可以包括以下一个或多个：最大允许的阶段数量、是否允许对于患者牙齿的附件、最大允许的牙根移动、最大允许的牙冠移动和最大允许的牙齿旋转。
组合数值表示的治疗目标可以意味着：在单个数值函数中对数值表示的治疗目标的每一个进行加权。权重因子可用于多个数值表示的治疗目标的任一个；可以将不同的权重因子用于数值表示的治疗目标的每一个或子集。加权因子可以根据经验设置或可以由装置调整。
对于牙齿的集合，单个数值函数可以包括至少以下各项的和：与患者牙齿的全面最终位置相比牙齿位置的差、牙齿在x方向上的未对齐的量度、牙齿在z方向上未对齐的量度、牙齿的牙弓的未对齐的量度、相邻牙齿之间的间隙的量度、牙齿的覆盖的量度、牙齿的覆咬合的量度、牙齿之间的碰撞的量度、牙齿的牙弓和患者牙齿的全面最终位置之间的差的量度、牙齿与患者牙齿的全面最终位置之间的调平的差的量度、患者的上颌与下颌的牙齿之间的咬合量的量度、牙齿与患者牙齿的全面最终位置之间的咬合量的差的量度、牙齿的近中至远中往返的量的量度、牙齿的颊至舌往返的量的量度以及与来自治疗细节的集合的对齐器阶段的目标数量相比对齐器阶段的数量的量度。例如，对于牙齿的集合，单个数值函数可以包括至少以下各项的和：与患者牙齿的全面最终位置相比牙齿位置的差、牙齿的未对齐的量度、以及与来自治疗细节的集合的对齐器阶段的目标数量相比对齐器阶段的数量的量度。
本文所述的方法还可包括基于以下将多个数值表示的治疗目标调整成多个调整后的数值表示的治疗目标：治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，进一步地，其中，组合多个数值表示的治疗目标包括组合多个调整后的数值表示的治疗目标。
多个数值限制可以包括以下一个或多个：牙齿移动的最大速度、牙齿之间的最大碰撞量、牙齿移动限制、对齐器阶段的最大数量、最大咬合量、最大咬合量、最大覆咬合量、最大覆盖量和最大中线位置。
一般性地，最小化受到多个数值限制的单个数值函数包括使用约束优化方法来获得解向量。约束优化方法可以包括内点法(例如，诸如SQP和有效集法(Active Set)的内点法变型)。
将解向量映射到治疗计划可以包括：将解向量转换为对应于阶段号的每个牙齿的关键帧的集合以及每个牙齿的位置信息，该位置信息包括x坐标、y坐标、z坐标以及角度、倾斜度和旋转角。在映射解向量以形成关键函数时，解向量可以包括许多关键函数分量，这些关键函数分量可以被组合以形成用于治疗计划的完整关键函数集。因此，将解向量映射到治疗计划可以包括：对于一些牙齿，将解向量中的单个变量映射到关键帧中的单个坐标或角度，而对于一些牙齿，映射可以包括将来自解向量的多个变量的线性组合映射到关键帧中的单个坐标或角度。
该方法还可以包括显示治疗计划的最终牙齿位置和/或发送要显示的治疗计划。
例如，一种创建治疗计划以使用要在顺序的阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来对齐患者牙齿的自动方法可以包括：在处理器中收集(例如，接收、形成、汇集、下载和/或访问)：患者牙齿的数字模型；(由处理器)访问治疗偏好的集合、患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，从处理器可访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，将多个数值表示的治疗目标调整成多个调整后的数值表示的治疗目标；组合多个调整后的数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；基于设置的治疗偏好，设置对单个数值函数的多个数值限制；最小化(例如，迭代地)受到多个数值限制的单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
访问治疗偏好的集合可以包括收集(例如，在处理器中接收、形成、汇集、下载和/或访问)治疗偏好的集合，或者收集对治疗偏好的集合的参考，处理器可以使用该参考从保存例如由参考索引的偏好查找表的处理器可以访问的存储器中查找(例如，一个或多个)治疗偏好的集合。访问患者牙齿的全面最终位置可以包括接收全面最终位置(例如，作为患者牙齿位置的数字模型或表示)，或者可以包括使用处理器生成全面最终位置。全面最终位置可以手动或半手动生成，并且数字副本被发送给处理器。如果处理器已经生成了全面最终位置，则处理器可以将其存储在存储器中，并在以后(例如，在附加周期中)访问它。访问治疗细节的集合可以包括访问(在存储器中)存储的治疗细节的集合，包括访问“默认”的治疗细节的集合，接收治疗细节的集合，或者可以包括接收识别治疗细节的集合的标识符以及使用标识符从(例如，保存查找表的)存储器查找治疗细节的集合。标识符可以是产品名称/型号等。
本文还描述了作为非暂时性计算机可读介质的用于执行这些方法中的任何一种的装置，该介质包含用于创建治疗计划以使用多个可移动的对齐器对齐患者牙齿的程序指令。例如，程序指令可以使处理器：在处理器中接收：患者牙齿的数字模型、治疗偏好的集合或者对治疗偏好的集合的参考、患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合或者识别治疗细节的集合的标识符；基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，从处理器可访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；组合多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；基于设置的治疗偏好，选择对单个数值函数的多个数值限制；最小化受到多个数值限制的单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
如上所述，治疗偏好可包括以下一个或多个：哪些牙齿不允许移动的指示符、哪些牙齿不应具有附件的指示、哪些牙齿要治疗的指示符、牙齿类别矫正量的指示符、要使用邻间去除的指示符、要使用牙弓扩张的指示符、牙齿之间的间距的指示符、牙齿调平的指示符。识别治疗细节的标识符可以识别具有处理器可访问的治疗细节的限定的集合的产品。
治疗细节的集合可包括以下一个或多个：最大允许的阶段数量、是否允许对于患者牙齿的附件、最大允许的牙根移动、最大允许的牙冠移动和最大允许的牙齿旋转。组合数值表示的治疗目标还可以包括：在单个数值函数中对数值表示的治疗目标的每一个进行加权。
对于牙齿的集合，单个数值函数可以包括至少以下各项的和：与患者牙齿的全面最终位置相比牙齿位置的差、牙齿在x方向上的未对齐的量度、牙齿在z方向上未对齐的量度、牙齿的牙弓的未对齐的量度、相邻牙齿之间的间隙的量度、牙齿的覆盖的量度、牙齿的覆咬合的量度、牙齿之间的碰撞的量度、牙齿的牙弓和患者牙齿的全面最终位置之间的差的量度、牙齿与牙齿的全面最终位置之间的调平的差的量度、患者的上颌与下颌的牙齿之间的咬合量的量度、牙齿与患者牙齿的全面最终位置之间的咬合量的差的量度、牙齿的近中至远中往返的量的量度、牙齿的颊至舌往返的量的量度以及与来自治疗细节的集合的对齐器阶段的目标数量相比对齐器阶段的数量的量度。
对于牙齿的集合，单个数值函数包括至少以下各项的和：与患者牙齿的全面最终位置相比牙齿位置的差、牙齿的未对齐的量度、以及与来自治疗细节的集合的对齐器阶段的目标数量相比对齐器阶段的数量的量度。
程序指令还可以被配置为基于以下将多个数值表示的治疗目标调整成多个调整后的数值表示的治疗目标：治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置。此外，程序指令还可以被配置为通过组合多个调整后的数值表示的治疗目标来组合多个数值表示的治疗目标。
多个数值限制可以包括以下一个或多个：牙齿移动的最大速度、牙齿之间的最大碰撞量、牙齿移动限制、对齐器阶段的最大数量、最大咬合量、最大咬合量、最大覆咬合量、最大覆盖量和最大中线位置。程序指令还可以被配置为使用约束优化方法最小化受到多个数值限制的单个数值函数以获得解向量。
程序指令还可以被配置为通过将所述解向量转换为对应于阶段号的每个牙齿的关键帧的集合以及每个牙齿的位置信息来将所述解向量映射到治疗计划，该位置信息包括x坐标、y坐标、z坐标以及角度、倾斜度和旋转角。
程序指令可以被配置为提供治疗计划的最终牙齿位置用于显示。
本文描述的任何方法和装置可以被配置为生成治疗计划变型的阵列。例如，这可以通过自动或手动修改治疗偏好和/或治疗细节来实现。例如，可以修改最大阶段数量(对应于治疗中要使用的对齐器的数量)以生成具有不同治疗持续时间的治疗计划变型，因为治疗的持续时间通常与要佩戴的对齐器的数量相关。尽管通常来说，使用的阶段/对齐器越多，可以实现的总体矫正量越大，如本文所述(例如，接近牙齿的全面最终位置可能被认为是最佳治疗方案)，但是在一些情况下，患者和/或牙科专业人员可能优选限制治疗持续时间并接受改善的但未完全矫正的对齐。
本文还描述了修改用于一系列对齐器的治疗计划和/或制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法。例如，一种方法可以包括：将患者牙齿的模型发送到远程站点；将牙齿移动处方信息列表发送到远程站点；使用患者牙齿的理想最终位置和患者牙齿的模型来收集特定于患者牙齿的多个治疗计划，其中，多个治疗计划中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，该顺序的阶段的集合具有最终阶段，进一步地，其中，对于每个治疗计划，最终阶段不同于对于患者牙齿的不同治疗特性的每一个治疗计划的理想最终位置；基于与理想最终位置比较的全面程度对多个治疗计划进行排名；以及在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的第一治疗计划或第一治疗计划和第二治疗计划的最终阶段处的患者牙齿的图像；基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间实时切换；以及在用户已经选择了屏幕上显示的治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
不同的治疗特性可包括以下各项中的一个或多个：邻间去除(IRR)、拔除和对齐器附件。例如，牙齿移动处方信息可以包括牙齿移动限制、内收限制、邻间去除限制。
这些方法中的任何一种可以包括：通过基于屏幕上一个或多个用户选择的控件切换具有第一数量的顺序的阶段的治疗计划与具有相同数量的顺序的阶段但具有不同的治疗特性的治疗计划来基于屏幕上一个或多个用户选择的控件在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间切换。
基于治疗计划的全面程度进行排名可以包括从由以下各项中的两个或更多个索引的排名的数据库中查找分数：邻间去除、附件、牙科对齐器产品、拔除、覆盖、覆咬合、交叉咬合、以及前到后(A-P)矫正。替代地或附加地，基于治疗计划的全面程度进行排名可以包括基于以下各项中的三个或更多个来对治疗计划进行评分：邻间去除、附件、牙科对齐器产品、拔除、覆盖、覆咬合、交叉咬合、以及前到后(A-P)矫正。
该方法还可包括使用用户界面修改一个或多个治疗计划，并将修改后的一个或多个治疗计划发送到远程站点，以基于一个或多个治疗计划的修改来重新计算治疗计划的阵列。
附图说明
在所附的权利要求书中具体阐述本发明的新颖性特征。通过参考阐述了说明性实施例的下文的详细描述以及附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在说明性实施例中利用了本发明的原理，并且在附图中：
图1A是牙齿重新定位器具，在该示例中被示出为对齐器或壳体对齐器。
图1B示出了一系列的牙齿重新定位器具(对齐器)，被配置为被顺序地(在数天或数周的过程中)佩戴以重新定位患者的牙齿。
图2A是治疗计划求解器(例如，自动正畸治疗规划系统)的示意性示例。
图2B是碰撞检测器(例如，自动碰撞检测系统)的示意性示例。
图2C示意性地示出了创建一个或多个治疗计划以(例如，使用一系列要按顺序佩戴的可移动对齐器)对齐患者的牙齿的自动方法的一个示例。
图2D示意性地示出了自动碰撞检测方法的一个示例，该自动碰撞检测方法可以例如由治疗计划求解器使用来执行自动治疗规划方法。所示的自动碰撞检测方法可以例如由碰撞检测器执行。
图3示出了用于制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法的示例，其中，代表部分治疗计划的、具有固定数量的不同阶段的针对患者牙齿的多个治疗计划以及这些固定数量的阶段的变型均已预先计算并包括在内并实时显示，以使用户交互地选择和/或修改正畸治疗的治疗计划。制造一系列对齐器的方法可以包括创建一个或多个治疗计划的自动化方法或被配置为执行创建一个或多个治疗计划的自动化方法的治疗计划求解器，和/或自动碰撞检测方法或被配置为执行自动碰撞检测方法的碰撞检测器。
图4是用于通过交互式地向患者示出(例如，由用户选择的)治疗计划的子集来为患者提供咨询的方法的图示。
图5是用于设计、选择和/或修改治疗计划以及用于制造所选择的治疗计划的详细过程图的示例。
图6是用于设计、选择和/或修改治疗计划以及用于制造选择的治疗计划的详细过程图的另一示例。
图7A是用于实时地同时显示多个治疗计划的显示的示例，该显示包括用于在治疗计划之间进行切换的过滤器，这些治疗计划是具有预设/预定数量的阶段的固定长度(例如“部分”)治疗计划的变型。
图7B是用于实时地同时显示多个治疗计划的显示的另一示例。
图7C是交互式实时治疗计划比较器的示意性示例。
图7D示意性地示出了用于交互式实时治疗计划比较的方法的一个示例，该方法可以是制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法的一部分。
图8A是可以作为非暂时性计算机可读介质执行的用户(例如，临床医生、正畸医生、牙医等)的用户界面，该介质包含用于使计算机执行控制以交互地显示、选择和/或修改治疗计划的程序指令。
图8B是被配置为交互式处方界面的用户界面的另一示例。
图9A是示出了多个治疗计划的同时、实时显示的用户界面的示例，该多个治疗计划分别示出了固定在26、14和7个阶段的治疗。在图9A中，示出了由每个治疗计划实现的最终牙齿构造以进行比较，并且包括切换件(过滤器控件)以示出使用/不具有IPR以及具有/不具有附件而计算出的替代治疗计划。可以包括附加的过滤器。
图9B示出了在选择(开启)两个过滤器之后的图9A的用户界面，使得右侧的治疗计划(固定在26个阶段)是包括IPR和附件的治疗计划，并且使得解决了患者的拥挤治疗目标并部分解决了患者的开牙合(open bite)。
图9C、9D和9E是交互式地显示并允许用户修改(和重新提交)一个或多个治疗计划的用户界面的示例。图9C是示出交互式治疗规划屏幕的用户界面的示例，在该交互式治疗规划屏幕中，患者牙列的模型(3D数字模型)被包括在大的显示窗口中。图9D是用户界面的示例，该用户界面包括用于显示在建议的治疗计划的任何阶段的患者的牙弓中的一个或两个的窗口。图9E是类似于图9D所示的用户界面的另一示例。
图9F是用户界面的示例，该用户界面被配置用于并排比较在生成多个治疗计划时可以考虑的一个或多个变量。
图9G是用户界面的示例，该用户界面被配置为显示患者的牙列的“之前”和“之后”图像，其中，治疗前的图像显示在左侧，而指定治疗计划的建议/预测结果显示在右侧。
图9H是患者呈现用户界面的示例，其可以提供给患者以说明治疗的预测结果和/或允许在不同治疗计划之间进行比较。
图10A示出了用户界面(显示器)，其中示出了包括IPR和对齐器附件的26阶段治疗计划；屏幕上的控件(例如滑块)允许用户查看每个阶段的预测牙齿位置。
图10B示出了图10A的用户界面(显示器)，包括对间距(由+符号示出)和/或调平的调整。可以包括其他工具来修改治疗计划。
图10C是确认提交修改的治疗计划以重新计算一个或多个治疗计划(可以将其添加到阵列中以进一步显示、选择和/或修改)的用户界面。
图11A是诸如图10A中所示的用户界面的另一示例，其中用户可以评论(例如，经由文本)进行附加修改。
图11B是确认提交修改的治疗计划以重新计算一个或多个治疗计划(可以将其添加到阵列中以进一步显示、选择和/或修改)的用户界面。
图12是被配置为咨询概要屏幕的用户界面的示例，该咨询概要屏幕用于在咨询模式中使用以向对象(例如，患者)显示治疗计划的子集以允许他们在治疗选项之间进行选择。在图12中，患者(Joe Smith)被示出两个选项，一带有IPR和对齐器附件的具有26个阶段的治疗计划，以及不带有IPR或对齐器的14个阶段的第二治疗计划。用户界面(显示器)还指示26阶段治疗计划解决减少拥挤和开放式咬合的治疗目标；14阶段治疗计划解决拥挤(但不能解决开咬合)。该用户界面还指示治疗目标(上下拥挤和开咬合)作为咬合不正分析。
图13是被配置为为患者提供咨询的用户界面的另一示例。在图13中，用户界面显示了患者的当前牙列(“现在”)并识别了两个咬合不正问题，并显示了26阶段治疗计划(中心)和14阶段治疗计划(右)。26阶段治疗计划解决上下拥挤和开咬合。14阶段治疗计划解决上下拥挤并部分解决开咬合。
图14是用户界面的示例，其示出了在示例性26阶段治疗计划期间随着患者牙齿移动的患者牙齿的3D模型。显示包括允许用户对显示进行动画处理(从初始的未治疗状态移动到最终位置，或手动选择任何治疗阶段)的控件。
图15示出了显示患者的咬合不正随着时间(从2005年到2011年)的进展的显示。用户界面可以允许用户除了从治疗计划的阵列中选择一个或多个治疗计划之外还从患者的牙科记录中选择并显示图像。
图16A是处于未治疗的构造的患者的牙弓的数字模型(例如，扫描)的正视图。
图16B-16M图形地示出了治疗计划的阵列，示出了对于12个治疗计划中的每一个的患者牙齿的最终阶段位置。图16B、16C和16D示出了假设将不使用器具附件并且在患者牙齿上不使用IPR的情况下生成的治疗计划的最终阶段的牙齿位置；在图16B中，治疗限于26个阶段，在图16C中，治疗计划限于14个阶段，在图16D中，治疗计划限于7个阶段。图16E、图16F和图16G示出了假设将使用对齐器附件并且将不对患者的牙齿进行IPR的情况下生成的治疗计划的最终阶段牙齿位置；在图16E中，治疗限于26个阶段，在图16F中，治疗计划限于14个阶段，在图16G中，治疗计划限于7个阶段。图16H、图16I和图16J示出了假设将不使用对齐器附件但将对患者的牙齿进行IPR而生成的治疗计划的最终阶段牙齿位置；在图16H中，治疗限于26个阶段，在图16I中，治疗计划限于14个阶段，在图16J中，治疗计划限于7个阶段。图16K、图16L和图16M示出了假设将使用对齐器附件并且将在患者的牙齿上进行IPR而生成的治疗计划的最终阶段牙齿位置；在图16K中，治疗限于26个阶段，在图16L中，治疗计划限于14个阶段，在图16M中，治疗计划限于7个阶段。
图17是用户界面的另一示例，其示出了具有有限数量的阶段的多个治疗计划的实时显示。在图17中，左面板示出了根据治疗计划的牙齿的最终位置，该治疗计划是通过将阶段的数量限制为26个阶段而生成的。用户界面右侧的用户控件(“过滤器”)可用于选择包括不同数量的阶段(“产品”)、不同的治疗特性(例如，IPR、附件)的一个或多个不同的治疗计划。通过立即在不同的治疗计划之间切换，用户界面还可以显示偏好(“应用模板”)并且可以实时显示这些变化中的任何一个。左面板底部的控件允许用户选择和显示任何阶段的牙齿位置。如在任何用户界面中一样，可以选择当前显示的治疗计划选择用于比较，作为咨询屏幕的一部分。附加控制可以允许修改治疗计划或立即制造/订购与选择的治疗计划相对应的一系列的对齐器。
图18示出了使用全面最终位置作为计划治疗的最终位置的线性治疗规划方法的序列。
图19是用于自动生成本文所述的优化治疗计划的方法的图形说明。
图20A示出了如本文所述的基于优化的部分治疗规划方法(例如，创建治疗计划以使用多个要在顺序阶段佩戴的可移动对齐器来对齐患者的牙齿的自动方法)的序列。
图20B是创建治疗计划以使用要在顺序阶段佩戴的多个可移动对齐器来对齐患者牙齿的方法的另一示意图。
图20C是创建治疗计划以使用要在顺序阶段中佩戴的多个可移动对齐器来对齐患者的牙齿的方法的替代图示。
图21示出了使用非线性约束优化方法来生成治疗计划。
图22A示出了量化上颌和下颌之间的牙合从而可以将其表示为数值表达式的一种方法。
图22B-22D示出了使用完整的治疗计划(图22C)和部分优化的治疗计划(图22D)从起始位置(图22A)进行的患者交叉咬合矫正。
图23示出了x未对齐的量化，使得其可以被表达为数值表达式。
图24示出了z未对齐的量化，使得其可以被表达为数值表达式。
图25示出了对齐到牙弓量化，使得其可以被表达为数值表达式。
图26示出了牙齿移动的注释，其示出了具有四个关键帧的轨迹。
图27示出了可以用来自动生成治疗计划或治疗计划的集合的生成治疗偏好(例如，用户特定/牙科专业人员特定的治疗偏好)的一种方法。
图28示出了生成治疗计划的方法的另一示例，其中治疗计划生成器(引擎)访问用户特定的治疗偏好的集合。
图29A示出了三角形网格表面近似的示例。
图29B示出了通过用3D形状(示出为胶囊)进行包装以近似三维对象(或对象的与第二对象相邻的部分)的表面和内部体积的一些或全部的表面近似的示例。
图29C是牙齿的比较的示例，该牙齿具有由三角形网格(右侧)和利用3D形状(左侧，显示为胶囊)包装两者进行近似的表面。
图30A至图30C示出了通过3D形状的示例的横截面，该3D形状的示例具有距芯恒定半径的芯。在图30A中，3D形状是球体，示出了点为芯。在图30B中，3D形状是胶囊，具有线和距线恒定半径的外表面。图30C示出了具有距正方形恒定半径的矩形芯的示例。
图31A-31C分别示出了对应于图30A-30C中所示的那些的示例性3D形状。在图31A中，3D形状是球形。在图31B中，3D形状是胶囊。在图31C中，3D形状是圆角矩形。
图32A和32B分别示出了臼齿的数字模型的俯视图和侧面透视图，该臼齿具有已经通过利用胶囊包装外表面来建模的外表面。
图33A-33B分别示出了牙科装置的一部分(显示为精密翼)的数字模型的左侧和右侧透视图，该牙科装置具有已通过利用胶囊包装外表面来建模的外表面。
图34A示出了具有第一(左侧)侧表面的牙齿的另一示例，该第一(左侧)侧表面是通过包装多个3D形状(在该示例中为胶囊)以近似该表面而从牙齿的数字模型形成的。
图34B示出了多个患者牙齿(此处示出为患者的上颌弓)的数字模型，其中每个牙齿都被划分为区域(例如，左、右或左、右和中间区域)，从而通过包装多个3D形状(例如，胶囊)以近似该表面可以对每个区域中的牙齿的表面进行建模(例如，形成)。
图35A示出了一个示例，该示例示出了围绕胶囊的包围盒的层次结构的形成。
图35B是示出形成树状层次结构的图35A的示例性层次结构的层的示例。
图36是用于遍历包围盒层次结构以跳过不影响两个表面之间的碰撞的最终值的胶囊之间的距离计算的伪代码的示例。
图37A示出了从被检查碰撞的两个单独的表面的每一个确定两个胶囊之间的碰撞距离(在该示例中，负的碰撞距离或间隔)的方法。
图37B是伪代码的示例，该伪代码用于找到利用胶囊包装的两个形状(例如，形状A和形状B)的表面之间的近似距离。
图38是牙齿集合的数字模型的示例，该牙齿集合包括示出为碰撞的牙齿对。
图39是图38所示的两个碰撞齿之间的碰撞区域的放大图。
图40是在图38中示出的碰撞的牙齿之一的放大图，示出了可以确定碰撞速度的六个轴。
图41A示出了牙齿对的形状的一个示例，其示出了具有闭合(封闭的)曲率的区域。
图41B是患者牙齿的3D模型，示出了具有闭合(封闭的)曲率的区域。
图41C是在使用本文所述的不同“胶囊填充”技术进行碰撞估计的牙齿体积的中等精度(左)和高精度(右)估计之间的比较。
图42示出了用户界面显示的实体模型的一个示例，该用户界面显示被配置为治疗计划“卡”的同时(并排)显示，本文也称为多卡视图。
图43A是表格(表1)，其示出了针对单牙弓治疗计划的通过附件(全部、仅后部、没有)和邻间去除(使用IPR、未使用IPR)索引的治疗计划的分级。该值表示全面性的相对等级(1为最高)。
图43B是表格(表2)，其示出了针对双牙弓治疗计划的通过附件(全部、仅后部、没有)和邻间去除(使用IPR、未使用IPR)索引的治疗计划的分级。该值表示全面性的相对等级(1为最高)。
图44是用户界面显示的另一示例，其示出了使用治疗计划过滤器，允许用户在不同的治疗计划之间进行切换或转换以进行显示。在图44中，配置为下拉菜单或过滤器的控件允许用户在附件的类型(例如，所有附件、无附件或仅后部附件)之间切换。
图45是用户界面显示的另一示例，其示出了使用治疗计划过滤器，允许用户在不同的治疗计划之间进行切换或转换以进行显示。
图46示出了单个治疗计划的详细视图的示例，其示出了治疗计划的所选阶段的牙齿(以及牙齿的任何修改，包括附件、IPR等)。
图47是类似于以上图42、44和45所示的多治疗计划(MTP)用户界面的另一示例。
图48是类似于图46所示的单个治疗计划(STP)用户界面的示例，该界面允许详细查看治疗计划并在其他治疗计划之间进行切换。
图49是STP用户界面的另一示例。
具体实施方式
总的来说，本文描述了用于制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法和装置，其可以包括生成多个治疗计划，这些治疗计划是限制的各种指定阶段(例如，5个阶段、6个阶段、7个阶段、8个阶段、9个阶段、10个阶段、10个阶段、12个阶段、14个阶段、15个阶段、16个阶段、17个阶段、18个阶段、19个阶段、20个阶段、21个阶段、22个阶段、23个阶段、24个阶段、25个阶段、26个阶段、27个阶段、28个阶段、29个阶段、30个阶段等)，以及生成这些固定阶段治疗计划的变型，其中包括一个或多个特征达预定程度(例如，邻间去除、使用一定数量的对齐器附件等)。这些方法和装置还可包括交互式地显示多个治疗计划，并允许诸如牙科专业人员(例如，医生、牙医、正畸医生等)的用户查看、选择和/或修改多个治疗计划。可以标记多个治疗计划，以指示其能或不能解决的治疗目标。用户还可以选择多个治疗计划的子集作为患者咨询的一部分而被包括，显示治疗计划以供患者进行比较和选择。
下面将更详细描述的治疗计划优化生成器可以用于生成作为彼此的变型的多个治疗计划。通常，到治疗计划优化生成器的输入是患者牙齿的数字扫描，以及约束(例如，阶段的数量、牙齿修改特征等)和偏好，以及患者牙齿的“理想”对齐(可以手动、自动或半自动生成)。然后，治疗计划优化生成器可以自动生成治疗计划，该治疗计划受那些约束限制并且既解决一个或多个治疗目标(也可以被识别或自动识别)并且又尽可能接近理想对齐。可以多次使用治疗计划优化生成器以自动生成可以收集到治疗计划的阵列(或组)中的多个治疗计划变型。
如这里将更详细地描述的，可以将多治疗计划生成的结果呈现给用户。可以将多个治疗计划收集为多个治疗计划的阵列，该多个治疗计划的阵列可以包括识别每个治疗计划和/或其解决或不解决的治疗目标的元数据。每个治疗计划可以代表临床上可行的治疗计划。此外，对于每个计划，可能有几个可用于修改计划的选项。计划可能限于阶段的数量，而阶段的数量可能与商业产品相关。产品可能包括限制(产品限制)，限制可以包含在治疗计划中。例如，治疗计划可以对应于低阶段计划(例如5至13个阶段之间)、中间阶段计划(14至25个阶段之间)和高中间阶段计划(26及更多个阶段)。其他牙齿修改特征也可以作为修改治疗计划的限制被包括在内，例如包括或不包括对齐器附件的放置。如果不允许附件，则可以应用受限的临床方案(clinical protocol)以避免不可预测的移动。可以包括在治疗计划中的牙齿修改特征的另一个示例是包括IPR或不包括IPR。如果不允许IPR，则可以呈现在治疗时期期间不允许IPR的情况下的最佳计划。
另外，模板选择可以选择要应用于计划生成的临床方案。给定所提供的约束，用户可以选择选项的任意组合，以确定哪种治疗方案是最佳的。计划的所有可能组合都被预先计算，因此，用户可以通过改变到不同的临床过滤器实时地看到可用的选项，而不需要重新做出治疗计划。用户还可以利用3D控件修改任何治疗计划，其中利用工具进行的每次改变都会修改计划，但配置为保持将所选(和修改的)治疗计划直接转移到制造的能力(例如，无需进一步的人员介入)。
通常，本文描述的方法针对于一系列或序列的正畸对齐器器具的制造，这些器具可以顺序地佩戴以矫正咬合不正。例如，图1示出了示例性牙齿重新定位器具或对齐器100，其可以由患者佩戴以实现颌中各颗牙齿121的渐进(incremental)重新定位。该器具可包括具有牙齿容纳腔111的外壳110(例如，连续的聚合物壳或分段的壳)，该牙齿容纳腔111容纳并弹性地重新定位牙齿121。器具或其部分可以使用牙齿的物理模型间接地进行制造。例如，可以使用牙齿的物理模型和聚合物材料的合适层的片来形成器具(例如，聚合物器具)。在一些实施例中，例如使用增材制造技术从器具的数字模型直接制造物理器具。器具可以配合(fit)在上颌或下颌中存在的所有牙齿上，或少于所有牙齿上。器具可以被专门设计成容纳患者的牙齿(例如，牙齿容纳腔的拓扑与患者牙齿的拓扑匹配)，并且可以基于通过压模、扫描等生成的患者牙齿的阳或阴模型来制造。可选地，器具可以是被配置为容纳牙齿的通用器具，而不是必须成形为匹配患者牙齿的拓扑。在某些情况下，只有器具容纳的某些牙齿可以由该器具重新定位，而其他牙齿可以提供一个基部(base)或锚点(anchor)区域，以在该器具针对作为重新定位的目标的牙齿施加力时将器具保持在适当的位置。在某些情况下，在治疗期间的某个时间点可以重新定位部分、大部分甚至全部牙齿。移动的牙齿也可以用作基部或锚点，用以在器具由患者佩戴时保持器具。可以不需要用于将器具保持在牙齿上方适当位置的线或其他装置。但是，在某些情况下，可能希望或有必要提供单独的附件或其它对齐器特征，以控制力的传递和分布。示例器具，包括在
System中使用的那些器具，在转让给阿莱恩技术(Align Technology)有限公司的许多专利和专利申请中以及该公司的网站上进行了描述，例如，包括美国专利号6,450,807和5,975,893，该网站可在互联网上访问(例如，参见链接“invisalign.com”)。适合与正畸器具一起使用的牙齿安装的附件的示例也在转让给阿莱恩技术有限公司的专利和专利申请中描述，包括例如美国专利号6,309,215和6,830,450。
可选地，在涉及更复杂的移动或治疗计划的情况下，结合正畸器具来利用辅助组件(例如，特征、附件、结构、装置、组件等)可能是有益的。此类附件的示例包括但不限于橡皮圈(elastics)、丝(wires)、弹簧(springs)、杆(bars)、扩弓器(arch expanders)、扩腭器(palatal expanders)、双颌板(twin blocks)、牙合块(occlusal blocks)、咬合斜面(biteramps)、下颌前移夹板(mandibular advancement splints)、咬合板(bite plates)、桥体(pontics)、钩(hooks)、托架(brackets)、头带管(headgear tubes)、弹簧(springs)、缓冲管(bumper tubes)、上颚杆(palatal bars)、框架(frameworks)、针管装置(pin-and-tubeapparatuses)、颊罩(buccal shields)、颊肌弓(buccinator bows)、导线罩(wireshields)、舌状凸缘和护垫(lingual flanges and pads)、护唇垫或缓冲杠(lip pads orbumpers)、突出物(protrusions)和凹陷物(divots)等。附件的其他示例包括但不限于相对的相对牙弓特征、牙合特征、扭转刚度特征、牙合尖和牙桥。在一些实施例中，本文描述的器具、系统和方法包括具有整体形成的特征的改进的正畸器具，这些特征被成形成耦接至此类辅助组件或替代此类辅助组件。
图1B示出了包括多个器具112、114、116的牙齿重新定位系统110。在此描述的任何器具可以被设计和/或提供为在牙齿重新定位系统中使用的一组多个器具的一部分。每个器具可被构造成使得牙齿容纳腔具有与打算用于器具的中间或最终牙齿排列相对应的几何形状。通过将一系列渐进位置调节装置放置在患者牙齿上，可以将患者的牙齿从初始牙齿排列朝向目标牙齿排列逐渐重新定位。例如，牙齿重新定位系统110可以包括对应于初始牙齿排列的第一器具112、对应于一个或多个中间排列的一个或多个中间器具114以及对应于目标排列的最终器具116。目标牙齿排列可以是在所有规划的正畸治疗结束时为患者的牙齿选择的规划的最终牙齿排列。可替代的，目标排列可以是在正畸治疗过程中患者牙齿的一些中间排列之一，其可以包括各种不同的治疗情景，包括但不限于如下情况：建议手术的情况、邻面去釉(IPR)是合适的情况、安排进度检查的情况、锚放置为最佳的情况、希望上颚扩展的情况、涉及修复性牙科(例如，镶嵌，嵌体、牙冠、牙桥、种植、贴面等)的情况，等等。这样，可以理解，目标牙齿排列可以是遵循一个或多个渐进重新定位阶段的患者牙齿的任何规划的所得排列。同样，初始牙齿排列可以是患者牙齿的任何初始排列，在该初始排列后是一个或多个渐进重新定位阶段。
根据实施例使用多个器具的正畸治疗的方法可以使用本文描述的任何器具或器具组来实践。在第一步骤中，将第一正畸器具应用到患者的牙齿上，以便将牙齿从第一牙齿排列重新定位到第二牙齿排列。在第二步骤中，将第二正畸器具应用到患者的牙齿上，以便将牙齿从第二牙齿排列重新定位到第三牙齿排列。可以根据需要使用顺序的器具的任何合适数量和组合来重复该方法，以便将患者的牙齿从初始排列向目标布排列渐进地重新定位。可以全部在同一阶段或成组或分批(例如，在治疗阶段的开始)制造这些器具，或者可以一次制造一个器具，并且患者可以佩戴每个器具直到不再感觉到每个器具对牙齿的压力或直到达到对于该给定阶段的最大的表现的牙齿移动量为止。在患者佩戴多个器具中的任何一个之前，可以设计甚至制造多个不同的器具(例如，一套)。在佩戴器具适当的一段时间后，患者可以用该系列中的下一个器具替换当前的器具，直到不再有器具为止。器具通常不固定在牙齿上，并且患者可以在治疗期间中的任何时间放置和更换器具(例如，患者可移动的器具)。该系列中的最终的器具或若干器具可具有选择用于过度矫正牙齿排列的一个或多个几何形状。例如，一个或多个器具可以具有这样的几何形状，该几何形状(如果完全实现的话)会将各颗牙齿移动超出已经被选择为“最终”的牙齿排列。为了在重新定位方法已经结束之后抵消潜在的复发(例如，允许各颗牙齿朝其预校正的位置移回)，这种过度校正可能需要的。过度校正也可以有利于加快校正速度(例如，具有超出期望的中间位置或最终位置放置的几何形状的器具可以以较大的速率将各颗牙齿移向该位置)。在这种情况下，可以在牙齿到达器具所确定的位置之前终止该器具的使用。此外，可以故意进行过度校正，以补偿器具的任何不准确性或局限性。
此处提出的正畸器具的各种实施例可以以多种方式制造。在一些实施例中，本文中的正畸器具(或其一部分)可使用直接制造来生产，例如增材制造技术(本文中也称为“3D打印”)或减材制造技术(例如，铣削)。在一些实施例中，直接制造涉及在不使用物理模板(例如，模具、掩模等)来定义物体几何形状的情况下形成物体(例如，正畸器具或其一部分)。例如，立体光刻可以用于直接制造本文中的一个或多个器具。在一些实施例中，立体光刻法涉及根据预期的横截面形状使用光(例如紫外光)选择性地聚合光敏树脂(例如光敏聚合物)。通过依次聚合多个物体横截面，可以以逐层方式建立物体几何形状。作为另一个示例，可以使用选择性激光烧结直接制造本文的器具。在一些实施例中，选择性激光烧结涉及根据预期的横截面形状使用激光束选择性地熔化和融合粉末材料层，以便建立物体几何形状。作为又一个示例，本文的器具可以通过熔融沉积成型直接制造。在一些实施例中，熔融沉积成型包括以逐层方式熔化并选择性地沉积热塑性聚合物的细丝，以形成物体。在又一示例中，材料喷涂可用于直接制造本文中的器具。在一些实施例中，材料喷涂涉及将一种或多种材料喷射或挤出到构造表面上，以形成物体几何形状的连续层。
在一些实施例中，本文提供的直接制造方法以逐层的方式建立物体几何形状，以离散的构建步骤形成连续的层。替代地或组合地，可以使用允许连续建立物体几何形状的直接制造方法，在本文中被称为“连续直接制造”。可以使用各种类型的连续直接制造方法。在美国专利公开号2015/0097315、2015/0097316和2015/0102532中描述了连续的液体相间打印，其各自公开的内容通过引用整体并入本文。
作为另一个示例，连续的直接制造方法可以通过在辐照期间构建平台的连续运动(例如，沿着垂直方向或Z方向)从而使被辐照的光敏聚合物的硬化深度受运动速度控制来实现物体几何形状的连续构建。因此，可以实现成材料在构建表面的连续聚合。在美国专利号7,892,474中描述了这样的方法，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。
在另一个示例中，连续的直接制造方法可以涉及围绕固态线(solid strand)挤压由可固化液体材料组成的复合材料。可以沿着连续的三维路径挤压复合材料以形成物体。此类方法在美国专利公开号2014/0061974中描述，其公开内容通过引用全部结合到本文中。
在另一个示例中，连续的直接制造方法利用“螺旋光刻”方法，其中，在使构建平台连续旋转和升高的同时，利用聚焦辐射来固化液态光聚合物。因此，可以沿着螺旋构造路径连续地构建物体几何形状。此类方法在美国专利公开号2014/0265034中描述，其公开内容通过引用整体结合到本文中。
在一些实施例中，正畸器具的相对刚性部分可以通过使用以下一种或多种材料直接制造而形成：聚酯、共聚酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯共聚物、丙烯酸、环嵌段共聚物、聚醚酮、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰胺、聚醚砜和/或聚对苯二甲酸丙二醇酯。
在一些实施例中，可以使用以下一种或多种材料通过直接制造来形成正畸器具的相对弹性的部分：苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、硅橡胶、弹性体合金、热塑性弹性体(TPE)、热塑性硫化橡胶(TPV)弹性体、聚氨酯弹性体、嵌段共聚物弹性体、聚烯烃共混弹性体、热塑性共聚酯弹性体和/或热塑性聚酰胺弹性体。
可选地，本文描述的直接制造方法允许制造包括多种材料的器具，在本文中被称为“多材料直接制造”。在一些实施例中，多材料直接制造方法包括使用相同的制造机器和方法在单个制造步骤中同时由多种材料形成物体。例如，多尖端挤压设备可用于从不同的材料供应源选择性地分配多种类型的材料(例如，树脂、液体、固体或它们的组合)，以便由多种不同的材料制造物体。这样的方法在美国专利No.6,749,414中描述，该专利的公开内容通过引用整体结合到本文中。替代地或组合地，多材料直接制造方法可以包括在多个顺序的制造步骤中由多种材料形成物体。例如，物体的第一部分可以根据本文的任意直接制造方法由第一材料形成，然后物体的第二部分可以根据本文的方法由第二材料形成，依此类推，直到形成物体的整体为止。
在许多实施例中，器具的后处理包括清洁、后固化和/或支撑物去除过程。相关的后处理参数可以包括清洁剂的纯度、清洁压力和/或温度、清洁时间、后固化能量和/或时间、和/或支撑物去除过程的一致性。这些参数可以作为过程控制方案的一部分进行测量和调整。此外，可以通过修改后处理参数来改变器具的物理性质。调整后处理机器参数可以提供另一种方式来补偿材料特性和/或机器特性的变化性。
尽管本文针对直接制造技术描述了各种实施例，但是应当理解，也可以使用其他技术，例如间接制造技术。在一些实施例中，本文的器具(或其部分)可以使用间接制造技术来制造，例如通过在阳模或阴模上热成型。正畸器具的间接制造可涉及以下步骤中的一个或多个：(例如，通过增材制造、铣削等)生产处于目标排列的患者牙列的阳模或阴模，在模具上热成型一个或多个材料片以产生器具外壳，在外壳中形成一个或多个结构(例如，通过切割、蚀刻等)，和/或将一个或多个组件耦合到外壳(例如，通过挤压、增材制造、喷涂、热成型、粘合剂、接合、紧固件等)。可选地，本文所述的一个或多个辅助器具组件(例如，弹性件(elastics)、丝(wires)、弹簧(springs)、杆(bars)、扩弓器(arch expanders)、扩腭器(palatal expanders)、双颌板(twin blocks)、咬合块(occlusal blocks)、咬合斜面(biteramps)、下颌前移夹板(mandibular advancement splints)、咬合板(bite plates)、桥体(pontics)、钩(hooks)、托架(brackets)、头带管(headgear tubes)、缓冲管(bumpertubes)、上颚杆(palatal bars)、框架(frameworks)、针管装置(pin-and-tubeapparatuses)、颊罩(buccal shields)、颊肌弓(buccinator bows)、导线罩(wireshields)、舌状凸缘和护垫(lingual flanges and pads)、护唇垫或缓冲杠(lip pads orbumpers)、突出物(protrusions)和凹陷物(divots)等)与器具外壳分开地形成并在外壳制造完成后耦合到器具外壳(例如，通过粘合剂、接合、紧固件、安装特征等)。
可以使用直接和间接制造技术的组合来制造本文的正畸器具，使得可以使用不同的制造技术来制造器具的不同部分并组装以便形成最终的器具。例如，器具外壳可以通过间接制造(例如，热成型)形成，并且本文所述的一种或多种结构或组件(例如，辅助组件、动力臂等)可以通过直接制造添加到外壳(例如，打印到外壳上)。
可以根据针对患者的治疗计划来确定本文中的正畸器具的配置，例如，涉及连续施用多个器具以渐进地重新定位牙齿的治疗计划。可以使用基于计算机的治疗规划和/或器具制造方法，以便于器具的设计和制造。例如，可以借助计算机控制的制造设备(例如计算机数控(CNC)铣削、计算机控制的增材制造(例如3D打印)等)来数字化地设计和制造本文所述的一个或多个器具组件。本文提出的基于计算机的方法可以提高器具制造的准确性、灵活性和便利性。
本文描述的方法和装置可以形成或结合到基于计算机的3D规划/设计工具中，并且可以用于设计和制造本文描述的正畸器具。
图2A示出了治疗计划求解器(solver)(例如，自动正畸治疗规划系统或求解器)101的一个示例，其可以用于自动生成一系列治疗计划，并因此基于一系列治疗计划中的一个制造一系列的对齐器。
求解器101可以包括各种模块，包括引擎、引擎可以在其上运行的处理器和/或一个或多个数据储存库(datastore)。计算机系统可以实现为引擎，实现为引擎的一部分或通过多个引擎来实现。如本文所使用的，引擎可包括一个或多个处理器或其一部分。一个或多个处理器的一部分可包括硬件的一些部分，其少于包括任何给定的一个或多个处理器的全部硬件，比如寄存器的子集、多线程处理器的专用于一个或多个线程的处理器的部分、处理器完全或部分专用于执行引擎的部分功能的时间片等。这样，第一引擎和第二引擎可以具有一个或多个专用处理器，或者第一引擎和第二引擎可以彼此或与其它引擎共享一个或多个处理器。替代地或附加地，不同的引擎可以共享相同的处理器。取决于实施方式特定的或其它的考虑，引擎可以是集中式的或其功能分布式的。引擎可包括硬件、固件或包含在计算机可读介质中用以由处理器执行的软件。处理器使用实现的数据结构和方法将数据转换成新数据，诸如参考本文的附图所描述的。
本文描述的引擎或本文描述的系统和装置可以通过其实现的引擎可以是基于云的引擎。如本文所使用的，基于云的引擎是可以使用基于云的计算系统运行应用和/或功能的引擎。应用和/或功能的全部或部分可以分布在多个计算装置之间，并且不是必须被限制到仅一个计算装置。在一些实施例中，基于云的引擎可以执行终端用户通过网页浏览器或容器应用访问的功能和/或模块，而无需将功能和/或模块本地安装在终端用户的计算装置上。
如本文所使用的，数据储存库旨在包括具有任何适用的数据组织的存储库，包括表、逗号分隔值(CSV)文件、传统数据库(例如，SQL)或其它适用的已知或方便的组织格式。数据储存库例如可以实现为在专用机器上的物理计算机可读介质中体现的软件、以固件、硬件、它们的组合、或者适用的已知或方便的装置或系统而实现。诸如数据库接口的数据储存库相关组件可被认为是数据储存库的“一部分”、某一其它系统组件的一部分、或它们的组合，尽管数据储存库相关组件的物理位置和其它特性对于理解本文所述的技术不是关键的。
数据储存库可包括数据结构。如本文所使用的，数据结构与在计算机中存储和组织数据使得其可在给定上下文中高效地使用的特定方式相关联。数据结构通常基于计算机在其存储器中的任何位置处获取和存储数据的能力，该位置由地址指定，地址是本身可以存储在存储器中并由程序操纵的位串。因此，一些数据结构基于利用算术操作来计算数据项的地址；而其它数据结构基于在结构本身内存储数据项的地址。许多数据结构使用这两种原理，有时以非一般的方式组合。数据结构的实现通常需要编写一组创建和操纵该结构的实例的过程。本文描述的数据储存库可以是基于云的数据储存库。基于云的数据储存库是与基于云的计算系统和引擎兼容的数据储存库。
在图2A中，用于自动创建患者的正畸治疗计划的系统可以包括一个或多个处理器102。治疗计划求解器指令集可以在一个或多个处理器上运行。该系统还可包括碰撞检测器106，其也可在一个或多个处理器上运行。该系统还可以包括作为一个或多个处理器的一部分或耦合到该一个或多个处理器的存储器，并且该存储器存储计算机程序指令，该计算机程序指令在由一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法，该方法可以包括：通过包装(pack)多个3D形状以近似(例如建模、形成等)患者的多个牙齿中每个牙齿的表面来收集(例如形成、读取、接收等)每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状都具有是线段或封闭平面图形的芯，以及距该芯恒定半径的外表面。如将在下面更详细地描述的，碰撞检测器106可以包括硬件、软件和/或固件，用于包装牙齿或其他特征并用诸如胶囊的3D形状对表面进行建模。该系统还可以被配置为收集(例如，接收、读取等)治疗偏好。偏好可以被收集到治疗偏好数据储存库115中。偏好还可以包括治疗细节数据储存库117。系统可以针对患者多个牙齿中的每个牙齿的表面形成包围多个3D形状的包围盒的层次结构(hierarchy)。这可以使用处理器和/或作为碰撞检测器的一部分来执行。患者多个牙齿的牙齿位置可以从治疗计划求解器101传递到碰撞检测器(例如，参见图2B)。求解器可以收集要通过治疗计划修改的患者牙齿的数字模型(收集可以包括从外部源接收/加载、从存储器、包括从患者牙齿数据储存库123或其他存储器检索等)。
一个或多个处理器102或任何其他元件(例如，数值函数引擎107、数值函数建立引擎109、全面最终位置引擎111、碰撞检测器106、解向量映射引擎113等)可以以任何适当的方式连接，并且这些元件中的任何一个也可以连接到数据储存库(例如，患者牙齿数据储存库123、治疗目标数据储存库119、治疗细节数据储存库117、治疗偏好数据储存库115和数值限制数据储存库121等)。
数值函数建立引擎109可用于基于以下来选择多个数值表示的治疗目标(例如，从治疗目标数据储存库119或其他存储器或一个或多个处理器可访问的输入)：治疗细节的集合(可从治疗细节数据储存库117或其他可访问的存储器/输入访问)、治疗偏好的集合(可由治疗偏好数据储存库115或其他存储器/输入提供)以及患者牙齿的全面最终位置。可以通过全面最终位置引擎111或从存储全面最终位置的存储器中提供患者牙齿的全面最终位置。
求解器还可以包括数值函数最小化引擎107，其可以组合多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数。然后可以最小化该单个数值函数以使用碰撞检测器106和可以从例如数值限制数据储存库121或其他存储器/输入提供的数值限制的集合来求解一个或多个解向量。可以基于(例如，来自治疗偏好数据储存库115或其他存储器/输入的)治疗偏好的集合为单个数值函数选择数值限制。
解向量通常包括形成治疗计划的所有阶段，并且可以被存储在存储器中和/或被显示和/或被传送。在一些变型中，可以使用解向量映射引擎113将解向量转换为治疗计划，以将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者的牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
图2C示意性地示出了创建治疗计划以使用要在顺序阶段中佩戴的多个可移动对齐器来对准患者的牙齿的方法。在该示例中，第一步骤是收集患者牙齿(例如，上牙弓或下牙弓或上牙弓和下牙弓两者)的数字模型250。这可以包括例如在处理器中接收患者牙齿的数字模型。该方法还可以包括选择多个数值表示的治疗目标(例如，基于选择的治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及牙齿的全面最终位置)252。然后，多个数值表示的目标可以被组合成单个数值函数254，并且可以选择对单个数值函数的多个数值限制(例如，基于治疗偏好的集合)256。受到多个数值限制的单个数值函数可以被最小化，以获得解向量(包括形成治疗计划的所有阶段，使用自动碰撞检测)258。求解(最小化)解向量的过程可以实现碰撞检测方法(图2D，下面将更详细描述)。然后可以将解向量映射到治疗计划260。
制造一系列对齐器的方法
图3是用于制造用于“部分治疗”计划的一系列对齐器的方法的概览。部分治疗计划是仅使用有限系列的对齐器来治疗患者的计划；该有限数量的对齐器可以是预定数量(例如7、10、12、16、26等)，该数量小于最优地完全矫正患者的咬合不正、解决所有临床上可解决的状况(也称为治疗目标)所需的总数。在部分治疗计划中，系列中的固定数量的对齐器可以被配置为(通过配置治疗计划)而是解决限定的有限数量的阶段中的一些治疗目标并尽可能接近理想的重新对齐构造而不会生成新的咬合不正或加剧现有的咬合不正。
在图3中，该方法开始于从患者(以及由用户，例如牙科专业人员)收集患者的牙齿的模型303以及治疗的任何条件(例如牙齿移动限制)或偏好301；可选地，该方法或装置还可以识别特定于牙科专业人员的并且可以应用于该牙科专业人员的所有患者的任何一般偏好302。另外(和可选地)，该方法或装置还可以提供牙科产品类型(例如，要用于治疗患者的牙科/正畸产品的类型)的指示304。所有这些信息，尤其是处方信息可以用相对较短的形式(例如2-25行、2-20行、2-15行等)或虚拟调查表完成。用户可以将此信息提交至治疗计划优化生成器，该生成器可以位于远程地点。下面将详细描述的治疗计划优化生成器可以使用该信息来生成多个治疗计划。例如，治疗计划优化生成器可以首先通过以下方式制备模型305：例如，如果它还不是数字模型则将其数字化，并且将数字模型分割成单独的牙齿、牙龈等。一旦制备好，就可以执行自动治疗规划307以使用例如不同数量的阶段来自动生成多个治疗计划；对于每个阶段，还可以生成包括不同治疗特性(例如，IPR、附件等)的多个变型311。每个治疗计划是完整的，并且可以用于构建对齐器系列。例如，每个治疗计划可以包括在治疗结束时患者牙齿的新的(并且潜在地是唯一的)最终位置，分阶段显示每个阶段(例如关键帧)的牙齿移动和移动速度以及对齐器特征的集合313。相应的对齐器特征可以包括附件的位置等。
因此，该自动治疗规划可以多次使用治疗计划优化生成器，每次提供略有不同的治疗细节和/或目标，同时利用哪些约束和/或治疗目标曾用于生成该治疗计划的指示符来注释每个治疗计划，包括例如固定的阶段数量。可以将所得的多个治疗计划收集到单个集合(例如，阵列)中，并且所有这些治疗计划通过例如用户界面提交回到用户，以提供有意义的且交互式的治疗计划的显示、选择和/或操作315。然后，用户(例如牙科专业人员)可以使用交互式显示器实时在多个计划之间切换，并选择一个治疗计划或治疗计划的子集319。可选地，用户可以修改一个或多个计划319；如果用户以超过预先计算的多个治疗计划的方式修改治疗计划321，则可以将这些修改发送回自动治疗规划子系统(包括治疗计划优化生成器)以生成包括用户的修改的附加的治疗计划337。这些新的治疗计划可以替代或补充已经预先计算的计划。
可选地，一旦已经从治疗计划的较大阵列中选择了治疗计划的子集，则用户可以将治疗计划的子集呈现给对象323。可为对象提供咨询以提供每种治疗计划可实现的正畸效果的指示(例如，通过显示最终阶段/牙齿位置)。用户或受试者(或两者)可以决定选择哪个治疗计划，并且如上所述，可以转发选择的治疗计划用于生产/制造325。
图4提供了关于本文所述系统的运行的咨询模式的一个示例的附加细节。在该示例中，在牙科专业人员选择了两个或多个牙齿计划419之后(也参见图3，319)，可以向患者呈现这些牙齿计划中的两个或多个433，从而允许患者在它们之间进行选择。在一些示例中，除了牙齿的图像(至少包括治疗计划的最后位置)外，也可以显示元数据，该元数据指示治疗的阶段数量/时长和/或用于生成特定治疗的治疗特性等。显示可以是并排的435或者可以是顺序的，等等。然后，患者可以在所呈现的计划之间进行选择435。最后，可选地，用户可以最终确定治疗，并且所选择的治疗计划可以被提交用于制造437。
图5和图6提供了用于为患者制造一系列对齐器的可能方法的更详细示例。在图5中，虽然用户可以是任何牙科专业人员，但是假定用户是医生。用户可以首先使用用户界面(IDS，用户可以登录以访问帐户的入口)打开患者记录，包括任何照片。可以进行初步(自动或手动)评估，以确定患者是否是该程序的良好候选者(“案例评估”)，并且用户可以核查该案例评估。此后，用户可以提交最低程度的患者处方(例如，指示治疗目标、约束等)。用户还可以如上所述将患者的牙齿模型提交到远程站点进行处理，以生成足够自动治疗计划生成的数字模型。在一些情况下，技术人员可以对数字模型进行数字“详细处理”，以将其准备好用于处理。然后，如上所述，可以使用治疗计划优化生成器自动生成替代治疗计划(MTP)的阵列。此后，可以使用配置为允许交互式显示多个不同的替代治疗计划的用户界面(“CCWeb”)来核查和选择治疗计划阵列中的治疗计划，并在一些变型中修改治疗计划阵列中的治疗计划。如上所述，可以为患者提供咨询。一旦用户选择了单个治疗计划，并且对治疗计划满意，则用户可以将选择的治疗计划发送给制造者(技术人员)，制造者可以(可选地)核查并发送治疗计划的最终版本以进行最终批准。一旦批准，可以直接使用该治疗计划或将其转换为制造格式来制作包括器具的所有阶段在内的治疗计划。如果用户对治疗计划不满意，可以对其进行修改。
图6示出了与图5所示相似的工作流程。在图6中，假定用户在开始时提供了患者牙齿的数字模型(例如，通过对患者牙齿进行数字扫描)。
图7A和7B示出了多个治疗计划的交互式显示的示例，以允许用户在治疗计划之间进行选择和/或尽可能快和有效地修改治疗计划。在图7A中，显示示出了多个治疗计划中的每一个的最终阶段(最终构造)。在该示例中，根据阶段的数量(n1、n2、…nx)并排排列计划。这些计划中的每一个还包括可选的变型(选项1、选项2等)，当选择用户控件(框)时可以显示这些可选变型，这可以通过选中来指示，如图7A所示。
图7B类似于图7A，但是将每个治疗计划列出作为条带的一部分，该条带可以通过例如向左或向右滑动而移动。这些用户界面中的任何一个可以示出阶段的附加表示，作为关键帧和/或牙齿表示。
图7C示出了系统的示例。该系统701被配置为提供不同治疗计划之间的交互式、实时和动态比较。在图7C中，系统701包括可以以任何组合在一起运行的多个模块，以提供实时(或近实时)交互式动态显示，以在多个完整正畸治疗计划之间进行比较，包括在不同的完整治疗计划之间进行快速切换，以图示具有修改后的输入(例如，有/没有IPR，提取等)的治疗计划之间的差异。例如，在图7C中，系统可以包括用户界面711，用于(并排和/或顺序地)显示不同的治疗计划。如本文所述，可以使用多种不同的治疗偏好和/或治疗细节来计算治疗计划。可以将治疗计划布置成任何类型的分组(例如，阵列)，并且治疗计划可以由系统从治疗计划生成系统(例如，上面的图2A所示的)中收集(例如，接收等)，并可以存储在治疗计划数据储存库717中以供系统701使用。多个治疗计划中的每个治疗计划可以包括用于患者牙齿的正畸移动的连续阶段的集合，包括最终阶段。最终阶段可以代表患者牙齿的最终位置。特别地，当至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段时，并且进一步地，其中，治疗计划的阵列包括具有不同治疗特性的两个或多个治疗计划，可以使用这些系统。可以将不同的治疗特性存储在治疗特性数据储存库715中，以供系统以后使用。
在操作中，系统可以结合用户可选控件705来操作用户界面模块711，以允许用户在不同治疗计划之间动态切换(转换)，通过显示包括最后(最终)阶段(其可以由处于该最终位置的患者牙齿的数字模型表示)的一个或多个阶段和/或治疗计划的特性(例如，步骤/阶段的数量、治疗的持续时间、阶段的持续时间、牙齿移动的速率、牙齿随时间的移动(例如，通过动画或静态演示)等)可以将这些不同的治疗计划显示在系统的屏幕或其他显示器703上。系统可以在屏幕上显示对于来自治疗计划的阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的处于最终阶段的牙齿的图像。治疗特性切换709模块可以提供在治疗计划的阵列内的不同治疗计划的图像之间的实时(或接近实时)切换，包括基于屏幕上的一个或多个用户选择的控件在各种图像之间进行切换。
该系统还可以包括通信模块713(例如，诸如Wi-Fi、蓝牙等的无线模块)。通信模块可以允许系统接收输入并发送输出，例如，在用户选择了显示在屏幕上的治疗计划中的所选治疗计划之后，发送所选治疗计划用于制造。
这些系统中的任何一个也可以被配置成允许用户在显示期间修改一个或多个治疗计划，包括修改牙齿位置分阶段时间等。在图7C中，该系统包括可选的治疗计划修改引擎713，其可以配置为允许用户直接修改治疗计划。
图7D示出了制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法的一个示例。特别地，该方法可以允许实时分析和核查大量的治疗计划，选择这些治疗计划之一，并基于这些治疗计划制造一系列或序列的对齐器。例如，该方法可以包括：汇集(例如，收集，包括从远程站点收集)特定于患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，该阵列中的每个治疗计划描述了包括最终阶段的、用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，进一步，其中，至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，并且进一步，其中，治疗计划的阵列包括具有不同治疗特性的两个或多个治疗计划721。然后可以在屏幕上显示来自治疗计划阵列的治疗计划的子集的每个治疗计划的最终阶段之后的牙齿图像723。然后，该方法可以基于屏幕上的一个或多个用户选择的控件实时地在处于治疗计划的阵列中的不同治疗计划的最终阶段的牙齿的图像之间进行切换725。最后，用户已选择的用于制造的治疗计划中的所选一个可以显示在屏幕上并被发送用于制作。一旦制作完成，则可以将其发送给患者或患者的牙科/正畸提供者，以分发给患者。
图8A示出了可以用于交互式地查看、修改和/或选择治疗计划的用户界面的另一示例。在图8A中，可以使用界面来选择并监视患者记录。例如，用户界面可以允许用户交互式地查看生成的多个治疗计划；例如，图8A所示的用户界面显示了示例，在该示例中，已经提交了患者的牙齿模型以及用户的偏好、约束等，并且已经使用治疗计划优化生成包括多个(例如，12个或更多个)治疗计划变型的阵列。
图8B是可以在患者治疗计划开始时使用的用户界面的另一示例。在图8B中，用户界面被配置为交互式处方形式，其可以允许用户(例如，临床医生、牙医、正畸医生、牙科技术人员等)选择患者类型(例如，儿童、青少年、成人)，并且输入有关患者的信息(例如，姓名、年龄、图像等)，和/或输入治疗/方案偏好(例如，萌出补偿、邻间去除偏好、附件偏好等)。用户界面还可从偏好的库或数据库中建议一个或多个偏好。在一些变型中，处方形式还可允许用户手动输入治疗偏好。在图8B中，处方形式还允许用户选择患者牙列的输入类型，例如从口内扫描和/或模具的扫描或患者牙齿的印模中进行选择。
图9A-9B(类似于图7A-7B)示出了用户显示器，该用户显示器并排示出了患者(“乔·史密斯”)的治疗计划的三个(在该示例中)变型。如用户界面的右侧所示，患者有上下拥挤和开咬合(“咬合不正分析”)。治疗可以被配置为解决这些目标。在图9A中，示出了治疗计划的三个集合，其中用户控件允许选择变型(将与变化治疗计划交换)。左侧示出了26个阶段的治疗计划；中间示出了14个阶段的治疗计划；右侧示出了7个阶段的治疗计划。对于每个治疗计划，变型包括：有/没有IPR，以及有/没有对齐器附件。通过在屏幕上(或在诸如小键盘、鼠标等之类的输入上)选择用户控件，用户可以看到添加/去除这些特征具有的效果。此外，可以选择这些治疗计划中的任何一个并将其放入子集中以作为咨询模式的一部分显示给对象。最后，在每种变型的牙齿最终阶段位置的图像下方是特定于该治疗计划的咬合不正分析的文字描述。在图8中，所有三个基本参数解决了上下拥挤，并且26和14阶段的治疗计划都解决了(部分解决了)开咬合的咬合不正。图9B示出了与图9A相同的基本用户界面，但是将26阶段治疗计划示出为包括IPR和对齐器附件两者的变型。
图9C是示出交互式治疗规划屏幕的用户界面的示例，其中在较大的显示窗口中包括患者牙列的模型(3D数字模型)。在一些变型中，上牙弓和下牙弓中的一个或两个示出了治疗计划的所选(一个或多个)阶段，并且允许用户选择并应用各种数字工具来修改治疗计划(例如，改变牙齿数量、添加/去除或移动附件、在选定的牙齿之间添加/去除/修改IPR、向选定的牙齿添加/去除桥体等)、操纵牙齿的3D模型(例如，旋转、缩放、仅显示上部、仅显示下部、显示上下两者、将牙齿的显示角度更改为一个或多个预定角度等)、操纵显示器，包括选择治疗方案的不同阶段和/或显示对于治疗计划的任何阶段(或只是最终阶段)所预测的患者微笑图像、显示网格(grip)、和/或显示一个或多个分析(例如，博尔顿比率(Boltonratio)、咬合分析等)。
在图9C中，用户界面还可以允许用户看到并修改在生成治疗计划中应用的选项，包括针对提出的治疗计划的具有不同特性的产品的名称(例如，全面、快速、青少年等)。特性例如是治疗持续时间/阶段数量、最小牙根移动、拔除、附件限制、修复前间隔物、IPR、(牙弓的)扩张(包括对于这些中的每一个、全部或一些子集使用哪个牙齿)、弹性或外科模拟、远中移动(distalization)等。如上所述，图9C的用户界面可以允许图9A-9B的任何特征，包括选择/取消选择一个或多个参数。
图9D-9F均示出了本文所述的替代用户界面。通常，术语“用户界面”可以指由用户(医生、牙医、牙科技术人员等)看到的界面，尽管如下所述，在一些变型中，可以呈现、包括由用户呈现这些用户界面中的任何一个或类似的结构给患者，作为治疗选择和/或设计过程的一部分和/或在治疗过程期间呈现。例如，在图9D中，用户界面包括用于显示在建议的治疗计划的任何阶段(例如，当选择单个治疗计划时或在仅生成单个治疗计划时)患者的一个或两个牙弓的窗口。用户界面可以显示在设计治疗计划时所用的特征和/或用户偏好，例如阶段的数量或范围(例如，具有>21个阶段的全面计划)、牙齿移动的量(是否最小)、对临床目标的描述(例如，改善覆咬合、后交叉咬合等)以及对齐器/分阶段特征(例如，修复前的间隔物、IPR、扩张、倾斜、拔除、弹性或外科手术、远中移动、附件、等等。)。用户界面还可提供用于操作牙齿的3D工具和/或用于修改治疗计划和/或重新提交以生成新的/修订的治疗计划或一系列计划的工具。最后，用户界面可以允许用户选择/接受治疗计划，从而可以发送一系列对齐器以用于制造(例如，其可以包括一个或多个附加质量控制步骤)。
图9E是用户界面的另一个示例，类似于图9D所示，但是包括附加“标签”，允许用户在建议的治疗计划之间进行选择以进行直接比较；用户界面的功能在其他方面可以与上述相同。可以单独或联合检查每个治疗计划。在图9E中，用户可以在治疗计划之间切换；在一些变型中，如上所述，可以向用户显示并排窗口，允许在两个(或更多个)治疗计划之间的同时比较，如图9F所示。在此示例中，并排显示了为同一位患者生成的成对的不同的治疗计划；用户可以选择一个或两个进行旋转，在一些变型中，当显示治疗计划的阶段时，可以使用户界面允许患者牙齿的各个3D模型的单独旋转，或者用户界面可以被配置为使得在特定治疗计划中移动患者牙齿的3D模型之一可以自动移动根据第二治疗计划的患者牙齿的另一3D模型。
在一些变型中，用户界面可以被配置为在治疗计划结束时(或在任何阶段)显示患者的微笑的修改图像(例如，患者的脸的前向图像中的患者的牙齿)。图9G示出了初始咬合不正的图像(左图)，用于与特定治疗计划后患者微笑的模拟图像(右图)直接并排比较；在用户界面上列出了治疗计划的详细信息(右侧)。在此示例中，用户可以通过切换(在右侧控件中)各种特征的开启或关闭(例如，覆咬合矫正、后交叉咬合矫正、臼齿类别矫正、覆盖矫正、IPR、附件位置、阶段(例如产品)的数量等)来在不同的治疗计划之间切换。
如所提及的，在一些变型中，可以使用用于向患者呈现一个或多个治疗计划的特定输出(包括特定用户界面)。图9H是患者呈现用户界面的示例，其可以提供给患者以说明治疗的预测结果和/或允许在不同治疗计划之间进行比较。图9H中的用户界面是上述用户界面的简化版本，示出了带有模拟的患者牙齿位置的微笑(面部)图像和/或患者牙齿的图像。可以通过一个或多个控件(例如，在图9H中的用户界面的顶部上示出，包括缩放、旋转、牙弓视图/角度等)来操纵图像。在图9H中，选择“微笑”视图，并且示出了两个治疗计划中的每一个的最终牙齿排列。
图10A-10C示出了用户显示屏幕，该用户显示屏幕包括用于详细显示一个治疗计划和/或用于修改治疗计划的控件。在图10A中，示出了具有26个阶段的治疗计划。屏幕中间示出了每个阶段的牙齿的显示，可以通过移动滑块(控件1005)来更改此显示。也可以使用一个或多个控件来改变所示出的牙齿的视图1007。可以显示患者信息1009，以及产品信息1011。还可以示出与正显示的治疗计划相对应的治疗细节和/或治疗偏好1013。在图10A中，显示指示创建了治疗计划，允许邻间去除(IPR)和附件。图10A中所示的示例性显示还指示该治疗计划解决了治疗关注点1015；具体来说，该治疗计划解决了上下拥挤和开咬合。另外，显示还包括允许将该治疗计划添加到计划的子集以进行咨询和/或选择该计划以订购的控件1019。可以从诸如图7A-9B所示的治疗计划的任何其他显示中选择诸如图10A所示的显示之类的显示。
图10B示出了图10A的显示，其中用户正在修改治疗计划。在该示例中，治疗计划正被修改以调节邻间间隔1021，由牙齿上的+符号示出。另外，还可以调节调平量。也可以包括其他修改和控制它们的工具。屏幕上的其他控件可以允许用户直接与技术人员通信1025，或基于该治疗计划订购一系列的对齐器1027，和/或进入咨询模式1031。例如，选择订购计划的控件可以导致确认屏幕，如图10C所示。
图11A示出了图10A的示例性屏幕，如上所述，其被配置为与技术人员进行通信。在该示例中，用户可以添加指令或偏好来注释治疗计划以进行修改。这些文本注释/指令可以由用户键入，或者可以从注释菜单中选择。在图11A中，指令/注释1105包括治疗偏好，陈述：“不要移动上下第三臼齿”和“不要内收上牙”。附加评论可以允许用户提交1107或放弃1109评论。当提交治疗偏好时，装置可以指示确认屏幕1111，如图11B所示。
如上所述，方法和装置(例如，软件、固件、硬件或这些的某种组合)可以被配置为包括咨询模式。图12示出了咨询概要屏幕的一个示例。用户可以在进入咨询模式之前使用此屏幕，也可以将其用作咨询模式的一部分。通常，咨询模式可以显示治疗计划阵列的子集；包括在子集中的治疗计划可以由用户选择，或者在一些变型中可以例如基于已知的用户偏好来自动选择。然后可以使用咨询模式将这些选择的治疗计划呈现给对象。在图12中，咨询概要屏幕将两个治疗计划1201、1203显示为(在要显示的所选治疗阶段的)牙齿图像以及治疗细节或治疗偏好1215(例如，允许/不允许IPR、允许/不允许附件等)。该显示还可以示出每个治疗计划1217所解决的治疗关注点(例如，解决了上下拥挤、解决了开咬合等)。这可以允许患者进行直接比较，包括并排比较。图12中的屏幕还示出了患者信息，包括姓名1220(“乔史密斯”)、牙齿的初始位置1221、患者的图像1223以及初始咬合不正的分析1225。显示上的控件可以允许用户进入咨询模式，在该模式中可以向患者显示可以对应于各种治疗的治疗计划的简化显示。
图13示出了“咨询模式”显示器屏，用于基于用户选择的治疗计划的子集向患者显示。在图13中，咨询模式屏幕示出了两个选择的治疗计划1303、1305，用于与患者的当前牙列1301进行比较。在该示例中，第一治疗计划是26阶段计划1303，而第二治疗计划是14阶段治疗计划。可以显示治疗计划的任何子集。在该示例中，各种治疗计划被显示为带有注释，该注释指示它们以何种程度解决患者的识别的咬合不正1307。例如，26阶段治疗计划(可以对应于第一产品)解决了上下拥挤以及开咬合1309。14阶段的治疗计划(可以对应于第二产品)解决了上下拥挤，部分解决了开咬合1312。
在咨询模式下，用户和/或患者可以在顺序显示或并排显示中核查各种选择的治疗计划，并可以在它们之间进行选择。咨询模式还可以包括有关治疗计划的费用和/或时间安排(包括阶段的数量等)的信息。
图14是用于示出具体治疗计划的细节(包括动画)的显示的示例。可以选择各个阶段。
通常，也可以显示包括牙科记录信息的患者信息。例如，作为参考，方法和装置可以包括患者的上牙弓和下牙弓的显示(例如，参见图15)。在图15中，显示示出了患者的在两个时间(例如2005和2011)时的上颌和下颌的图像。这种类型的显示示出了咬合不正合随着时间的进展。在图15中，咬合不正包括滑动接触和近中漂移。
如上所述，治疗计划的阵列通常可以包括三个或更多个(更优选地为12个或更多个)治疗计划。图16A至图16M示出了患者的治疗计划的阵列的一个示例。图16A示出了患者的实际牙列的示例，示出为数字模型。如上所述，该模型可以从对患者牙齿的直接数字扫描或从印模生成。图16B至图16M示出了为患者生成的12个替代治疗计划，该12个替代治疗计划被组合成用户可以从中选择或进一步修改的治疗计划的阵列。为了方便起见，图16B至图16M被布置为网格，并且示出了在完成治疗计划之后的最终牙齿位置的模型。实际的治疗计划可以包括每个牙齿的位置和/或方向的指示符，以及描述如何从初始位置(例如，图16A)转换到最终位置(图16B-16M)的关键帧。在图16B至图16D中，如水平轴所示，示出了已经利用被设置为不允许附件并且不允许IPR的治疗细节或治疗偏好计算的三个治疗计划中的每一个。这些图还示出了对于图16B-16D分别使用26、15或7个阶段。图16E至图16G示出了允许附件但不允许IPR的一系列治疗计划(也是分别为26、15或7个阶段)。图16H、16I和16J(分别为26、15或7个阶段)示出了不允许附件但允许IPR的治疗计划的最终阶段的示例。最后，图16K、16L和16M(分别为26、15或7个阶段)示出了允许附件和IPR两者而生成的治疗计划的示例。
在图17中示出了替代治疗计划显示和修改屏幕。在此示例中，治疗计划是26阶段计划。初始显示为不允许IPR也不允许附件的26阶段装置。在图17中，屏幕的右半部分示出了配置为过滤器的控件，可以选择这些控件以在不同的治疗计划之间进行切换。由于所有治疗计划都是预先计算的，并且包括在治疗计划的阵列中，因此即使在非常大或复杂的治疗计划中，也可以轻松、快速地在治疗计划之间彼此切换。图17示出了允许显示在允许IPR/不允许IPR 1703的治疗计划与允许或不允许附件1705的治疗计划之间进行切换的控件。附加的其他控件可以允许用户在具有不同治疗持续时间(阶段)的不同产品1707之间切换的控件。在图17中，该装置还可以允许用户选择不同的治疗细节1709。
治疗计划优化生成器
本文还描述了用于自动创建治疗计划以使用将在顺序的阶段中佩戴的多个可移动对齐器来对齐患者的牙齿的方法和装置。这些方法和装置可以包括创建治疗计划的多种变型，以使用要在顺序阶段中佩戴的多个可移动对齐器对齐患者的牙齿。该方法在本文中可以被称为用于自动生成优化的治疗计划的方法，并且该装置(例如，包括非暂时性计算机可读介质在内的软件、包含用于创建使用多个可移动对齐器来对齐患者牙齿的治疗计划的程序指令的计算机可读介质)可以被称为治疗计划优化生成器。
本文所述的用于自动生成优化的治疗计划的方法可以同时优化最终位置和中间牙齿位置(例如，分阶段)。这可以允许该装置生成具有最终位置的治疗计划，该最终位置正好在与设置数量(或范围)的对齐器相对应的产品的允许数量的阶段(因此，在治疗持续时间)内可实现。
使用本文所述的自动生成优化的治疗计划的方法构建的全面治疗计划还结合了优化的或理想化的治疗计划(在本文中称为全面治疗计划)，该优化的或理想化的治疗计划是在不考虑实现要花费的时间量或阶段数量的情况下生成的。这可以使该方法能够改善未明确限定为优化目标的正畸测量。代表潜在正畸问题的测量可以被限制到患者牙齿的初始位置(或值)与全面治疗中计划的位置(或值)之间的范围内。这确保了部分最终位置不会不必要地引入或恶化正畸问题。
作为本文描述的方法和装置的替代，可以通过以下方式来创建治疗计划：首先(手动或自动或手动和自动组合)构建全面治疗计划，然后将该计划划分为一系列移动受限的阶段。在这种方法中，阶段的数量取决于牙齿的最终位置。通过例如迭代地简化主导牙齿移动来确定阶段。图18示出了该方法的处理流程的一个示例，其中，提供牙齿的初始位置以及用户(例如，牙科专业人员的)处方和偏好作为输入，以生成牙齿的最终位置(例如，全面治疗方案)。由于治疗长度估计的不准确性，通过这种方法生成的最终位置可能并不总是满足产品约束。此外，划分计划的步骤所需的牙齿移动的直接简化可能会不必要地损害最终位置的质量。最后，治疗计划可能不会将美学目标优先于正畸规范和规则，实现对可能的患者的主要关注点的次优解决方案。尽管可以通过技术人员的个人判断来缓解这些问题，但是这种手动调整可能会花费大量时间，并且所生成的计划可能缺乏一致的质量。
图18中的方法涉及顺序求解全面最终位置(“最终位置生成”)，然后将其划分为一系列对齐器(“分阶段生成”)，并最终输出包括最终位置和分阶段的治疗计划(“输出”)，该方法是一个线性过程，尽管可能包括迭代以调整最终位置和/或分阶段。如上所述，经常存在希望规划其中诸如治疗时长的参数受到约束的治疗的情况。此外，提供其中同时而不是顺序地确定整个治疗计划(例如，每个阶段)的用于治疗规划的方法和装置将是有益的。
本文描述了用于通过以下方式生成正畸治疗计划的方法和装置：将牙齿移动的目标治疗目的表达为数值表达式并通过与治疗限制相对应的数值约束来限制这些目标治疗目的。给定约束和目标目的，一旦数值地限定了治疗目的和限制，就可以将所得的数值表达式(例如，等式)视为非线性优化问题，并求解以生成最佳治疗计划。这些方法可以得到生成可以被称为“部分计划”的治疗计划，因为这些计划并非旨在完全解决患者的所有临床正畸状况，而是可以在给定的产品限制内(例如，在有限的治疗时间/阶段数量内等)最好地解决这些问题。
图19示意性地示出了本文所述的用于自动生成优化治疗计划的方法的基础概念的简化概述。在图19中，圆圈1903内的区域代表可以从患者的起始牙齿构造(在左上部示出为中心圆1905)实现的所有治疗计划和最终位置。因此，圆圈包含当治疗计划受到对齐器系统的限制(例如，对阶段数量的限制、对每个牙齿的移动量和移动速度的限制等)以及牙科专业人员要求的限制(例如，限制一些牙齿的移动等)时所有的最终牙齿位置和用于实现这些最终位置的治疗计划。这些限制可以被称为治疗偏好和治疗细节。图19所示的圆圈已被高度简化；约束所界定的空间可以是多维的，但原理概念与图19所示的相同。
通常，不考虑形成边界1903的所有或大部分约束而确定全面治疗计划。因此，在图19中，全面治疗计划(“理想最终”)1907被示出为位于由边界1903成的空间的外部，尽管理论上它可以在内部或外部。对应于全面治疗计划的最终牙齿位置的图像示出在图19的右下方。由于在边界内可能不能实现此正畸理想的最终位置，因此必须检查包含在边界内的空间以识别满足同样多的治疗关注点同时提供美学上令人愉悦的结果的次最佳治疗计划。
一种可能的方案可以是在边界内找到接近理想最终位置的治疗计划。在图19中，最接近位置1909导致不令人满意的牙齿的最终位置。如图19的右上角所示，边界内最接近理想最终位置的治疗计划虽然可以解决其他关注点(例如，调平等)，但不解决主要关注点(例如，拥挤)，而是造成或加剧其他问题，例如牙齿间距。尽管除了一个牙齿外，几乎所有的牙齿都达到了与理想最终位置几乎相同的最终位置，但所得的最终位置在正畸上和美学上均不令人满意。
相反，在图19的左下方示出了既解决了主要关注点(例如，牙齿拥挤)又导致美学上令人愉悦的结果的最佳位置1911。尽管更少的牙齿达到了与最佳位置相同的最终位置，但所得的最终位置优于所示的最接近位置。
在实践中，可以通过以下方式找到理想的拟合：将约束表示为数值表达式和对这些数值表达式的限制的集合，并将所得的表达式作为优化问题来求解。具体地，该方法可以包括识别针对具体患者的治疗偏好和治疗细节的集合，将这些治疗偏好和治疗约束表达为非线性表达式，以及求解优化问题。图20A示出了该方法的示意图。在图20A中，对方法(或执行该方法的装置)的输入是患者牙齿的初始位置、牙科专业人员的处方和偏好以及产品的限定。产品的限定可被视为治疗偏好的集合。例如，这可以包括阶段的数量、包括对齐器对牙齿的移动速度的对齐器的特性等。用户的处方和偏好可以与治疗细节相对应。
在本文描述的任何方法和装置中，具有用于在治疗规划中使用的理想牙齿位置(例如，全面最终牙齿位置)可能是有益的。但是，应该清楚的是，该全面最终牙齿位置不用作实际的最终牙齿位置。而是，本文所述的方法同时确定实际的最终牙齿位置和在治疗偏好和治疗细节所要求的限制内达到该牙齿位置所需的阶段。可以使用用于确定全面最终位置的软件(也可以称为“FiPos”软件)，或者可以数字地或手动地(例如，使用患者牙齿的模型)来手动或半手动/半自动地确定和数字化最终位置。
一旦已经识别了全面最终牙齿位置(“完整的最终位置生成”)，就可以使用该最终位置以及初始位置、治疗偏好和治疗细节，来使用“优化治疗规划”确定最佳治疗计划。该优化治疗规划将在下面详细介绍。优化治疗规划可以包括向量描述中的结果，包括分阶段、关键帧(示出各阶段之间的牙齿移动)和牙齿的建议的最终位置，其可以由系统输出(“输出”)。
图20B稍微更详细地示出了该方法，其示出了用于确定全面最终位置所要解决的规则和问题，以及用于确定可以为优化的治疗计划求解的优化问题的规则和限制的示例。
在图20C中，相同的四个输入(产品限定/治疗细节2003、偏好(治疗偏好、用户特定的和/或患者特定的)2005、初始牙齿位置2007和全面牙齿位置2009)由治疗计划优化生成器使用以从处理器2011可访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标。该存储器通常可以包括描述数值表示的治疗目标的预定的通用表达式(“评价函数(merit function)”或评价函数分量，或“目标函数”)的集合。通常，这些目标中的每一个都是在理想情况下其值最接近零的数值函数。例如，如下所述，如果治疗目标是在x方向上的对齐，则数值函数可以将与在x方向上的对齐的偏差表示为数值(例如，从意味着对齐的0到例如以毫米为单位的未对齐的某个距离)。
类似地，治疗偏好可以表示为对目标函数的限制。治疗偏好以及在一些变型中的治疗细节、初始位置和全面位置可用于从存储的预定的通用约束的集合中选择数值限制。一旦选择了数值限制和目标函数(例如，基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合和患者牙齿的全面最终位置)2015，得到专门的约束(限制)2017和专门的数值表示的治疗目标(目标函数)2019，则可以通过首先组合多个数值表示的治疗目标(目标函数)以形成单个数值函数(单个数值评价函数)而将它们表示为非线性优化问题2021。每个数值表示的治疗目标可以乘以缩放因子。所得的的非线性优化问题是受到多个数值限制的单个数值函数2023。
此后，可以使用诸如内点法的常规技术求解该优化问题。这样的非线性约束的优化求解技术2025可以使经受多个数值限制的单个数值函数最小化，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量2027。解向量可以被映射到治疗计划2029，其中，“优化的”治疗计划2033包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
一旦将对患者牙齿的约束(例如，产品限定/治疗细节和治疗偏好)表示为数值函数和限制，就可以通过求解优化问题来识别优化的治疗计划。非线性约束的优化问题可以由评价函数和不等式约束的集合表示：
最小化 f0(x)
受限于 fi(x)≤0，i＝1，...，m，
参见例如图21。为了通过解决优化问题来生成治疗计划，将根据不同的值来描述治疗计划，这些值被映射到问题陈述中的xj个变量。下面描述在该方法的第一实现方式中使用的一个可能的映射。最终阶段的每个牙齿的位置是根据六个坐标(朝向，例如旋转和从下颌中心的平移)描述的并被映射到六个变量。每个牙齿的阶段(即中间位置)被描述为几个函数分量的线性组合。每个分量描述与在某个阶段的线性移动的偏差，并由六个坐标偏差和阶段号进行参数设置。因此，每个牙齿的每个函数分量被映射到优化空间中的七个变量。
单个数值函数的数值限制被理解为治疗计划的质量，其决不能被违反，并且可以被限定为不等式约束fi。约束施行机械、生物力学、临床和美学规则以及产品限定所施加的限制。实施的约束包括但不限于：再接近量(amount of reproximation)、牙齿移动的最大速度、内牙弓碰撞的深度、牙尖到牙沟咬合。约束的示例还包括“无损害”约束，其确保牙齿的移动不会导致对齐变差或矫正过度，例如：牙中线、覆盖、覆咬合、咬合、错位、间隔、旋转等。其他约束可以包括：碰撞量、移动速度和移动的分离等。
将必须在约束内尽可能提高的治疗计划的质量限定为数值表示的治疗目标，即，评价函数的分量f0。目标通常是要通过治疗改善或修改的特征。目标可以包括但不限于所得到的治疗的长度、空间量、牙齿之间的未对齐等。例如，潜在的主要关注点可以包括：未对齐(x和z)、反旋转(de-rotation)、咬合、牙间隙和空间、牙弓间碰撞等。其他目标可以包括：接近全面设置和往返。评价函数被限定为由预定系数加权的目标函数的非线性组合。可以将所有目标函数求和(并加权)以形成单个数值函数(单个数值评价函数)。
例如，如本文所述可被加权、求和和最小化的目标函数可以包括：与理想最终位置(与试图达到理想最终位置的目标)的最小差；未对齐，例如通过最小化在值最终位置中的x未对齐和z未对齐与理想位置中的x未对齐和z未对齐之间的差；要对齐到牙弓的牙齿(例如，最小化值最终位置和理想位置的x轴值之间的角度)；最小的牙间隙(例如，最小化相邻牙齿之间的空间)；咬合(例如，适用于两个颌的情况，将相应的牙尖从一个颌拉向相对的颌的牙沟)；往返(例如，最小化近中-远中和颊舌往返)；值位置中的牙弓间碰撞(仅适用于两个颌的情况，例如，尝试在后部牙齿处创建尽可能接近理想最终位置的牙弓间碰撞)；阶段期间的牙弓碰撞等。
通常，测量可以是可以用作优化问题中的目标或约束的在软件中实现的功能。每个测量的输入可以是：所有牙齿的3D模型(常数)、每个牙齿六个坐标，这些坐标限定了牙齿相对于颌的位置。每个测量的输出可以是单个数值，例如以毫米为单位的距离、以弧度为单位的角度、或0到5的分数。
在图22A-25中示出的目标的示例示出了被表示为数值函数和限制的目标和约束的示例。例如，图22A示出了一种量化(例如，在上颌和下颌之间的)咬合的方法。在图22A中，咬合度量是来自一个颌的所有相应的牙尖与相对颌的和牙沟样条之间的累积距离。对于上颌，使用舌侧牙尖；对于下颌，使用颊侧牙尖。因此，咬合的质量被测量为咬合牙沟和牙尖之间的距离的函数。优化问题的约束可以确保部分设置中的咬合质量不会比患者的初始位置差。因此，如果患者的交叉咬合不能在低阶段的产品中以良好的咬合而完全解决，则其不会被矫正。这在图22B-22D中示出。图22B示出了患者的初始牙齿构造(交叉咬合)的视图。图22C示出了使用全面最终位置进行矫正的矫正。图22D示出了使用如本文所述的“部分”优化设置的可比较的矫正。
图23示出了x未对齐的量化的示例。X未对齐是在给定阶段中两个相邻牙齿的颊嵴(buccal ridge)端点之间的线到牙弓法线上的投影2303(黄色线)。类似地，图24示出了z未对齐的量化。Z未对齐是在给定阶段中齿尖点的差到颌咬合平面的法线上的投影2403。
图25示出了对齐到牙弓的量化。如图所示，对于给定牙齿与牙弓对齐是在值最终位置中的X轴投影与理想最终位置中的X轴投影之间的角度。
约束的示例包括牙齿移动限制，牙齿移动限制通常要求根据产品限定对每种牙齿类型限制允许的移动范围。可以在临床上限定这些限制，以确保利用要使用的装置在实践中可以实现建议的治疗计划。每个产品(例如，对齐器)可以具有不同的值集合，其可以存储在查找表或处理器可访问的其他存储器中。
牙齿移动限制可包括旋转(例如，牙齿沿z轴的旋转)；翻转(例如，牙齿沿x轴的旋转)、扭转(例如，牙齿沿y轴的旋转)；牙冠移动，包括水平牙冠移动(例如，沿z轴的平移被忽略)；颊舌牙冠移动(沿x轴的牙冠中心平移)；近远中牙冠移动(例如，沿y轴的牙冠中心平移)；近远中根尖移动(例如，沿y轴的根尖平移)；颊舌根尖移动(例如，沿x轴的根尖平移)；伸出/压低(例如，牙齿沿z轴的平移)；以及相对伸出。
碰撞约束还可用于限制牙齿之间的碰撞。此外，可以将分阶段约束应用于中间阶段(例如关键帧)，以确保治疗计划是一致的并且在临床上可预测的。碰撞约束可以包括牙弓间碰撞(仅适用于两个颌的情况)，这禁止在后牙上的深度大于例如0.05mm的深碰撞，并可以禁止在值最终位置中的在前牙中较小或相等的深度的碰撞。碰撞约束也可以禁止一个牙弓碰撞(例如，使得值最终位置中的相邻牙齿之间的碰撞不超过初始、理想最终或与紧密接触对应的值中的最大碰撞)。
也可以使用分阶段约束。例如，分阶段约束可以包括值最终位置的同步完成(例如，每个牙齿必须以相同的阶段号完成移动)；固定的阶段约束(例如，每个牙齿都在阶段0开始移动)；“不超过阶段”(例如，最终阶段数、治疗长度不得大于产品允许的(即20个阶段等)；“不触发阶梯模式(Stairs pattern)”(不超过不需要长的连续牙齿移动而在实践中可预期地实现的每个牙齿上的近远中移动，这被称为阶梯模式)；使得任何牙齿上均不会发生Z旋转和压低/伸出往返的约束；以及速度规则(例如，单个阶段(例如对齐器)上的牙齿移动不得超过0.25毫米)。
约束的其他示例包括“不损害”约束，其确保计划的最终位置不会引起或恶化正畸问题。在优化的最终位置中，与正畸条件相对应的每个测量值都必须位于在初始位置中测得的值和在全面(理想)最终位置中测得的值之内。例如，通过要求每个颌的每一侧应至少有一个切牙，可以限制覆盖(仅适用于两个颌的情况)。覆咬合可以受到限制(仅适用于两个颌的情况)；每个颌的每侧应至少有一个切牙。中线可以受到限制(仅适用于两个颌的情况)；每个颌应具有两个以上的前牙。咬合可以受到限制(仅适用于两个颌的情况)。X和Z未对齐可以受到限制(适用于至少一个牙齿可移动的每对相邻牙齿)；牙弓和颌咬合平面可以在初始位置计算一次。间距(适用于至少一个牙齿可移动的每对相邻牙齿)可以受到限制；相邻牙齿之间的牙冠间距不应超过初始位置和理想最终位置中的最大间距。可以通过在初始位置和理想的最终位置之间保持齿轴来限制角度(对于x、y和z轴的对齐到牙弓测量)。
一旦以这种方式陈述了问题，就可以通过任何具有足够能力的约束优化算法(例如，内点法)来解决。结果是解向量。该向量将包括每个牙齿的位置和朝向值，以及与每个牙齿相对应的阶段号。向量可以描述大量这样的值，例如xj个变量。
通过以上参考图20C描述的变量的映射，可以将生成的xj变量的最优值的解向量转换为治疗计划。
通常，这些方法可用于生成部分治疗计划，部分治疗计划通过在产品限制内尽可能解决患者的关注点来表征。与以理想的全面牙齿位置为终点的全面或完整的治疗计划相比，这些部分治疗计划可能不能完全解决牙科专业人员的所有关注点，也可能不能解决所有正畸问题。为了生成这样的部分计划，将产品中允许的治疗长度和牙齿限制实现为不等式约束。这迫使优化算法找到在产品限制内的解，即治疗计划，其尽可能地改善评价函数，但是不能达到完全程度。
通常，为了提高计划的质量，可以添加优化目标(例如，全面牙齿位置)以最小化部分计划和全面治疗之间的距离。该距离可以通过从部分最终位置开始达到全面最终位置的二次治疗的长度来测量。如上所述，可以手动、自动或半自动生成全面治疗计划的完整最终位置，并将其单独存储在装置中。一旦部分治疗计划准备就绪，将放弃完整最终位置。
为了确保如本文所述生成的部分治疗计划(优化的治疗计划)不引入或恶化正畸问题，可以引入附加的不等式约束。如上所述，每个识别的正畸问题，例如深咬合或类别，可以测量为单个数值。接下来，两个不等式将这种测量在部分设置中限制到在初始值和全面治疗之间的范围。前一个不等式确保部分设置不会使问题比初始位置更严重。第二个(可选的)不等式可以确保部分设置不会不必要地过度矫正问题。
通过包括全面最终位置，并将其并入非线性优化问题的评价函数和约束中，并使用通用优化算法求解该问题，本文所述的方法可以生成完全满足来自产品和用户偏好的约束的治疗计划，同时最佳地解决主要关注点，改善并维持其他正畸测量。
本文描述的方法可以直接应用于对阶段数量或牙齿移动量有限制的所有产品。如上所述，通过自动构建这样的计划，它们可以使牙科专业人员核查产品范围的多个计划，或者在核查更新的治疗计划的同时定制产品。对阶段数量的限制可以用其他限制和目标代替或补充；这可以允许该方法将主要关注点、医生的偏好和可预测性模型也并入到全面治疗计划中。
本文所述的方法和装置还与生物力学方案的使用完全兼容，该生物力学方案可以潜在地与最终和中间牙齿位置的优化相结合，以生成具有由器具(例如，对齐器)设计完全支持的移动的治疗计划。
碰撞检测
对患者的正畸治疗的构建必须考虑到牙齿相互位置的限制，包括间距量和邻间去除。计算牙齿之间的碰撞和间距的准确的量可能是计算密集的操作，其影响自动治疗计划的成本和质量。本文描述了用于通过使用多个三维(3D)形状(例如胶囊)包装牙齿的表面或者在一些变型中包装其他结构(例如，附件、支架等)来构建近似的牙齿形状的方法和装置(例如，诸如用于自动检测牙齿之间的碰撞的系统，其可以被称为碰撞检测器)，该三维(3D)形状在芯中具有平面图形(例如，线、矩形等)，并具有在x、y和z从芯延伸恒定半径的外表面。牙齿之间的碰撞(例如，重叠)可以高精度地从3D形状分析地确定。这些系统和方法还可以应用于牙齿的仅相邻部分(而不是整个牙齿)，并且可以与包围盒的层次结构组合以加速计算。与精确的通用技术或估计碰撞相比，本文描述的这些方法和装置可以快两个或多个数量级，并且可以允许上述用于计算一个或多个治疗计划的系统和方法(例如，求解器或治疗计划求解器)并入这些碰撞检测器。此外，本文描述的任何方法和装置可以确定牙齿之间的重叠(或者在一些情况下，最接近的分离)的幅度，但是也可以被配置为确定重叠的速度(例如，在三个或更多的空间方向上，例如，x、y、z和/或偏航、俯仰、侧倾)。
图29A示出了使用三角形网格2905来对诸如牙齿的形状的表面进行建模。使用三角形网格的表面建模可用于对相邻牙齿建模，建模的表面可用于估计诸如牙齿的对象之间的距离。图29B示出了显示为胶囊的一组三维(3D)形状的示例，其中，每个3D形状具有作为线或平面图形的芯以及距芯恒定半径的外表面。在图29B中，胶囊2907由作为线的芯形成。如将在下面更详细地描述的，通过如本文所述利用胶囊包装相邻牙齿的表面(和内部区域)来对相邻牙齿的表面建模可以用于比其他方法(包括通过三角形网格建模，如图29A所示)快得多地确定形状之间的碰撞。例如，可以使用2000-8000个三角形以高精度对牙齿表面建模；可以使用50-200个胶囊以近似相等的精度对同一表面建模。因为胶囊具有平坦区域和凸起区域，所以它们可能特别适合于对诸如牙齿的表面的形状进行建模。与利用三角形以相等精度进行建模相比，使用距平面图形(例如，直线、矩形等)具有恒定半径的3D形状可用于快五倍以上地计算表面之间的距离。诸如胶囊的3D形状通常是固体，因此可以用于快速穿透深度计算。
图29C示出了用胶囊2917建模的牙齿(整个牙齿)和用三角形网格建模的牙齿(右侧2915)的并排比较。在实践中，只需要通过利用诸如胶囊的三维形状包装一次来对患者的牙齿进行建模；此后，可以改变整个牙齿的位置，但是通过3D形状建模的相同表面用于检查牙齿的多种不同排列的碰撞/间距。
尽管已经发现使用具有至少部分线性的芯的形状(例如，胶囊、圆角矩形等)对于对牙齿表面建模和估计距离(包括碰撞和碰撞深度)可能特别有益，但是可以使用具有芯和距芯恒定半径的外表面的任何合适的3D形状。例如，图30A至图30C示出经过具有芯和距芯的恒定半径的外表面的3D形状的截面；在图31A-31C中以透视图示出了所示的相应图形。在图30A和31A中，形状是具有芯3001的球体，芯3001是半径r 3003起源的点。使用仅具有凹外表面的球体来包装诸如牙齿表面之类的复杂形状可能是非最佳的，部分原因是牙齿的表面包括不是凹入的区域。与诸如像图30B和31B中所示的胶囊之类的其他形状相比，使用球体可能需要更大量的较小的球体用于包装以近似牙齿表面。在图30B和31B中，胶囊具有作为线段3005的芯和在x、y和z空间中的线的所有侧的恒定半径r 3007的外表面。类似地，图30C和31C示出了芯为闭合平面形状的示例，示出为具有从表面延伸的恒定长度半径3011的矩形3009。在图31A-31C的透视图中示出了外表面。
当使用诸如胶囊的3D形状对牙齿建模时，可以使用各种不同的胶囊大小；例如，胶囊可以具有不同的芯线段长度，和/或每个胶囊从芯延伸的半径可以不同(尽管通常单个胶囊中的半径长度相同)。替代地或附加地，可以使用不同的3D形状。
图32A和32B分别示出了已经使用多个胶囊建模的患者的臼齿3201的俯视透视图和侧视透视图。在该示例中，已经通过利用胶囊进行包装来对牙齿在齿龈上方的部分的整个外表面建模。在实践中，可以从患者的一个或多个牙齿的数字模型对一个或多个牙齿进行建模。例如，可以提供患者牙齿的数字扫描(例如，来自口内扫描、牙齿印模的扫描等)，并且可以通过利用多个3D形状(例如胶囊)包装牙齿表面(以及所有牙齿体积或其外围区域)来对牙齿的表面建模。可以使用优化算法来自动定位少量胶囊，以尽可能接近地近似牙齿表面。可以将与牙齿表面的匹配精度设置为参数，以便可以确定在设置精度范围内对表面进行建模所需的最小胶囊数目(或最大胶囊大小)。
在对患者的牙齿进行数字扫描的变型中，可以将数字扫描划分成各个牙齿(或牙齿的组)，并且可以利用3D形状(例如，胶囊)对每个划分的区域(例如，牙齿)进行建模。在一些变型中，(一个或多个)牙齿可能已经以另一种方式(例如，通过如图29A中所描述的三角形)建模，并且可以利用3D形状对现有模型进行建模。
为了对单个牙齿(或牙齿组)建模，可以利用胶囊包装牙齿，以使牙齿表面与胶囊外表面之间的差异尽可能小。在此模型中，仅将3D形状(例如胶囊)用于近似；可以快速构建并可以快速分析这些3D形状。如下面将更详细描述的，在一些变型中，可以近似仅牙齿的一部分。例如，仅可以对IP区域、切牙区域、牙冠等进行建模；例如，仅可以对面向相邻牙齿的牙齿侧面进行建模。可替代地，可以对整个牙齿形状进行建模。在一些变型中，可以在近似之前缩减(decimate)牙齿形状。例如，可以通过过滤(例如，平滑等)来简化牙齿形状。替代地或附加地，原始形状可以用于获得更精确的近似。在一些变型中，可以同时、例如并行地对所有牙齿(或牙齿的子集)建模。可替代地，可以逐个地、例如顺序地对牙齿进行建模。
对牙齿建模可以是迭代的。最初，可以用不重叠的3D形状(例如，胶囊)填充表面，作为初始配置。每次迭代可包括：找到由胶囊最差地近似的形状的区域(例如，将数字牙齿表面或“实际表面”与3D形状填充表面进行比较)。优化问题可以被构造用于利用一个胶囊对象近似该区域。例如，以下关系可以被最小化，受到每个胶囊的端点必须位于牙齿形状的凸包内部的约束，并且距离牙齿形状的每个最小二乘直线(LSS)最近的顶点应不超过某个小限制：
在这种关系中，wk是原始形状的顶点vk的权重。对于邻间(IP，相邻牙齿之间的区域)区域近似：
ωk＝f({vertexk}y2)
这可以用优化求解器求解，并且可以将新发现的表面添加到近似中，同时可以从近似中去除废弃表面。然后可以细化总近似。可以按需多次重复(迭代)此过程，直到达到所需的精度为止。
例如，在一些变型中，本文描述的系统和方法可以从牙齿表面的数字模型(例如，扫描)中选择顶点的子集，并且可以用一个胶囊近似该顶点的子集。可以使用优化求解器来最小化胶囊和选定的点子集之间的距离。如果近似很差(例如，低于某个用于近似的阈值)，则该点集不适当，并且可以修改顶点子集以在顶点内找到可以更好地被近似的点，或者找到可以在期望的范围内更接近地近似的新的点集(例如，可以识别另一个胶囊以近似较小的点子集)。一旦完成了胶囊的初始包装，每个胶囊近似牙齿上的点的较小的子集，就可以通过用被重新排列的一些胶囊进行来重复优化过程以达到更高的精度。当达到所需胶囊的最大量时，该过程可以停止。例如，胶囊的阈值数可以被设置为例如15个胶囊(10个胶囊、12个胶囊、15个胶囊、20个胶囊、25个胶囊、30个胶囊、35个胶囊等)。可替代地，在一些变型中，可以重复该过程直到达到精度限制或阈值，而不限制胶囊的数量(及因此的胶囊的大小)。例如，可以将精度限制设置为要求填充大于0.001mm的所有空间。可替代地，可以使用两者(胶囊的数量和/或最小精度限制)的组合或平衡，例如用于在精度在预定范围内的情况下增加胶囊的数量。
尽管图32A-32B示出了使用多个胶囊建模的整个牙齿的示例，但是也可以对其他结构进行建模，包括可能存在于牙齿上或与牙齿相关联的其他牙齿结构。例如，图33A-33B示出了牙科器具的一部分(精确翼部分3301)的透视图，该牙科器具已经通过利用多个3D形状(例如胶囊)进行包装而被建模。在一些变型中，这对于检测牙齿与正畸装置之间或多个正畸装置之间的碰撞可能是有益的。
图34A示出了具有使用多个胶囊建模的表面(邻间表面)的牙齿的示例。在图34A中，通过用各种大小的多个胶囊包装表面来近似左侧邻间表面3405。牙齿的其他区域(例如，牙冠区域)未被建模，或未被建模达相似的精度。在一些变型中，可以对与相同牙齿相关联的多个区域进行单独地建模，例如左侧和右侧邻间区域、牙冠区域等。图34B示出了包括多个单颗牙齿的牙弓。每个牙齿分为左侧和右侧，在一些牙齿(例如，臼齿、前臼齿)中，还分为单独的中间区域；左右区域可以被分别建模。例如，被框起来的门牙3408包括以不同的阴影示出的左侧3410和右侧3412，并且可以对所有牙齿进行类似的区分。
一旦已经通过包装3D形状对牙齿的一个或多个表面数字地建模，就可以围绕每个牙齿的每个建模表面的所有3D形状以及相邻形状集合形成包围盒的层次结构。建立包围盒的层次结构可以提供一种快速有效的方法来确定两个相邻牙齿之间的哪个胶囊可能彼此最接近和/或可能重叠。包围盒的使用，特别是包围盒的有组织的层次结构的使用，可以大大减少寻找最接近的胶囊对的时间。包围盒允许快速确定空间中碰撞/分离的近似值，而不是精确值。可以将近似值计算为两个形状的所有可能的胶囊对之间的最小距离。例如，近似碰撞可用于治疗计划生成的优化过程中，以提供对牙齿位置的良好初始猜测，其满足几乎所有要求，除了由于近似计算的不精确而导致的一些小的碰撞/空间规则违背之外。可以通过切换回精确计算(例如，使用胶囊距离)来解决这些违背。与仅使用更精确的碰撞深度/空间计算相比，允许粗略和更精确地确定间距的这种包围盒和3D形状的组合已经被发现将实质性能提高多达150倍或更多倍。
使用包围盒的层次结构，其提供具有通过3D形状(例如胶囊)、特别是通过增加胶囊的数量提供的更精确的碰撞信息的近似碰撞信息，可以允许快速准确的碰撞/间距信息。
可以组织包围盒的层次结构，以便将每个胶囊放入紧密适合它的包围盒中。包含一个或多个胶囊的每个包围盒被视为层次结构的叶子。来自较高级别的层次结构的每个盒界定来自较低级别的层次结构的几个盒。图35A示出了用于四个胶囊的包围盒的层次结构的一个示例。在此示例中，胶囊A、B、C、D每个被界定在包围盒中，从而形成层次结构的最低级别。包围盒A和B被合并成包围盒AB，包围盒C和D被合并成包围盒CD。最后，在层次结构的顶部，包围盒AB和CD被合并在包围盒ABCD中。图35A示出了布置为树的整个层次结构，具有对应于最低级别的各个胶囊的盒。
可以使用用于构造包围盒层次结构的任何适当的算法。使用更紧密的包围盒(例如，具有较小的体积)可得到在碰撞计算中更有效地使用层次结构，因此，本文描述的方法和装置可以构建层次结构，同时最小化层次结构的每个级别上的所得到的包围盒的体积。每个牙齿可以具有单个层次结构或多个层次结构，例如，对应于左侧邻间侧面和右侧邻间侧面等的层次结构。在检查相邻的牙齿的碰撞时，可以遍历该层次结构以避免计算不能影响碰撞/空间的结果值的成对的胶囊之间的距离。例如，图36示出了用于遍历包围盒层次结构以跳过不能影响碰撞/空间的最终值的胶囊之间的距离计算的方法的示例(例如，在此示出为伪代码)。该方法可以从最高级别处开始，并通过例如测量每个相邻牙齿或两个相邻牙齿区域的最大(顶级)包围盒之间的距离，来查看层次结构的最高级别之间是否存在任何碰撞(例如，重叠)。如果顶级没有重叠，则根本没有碰撞。但是，如果存在碰撞，则可以将层次结构往下的下一个级别进行比较，以确定层次结构中的哪些分支包括碰撞；对于包括碰撞的每个分支，该过程可以继续向下到下一个级别/分支，直到达到最低级别(胶囊或其他3D形状)为止；因此，两个牙齿或牙齿区域上的最终级别代表发生碰撞的区域，可以检查这些区域以确定碰撞的深度(幅度)。图37A示出了分析地确定不同层次结构的两个胶囊之间的距离的方法。通常，装置和方法可以测量3D形状的芯之间的距离d，并且在该示例中，胶囊之间的最小间隔等于两个线段之间的最短距离减去第一胶囊的半径和第二胶囊的半径。图37B还包括用于找到两个形状(例如，利用图35A-35B所示的胶囊包装的形状A和形状B)之间的近似距离的伪代码指令集的示例。尽管本文描述的示例包括包围盒，但是可以使用其他简化的边界几何形状，例如，可以使用包围球或包围胶囊层次结构。
除了检测当牙齿在指定位置时发生的任何碰撞的幅度之外，本文描述的方法和装置可以用于确定任何碰撞的速度。在进行速度测量时，一个或两个牙齿可在一个或多个轴(x、y、z轴、侧倾、俯仰和横摆)上移动很小的增量(例如，小于0.001毫米、小于0.01毫米等)，并对于每个轴确定所得到的重叠的变化。可以针对六个轴中的每一个测量最终速度，和/或可以将最终速度组合到单个指示符(例如，向量)总和或关系中。
在确定碰撞速度的任何过程期间，其中牙齿可能在其一个或多个轴上“抖动”，具有形状的任何位置变化的碰撞/空间中的最接近的胶囊对很小。这可用于在优化算法中更快地计算梯度，以用于确定治疗后牙齿的最终位置，以及用于分阶段构造。例如，牙齿可以在六个轴(例如，三个平移轴x、y和z以及三个旋转轴：俯仰、横摆和侧倾)中的每一个中移动较小的量(例如，小于0.001毫米的平移、小于0.01度的旋转等)。这例如在图40中示出，示出了围绕一个牙齿的轴。因此，被识别为碰撞的相同胶囊可以在小移动后被重新检查以确定碰撞速度。当使用求解器/引擎求解一个或多个治疗计划时，求解器可以避免牙齿之间的碰撞。为了求解器在规划治疗时估计最佳方案，可以不仅仅通过碰撞的幅度(例如，深度)来提供求解器，还可以通过碰撞的速度(例如，碰撞深度如何对相对于相邻牙齿的位置的小变化做出反应)来提供求解器。如果一个牙齿是固定的，但另一个牙齿围绕其原始位置移动，例如抖动，则可以将相同的一对(或多对)胶囊用于非常快速的计算。深度可以被限定为牙齿与另一牙齿的接近程度，例如以mm的重叠。在一些变型中，可替代地，该方法和/或装置可以测量两个最接近的胶囊之间的空间(例如，即使不碰撞时)。
在使用中，用于求解碰撞的幅度和速度的方法可以被集成到用于求解一个或多个治疗计划的方法中。例如，治疗计划求解器可以调用碰撞检测器来识别每个牙齿之间的碰撞和旋转。治疗计划求解器可能最初已经识别了患者牙齿的数字模型，其中一个或多个表面是通过3D图形(例如胶囊)建模的。参见例如图38和39。患者的牙齿，例如沿着邻间区域，可以被建模为单个牙齿(或牙齿的集合)，并且可以确定重叠3509。在进行附加的碰撞确定时，无需重新建模牙齿。碰撞检测器(碰撞引擎)可以测量作为碰撞深度的幅度的变化，并且还可以确定多个轴中的每一个的变化幅度的速度。
在利用基于非线性优化的算法的正畸治疗的构造期间，使用该方法的特殊变型。例如，为了计算碰撞或空间量的变化的梯度，非线性优化算法的每个步骤可以计算成数千个牙齿位置的小变化的值。如果位置的变化受较小的常数边界限制，则可以使用先前计算的结果来选择找到碰撞或空间的量必须考虑的较小数量的胶囊。这种额外的修剪将计算复杂度从O(N2)降低到O(1)，并允许增加用于牙齿近似中的胶囊数量，而不会相应地增加计算时间，从而提高了精度。
在胶囊具有平面图形(例如，线、矩形等)的芯并且具有在x、y和z中从芯延伸恒定半径的外表面的示例中，可以高精度地从3D形状分析地确定牙齿之间的碰撞(例如，重叠)。如上所述，这些系统和方法也可以仅应用于牙齿的相邻部分(而不是整个牙齿)，并且可以与包围盒的层次结构组合以加速计算。
本文描述的任何方法和装置，包括子组件或子系统(例如，诸如用于自动检测牙齿之间的碰撞的系统或子系统，其可以被称为碰撞检测器)，可以被配置为通过使用如上所述的多个三维(3D)形状(例如胶囊)包装牙齿的表面，或在一些变型中包装其他结构(例如，附件、支架等)来构造牙齿的近似形状，这些3D形状(“胶囊”)可以基于要建模的产品(包括牙齿和/或其他结构，例如保持器、附件等)的形状来选择。如上所述，通常，使用胶囊进行形状近似可以显著地减少碰撞计算所需的时间，这可能是治疗计划构建中的瓶颈。然而，即使近似的准确性不高，填充(例如，基于胶囊的)技术在建模时消除剩余碰撞方面仍是有用的。在一些变型中，高精度近似的构造可以导致节省大量时间，甚至不需要以精确计算来改进治疗计划。
例如，在一些变型中，关于牙齿的(一个或多个)面或正在被建模的其他目标的拓扑信息可以用于选择胶囊的大小、形状和/或位置。在一些变型中，使用有关面的拓扑信息(例如曲率(curvature))来寻找最适合利用单个胶囊进行近似的区域。这可以通过识别曲率闭合的形状上的一个或多个区域来完成；在一些变型中，当胶囊由固定半径的球或基于固定半径的形状组成时，它们可能无法有效地近似具有不同曲率的区域。图41A示出了成对的牙齿形状的一个示例，其示出了具有可以使用单个胶囊进行近似的封闭(闭合的)曲率的区域。在图41A中，每个不同区域(由不同阴影示出)，例如4101、4103，具有闭合的曲率。使用二次误差度量来测量从形状到近似的距离。可以使用任何适当的方法来确定表面的曲率。
一旦被识别，曲率就可以用于确定胶囊的形状、大小和/或位置。胶囊近似可以在进行中进行改进。例如，如果请求了在特定区域(例如，“不良”区域或高误差区域，如图41B所示)中的碰撞，则可以确定、存储和使用关于不同区域中的近似质量的信息来交互地细化近似。在图41B中，不同大小的阴影点示出了具有近似误差的区域(例如，图41B中的点4109、4109’的相对大小反映了每个点位置处的近似误差)。
例如，本文描述了如上所述的确定/检测碰撞的方法，其中，三维形状(例如，牙齿)的初始划分可以基于外部形状表面的曲率。因此，该方法或被配置为执行该方法的任何装置可以识别外表面的靠近的面。对于每个面，该方法或装置可以构造具有坐标(x1，…，x7)的向量，其中，x1…x3是面的中心的坐标，x4…x6是向量(k1*d1+k2*d2)^n的坐标(k1、k2是面的主曲率，d1、d2是主方向、n与面垂直)，x7是限定为k1+k2的面的平均曲率。
然后，可以将聚类算法与所构建的向量集一起使用，并且类(cluster)的数量应等于期望的胶囊数量。在该技术中，每个类簇的中心可以被用来构造要被优化算法用作初始猜测的胶囊。二次误差度量可用于控制来自3D形状的近似粘滞；为了测量胶囊与平面之间的距离，可以使用以下限定：
距离(胶囊，平面)＝min(二次误差度量(s(t，r)，平面))
在该技术中，t属于[0,1]，s(t)是中心为p0+t*(p1-p0)的球体，p0和p1表示胶囊的端点，r是胶囊的半径。该度量不同于从未定向点p(与平面{p，n}相对)到胶囊的距离；它还考虑了法线的方向，并自然地在凸凹区域之间进行区分。
如上所述，这些方法中的任何一种可以包括在运行中细化胶囊。例如，在计算近似之后，该装置或方法可以包括利用标记(例如，标志)标记近似差的区域。碰撞计算可以检查潜在碰撞区域附近是否存在任何近似差的区域；如果是这样，则该方法或装置可以对受影响的区域(在潜在的碰撞附近的区域；即使近似差仍具有碰撞可能被忽略的低可能性的其他区域)执行胶囊构造。然后可以将新构造的胶囊添加到近似中，并且可以使用新构造的胶囊重新计算碰撞结果。
上述方法可用于显著提高这些技术的速度和/或效率。例如，图41C示出了在不同精度水平下使用胶囊近似的碰撞检测之间的比较的示例。在图41C中，右侧4133是其中使用70个胶囊来近似牙齿表面(例如，每个牙齿70个胶囊)的牙齿的近似，而右侧4135是使用每个牙齿300个胶囊的近似。与精确的碰撞检测方法(例如，使用三角形网格)相比，每个牙齿使用70个胶囊的近似快超过20x(例如，重新构造需要10-15秒)，而每个牙齿300个胶囊的近似快3x-7x之间(例如，重新构造花费>1分钟)。每个牙齿70个胶囊4133的示例可以被认为是“中等精度”技术，与精确模型相比有大约0.1毫米的差异，而每个牙齿300个胶囊4135的示例是较高精度的模型，与精确模型相比有大约0.03毫米的差异。
示例
用于生成最佳部分治疗计划的方法的示例可以包括：例如，从患者牙齿的数字模型确定(在计算机处理器中)每一个患者牙齿的初始位置(位置和朝向，以六个变量)。数字模型可以是上颌、下颌或上下颌两者。软件通常将模型分为单独的牙齿，并将其置于患者咬合关系中。确定患者牙齿位置的步骤可以在与进行该方法的其余部分(例如，求解解向量)相同的处理器(或作为同一装置的一部分)中完成，或者可以是不同的、单独的处理器。然后，这些方法中的任何一种可以确定患者牙齿的全面(例如“最佳”)最终位置。
然后，执行该方法的处理器可以接收特定于患者治疗的产品限定(例如，要使用的阶段的数量)。其他产品信息可以包括：最大允许的阶段的数量、是否允许附件、最大允许的根部移动、牙冠移动和旋转等。
此后，处理器可以接收特定于患者治疗的偏好(例如，邻间去除、附件、不移动的牙齿等)。偏好可以包括：指示哪个/哪些牙齿不移动、不应放置附件的各个牙齿、要治疗的牙弓(两个颌、仅下颌或仅上颌)、类别矫正量和方法、IPR、牙弓扩张、间隔、调平偏好等。
然后处理器可以基于产品限定和偏好将治疗计划的多个治疗目标表示为数值函数(“目标函数”)，加权每个数值函数，并将对其求和以形成单个数值函数。该单个数值函数可以包括至少例如以下各项的加权和：与患者牙齿的全面最终位置相比的牙齿位置、未对齐(x和z未对齐、与牙弓对齐)、牙间隙(相邻牙齿之间的间隔)、碰撞(牙弓间碰撞)和治疗长度(阶段的数量)。因此，单个数值函数(例如，评价函数)是由预定系数加权的治疗目标(目标函数)的非线性组合。通常，评价函数的关键分量是美学关注点的客观(独立于全面位置的)测量：牙齿之间的未对齐、牙齿之间的间距、覆盖量和覆咬合量。与全面最终位置有关的分量主要描述正畸目标(牙弓型、咬合、调平、对齐等)。
可以例如通过专家的意见凭经验设置或确定预定系数，或者可以求解该预定系数。例如，从权重大致相同的初始猜测开始，可以根据现有数据库对各情况准备设置并进行核查。另外，出于技术原因，可以进行一些调整(即，以提高到解的收敛性，如果权重不一致，则其可能会被延迟)。
然后，可以基于以下各项将对牙齿移动的约束表示为数值限制：产品限定、偏好和全面最终位置，至少包括：牙齿移动的最大速度、最大碰撞量、牙齿移动的限制、分阶段限制和最大咬合量。如上所述，其他约束可以包括：牙齿移动的最大速度、碰撞和空间的最大量、牙齿移动的限制、分阶段约束、最大咬合量、覆咬合量、覆盖和中线位置。
然后，可以使用约束的优化算法来求解(例如，最小化)受牙齿移动的约束的单个数值函数，以获得解向量并将该向量映射到治疗计划。约束的优化算法的一个示例是内点法，包括内点法变型SQP和活动集。替代地或也可以使用其他方法。
解向量作为求解约束的优化算法的结果而生成。优化问题被限定为找到最小化评价函数f0(x1…xN)并且不违反不等式约束fi(x1…xN)的变量x1…xN的值。解向量是优化算法作为输出生成的x1…xN的值。变量映射到牙齿位置，对于每个牙齿上的每个关键帧，有七个变量：x、y、z坐标、角度、倾斜度和旋转角度以及关键帧的阶段号。例如，x1,x2,x3,x4,x5,x6可以是臼齿的初始位置，x7是恒定的阶段0(初始)，然后x8…x14可以是要添加到对于分阶段的臼齿的位置、角度和中间关键帧的阶段号，然后x15…x21是臼齿的最终位置和最终阶段号(治疗长度)。然后x22…x43是前臼齿的初始位置、中间位置和最终位置以及阶段号，并且对每个牙齿继续。每个牙齿上可能存在不同数量的中间、分阶段的关键帧，因此每个牙齿最少14个变量，对于具有许多分阶段的关键帧的牙齿，达42个或更多个变量。如果单个牙齿上存在多个中间关键帧，并且它们的顺序不固定，则替代地可以将每个关键帧上的牙齿的每个坐标(例如，角度)计算为由阶段号和坐标变量参数化的分段函数之和。可以限定分段函数，使得如果对应于关键帧处的六个坐标的xi..xi+6变量等于零，则通过该关键帧的牙齿移动是线性的，这等效于不存在关键帧。
图26示出了关键帧集合的一个示例。在US8038444和US6729876中更详细地描述了关键帧，在此通过引用将其整体并入本文。所使用的关键帧的数量可以是预定的，或者可以由装置或方法确定。每个牙齿可以具有不同数量的关键帧。
关键帧可以用于简化治疗计划。例如，治疗计划可以被存储为每个牙齿的关键帧的位置。关键帧本质上是从初始阶段的位置经过所有关键帧位置到最终阶段位置的牙齿移动的动画。因此，治疗计划不需要为每个阶段存储位置。限定的位置可以在初始、最终以及一个或多个称为关键帧的中间阶段。在不是关键帧的阶段上的牙齿位置被插入在两个相邻关键帧之间。因此，如上所述，每个牙齿的分阶段、即中间位置可以是几个函数分量的线性组合。每个分量描述在某个阶段的与线性移动的偏差，并通过六个坐标偏差和阶段号进行参数化。
用户特定的治疗偏好
本文描述的方法和装置通常使用治疗偏好来部分地限定目标函数(并因此限定评价函数)和约束，该目标函数和约束然后被用于自动地预先计算一个或多个治疗计划。当治疗不同的患者时，每个用户(例如，牙科专业人员)可以使用相同的通用治疗偏好。为用户定制治疗计划生成(和显示)将非常有帮助，特别是当相同的用户可能具有许多患者时。
例如，对所有用户(例如，牙科专业人员)个性化治疗规划自动化将是有益的。这可以使用可以集成到本文描述的方法和装置中的域特定语言来完成。例如，任何治疗(包括患者咨询)的开始可以包括用户完成的问卷或模板。治疗规划优化引擎可以使用利用域特定语言描述的治疗模板，以便控制案例处理流程以根据用户的个人需求创建治疗。
关于如何准备治疗计划的牙科专业人员的偏好，可以存在两个来源。治疗偏好的一个来源基本上可以是结构化输入，其中对于问题的集合，用户提供答案，其中每个答案是从预定答案的集合中选择的。信息的第二来源可以表示为基于文本的注释，该注释限定了在为医生准备治疗计划时要遵循的用户个人规则。域特定语言可用于存储用户的非结构化输入(例如，描述其治疗偏好的文本注释)，这可以实现治疗规划的完全自动化以及来自多个来源的规则(例如，结构化偏好和非结构化治疗偏好)的聚合。
结构化的治疗偏好可能仅涵盖用户个人治疗方案的一小部分。相反，许多治疗方案细节可以由用户以非结构化的文本形式提供。在设置治疗计划时，技术人员使用结构化治疗偏好和非结构化治疗偏好两者。如果手动使用了此信息，则当技术人员应用基于文本的用户偏好时，可能会导致误解和治疗计划质量的不一致，并且所得到的治疗计划可能取决于技术人员。如本文所述，表达医生治疗规划风格的基于文本的注释可以被(手动地或自动地)转换成域特定语言，并且方法或装置(例如软件)可以解释该域特定语言以自动地将医生的偏好应用于治疗规划准备。
从用户的角度，用户例如在网站上填写描述其治疗风格的偏好的两个部分。一个部分可以表示为每个具有预定的答案集合的问题，另一部分可以表示为文本形式的注释。然后，用户可以保存其偏好，然后可以将两种类型的偏好应用于与该用户相关联的案例(例如，由该用户提交的案例)。
用户的基于文本的偏好可以被转换为域特定语言，该语言以也可以由治疗计划软件进行解释的正式方式限定应用于治疗规划的临床规则。最初，这可以手动或半自动执行，并且最初可以包括手动核查和检查(包括向用户核查)。但是，一旦为该用户构建了域特定语言，就可以使用它而无需人工干预，除非应用户的请求而修改(例如，如本文所述，当显示得到的治疗计划时)。每个用户可以与规则文件相关联，该规则文件对于该用户而言可能是独特的，并且可以独立于其他用户进行更新。
当用户提交案例(例如，请求治疗计划)时，可以从存储的数据库访问以域特定语言的形式表示的用户偏好，并将其与其他用户偏好(例如患者特定的目标偏好或用户提供的其他结构化输入)聚合，并可以用于执行上述的全自动治疗规划。
图27示出了一种基于结构化和非结构化输入两者来限定用户特定的治疗偏好的方法。例如，在图27中，该方法(或被配置为执行此方法的任何装置，可以是治疗计划优化引擎或治疗计划优化生成器)可以首先从用户(例如，牙科专业人员，例如牙医、正畸医生等。)获取文本指令的集合(例如，非脚本指令)2701。这些可以是输入或手写的(并转换为机器可读形式)，然后转换为用户特定的域特定语言；这代表了规则的第一集合(治疗偏好)。如上所述，可以首先半自动或手动执行此步骤以构建域特定语言。一旦建成，它可以是完全自动的2705。
同时地或顺序地，该方法可以从用户获取脚本指令集。脚本指令可以包括来自预定选项(例如，调查、问卷等)的脚本的响应2703。对脚本指令集的响应可以被自动转换为规则的第二集合(治疗偏好)2707。此后，该方法可以包括：由自动治疗规划引擎访问治疗偏好的第一集合和治疗偏好的第二集合，以及从中形成治疗偏好的组合集合2709。然后，自动治疗规划引擎可以访问(例如，接收、查找等)患者牙齿的数字模型2711，以及使用治疗偏好的组合集合自动为患者的牙齿生成治疗计划所需的其他任何输入、患者牙齿的数字模型、患者牙齿的全面模型和/或治疗细节(例如产品细节)2713，如上文所述。
图28示出了其另一示例。在该示例中，治疗计划优化引擎或治疗计划优化生成器2813包括规则聚合器2815，该规则聚合器2815将来自用户特定的治疗偏好的治疗偏好与用户的患者特定的治疗偏好(特定于本案例)2811相结合，该用户特定的治疗偏好存储在由用户索引的数据库2805中，并经由域特定语言转换成治疗规则的第一集合，该用户的患者特定的治疗偏好也可以通过域特定语言2819转换为规则，可以将这些规则组合2815，然后使用语言解释模块2817将这些规则转换为治疗偏好。将这些规则解释为治疗偏好可能部分取决于产品(例如，对齐器特征2821)，并可提供用于确定分阶段2823和最佳阶段(例如，全面)最终位置2825。
因此，规则的集合可以以域特定语言表达，并与临床数据库中的每个用户相关联。模块可以将结构化的输入(例如，由医生针对问题的集合给出的答案)转换为另外的规则集合。这些规则可以通过规则聚合模块进行组合，该模块将来自多个来源的规则组合到单个规则列表中。语言解释模块可以将这些规则文件中的任何一个作为输入，并对其进行解释，以控制FiPos、分阶段和对齐器特征模块的流程，以便完全自动地创建治疗计划，如上所述。
自动选择治疗计划
本文描述的方法和装置可以提供多个治疗计划，并且可以允许用户(例如，牙医、正畸医生、牙科专业人员)和/或在一些变型中允许患者来查看这些治疗计划的全部或子集，并从这些治疗计划中选择要从其制造一系列的牙科器具的一个或多个治疗计划。如上所述，可以同时生成非常大量的治疗计划(例如，12、18、24、30、36、40、48、50、55、60、65、70、75、100、125个等)。因此，对治疗计划进行排序或组织，尤其是确定显示哪些治疗计划和/或用户如何在这些不同的治疗计划之间进行切换或选择的顺序可能会有所帮助。
在这些变型中的任何一个中，可以通过基于一个或多个准则为每个治疗计划分配权重来对治疗计划进行分类或组织。例如，如果生成了24个不同的治疗计划，则使用一个或多个准则自动排序治疗计划并以该顺序显示它们将是有帮助的。例如，可以基于治疗计划有多全面而对治疗计划进行排序(分配权重)并进行显示。全面性程度可以基于例如牙齿的预测最终位置与患者牙齿的理想最终位置(或任意最终位置)有多相似，该理想最终位置是作为生成多个治疗计划的过程的一部分而计算的，如上所述。
在一些变型中，可以同时显示不同类别的治疗计划，例如，具有第一特征的治疗计划中最全面的治疗计划(例如，限于第一数量的阶段、例如16个阶段的那些治疗计划)可以与具有第二特征的最全面的治疗计划(例如，限于第二数量的阶段、例如24个阶段或不受限制的阶段的那些治疗计划)并排显示。本文所述的方法和系统可以通过与理想的最终位置进行比较和/或通过应用排名逻辑来确定每个治疗计划有多全面，在该排名逻辑中使用一个或多个特征中的每个特征(本文也称为标准)来确定加权。例如，具有邻间去除(IPR)的治疗计划可能比没有IPR的治疗计划更多地加权；带拔除的治疗计划可能会被加权更高；具有所有附件(例如，前和后)的治疗计划可能比没有附件的计划加权更高，仅具有前附件的计划可能比仅具有后附件的那些计划排位更高，包括上牙弓和下牙弓两者的治疗计划的排名可能比仅具有牙弓中的一个的那些治疗计划排名更高；仅上牙弓治疗计划可能比仅下牙弓治疗计划排名更高，等等。这些特征中的每一个可以提供多个点(权重)，并且最终排名可以由每个治疗计划的这些点的总和来确定。
除了基于每个治疗计划的全面性来对多个治疗计划排序之外，或代替基于每个治疗计划的全面性来对多个治疗计划排序，本文所述的方法和装置可以基于一个或多个替代或附加标准来对治疗计划排序，标准例如是：治疗计划的持续时间、阶段的数量、实现的牙齿移动量等。标准可以由用户选择或自动选择。在一些变型中，该标准可以包括例如用户偏好的预测；用户的偏好可以通过机器学习来确定，并且可以特定于用户(例如，基于该用户的先前/过去的偏好或选择)，或者可以是通用的。
例如，在这些变型的任一个中，系统可以选择两个分类的治疗计划进行并排(同时)显示；在一些变型中与原始牙齿位置和/或计算出的理想牙齿位置一起显示。如上所述，系统可以在两个(或多个)类别中选择排名最高的治疗计划用于同时显示。排位的治疗计划可以显示在初始用户界面屏幕中，然后用户可以使用用户界面上的一个或多个控件从该初始用户界面屏幕在其他治疗计划之间切换，如本文所述。在一些变型中，系统选择两个最全面的治疗计划，并在初始显示中将它们显示给用户以供用户核查(例如，使用治疗核查系统或子系统)。系统可以基于一个或多个标准来加权每个治疗计划。例如，系统可以基于诸如以下的属性来加权每个治疗计划：IPR、附件的使用(和附件的类型、和/或附件的数量、和/或在哪里使用附件)、治疗计划存在或单牙弓或双牙弓治疗，等等。如上所述，这些标准还可用于选择类别以同时显示。装置可以针对案例进行分类并返回最全面的。
图42示出了显示的一个示例，示出了分类的(使用排位标准基于例如临床效率对全面性分类的)治疗计划的并排(同时)显示。在此示例中，第一显示屏示出了在两个类别的每一个中具有最高排名的计划的最终牙齿位置：第一产品“Invisalign GO Plus”和第二类别“Invisalign Go”产品。用户无需花时间浏览计划并找到最佳计划就可以开始核查它们。因此，该系统和方法可以默认为首先显示排名最高的治疗计划，其中如本文所述对治疗计划进行排名。在图42中，左侧图像4201示出了患者牙齿的初始位置。右侧图像可以是两类中排名最高的治疗计划的最终牙齿位置的图像。例如，中间图像4203可以是有资格作为第一产品(“Invisalign GO Plus”，例如限于12个或更少的阶段)的那些治疗计划中排名最高的治疗计划。右侧图像4205可以是有资格作为第二产品(例如，“Invisalign GO”产品，限于20个或更少的阶段)的那些治疗计划中排名最高的治疗计划。该显示视图可以被称为多卡片视图。该显示还可以指示用作对每个治疗计划进行的计算的一部分的特征，例如附件的使用/类型4211、IPR的使用/不使用4201、两个牙弓的移动4213、所使用的产品4215等。显示还可以指示治疗计划中的阶段数量4217。如下所述，在一些变型中，这些指示符可以是可选择的控件，例如下拉菜单、按钮等，其可以允许用户在治疗计划之间切换。
在实践中，当生成一个或多个治疗计划时，系统可以设置如何对治疗计划进行排名以用于初始显示，例如，以多卡片显示。例如，系统可以查看在计算多个不同的治疗计划时所使用的全部参数或参数的子集，包括但不限于：关于IPR的信息(例如，使用IPR/未使用IPR)；有关附件集的信息(例如，附件：是/附件：仅后部/附件：否)；要治疗的牙弓(单个牙弓治疗/双牙弓治疗)；治疗类型(“Invisalign Go”/“Invisalign Go Plus”)等。
在一些变型中，如果仅一种产品类型对于医生来说是可用的，则默认地，多卡片视图中仅应显示一种治疗计划。替代地，在一些变型中，多卡片显示可以用于显示单个牙弓/两个牙弓视图或其他参数。对于用户提交的单个牙弓治疗，可以选择最全面的单个牙弓治疗计划，并在每种可用产品类型的多卡片视图中显示。
如上所述，可以对生成的每个治疗计划进行排名(例如，评分)。例如，表1(图43A)示出了优先级的排名的一个示例，其可以用于挑选一种治疗类型内最全面的单牙弓治疗计划以显示给用户。在此示例中，数字越小排名越高(例如，1是最高优先级，11是最低优先级)。图43A的简化表示出了可以具有两个或多个不同状态的两个类别(IPR和附件)之间的关系；可以包括其他类别，增加多个维度。图43B是示出用于双牙弓治疗的排名集合的另一示例的表；相同的类别适用。因此，当确定每个治疗计划的排名分数时，系统可以使用类似于图43A-43B所示的表的(一个或多个)查找表，或者可以应用评分系统，其中可以为每个参数状态分配特定数量的“点”(不过请注意，这可能会导致可能被允许或使用偏好的第二集合来协调的“平局(tie)”。
在使用图43A和43B进行评分的示例中，当确定初始显示时，可以显示具有最低值分数的治疗计划。在一个或多个选项对用户不可用(例如，仅一种产品类型对于医生来说是可用的，用户无法/不愿提供IPR等)的变型中，如果生成了治疗计划，则该治疗计划可以被评分较低或被移除。在一些情况下，即未被用户选择(例如，如果用户指示“无IPR”)，仍可以生成包括这些选项的治疗计划，以便用户可以直接比较这些选项的使用/不使用。
从初始视图，用户可以选择一个或多个治疗计划用于与其他选定的治疗计划并排比较，并且可以通过控制选项/标准来开始查看其他(排名较低的)治疗计划。例如，屏幕可以包括“比较”或“保存”控件(例如，按钮)，其可以允许用户存储该案例用于分析。在一些变型中，控件可以用于将选定的治疗计划移至显示的一侧(例如，在一些变型中，替换患者牙齿的初始视图)，以便可以将其直接与其他治疗计划进行比较。
除了在用户界面上的选项之间直接切换之外，还可以提供控件以允许用户查看下一排名的治疗计划(例如，用户界面上的按钮或其他控件等)。例如，在双牙弓治疗情况下，在多卡片视图中选择“比较”按钮可用于示出根据上述优先级缩放/排名(例如在图43B的表2中的)的下一个治疗计划。对于单个牙弓治疗情况，点击相同控件(例如，多卡片视图中的“比较”按钮)将根据表1和表2两者中所述的优先级(例如，图43A和43B)挑选下一个治疗计划。在一个示例中，这两种治疗类型对于用户来说都是可用的(例如，Invisalign Go和Invisalign Go Plus)，然后在多卡片视图中点击“比较”按钮，系统可以对于单个牙弓治疗合使用图43A的并对于双牙弓治疗使用例如表2来选择带有在该视图中没有的产品类型的最全面的治疗计划。在一些变型中，如果显示了两种治疗类型，则“Invisalign Go Plus”计划可以生成可以默认在多卡片视图中(例如，在左侧)显示的治疗计划。在一些变型中，Invisalign Go治疗计划可以默认显示在多卡片视图的右侧(例如，如果存在两种治疗类型)。
治疗计划过滤器
如上所述，本文所述的任何方法和装置都可以被配置为通常通过示出在治疗计划的一个或多个阶段处患者牙弓在的一个或多个模型并允许用户通过改变在生成治疗计划时指定的参数或约束来在治疗计划之间切换或转换来显示一个或多个治疗计划。因此，用户可以通过使用诸如以下中的一个或多个的针对临床参数的过滤器、切换件或开关来实时选择合适的治疗计划：邻间去除(无IPR/无，IPR)、附件(全部附件、没有附件、仅前附件、仅后附件等)等。这些控件可称为临床过滤器，用户可以使用这些临床过滤器为特定患者选择最合适的治疗计划，以快速比较治疗计划。使用临床过滤器还可以允许用户微调选择的治疗计划。例如，在一些变型中，用户可以使用过滤器为IPR或附件选择另一个值，然后可以立即提交修改的治疗计划以生成可以立即或不久后查看的新的一系列修改的治疗计划。
因此，通过在治疗计划之间进行切换，用户可以通过选择可能影响最终位置的关键特征(例如附件的使用和放置、IPR、对一个或两个牙弓的治疗等)自动地并且快速地在多个治疗计划之间浏览。如果特征对于特定案例不可用，则每个过滤器可以显示一个或多个通知或提示。
例如，图44是显示三个面板的多卡片视图的模型。第一面板示出了患者当前牙齿的图像(来自扫描的3D模型)4401。中间面板示出了来自第一治疗计划(例如，具有9个阶段的治疗计划，使用“Invisalign Go Plus”产品的约束，其具有允许的有限数量的阶段，其中不使用IPR，不使用附件，并且在两个牙弓上都使用对齐器)的患者牙齿的图像4403。类似地，第三面板示出了来自第二治疗计划(例如，具有11个阶段的治疗计划，使用“InvisalignGo Plus”产品的约束，其中不使用IPR，但是由用户使用控件或过滤器(在此出示出为用户界面上的按钮，该按钮拉出下拉菜单，允许用户指定使用哪种类型的附件(例如，无附件、是附件或仅后部附件))选择仅后附件)的患者牙齿的图像4405；在图44中，用户正准备选择“仅后部附件”以切换第三张卡片以显示此变化。
通常，显示初始咬合不正4401以及不同治疗计划4403和4405的显示可以基于每个治疗计划的模拟移动显示牙齿的平面视图或静态视图；或者，可以使用动画，显示在多个治疗阶段之间的牙齿移动。在一些变型中，所示的阶段可以是最终阶段(显示所有移动)；也可以示出其他阶段。在一些变型中，示出牙齿位置的3D模型可以被旋转(或可以自动旋转)以示出不同的角度。
如上所述，如果特征对于特定案例不可用，则过滤器可以指示一个或多个通知或提示。例如，图45示出了类似于图44所示的显示，示出了原始牙齿位置的并排比较以及两个治疗计划。在该示例中，尽管显示包括牙弓数量(例如，两个牙弓、单个牙弓)的指示符/控件，但是仅生成了具有单个牙弓的治疗计划，因此，如果用户尝试切换以查看“单个牙弓”治疗计划，如中间图像中所示，可以提供指示仅双治疗可用的通知4505。在一些变型中，指示符可以变灰，防止其被选择。
通常，这些显示中的任何一个还可以包括与治疗计划相关的成本或价格的指示。例如，过滤器之一可以允许医生比较具有不同价格的两种不同产品类型。价格较高的产品可能具有例如更多的治疗的阶段，并且临床条件的范围更广。因此，在这些示例中的任何一个中，医生可以使用过滤器来提供对患者来说什么治疗(例如，什么治疗结果)可能是最佳的概览，并且对于具体患者，如上所述，其可以由系统自动地建议。在一些变型中，医生可以使用这些过滤器来检查特定的临床特征使用(例如，将具有IPR的一个计划与没有IPR的另一个计划进行比较等)并比较结果。过滤器的使用还可以允许用户查看所选择计划的临床细节。
如图46所示，当更详细地核查单个计划时，也可以应用过滤器。该视图可以被称为“单个治疗计划”视图(STP视图)。相反，图44和图45所示的视图可以被称为“多治疗计划视图”(MTP视图)。在图46所示的示例中，可以包括相同的控件(例如，配置为过滤器)；另外，用户可以选择核查哪个阶段4603或者在它们之间进行动画处理。另外，用户界面可以包括用于修改治疗计划的一个或多个控件4613。例如，用户可以选择“修改”，并且可以使用工具来添加/移除附件4607和/或桥体、移动附件、指示IPR 4605等。最后，如果治疗计划看起来不错，则用户可以指示批准4615。
通常，用户还可以在多个治疗计划视图和单个治疗计划视图之间切换。例如，图47示出了与上述类似的多治疗计划视图的另一个示例，显示了两个(或更多个)治疗计划之间的并排比较以及患者的原始牙齿构构造(“初始咬合不正”)。MTP视图可以显示有关多种替代治疗和初始咬合不正的预计结果的重要的高级信息。相反，STP视图可以显示如何实现选择的治疗计划。在这些不同的视图之间切换可以帮助用户核查所选计划并最大化到整个屏幕。在图47中，用户可以通过启用控件(示出为在用户界面上的标记为“查看”的按钮4705、4705')来选择显示的治疗计划之一。为了从多卡片(多治疗计划视图)中打开单个治疗计划视图(本文也称为单卡片视图)，用户可以选择该控件，如图47所示。这可以打开该治疗计划的单个治疗计划视图，如图48所示。STP可以包括MPT显示中没有的特征，例如：播放分阶段、自由形式评论、治疗计划的编辑/修改等。用户还可以通过例如选择MTP的控件4805或“后退”来切换回到多视图。
单个治疗计划显示(例如，用户界面)可以允许用户查看分阶段、在治疗的每个阶段可用的特征以及在每个阶段的牙齿位置。如图49所示，在一些变型中，STP视图可以允许用户批准所选择的计划并将其发送用于制造或添加自由形式注释4905，要求制造技术人员修改(例如，改进或改变)该治疗计划中的任何东西，并且将治疗计划发送回技术人员用于治疗计划更新4907，这可以手动、自动或半自动执行。在一些变型中，用户可以通过点击“查看”控件(例如，按钮)来在MTP视图中查看任何计划的细节。在一些变型中，STP视图可以允许医生在屏幕底部查看详细的分阶段信息，例如：上牙弓和下牙弓的治疗长度、对于每个阶段将制造哪种类型的对齐器(主动或被动)、用于治疗的过度矫正阶段(如果存在)、播放/暂停治疗动画的动画化控件等。
在这些视图中的任何一个中，(例如，在工具栏上的)工具可用于允许用户查看和/或修改关于任何阶段的特征(附件、IPR、桥体等)，如上文参考图46所述。例如，用户可以单击“批准”控件(例如，按钮)以将选择的治疗计划直接发送用于制造。可替代地，点击“修改”控件(例如，按钮)可以添加/编辑自由形式的注释，并且在启动“提交”控件4907之后将案例发送给技术人员以进行更新。
本文描述的任何方法(包括用户界面)可以实现为软件、硬件或固件，并且可以描述为存储能够由处理器(例如，计算机、平板电脑、智能手机等)执行的指令集的非暂时性计算机可读存储介质，当该指令集被处理器执行时，使得处理器控制来执行以下任何步骤，包括但不限于：显示、与用户通信、分析、修改参数(包括定时、频率、强度等)、确定、发出警报等。
当特征或元件在本文中被称为在另一特征或元件“上”时，它可以直接位于该另一特征或元件上，和/或也可能存在中间的特征和/或元件。相反，当特征或元件被称为“直接在”另一特征或元件“上”时，则不存在中间特征或元件。还应理解，当特征或元件被称为“连接”、“附接”或“耦接”至另一特征或元件时，它可以直接连接、附接或耦接至该另一特征或元件，或可能存在中间的特征或元件。相反，当特征或元件被称为“直接连接”、“直接附接”或“直接耦接”至另一特征或元件时，则不存在中间的特征或元件。虽然相对于一个实施例描述或示出，但是这样描述或示出的特征和元件可以应用于其他实施例。本领域的技术人员还将认识到，对于“邻近”另一特征设置的结构或特征的参考可以具有与邻近的特征重叠或位于邻近的特征下方的部分。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本发明。例如，除上下文明确说明之外，如本文所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在同样包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。如本文所用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一种或更多种的任意和全部组合，并且可缩写为“/”。
为了易于描述可在本文中使用空间相关的术语，诸如“以下(under)”、“在下方(below)”、“低于(lower)”、“在上方(over)”以及“上部(upper)”等，以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系。将理解的是，空间相关的术语旨在除了附图中描绘的取向之外还包括使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置被倒置，则被描述为在其他元件或特征“以下(under)”或“下方(beneath)”的元件则将被取向为在其他元件或特征“上方(over)”。因此，示例性术语“以下(under)”可以包括在上方和以下两个取向。该装置可以另外地取向(旋转90度或处于其它取向)，并且本文使用的空间相对描述词被相应地解释。类似地，除非另外特别说明之外，术语“向上(upwardly)”、“向下(downwardly)”、“垂直(vertical)”、“水平(horizontal)”等在本文中仅用于说明的目的。
虽然术语“第一”和“第二”在本文中可以用于描述各种特征/元件(包括步骤)，但是这些特征/元件不应该受这些术语的限制，除非上下文另有说明。这些术语可以用于将一个特征/元件与另一特征/元件区分开。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一特征/元件可以被称为第二特征/元件，并且类似地，下面讨论的第二特征元件可以被称为第一特征/元件。
在本说明书和所附权利要求书中，除非上下文另有要求，词语“包括”以及诸如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”的变型意味着可以在方法和制品(例如包括装置和方法的组合物以及设备)中共同使用各种组件。例如，术语“包括(comprising)”将被理解为暗示包含任何所述元件或步骤，但不排除任何其它元件或步骤。
通常，本文描述的任何设备和方法应被理解为是包容性的，但是组件和/或步骤的全部或子集可以可选地是排他的，并且可以表示为“由.”或替代地“主要由”各个组件、步骤、子组件或子步骤“组成”。
如本文在说明书和权利要求书中所用的，包括在示例中所用的，除非另外明确说明，所有数字可以被理解为就像以词语“大约(about)”或“近似(approximately)”开头，即使该术语没有明确出现。当描述幅度和/或位置以指示所描述的值和/或位置在值和/或位置的合理预期范围内时，可以使用短语“大约”或“近似”。例如，数值可以具有为所述值(或值的范围)的+/-0.1％、所述值(或值的范围)的+/-1％、所述值(或值的范围)的+/-2％、所述值(或值的范围)的+/-5％、所述值(或值的范围)的+/-10％的值等。本文所给出的任何数值还应被理解为包括大约该值或近似该值，除非上下文另有说明。例如，如果公开了值“10”，则也公开了“大约10”。本文叙述的任何数值范围旨在包括包含在其中的所有子范围。还应该理解的是，如本领域技术人员所适当理解的那样，当公开了一值时，也公开了“小于或等于”该值、“大于或等于该值”和在值之间的可能范围。例如，如果值“X”被公开了，则“小于或等于X”以及“大于或等于X”(例如，其中X是数值)也被公开。还应该理解的是，在整个申请中，以多种不同格式提供了数据，并且该数据表示结束点和起始点以及对于数据点的任何组合的范围。例如，如果公开了特定数据点“10”和特定数据点“15”，则应理解的是，认为公开了大于、大于或等于、小于、小于或等于以及等于10和15以及在10和15之间。还应该理解的是，也公开了两个特定单元之间的每个单元。例如，如果公开了10和15，则也公开了11、12、13和14。
虽然上面描述了各种说明性实施例，但是在不脱离如权利要求所描述的本发明的范围的情况下，可以对各种实施例进行若干改变中的任一个。例如，在可选实施例中，通常可以改变执行各种所描述的方法步骤的顺序，并且在其他可选实施例中，可以一起跳过一个或多个方法步骤。各种装置和系统实施例的可选特征可以被包括在一些实施例中而不被包括在其它实施例中。因此，前面的描述主要被提供用于示例性目的，并且不应被解释为限制如在权利要求中阐述的本公开的范围。
本文所包括的示例和说明通过说明而非限制的方式示出其中可以实践主题的具体实施例。如所提及的，可以利用其他实施例并从中导出其他实施例，从而可以在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑上的替换和改变。仅为了方便，本文中可以单独地或共同地用术语“发明”来指代本发明主题的这些实施例，并且不旨在将本申请的范围主动地限制为任何单个发明或发明概念，如果实际上多于一个发明或发明概念被公开的话。因此，虽然本文中已经说明和描述了特定实施例，但是预计为实现相同目的的任何布置可以代替所示的特定实施例。本公开旨在覆盖各种实施例的任何和所有修改或变型。通过阅读以上描述，以上实施例的组合以及本文中未具体描述的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。
Claims (16)
1.一种制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法，所述方法包括：
在处理器中接收特定于所述患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，所述阵列中的每个治疗计划描述用于所述患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，所述顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，所述治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段不同；
在屏幕上显示来自所述治疗计划的阵列的治疗计划的子集的最终阶段处的牙齿的图像；
由用户使用所述屏幕上的一个或多个控件从所述治疗计划的子集中选择两个或更多个治疗计划；
向患者显示来自所述治疗计划的子集的所述两个或更多个治疗计划；以及
在患者已经选择了所述两个或更多个治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
2.一种制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法，所述方法包括：
将所述患者牙齿的模型发送到远程站点；
从所述远程站点接收特定于所述患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，所述阵列中的每个治疗计划描述用于所述患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，所述顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，所述治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，并且进一步地，其中，所述治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段不同；
在屏幕上显示来自所述治疗计划的阵列的治疗计划的第一子集的最终阶段处的牙齿的图像；
由用户使用所述屏幕上的一个或多个控件从所述治疗计划的第一子集中选择两个或更多个治疗计划；
向患者显示所述两个或更多个治疗计划和注释，所述注释描述与患者牙齿的模型相比所述两个或更多个治疗计划中的每一个的最终阶段的变化；以及
在患者已经选择了所述两个或更多个治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
3.一种包含程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述程序指令用于使计算机：
在处理器中接收特定于所述患者牙齿的治疗计划的阵列，其中，所述阵列中的每个治疗计划描述用于所述患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，所述顺序的阶段的集合包括最终阶段，进一步地，其中，所述治疗计划中的至少三个治疗计划具有不同数量的顺序的阶段，并且进一步地，其中，所述治疗计划的阵列内的治疗计划的最终阶段不同；
在屏幕上显示来自所述治疗计划的阵列的治疗计划的第一子集的最终阶段处的牙齿的图像；
由用户使用所述屏幕上的一个或多个控件从所述治疗计划的第一子集中选择两个或更多个治疗计划；
向患者显示所述两个或更多个治疗计划；以及
在患者已经选择了所述两个或更多个治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
4.一种创建治疗计划的自动的方法，该治疗计划用于使用要在顺序的阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来对齐患者牙齿，所述方法包括：
在处理器中接收所述患者牙齿的数字模型；
由所述处理器访问治疗偏好的集合、所述患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；
基于所述治疗细节的集合、所述治疗偏好的集合以及所述患者牙齿的全面最终位置，从所述处理器能够访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；
组合所述多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；
基于治疗偏好的集合，选择对所述单个数值函数的多个数值限制；
最小化受到所述多个数值限制的所述单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及
将所述解向量映射到治疗计划，其中，所述治疗计划包括与所述患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
5.一种创建治疗计划的自动的方法，所述治疗计划用于使用要在顺序的阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来对齐患者牙齿，所述方法包括：
在处理器中接收所述患者牙齿的数字模型；
由所述处理器访问治疗偏好的集合、所述患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；
基于所述治疗细节的集合、所述治疗偏好的集合以及所述患者牙齿的全面最终位置，从所述处理器能够访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；
基于所述治疗细节的集合、所述治疗偏好的集合以及所述患者牙齿的全面最终位置，将所述多个数值表示的治疗目标调整成多个调整后的数值表示的治疗目标；
组合所述多个调整后的数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；
基于治疗偏好的集合，设置对所述单个数值函数的多个数值限制；
迭代地最小化受到所述多个数值限制的所述单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及
将所述解向量映射到治疗计划，其中，所述治疗计划包括与所述患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
6.一种包含程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述程序指令用于创建治疗计划以使用多个可移动的对齐器来对齐患者牙齿，所述方法程序指令使处理器：
在所述处理器中接收所述患者牙齿的数字模型；
由所述处理器访问治疗偏好的集合、所述患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；
基于所述治疗细节的集合、所述治疗偏好的集合以及所述患者牙齿的全面最终位置，从所述处理器能够访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；
组合所述多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；
基于治疗偏好的集合，选择对所述单个数值函数的多个数值限制；
最小化受到所述多个数值限制的所述单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及
将所述解向量映射到治疗计划，其中，所述治疗计划包括与所述患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置。
7.一种创建治疗计划的多个变型的自动的方法，所述治疗计划的多个变型用于使用要在顺序的阶段中佩戴的多个可移动的对齐器来对齐患者牙齿，所述方法包括：
(a)指定治疗偏好的集合和治疗细节的集合；
(b)通过以下操作基于指定的治疗偏好和治疗细节自动确定治疗计划：
在处理器中接收患者牙齿的数字模型；
访问治疗偏好的集合、患者牙齿的全面最终位置以及治疗细节的集合；
基于治疗细节的集合、治疗偏好的集合以及患者牙齿的全面最终位置，从处理器能够访问的存储器中选择多个数值表示的治疗目标；
组合所述多个数值表示的治疗目标以形成单个数值函数；
基于治疗偏好的集合，选择对单个数值函数的多个数值限制；
最小化受到所述多个数值限制的单个数值函数，以获得包括形成治疗计划的所有阶段的解向量；以及
将解向量映射到治疗计划，其中，治疗计划包括与患者牙齿的全面最终位置不同的最终牙齿位置；
(c)将治疗计划添加到治疗计划的阵列；以及
(d)修改治疗细节或治疗偏好中的一个或多个，并重复步骤(b)-(d)至少一次。
8.一种为指定的牙科专业人员创建患者牙齿的正畸治疗计划的自动和定制的方法，所述方法包括：
在治疗计划优化引擎中，接收特定于指定的牙科专业人员的组合的治疗偏好的集合，其中，所述组合的治疗偏好的集合包括规则的第一集合以及规则的第二集合，所述规则的第一集合从来自指定的牙科专业人员的文本指令的集合被转换为特定于指定的牙科专业人员的域特定语言，进一步地，其中，所述文本指令包括非脚本指令，所述规则的第二集合是从来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合转换的，其中，所述脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；
在治疗计划优化引擎中接收患者牙齿的数字模型；以及
利用治疗计划优化引擎，使用组合的治疗偏好的集合和患者牙齿的数字模型来生成患者牙齿的治疗计划。
9.一种为指定的牙科专业人员创建患者牙齿的正畸治疗计划的自动和定制的方法，所述方法包括：
在处理器中，接收来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合，其中，所述脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；
在处理器中接收来自指定的牙科专业人员的文本指令的集合，其中，所述文本指令包括非脚本指令；
将文本指令的集合转换为特定于指定的牙科专业人员的域特定语言，其中，域特定语言包括规则的第一集合；
将脚本指令的集合转换为规则的第二集合；
将规则的第一集合和规则的第二集合组合成组合的治疗偏好的集合；以及
将组合的治疗偏好的集合传递到治疗计划优化引擎，其中，治疗计划优化引擎使用组合的治疗偏好来生成治疗计划。
10.一种非暂时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被计算机执行时，使计算机通过以下操作自动创建为指定的牙科专业人员定制的患者牙齿的正畸治疗计划：
在治疗计划优化引擎中，接收特定于指定的牙科专业人员的组合的治疗偏好的集合，其中，所述组合的治疗偏好的集合包括规则的第一集合以及规则的第二集合，所述规则的第一集合从来自指定的牙科专业人员的文本指令的集合被转换为特定于指定的牙科专业人员的域特定语言，进一步地，其中，所述文本指令包括非脚本指令，所述规则的第二集合是从来自指定的牙科专业人员的脚本指令的集合转换的，其中，所述脚本指令包括来自预定选项的脚本的响应；
在治疗计划优化引擎中接收患者牙齿的数字模型；以及
利用治疗计划优化引擎，使用组合的治疗偏好的集合和患者牙齿的数字模型来生成患者牙齿的治疗计划。
11.一种自动创建患者的正畸治疗计划的方法，所述方法包括：
通过包装多个3D形状以对患者多个牙齿的每个牙齿的表面建模来形成每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，所述芯是线段或闭合平面图形，所述外表面具有距芯的恒定半径；
对于患者多个牙齿中的每个牙齿的表面，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构；
将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；
通过识别碰撞的包围盒并且确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，利用碰撞检测器来确定当患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及
将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度传递到治疗计划求解器；
从治疗计划求解器输出一个或多个正畸治疗计划，所述一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列牙科器具。
12.一种自动创建患者的正畸治疗计划的方法，所述方法包括：
收集患者多个牙齿的数字表示，其中，数字表示的每个牙齿被划分；
通过包装多个3D形状以近似数字表示的每个牙齿的表面来形成数字表示的每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，所述芯是线段或闭合平面图形，所述外表面具有距芯的恒定半径；
对于每个牙齿的表面的数字模型，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构，其中，对于每个牙齿的表面的每个数字模型，层次结构的最低层的包围盒的每一个包围单个3D形状，层次结构的后续层的每一个包围相邻的包围盒或包围盒的组，层次结构的最高层包围所有的围绕形成每个牙齿的表面的数字模型的3D形状的包围盒；
将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；
通过以下方式在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度：识别相邻牙齿的每一个的层次结构的最低层处的碰撞的包围盒，确定由包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠以获得碰撞的幅度，以及在第一牙齿的多个轴中的每一个轴上以小的预定量顺序地调整相邻牙齿中的第一牙齿的位置并确定由包围盒界定的3D形状之间的间距或重叠的改变，来获得对于相应轴的每一个的碰撞的速度；以及
将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度输出到求解器；
从求解器输出一个或多个正畸治疗计划，所述一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列牙科器具。
13.一种自动创建患者的正畸治疗计划的系统，所述系统包括：
一个或多个处理器；
治疗计划求解器，运行在所述一个或多个处理器上；
碰撞检测器，运行在所述一个或多个处理器上；以及
存储器，耦合到所述一个或多个处理器，所述存储器被配置为存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在由所述一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法，所述方法包括：
通过包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成患者多个牙齿的每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，所述芯是线段或闭合平面图形，所述外表面具有距芯的恒定半径；
对于患者多个牙齿中的每个牙齿的表面，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构；
将患者多个牙齿的牙齿位置的集合从治疗计划求解器传递到碰撞检测器；
通过识别碰撞的包围盒并且确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，利用碰撞检测器来确定当患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及
将与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度传递到治疗计划求解器；
从治疗计划求解器输出一个或多个正畸治疗计划，所述一个或多个正畸治疗计划包括用于移动患者牙齿的一系列牙科器具。
14.一种自动确定相邻牙齿之间的碰撞的方法，所述方法包括：
通过自动包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成患者多个牙齿的每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，所述芯是线段或闭合平面图形，所述外表面具有距芯的恒定半径；
对于每个牙齿的表面的数字模型，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构；
通过识别碰撞的包围盒并且确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度；以及
输出与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度。
15.一种用于自动检测牙齿之间的碰撞的系统，该系统包括：
一个或多个处理器；以及
存储器，耦合到所述一个或多个处理器，所述存储器被配置为存储计算机程序指令，所述计算机程序指令在由所述一个或多个处理器执行时执行计算机实现的方法，所述方法包括：
通过自动包装多个3D形状以近似患者多个牙齿的每个牙齿的表面来形成患者多个牙齿的每个牙齿的表面的数字模型，其中，每个3D形状具有芯和外表面，所述芯是线段或闭合平面图形，所述外表面具有距芯的恒定半径；
对于每个牙齿的表面的数字模型，形成包围所述多个3D形状的包围盒的层次结构；
通过识别碰撞的包围盒并且确定由碰撞的包围盒界定的3D形状之间的间隔或重叠，在碰撞检测器中测量在患者多个牙齿处于牙齿位置的集合中时相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度：以及
输出与牙齿位置的集合相对应的相邻牙齿之间的碰撞的幅度和速度。
16.一种制造用于患者牙齿的一系列对齐器的方法，所述方法包括：
将患者牙齿的模型发送到远程站点；
将牙齿移动处方信息列表发送到远程站点；
使用患者牙齿的理想最终位置和患者牙齿的模型来收集特定于患者牙齿的多个治疗计划，其中，所述多个治疗计划中的每个治疗计划描述用于患者牙齿的正畸移动的顺序的阶段的集合，所述顺序的阶段的集合具有最终阶段，进一步地，其中，对于每个治疗计划，最终阶段不同于患者牙齿的每个不同的治疗特性的理想最终位置；
基于所述多个治疗计划与理想最终位置相比较的全面程度对所述多个治疗计划进行排名；以及
在屏幕上显示来自治疗计划的阵列的第一治疗计划的最终阶段处的患者牙齿的图像或来自治疗计划的阵列的第一治疗计划和第二治疗计划的最终阶段处的患者牙齿的图像；
基于屏幕上一个或多个用户选择的控件，在治疗计划的阵列内的不同的治疗计划的最终阶段处的牙齿的图像之间实时切换；以及
在用户已经选择了屏幕上显示的治疗计划中的所选治疗计划后，发送治疗计划中的所选治疗计划用于制作。
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