CN1257703C - 一种牙颌畸形矫正器 - Google Patents
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Abstract
一种牙颌畸形矫正装置，它包括有多个单独的矫正器械，每个器械都可以使患者的牙颌在原有基础上产生一定的正畸变形，依次使用每个矫正器械可以使患者牙颌从原始畸形状态逐渐变化到最后的目标状态。所述矫正器械在空间结构上为一种三维薄壁空腔结构，该空腔部分包覆患者上颌或下颌牙齿的牙冠，并包括有其数量与空腔中牙齿个数对应的子空腔，每个子空腔的形状与所包覆的牙齿形状对应，所述多个子空腔侧壁上设有的一个或多个开口，用以调整矫正力的分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种牙颌畸形矫正器，该矫正器通过力的耦合作用，即具有三维结构的矫正器在弹性变形时产生的回弹力和牵引装置产生的牵引力的耦合作用，来产生所需要的矫正力，对牙颌畸形进行矫正。本发明还涉及一种制造该牙颌畸形矫正器的方法。
背景技术
目前通常采用的牙颌畸形矫正器是通过托槽将具有标准弓形的金属弓丝固定在牙冠上，金属弓丝产生矫正力实现对牙颌畸形的矫正。这种方法在广泛的使用中，发现存在以下问题：
1.非个性化矫正器械带来的不精确性。目前采用弹性金属弓丝矫正牙颌畸形时，金属弓丝要事先制成，故只采用标准弓形，因此每个所配戴的金属弓丝矫正器不能精确地适应其个体特征；同时在配戴时还要有经验的医生手工弯制和调整，需要较多的临床实践和操作技巧，同时对医生的操作熟练程度要求较高，从而限制了治疗的推广。
2.牙齿及牙颌受力分布不易控制。采用弹性金属弓丝矫正时，金属弓丝对牙齿及牙颌的作用是通过一个小的金属托槽传递到牙齿及牙颌上的。金属丝与托槽的接触方式为点接触或线接触。由于该金属托槽与牙齿的接触面积有限且位置不能调整，故只能保障牙齿及牙槽骨受到趋向标准弓形位置的力，但不能保障其力分布的生物力学合理性。
3.金属与口腔粘膜的摩擦会造成对口腔内粘膜的伤害，并造成口腔内的不舒适感觉。
4.治疗过程中金属弓丝和金属托槽会影响美观，对成年人使用极为不利。
目前牙颌正畸中常采用牙齿正位器作为保持器使用。它是用软橡胶或弹性塑料根据患者牙颌模型的手工修正模型模制而成，装置于上下颌所有牙齿冠部，常用于矫正后的固位，有利于咬合关系及牙位的保持。正位器制造的主要困难是获得患者牙颌的目标CAD模型。现在常用的方法是医生用专用的器械，将需要调整的牙齿手工地从牙颌模型上锯下，调整好位置好再粘上，形成保持器母模。
发明概述
本发明的目的在于克服上述现有牙颌畸形矫正器、牙齿正位器及相关牙齿矫正方法的不足之处，提出一种根据每个患者个体特征(即牙齿、牙槽骨形状及畸形特点)设计制作的、具有保持和牵引功能的多功能牙颌畸形矫正器，该矫正器通过力的耦合作用，即具有三维结构矫正器在弹性变形时产生的回弹力和牵引装置产生的牵引力的耦合作用，来产生所需要的矫正力对牙颌畸形进行矫正。本发明还涉及该牙颌畸形矫正器的制作方法，以及一种采用该牙颌畸形矫正器对牙颌畸形进行矫正、牵引和保持的方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种牙颌畸形矫正装置，它包括有多个单独的矫正器械，每个矫正器械构都是采用已通过有关权威机构认证许可使用并已在治疗中实际使用、可长期处于口腔内而对人体无害的材料制成，每个器械都可以使患者的牙颌在原有基础上产生一定的正畸变形，依次使用每个矫正器械可以使患者牙颌从原始畸形状态逐渐变化到最后的目标状态，所述矫正器械的特征在于：在空间结构上为一种三维薄壁空腔结构，该空腔部分包覆患者上颌或下颌牙齿的牙冠，并包括有其数量与空腔中牙齿个数对应的子空腔，每个子空腔的形状与所包覆的牙齿形状对应，但子空腔在形状、尺寸和空间排列上与佩戴前和佩戴初期患者的牙齿排列稍微不同，从而可以沿着任意方向在牙齿上施加一定的矫正力，所述多个子空腔侧壁上设有的一个或多个开口，用以调整矫正力的分布。
在所述矫正器械外侧可以设有用于牵引的牵引钩。使用牵引钩时，矫正力来源于矫正器在弹性变形时产生的回弹力和牵引装置产生的牵引力两类力的耦合作用。所述牵引钩可以与所述矫正器械一体成形。或者所述牵引钩可以与所述矫正器械分开成形并装配到一起。
此外，在所述子空腔内壁上设有用于调整矫正力分布和增强支抗的楔形加力装置。
当所述子空腔包覆牙齿的部分牙冠时，该子空腔覆盖其余牙齿牙冠的前后侧面和部分剩余侧面在牙齿高度方向上的一部分。
所述开口位于牙冠与牙龈交界附近牙龈一例。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种制造本发明的牙颌畸形矫正器的方法，它包括以下步骤：
由牙科医生按常规方法获得患者的牙颌物理模型，通过激光扫描或层析等方法获取的牙颌的数字模型；
对此数字模型进行处理和重构获得可再处理的原始牙颌CAD模型；
依据此原始CAD模型，设计出目标牙颌CAD模型和多个矫正过程的中间牙颌CAD模型；
然后采用基于离散/堆积原理的快速成形技术，在计算机的控制下，根据中间CAD模型和目标CAD模型制作出患者牙颌的实体正模型；
以此正模型为母模模制出所需的矫正器械毛坯；
根据调整矫正力使之合理分布和改善支抗分布、改善牙齿周围环境的具体要求，再进行开口的加工、修整；
以及安装、调整加力装置和牵引钩。
所述牵引钩可以是与所述矫正器械一体成形的。或者所述牵引钩可以与所述矫正器械分开成形并装配到一起的。
所述加力调整装置是一种用于调整矫正力分布和增强支抗的楔形加力装置。
附图的简要说明
从本发明的说明书中并结合本发明优选实施方案的附图将清楚本发明的其它特征，但是这些附图不应该用来对本发明进行限制，而只是用来解释和便于理解：
图1为本发明所述矫正器的结构；
图2为金属弓丝矫正器矫正力示意图；
图3为本发明所述牙颌畸形矫正器矫正力分布示意图；
图4为本发明所述牙颌畸形矫正全过程流程图。
本发明的详细说明
下面将参照附图对本发明进行详细说明。
图1所示为根据本发明的牙颌畸形矫正器械的形状和结构示意图。该矫正器械在空间结构上为一种透明的三维薄壁空腔结构，该矫正器械为一个三维薄壁结构，其外部轮廓与患者牙颌对应部分的外轮廓形状接近，内壁轮廓与患者牙颌对应部分的外轮廓对应，厚度可以根据制作材料和患者要求的不同而不同。该薄壁结构在使用时部分包覆患者上颌或下颌牙齿的牙冠；
如图1中所示，“包覆”是指特殊贴合于牙齿牙冠的内外侧面1、咬合面2及部分剩余侧面(除1和2所示外所有侧面)；
“部分包覆”指：
1.完全不包覆部分牙，其余牙齿部分包覆或全部包覆；
2.完全包覆部分牙，其余牙齿部分包覆；
3.不完全包覆所有牙。
对于部分包覆牙冠的牙齿，薄壁结构的一部分覆盖未被全部包覆的牙齿牙冠的前后侧面和部分剩余侧面在牙齿高度方向上的一部分，薄壁结构的其余部分仍然包覆其它牙齿的牙冠。
如图1所示，上述所有情况下结构的包覆终止边均位于牙冠与牙龈交界线附近牙龈一侧(11所示位置)。
确定矫正器包覆范围的原则是：在保证矫正力满足治疗要求和分布合理的前提下，尽可能地减少包覆面积，以使牙齿的周围环境尽可能地接近正常环境；该矫正器械使用时不允许包覆患者全部牙齿牙冠，以避免牙齿周围环境的恶化和细菌的滋生，并增加佩戴的舒适感。
图2、3所示是现有金属弓丝矫正器与本发明所述矫正器矫正力产生原理和分布的差别。现有矫正方法是通过金属弓丝张力T之分力Qi产生矫正力。由于牙齿排列的特点，张力夹角θ很大(图2)，故需要金属弓丝中很大的张力T(切向力)才能产生满足要求的径向矫正力，而这会造成口感的不适；同时由于矫正力有限，因而矫正周期长。而本发明是用三维结构在小弹性变形时的回弹力来产生所需要的矫正力(图3)，矫正力的大小稳定且其值、方向和分布均易于控制，矫正效率高；患者口腔内不适感减轻，易于接受治疗。
如图1所示，该矫正器械侧壁有多个开口，如3、5、6、7、8、9所示，用以调整矫正力的分布。开口3、5、6、7、8、9的形状、位置和大小根据矫正力的分布要求设计确定。通常此类开口的设计依据是矫正器械在使用状态对患者牙齿和牙槽骨作用效果的模拟分析以及医生的经验；一般来说，开口大多位于矫正器侧壁上在使用状态下产生弹性变形相对较小或根据治疗需要应该产生较小或不产生矫正力的区域(图1中5、6、7、8、9所示)，开口的大小和形状则根据相应区域的大小和形状而定。此类开口的存在也使患者佩戴时牙齿周围的环境非常接近正常环境，相对没有开口而言大大改善治疗时患者牙齿周围的环境和舒适程度，且可以防止细菌滋生等现象的出现。该空腔部分包覆患者上颌或下颌牙齿的牙冠，并包括有其数量与空腔中牙齿个数对应的子空腔，每个子空腔的形状与所包覆的牙齿形状对应，但子空腔在形状、尺寸和空间排列上与佩戴前和佩戴初期患者的牙齿排列稍微不同，从而可以沿着任意方向在牙齿上施加一定的矫正力，所述多个子空腔侧壁上设有的一个或多个开口，用以调整矫正力的分布。
如图1，该矫正器械薄壁的内侧有凸起的楔形结构4，称为矫正侧埂，其作用是产生侧向矫正力，调整矫正力分布和改善支抗条件，是一种调整和加力装置。矫正侧埂4的位置一般在矫正器上对应于两颗牙齿交界处或磨牙侧面有起伏处的附近区域，侧埂4的作用力正是通过两颗牙交界处和磨牙侧面起伏处牙颌(主要是牙齿)的侧面凸凹和侧埂内面与牙齿侧面之间的磨擦力实现的。侧埂4的表面在成形后要进行专门处理，如毛化，用于增加磨擦，或使其光滑以把磨擦力控制在一定范围内，以使其与牙齿表面的磨擦力能够满足使用要求。侧埂4的设计依据以下原则：矫正力分布均匀，用于支抗的牙齿尽可能多，表面性能要使支抗作用力在满足治疗要求的同时保证用于支抗的牙齿仅产生较少移动。
如图1所示，该矫正器械侧壁的外侧还可以安设用于牵引矫正的牵引钩10。现有的牵引装置通常附着在一颗或少数几颗牙齿上，是一种不甚合理的支抗形式。该器械的适当部位可以设有牵引钩，形状如图中10所示，该牵引钩可以与矫正器械一体成形，也可以分开成形并连接到一起。牵引钩10的设计除了按照常规的牵引钩设计方法能满足牵引的要求外，还要充分考虑使用状态下牵引钩上牵引力的反作用力使矫正器产生附加的弹性变形产生的附加矫正力和矫正器的回弹力牵引装置影响所产生的附加牵引力。实际上起矫正和牵引作用的是这些力的耦合作用，恰当地利用这两种附加力可以形成更好的支抗分布和更合理的矫正力和牵引力分布，从而得到更好的矫正治疗效果。
该矫正器械采用与现有牙颌保持器相同的材料，即已通过有关权成机构认证许可使用并已在治疗中实际使用、可长期处于口腔内而对人体无害的材料制成。该器械需成套使用，每套包括一个或多个(至多可达数十个)矫正器，每个矫正器都可以使患者的牙颌在原有基础上产生一定量的正畸变形；依次使用每个矫正器可以使患者牙颌从原始畸形状态逐渐变化到最后的目标状态。
该牙颌畸形矫正器械的薄壁结构内的空腔由与每一颗牙齿对应的子空腔组成，每一子空腔的内轮廓与相应牙齿的外轮廓在被器械覆盖的部分存在对应关系，但子空腔在形状、尺寸和空间排列相位上与佩戴前和佩戴初期患者的牙齿不同，子空腔空间排列的设计是以从患者牙齿原始排列状态逐渐过渡到矫正目标排列状态的原则进行的。该矫正器械的矫正力来源于矫正器在弹性变形时产生的回弹力和牵引装置产生的牵引力两类力的耦合作用，这两类力又分别由两部分组成：
1.矫正器上子空腔的形状、尺寸和空间排列与患者牙齿的差别(包括角度、位置、尺寸和形状等)引起的使用状态下矫正器弹性变形的所产生的回弹力；这是矫正力的基本组成，它的大小和分布是决定矫正过程的主要因素，调整这一部分矫正力的方法是：调整矫正器对患者牙齿的包覆范围，调整矫正器侧壁上开口的大小、形状和分布，改变矫正侧埂的形状、位置和表面性能；
2.牵引钩10上牵引力的反作力引起矫正器弹性变形带来的附加矫正力；该力的调整方法是改变牵引钩的位置；
3.牵引钩10上牵引装置的作用力；
4.矫正器弹性变形的回弹力通过牵引钩反作用于牵引装置产生的附加牵引力。
1，2所述是矫正器的回弹矫正力，3，4所述为牵引力的两个组成部分，治疗时矫正力就来自这四种力的耦合，因而该器械是一种综合治疗各种牙颌畸形形式的多功能器械。
该矫正器械使用时作用于患者牙颌(包括牙齿)上的矫正力是三维分布力，即环绕于牙冠侧面1和咬合面2上的空间力，通过调整这些力的大小和分布，可以产生作用于牙齿上的、除拨牙方向外任何方向上的合力，使牙齿产生除该方向以外任意方向上的移动。
借助于本矫正器械上的牵引钩，使用现有的牵引器械，可以实现对牙颌牵引矫正，以实现对第二、三类牙颌畸形的矫正治疗。
适当安排该成套器械中的单个器械使用时间，还可以将矫正与牙颌畸形的矫正与保持过程有机结合起来，有效防止复发。
上述矫正器的的设计和制造所依据和采用的是直接或间接来自患者的实际牙颌的数字数据模型，而非统计数据。通常采用的方法是先由牙科医生按常规方法获得患者的牙颌物理模型，通过激光扫描或层析等方法获取的获取牙颌的数字模型，再对此数据模型进行处理获得的可处理的原始牙颌CAD模型。依据此原始CAD模型，应用正畸理论和工程结构设计的知识，可以设计出目标牙颌CAD模型和多个矫正过程的中间牙颌CAD模型；然后采用基于离散/堆积原理的快速成形技术，在计算机的控制下，使用专用设备根据中间CAD模型和目标CAD模型制作出患者牙颌的实体正模型，再以此正模型为母模模制出所需的矫正器械毛坯，最后再进行开口、修整以及安装、调整加力装置和牵引钩等即得到可供使用的矫正器。
基于离散/堆积原理的快速成形工艺是将实体的CAD模型离散成一维点集或二维平面集，点集的空间分布和平面集空间分布和每个平面的形状是根据CAD模型确定的，在制造过程中再将材料的点集或平面集根据模型逐渐堆积成形的工艺，包括光固化成形工艺、分层实体制造工艺、熔融堆积制造工艺、选择性烧结成形工艺、三维打印(3DP)工艺等。光固化成形工艺是采用激光逐点照射光固化树脂，诱导材料发生化学变化从而固化的方法成形；分层实体制造工艺是采用激光切割箔材，箔材之间靠热熔胶在压辊的压力和传热作用下实现粘接，一层层叠加成形；选择性激光烧结工艺是采用激光逐点照射粉末材料使材料粉末熔融，或使包覆于粉末材料外的固体粘接剂熔融实现材料的联接成形；三维印刷成形工艺是采用类似喷墨打印的方法喷射熔融材料堆积成形或逐点喷洒粘接剂粘接粉末材料的方法成形；熔融堆积成形工艺是将热塑性成形材料连续地送入喷头后在其中加热熔融并喷出，逐步堆积成形。
实际治疗过程中，在获取患者原始畸形牙颌模型后，一次可以设计和制造出全套(包括一个或多个)矫正器械。
下面将对使用上述矫正器械进行牙颌正畸的方法进行说明。图4显示出本发明所述牙颌畸形矫正全过程流程图。该方法依次使用一套多个(最多可达数十个)上述矫正器械，这些器械在得到患者原始牙颌模型后就可根据医生确定的治疗目标牙颌模型全部制造出来。每个器械使患者的牙颌产生一定量的、从当前形状向目标形状的变化；从而逐渐地把患者牙颌(包括牙齿、牙槽骨)从原始畸形状态逐步矫正到治疗目标状态。治疗过程中，在获取患者原始畸形牙颌模型并制造出全套矫正器械后，由患者即可按照医生的确定的时间间隔自行依次佩戴，按期更换，并根据医生指导自行安装牵引钩，而不需要专业医生定期处理。合理安排矫正器的佩戴时间，患者使用时，可以同时具有矫正和保持作用；若与牵引器械同时使用，还可以进行牵引矫正。通常，在快速的矫正治疗阶段(一般是治疗的开始阶段)，每个矫正器械的佩戴时间较短，目的是要保证矫正和牵引的力具有一定的值，而不至于太小，这样在该停止矫正器时，患者的牙颌形状与该矫正器的目标形状还有一定差别，矫正器还具有一定的矫正能力，只是矫正力和牵引力已经较小；而在矫正-保持阶段(一般是治疗的后期)，每个矫正器的佩戴时间要相对较长，除了矫正和牵引外，在患者牙齿已经该矫正器的目标形状非常接近或一致时，仍要佩戴一定时间，此时该矫正器的作用类似于传统的保持器，主要作用是稳固矫正效果，防止复发。整个治疗过程的最终阶段使用的矫正器的保持作用更为突出。也就是说，治疗过程中矫正和保持交替出现，初期以矫正和牵引为主，后期以保持为主。
采用这种牙颌畸形矫正器进行治疗的全过程如下(参见附图4)：获取患者牙颌的物理模型；
1.采用激光测量或层析等方法将患者牙颌物理模型数字化，即获得患者原始牙颌的数字模型数据；
2.根据原始牙颌数字模型数据，重构获得患者牙颌的原始CAD数字模型；
3.以原始牙颌模型CAD模型为基础，结合医生的临床经验，完成牙颌正畸的诊断；
4.在计算机上完成牙矫正过程分析与设计，设计出患者牙颌矫正的目标形状的CAD模型；
5.设计和构造矫正过程中的各个中间牙颌模型的CAD模型；
6.采用基于离散/堆积原理的快速成形加工方法制造患者牙颌的目标模型和所有中间模型，即用于模制矫正的母模；
7.根据上述母模模制全套矫正器；
8.矫正器精整，包括开口的加工与修整、侧埂的修整与表面处理、牵引钩的安装或修整；
9.患者自行佩戴并按期更换矫正器，完成矫正过程。
采用本发明所涉及的矫正器和矫正方法进行牙颌畸形矫正具有如下特点：
1.该矫正器械和矫正方法实现了在同一套器械中完成矫正、牵引与保持功能；
2.该方法针对每个患者的个体特征进行矫正过程设计和矫正器的个性化制造，而非简单地选择相对接近患者情况的标准矫正器进行矫正，因而具有更好的针对性和适应性；
3.用于放入口腔内的矫正器材料为目前已成功地用于牙齿保持器制造的材料，即通过相关认证的高分子材料，对口腔内粘膜的伤害也大大减小，从而使病人的不适感觉大大减轻；
4.与金属弓丝相比，使用的高分子材料具有较小的弹性模量，同时作用于牙齿的面积大大增加，从而使牙齿和牙槽骨的受力状态更柔合并便于控制，并使牙齿能整体移动，更易于获得合乎生物力学要求的应力分布，患者感到更舒适；
5.矫正过程医生只需在计算机自动设计阶段，根据计算机辅助设计的结果进行确认和参数调整，而不需要进行手工调整矫正器，减轻了医生的工作负担，同时也降低了医生手工操作的熟练程度对治疗过程的影响，一般来说患者只需门诊治疗数次，矫正器的更换可由患者自己完成，这样不但大量节省了医生和患者的时间，也大大节省了患者的费用；
6.相对现在保持器而言，该矫正器械上的开口和咬合面的不闭合部分大改善了佩戴过程中牙齿周围的环境；
7.由于矫正器为透明材料制造，在治疗过程中几乎不会影响患者的形象，特别适用于成年人的牙颌畸形矫正；
8.在牙颌畸形矫正过程中，还可以同时进行牙齿的脱色等治疗，使患者的牙齿更加美观。
Claims (7)
1、一种牙颌畸形矫正装置，它包括有多个单独的矫正器械，每个矫正器械构都是采用已在治疗中实际使用、可长期处于口腔内而对人体无害的材料制成，每个器械都可以使患者的牙颌在原有基础上产生一定的正畸变形，依次使用每个矫正器械可以使患者牙颌从原始畸形状态逐渐变化到最后的目标状态，所述矫正器械的特征在于：
在空间结构上为一种三维薄壁空腔结构，该空腔部分包覆患者上颌或下颌牙齿的牙冠，并包括有其数量与空腔中牙齿个数对应的子空腔，每个子空腔的形状与所包覆的牙齿形状对应，但子空腔在形状、尺寸和空间排列上与佩载前和佩戴初期患者的牙齿排列不同，从而可以沿着任意方向在牙齿上施加一定的矫正力，所述多个子空腔侧壁上设有的一个或多个开口，用以调整矫正力的分布。
2、如权利要求1所述的牙颌畸形正装置，其中在所述矫正器械外侧可以设有用于牵引的牵引钩。
3、如权利要求2所述的牙颌畸形矫正装置，其中所述牵引钩可以与所述矫正器械一体成形。
4、如权利要求2所述的牙颌畸形矫正装置，其中所述牵引钩可以与所述矫正器械分开成形并装配到一起。
5、如权利要求1所述的牙颌畸形矫正装置，其中在所述子空腔内壁上设有用于调整矫正力分布和增强支抗的楔形加力装置。
6、如权利要求1、2或5中任一所述的牙颌畸形矫正装置，其中当所述子空腔包覆牙齿的部分牙冠时，该子空腔覆盖其余牙齿牙冠的前后侧面和部分剩余侧面在牙齿高度方向上的一部分。
7、如权利要求1、2或5中任一所述的牙颌畸形矫正装置，其中所述开口位于牙冠与牙龈交界附近牙冠一侧。
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