CN1964677A - 力响应牙齿矫正支架和系统及其使用方法 - Google Patents

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威廉姆·斯图尔特·特里默
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Abstract

力的大小和/或方向可使用牙齿矫正支架客观地确定，牙齿矫正支架具有允许支架的一部分可相对于支架的至少另一部分弹性移动的弹性部件。在优选实施例中，支架包括下部基体部件、上部支架部件和插入到下部基体和上部支架部件之间的弹性层。牙齿矫正支架有利地用作系统的一部分，因此支架包括指示器，指示器响应于所述至少一部分和另一部分之间的相对移动而变形以提供作用于支架上的力的指示。光学检测器可被提供来光学检测指示器并发出可指示下部基体和上部支架部件之间的相对弹性移动的输出信号。处理器接收来自光学检测器的输出信号以提供作用于上部支架部件上的力的大小和/或方向的指示。

Description

力响应牙齿矫正支架和系统及其使用方法
本申请基于2004年5月17日提交的美国第60/571690号临时申请并要求其优先权，该临时申请的全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明总体涉及牙齿矫正领域。在特定优选实施例中，本发明涉及包括力响应元件的牙齿矫正支架，力响应元件可以光学地确定作用力的大小和/或方向。
背景技术
牙齿矫正支架通常固定到单个牙齿上并连接到弧线(archwire)上以在一定时间内施加适当的力来使牙齿移动或变直。特别地，牙齿通过作用力而经弧线被向支架移动和转动。因此需要定期看牙医以能够检查和调整装置来确保由弧线将适当大小和方向的力经支架作用于牙齿上。然而，弧线的调整是非常主观的行为。因此，牙医需获得用于每个牙齿矫正患者的力的大小和方向的实践知识。
发明内容
然而，如果作用于牙齿矫正支架上的力的大小和方向客观地确定，则更有利。本发明目的是满足这一需求。
概括来说，本发明体现为力响应牙齿矫正支架。更具体地，本发明的牙齿矫正支架考虑了客观地确定作用于固定有支架的牙齿上的力的大小和/或方向。因此，本发明优选体现为具有弹性部件的牙齿矫正支架，弹性部件允许支架的一部分相对于支架的至少另一部分弹性移动。支架优选包括根据支架部分相对于互相之间的移动而变形的指示器(例如基准标记)，从而指示器变形可以指示作用于支架上的力的大小和/或方向。
在特定优选实施例中，本发明包括力响应牙齿矫正支架，力响应牙齿矫正支架具有下部基体部件、上部支架部件和插入到下部基体和上部支架部件之间的弹性层。因此，弹性层包括允许上部支架部件可相对于下部基体部件弹性移动的弹性部件。
本发明的牙齿矫正支架有利地用作系统的零件，从而支架包括指示器以用于作用在上部支架部件上且足以导致上部支架部件相对于下部基体部件的弹性移动的力的指示器。光学检测器可被提供来光学检测指示器并发出可指示下部基体和上部支架部件之间的相对弹性移动的输出信号。处理器接收来自光学检测器的输出信号以提供作用于上部支架部件上的力的大小和/或方向的指示。
这些和其它方面及优点在仔细考虑下面的本发明优选示范性实施例的详细描述后将变得更明显。
附图说明
下面将参考附图，其中，各附图中的相同参考标记表示相同结构部件，其中：
图1是使用本发明的力响应于支架的系统的示意性透视图；
图2是根据本发明的示范性力响应牙齿矫正支架的透视图；
图3是图2中描述的牙齿矫正支架的侧剖视图；
图4是根据本发明的牙齿矫正支架的另一实施例的部分放大侧剖视图；
图5是根据本发明的牙齿矫正支架的又一实施例的部分放大侧剖视图；
图6是根据本发明的牙齿矫正支架的再一实施例的部分放大侧剖视图；和
图7是根据本发明的牙齿矫正支架的另外一实施例的部分放大侧剖视图；
具体实施方式
附图1示意性地描述根据本发明的系统10，系统10特别适于检测和显示与连接到患者口中的各牙齿前表面的牙齿矫正支架12中的每个相关的力的大小和/或方向。如同将在后面详细描述那样，单个支架12具有基准标记，基准标记可指示通过弧线14而作用于支架12上的力的大小和/或方向。
通常，根据本发明，基准标记可通过手持式光学检测器16来光学地检测，手持式光学检测器16可操作地经信号线17连接到中央处理器18。因此，中央处理器18经信号线17接收由光学检测器16产生的输出信号并用所需运算法则编程，运算法则将基准标记提供的表示光学检测的指示的输出信号翻译成可向主治牙医显示的力的大小和/或方向，例如，通过与个人计算机22结合的传统显示器20。或者，由光学检测器16产生的输出信号可被无线地传输到处理器18，例如，使用RF(无线电频率)连接。
手持式光学检测器16最优选包括接近的把手部分16-1和末端的发光棒16-2。扳机开关16-3位于接近的把手部分16-1上以允许牙医启动棒16-2来通过棒端16-2a光学读取支架12的特定部分。发光二极管(LED)16-4、16-5也可位于把手部分16-1上且最好发出不同颜色(例如红和绿)来为牙医提供可视指示已保证特定支架12的良好光学读取。如果适当的力已作用于特定支架12上，则也可使用LED16-4、16-5来指示。为完成此类指示，处理器18将把作用于支架上并由检测器16检测的力和/或转矩与储存在存储器中并与用于单个病人的特定治疗计划相关的力和/或转矩进行比较。
根据本发明的支架12的一个优选实施例在附图2和3中描述。在这点上，可观察到，支架12包括下部基体部件12-1、上部支架部件12-2和中间弹性层12-3，中间弹性层12-3将上部支架部件12-2弹性连接到下部基体部件12-1上从而允许两者之间微小但却意义重大的相对弹性移动。事实上，适用于牙齿矫正应用的任何弹性材料均可用于层12-3且可包括但不限于例如EPDM橡胶、硅橡胶和聚酯人造橡胶。足以说明，所使用的特定弹性材料可由本领域普通技术人员选择而不用基于相同物理特性的不适当实验。
通常，上部支架部件12-2包括狭槽24以容纳弧线14，并包括牙医可用来固定额外的线以施加用于传递到连接有支架12的牙齿上的适当力的多个柱体26和孔28。下部支架部件12-1最优选包括形成于其中的凹部表面12-1a以容纳将基体部件12-1牢固地固定在下面的牙齿上的连接材料，从而反过来将支架12牢固地固定于牙齿上。
下部基体部件12-1和上部支架部件12-2包括在其底盖可视表面上的基准标记30、32，基准标记30、32由弹性层12-3分割以分别形成上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2。因此，在没有作用力时，基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2将分别相互对齐。就是说，在基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之间将不会可视地出现错位。
响应例如通过弧线14而作用在上部支架部件12-2上的力，基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2因而将分别变形(例如错位)，该变形取决于作用力的大小和方向且依靠允许上部支架部件12-2相对于下部基体部件12-1弹性移动的弹性层12-3。基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之间的相对错位可由光学检测器16光学检测。基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之间的相对错位由光学检测器16检测，因而可传输到处理单元18，在处理单元18中计算作用于特定支架上的力的大小和/或方向。然后，适当的信号被传输到个人计算机22，从而作用力的大小和/或方向可向牙医显示。
基准标记30、32表示为多个不同尺寸的同心圆的形式。因此，此类构造允许基准标记30、32的上部和下部标记部分30-1、32-1和30-2、32-2各自中的一个与另一个的对比，来达到其间的相对错位。因此，以该方式，可检测到作用力的大小以及作用力相对于六个自由度的方向，也就是三个互相垂直的轴以及绕该轴的转矩。
本发明的支架12也可带有唯一的识别标记36，该标记允许牙医电学地“标记”每个支架并将多个力的大小和方向结合。单个支架12由标记36实现的此类唯一识别还将允许在已进行的矫正治疗过程中进行其单个移动的历史分析。
基准标记30、32可以是适于由检测器16进行光学检测的任一类型。因此，例如，基准标记30、32可以由能够由光学检测器16检测的任何可视介质构成，例如，通过在检测器棒16-2的尖端16-2a中使用小型摄像机来进行影像捕捉。可选择地或者另外，基准标记可由磷光或荧光介质构成以在检测器棒16-2发出紫外(UV)光进行照射时更加可视。因此，在该情况下，检测器16可进行操作(例如，通过操作其扳机开关16-3)以用紫外照射来照亮所需支架12，从而导致基准标记30、32如该情况下那样为磷光或荧光剂，随后可关闭来自棒端16-2a的照射。然后，可在基准标记30、32之间根据其“打开”图像和其“关闭”图像来进行光学对比。再有，可选择地或者另外，检测器棒16-2的棒端16-2a可发出激光照射，激光照射扫描基准标记30、32以检测其间的错位。
根据本发明的另一实施例的支架12’在图4中表示。根据描述，支架12’类似于支架12，如上所述，其包括下部基体部件12-1、上部支架部件12-2’和中间弹性层12-3’，中间弹性层12-3’将上部支架部件12-2’弹性连接到下部基体部件12-1’上从而允许两者之间微小但却意义重大的相对弹性移动。然而，取代基准标记30、32或除其之外，在下部基体部件12-1’和上部支架部件12-2’上分别提供有一系列相对的凹槽40、42。这些凹槽40-42在没有力作用于上部支架部件12-2’时对齐，但响应于作用在上部支架部件12-2’上的力将相互之间稍微错位。就是说，上部支架部件12-2’依靠将部件12-1’和12-2’互相连接的中间弹性层12-3’能够相对于下部基体部件1 2-1’弹性位移。因此，凹槽40、42的此类错位可由光学检测器16以类似于上述的方式光学检测。凹槽40、42也在结构上有助于增强弹性层12-3’分别固定到下部基体和上部支架部件12-1’和12-2’上。如图所示，凹槽40、42是相对的V形元件，但其它几何形状例如矩形或半圆形元件也可用于本发明的目的。
附图5-7描述根据本发明的另一实施例。在这点上，可以从图5观察到，整个支架112由弹性材料构成且包括由同心地放置的内和外标记130-1、130-2分别构成的多个基准标记130。在这点上，在图5中仅看到单个基准标记130，可以理解的是，将以上述方式提供几个此类基准标记130。基准标记130将印在支架112的可视表面上或物理地嵌入其中。在后一种可能中，构成支架112的弹性材料最好是半透明或透明的，从而检测器16可明显地检测嵌入其中的基准标记130。作用于支架112上的力因而将导致支架的一部分可移动或可弯曲，从而使基准标记130变形。然后，此类变形的大小和方向可由检测器16检测，以检测作用力的大小和/或方向。
图6和7进一步描述分别根据本发明的支架212和312的其它实施例。在这点上，图6的支架212包括由金属形成的下部基体部件212-1和全部由弹性材料形成的上部支架部件212-2。支架212包括由同心地放置的内和外标记230-1、230-2分别构成的多个基准标记230。在这点上，在图6中仅看到单个基准标记230，可以理解的是，将以上述方式提供几个此类基准标记230。
另一方面，附图7描述根据本发明的支架312，其中，下部基体部件312-1由弹性材料构成，上部支架部件312-2由金属构成。支架312包括由同心地放置的内和外标记330-1、330-2分别构成的多个基准标记330。在这点上，在图7中仅看到单个基准标记330，可以理解的是，将以上述方式提供几个此类基准标记330。
因此，在图6和7中描述的实施例中，上部支架部件212-2和3 12-2能够分别相对于下部基体部件212-1和212-2弹性移动。
因此，虽然结合当前被认为是最可行及优选的实施例描述了本发明，但可以理解的是本发明并不限于已公开的实施例，相反，在所附权利要求的主旨和范围内可包括有多种变型和等同构造。

Claims (39)

1.一种牙齿矫正支架，包括：弹性部件，允许支架的至少一部分响应于作用力而相对于支架的至少另一部分弹性移动；和至少一个指示器，能够响应于支架的所述至少一部分和另一部分的移动而可视地变形。
2.根据权利要求1所述的支架，其全部由弹性材料形成。
3.根据权利要求1所述的支架，包括上部支架部件和连接到上部支架部件上的下部支架部件，且其中上部和下部支架部件中至少一个由弹性材料形成。
4.一种牙齿矫正支架，包括：下部基体部件、上部支架部件和插入到所述下部基体和上部支架部件之间的弹性层。
5.根据权利要求4所述的支架，还包括至少一个基准标记以作为指示器来指示下部基体和上部支架部件之间的相对移动。
6.根据权利要求5所述的支架，其中至少一个基准标记分别在下部基体和上部支架部件上包括对齐的下部和上部标记部分，其中下部和上部标记部分之间的错位可指示作用于上部支架部件上的力。
7.根据权利要求5或6所述的支架，其中至少一个基准标记由磷光或荧光材料形成。
8.根据权利要求4所述的支架，其中至少一个基准标记包括形成于下部基体和上部支架部件的相对表面上的对齐的凹槽。
9.根据权利要求8所述的支架，其中对齐的凹槽为V形、矩形或半圆形。
10.根据权利要求4所述的支架，其中上部支架部件包括用于容纳弧线的至少一个狭槽。
11.根据权利要求4所述的支架，其中下部基体部件包括凹部。
12.一种牙齿矫正支架，包括：下部基体部件、上部支架部件和弹性构件，弹性构件插入到所述下部基体和上部支架部件之间，以允许上部支架部件响应于作用在上部支架部件上的力而相对于下部基体部件弹性移动。
13.根据权利要求12所述的支架，还包括能指示上部支架和下部基体部件之间的所述弹性相对移动的构件。
14.根据权利要求12所述的支架，其中所述移动指示构件包括至少一个基准标记以指示下部基体和上部支架部件之间的相对移动。
15.根据权利要求14所述的支架，其中至少一个基准标记分别在下部基体和上部支架部件上包括对齐的下部和上部标记部分，其中下部和上部标记部分之间的错位可指示作用于上部支架部件上的力。
16.根据权利要求14或15所述的支架，其中至少一个基准标记由磷光或荧光材料形成。
17.根据权利要求14所述的支架，其中至少一个基准标记包括形成于下部基体和上部支架部件的相对表面上的对齐的凹槽。
18.根据权利要求17所述的支架，其中对齐的凹槽为V形、矩形或半圆形。
19.一种牙齿矫正系统，包括：
至少一个牙齿矫正支架，其包括，弹性部件，允许支架的至少一部分响应于作用力而相对于支架的至少另一部分弹性移动；和至少一个指示器，能够响应于支架的所述至少一部分和另一部分的移动而可视地变形；
光学检测器，用于光学检测指示器的变形并发出输出信号来指示支架的所述至少一部分和另一部分之间的相对弹性移动；
处理器，接收来自光学检测器的输出信号以提供作用于牙齿矫正支架上的力的大小和/或方向的指示。
20.根据权利要求19所述的牙齿矫正系统，其中牙齿矫正支架包括适于贴到牙齿上的下部基体部件、上部支架部件和弹性层，弹性层插入到下部基体和上部支架部件之间，以允许上部支架部件响应于作用在上部支架部件上的力而相对于下部基体部件弹性移动。
21.根据权利要求19所述的牙齿矫正系统，其中检测器是手持式光学检测器。
22.根据权利要求21所述的牙齿矫正系统，其中手持式光学检测器包括较近的把手和较远的棒，所述棒具有适于当牙齿矫正支架贴到牙齿上时放置在至少一个牙齿矫正支架附近的棒端。
23.根据权利要求22所述的牙齿矫正系统，其中手持式光学检测器发出激光或紫外照射以用于光学检测牙齿矫正支架上的指示器。
24.根据权利要求20所述的牙齿矫正系统，其中指示器包括至少一个基准标记以指示下部基体和上部支架部件之间的相对移动。
25.根据权利要求20所述的牙齿矫正系统，其中至少一个基准标记分别在下部基体和上部支架部件上包括对齐的下部和上部标记部分，其中下部和上部标记部分之间的错位可指示作用于上部支架部件上的力。
26.根据权利要求24或25所述的牙齿矫正系统，其中至少一个基准标记由磷光或荧光材料形成。
27.根据权利要求24所述的牙齿矫正系统，其中至少一个基准标记包括形成于下部基体和上部支架部件的相对表面上的对齐的凹槽。
28.根据权利要求27所述的牙齿矫正系统，其中对齐的凹槽为V形、矩形或半圆形。
29.根据权利要求27所述的牙齿矫正系统，其中处理器提供相对于三个相互垂直的轴的作用力和绕这些轴的转矩的指示。
30.一种确定作用于牙齿矫正支架上的力的大小和/或方向的方法，包括：
固定牙齿矫正支架，该支架包括，弹性部件，允许支架的至少一部分响应于作用力而相对于支架的至少另一部分弹性移动；和至少一个指示器，能够响应于支架的所述至少一部分和另一部分的移动而可视地变形；
光学检测指示器的变形并发出输出信号来指示支架的所述至少一部分和另一部分之间的相对弹性移动；
处理来自光学检测器的输出信号以提供作用于牙齿矫正支架上的力的大小和/或方向的指示。
31.根据权利要求30所述的方法，包括提供牙齿矫正支架，该支架包括适于贴到牙齿上的下部基体部件、上部支架部件和弹性层，弹性层插入到下部基体和上部支架部件之间，以允许上部支架部件响应于作用在上部支架部件上的力而相对于下部基体部件弹性移动。
32.根据权利要求30所述的方法，包括将手持式光学检测器定位于牙齿矫正支架附近。
33.根据权利要求30所述的方法，用从光学检测器发出的激光或紫外线来扫描指示器。
34.根据权利要求31所述的方法，包括提供至少一个基准标记作为指示器以指示下部基体和上部支架部件之间的相对移动。
35.根据权利要求31所述的方法，包括在下部基体和上部支架部件上提供对齐的下部和上部标记部分，其中下部和上部标记部分之间的错位可指示作用于上部支架部件上的力。
36.根据权利要求34或35所述的方法，包括形成至少一个磷光或荧光材料的基准标记。
37.根据权利要求31所述的方法，包括提供形成于下部基体和上部支架部件的相对表面上的对齐的凹槽以作为指示器。
38.根据权利要求37所述的方法，其中形成于下部基体和上部支架部件的相对表面上的对齐的凹槽为V形、矩形或半圆形。
39.根据权利要求30所述的方法，其中处理输出信号以提供相对于三个相互垂直的轴的作用力和绕这些轴的转矩的指示。
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