TWI547269B - 齒列矯正裝置 - Google Patents

Description

齒列矯正裝置

本發明係關於一種齒列矯正裝置，尤其係關於一種利用滲透壓使齒列矯正裝置產生預定形變而給予牙齒穩定的矯正力量之裝置。

隨著醫學上的進步，因牙齒的排列所造成的問題，例如牙列擁擠、牙齒空隙太多、暴牙、戽斗、下頜後縮、深咬、開咬等，都可以由矯正治療得到改善。

牙齒在人的日常生活中除了基本的咀嚼功能之外，牙齒的整齊與否對於個人的生活、給人的印象以及自信心等等皆會產生影響。每一個人都想擁有美麗的笑容。無論在社交或工作場合，健康燦爛的笑靨都會帶給人多一點自信，多一些親切感。而隨著國人生活水準的提高，齒列的矯正也越來越受到重視。

在齒列矯正時所使用的齒列矯正器，是用來校準牙齒至適當的咬合位置的裝置。目前慣常使用的齒列矯正器包括多個分別設置於對應之牙齒上的基座及一連接於該些基座上的金屬絲線，其使用方式是透過分次調整該些金屬絲線的鬆緊度來進行齒列位置的調整。然而，這樣的設計會有舒適度的問題，因為實際上剛完成金屬絲線的調整時，所給予牙齒的壓力最大，這個時候使用者通常會感到牙齒酸軟不適，其後始因牙齒的位移使得壓力漸漸變小，直到下次調整金屬絲線鬆緊度的時間。因此，在齒列矯正時，使用者皆須經歷多次的矯正力道大而造成的牙齒不適與進食困難，而使得使用者進食不便導致體重減輕、或是生活上(例如睡眠時)的不適。

在齒列矯正器的設計上，若是選擇彈性大的材料可使得使用 者覺得舒適，但矯正效果差；而彈性低的材料(例如目前常用的金屬絲線)矯正效果好，但卻容易讓使用者感到不舒適，而是配戴意願降低。因此，如何使矯正效果與使用者的舒適度取得平衡，這是目前牙齒矯正領域中亟欲解決的一大問題。

為了解決前述問題，本發明提供一種齒列矯正裝置，包含：一制動結構，形成一中空管，該中空管內充滿一過飽和溶液；一牙托結構，固定於該制動結構上，用以將該制動結構固定於牙齒上；以及一抽水結構，連接該中空管之一端，包含一半透裝置及一支撐結構，其中該支撐結構用以支撐該半透裝置。

在本發明一實施例中，該中空管內部具有一密封塗料，且該密封塗料為聚二甲基矽氧烷。

在本發明一實施例中，該制動結構、該牙托結構以及該抽水結構主要由熱塑性高分子材料製成。

在本發明一實施例中，該半透裝置係為一半透膜。該半透膜較佳由纖維質(cellulose)、芳香族聚醯胺(aromatic polyamide)、聚醯亞胺(polyimide)、聚呋喃(polyfurane)或熱塑性聚氨酯(polyurethane)所製成。

在本發明一實施例中，該制動結構具有一局部膨脹構造。

經由本發明之技術特徵，可提供齒列矯正之使用者長期穩定的矯正力道，避免傳統週期性作用機制其會經歷矯正力道「遽增後緩降」之特性，所導致的口腔不舒適感與治療時間的延宕。同時，因為本發明之齒列矯正裝置於日常生活所露出的部分可以為透明的，也顧及到使用者在矯正期間的美觀，降低使用者在矯正期間有自卑的心理。

1‧‧‧齒列矯正裝置

11‧‧‧制動結構

111‧‧‧膨脹結構

12‧‧‧牙托結構

13‧‧‧抽水結構

131‧‧‧半透裝置

132‧‧‧支撐結構

1321‧‧‧凹槽

133‧‧‧本體

1331‧‧‧開口

1332‧‧‧卡扣結構

第一圖係為本發明齒列矯正裝置之示意圖。

第二圖係為本發明齒列矯正裝置之使用示意圖。

第三A圖係為抽水結構各部件之示意圖。

第三B圖係為抽水結構之組裝完成圖。

第四A圖係為制動結構截面長軸設於Z方向，則制動結構的形變方向僅限在XY平面上之示意圖。

第四B圖係為將截面長軸傾斜特定角度，變形的方向即會增加在Z方向的形變示意圖。

第四C圖係為將截面長軸置於XY平面上，經滲透壓作用後制動結構產生Z方向上的形變。

第五圖係為制動結構上具有一個或一個以上的膨脹結構的示意圖。

請參考第一圖，該圖為本發明齒列矯正裝置之示意圖，由圖可知齒列矯正裝置1包含一制動結構11，其為中空管狀並於其內充滿著過飽和溶液；一牙托結構12，固定於該制動結構11上，用以將該制動結構11固定於牙齒上；以及一抽水結構13，連接該制動結構11，包含一半透裝置131及一支撐結構132，請配合參考第三圖。另外，亦可設置複數個抽水結構13以連接該制動結構11，達到欲改變形狀或所需速度的滲透壓。

請同時參考第二圖，該圖為齒列矯正裝置1之使用示意圖。其中，制動結構11係設於齒列內側、舌側的位置，以達到使用者不會有外觀上改變的目的。牙托結構12，係固定於制動結構11上，配合牙齒形狀而套於特定牙齒上而達到將該制動結構固定於牙齒上的效果。牙托結構12的作用也在於固定制動結構11以及針對特定牙齒作特定矯正之用。本發明一較佳實施例中，套於臼齒上的牙托結構12，即為利用臼齒的不易移動性質達到固定制動結構11之目的；而套於門齒的牙托結構12，係可對於門齒作加強矯正或進行特定的矯正。需注意的是，牙托結構12之設置位置及所對應之牙齒不以圖中所示為限，可設於任何的牙齒上，只要能達到固定制動 結構及/或對特定牙齒進行矯正即可。此外，牙托結構12可使用透明材質製作，讓使用者在矯正時亦能達到美觀的效果。

請參考第三A圖，該圖為抽水結構13各部件之示意圖。抽水結構13可包含半透裝置131、支撐結構132及本體133。本體133具有一開口1331，連接制動結構11。半透裝置131為透水但不透溶質之裝置，使口腔內的水分可經由半透裝置131進入，經由開口1331流到制動結構11中，但制動結構11內之過飽和溶液的溶質因為滲透壓之緣故而不會流出至口腔中。在一些實施例中，抽水結構13僅包含半透裝置131，該半透裝置131係為單純透水但不透溶質之裝置，可直接連接至制動裝置11。第三B圖則為抽水結構13之組裝完成圖。本發明之另一較佳實施例的半透裝置係為柔軟的半透膜，則包含需要支撐結構132和本體133。

在本發明之一實施例中，半透裝置131為一半透膜，例如用於逆滲透濾水器之濾膜，其材質例如纖維質(cellulose)、芳香族聚醯胺(aromatic polyamide)、聚醯亞胺(polyimide)或聚呋喃(polyfurane)。另外，該半透膜亦可為具有防水透氣特性的高分子材料，例如熱塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane，TPU)，亦皆具有半透的效果。

中空半透性的抽水結構13與滲透式的制動結構11透過組裝整合在一起，抽水結構13與制動結構11接合處(即開口1331處)內部具有一圈軟質的彈性材料填滿其中的空隙，以避免因為組裝所產生的縫隙而導致洩漏。該軟質的彈性材料可以是聚二甲基矽氧烷。支撐結構132之主要功能在提供半透膜穩固的支撐。

抽水結構13可具有一卡扣結構1332，並於支撐結構132設有至少一凹槽1321。卡扣結構1332與凹槽1321之形狀係相互對應，使得組裝好的半透裝置131與支撐結構132組裝至本體133時，可經由卡扣結構1332扣入凹槽1321內，達到固定與密合的作用。

制動結構11、牙托結構12、以及抽水結構13皆可使用三維列印製作，原則上只要是熱塑性高分子材料都可適用。其中滲透式的制動結構11是中空且會產生相當程度的變形，需要比較高的韌性，常用的材料是 聚乳酸(polylactic acid，PLA)。另外，為了防止三維列印的缺陷造成制動結構11中溶液的洩漏，內部會以氣壓輔助均勻塗佈一層軟質的彈性材料作為密封塗料，該密封塗料包括但不限於聚二甲基矽氧烷(polydimethyl-siloxane，PDMS)。透明的牙托結構12常用的材料是聚氨酯(polyurethane，PU)。利用多噴頭的三維列印機台可將由不同材料所組成滲透式的制動結構11與牙托結構12整合在一起，合併列印得到一體成型的結果。

半透性的抽水結構13與滲透式的制動結構11的內部空間會填滿具有高滲透壓的溶液，例如過飽和鹽水和糖水都可適用，口腔內的水分因為半透裝置131兩側(也就是抽水裝置13的內、外側)濃度的差異，滲透進入密閉結構(半透性的抽水結構13與滲透式的制動結構11)內部。水分實際流動的速度取決於半透膜的厚度和有效作用面積，而因為內部溶液始終保持過飽和的狀態而不會改變，半透裝置131內外濃度差不會改變，因此半透裝置131在工作過程中從外界抽水注入抽水結構13的速度會保持固定。另外因為滲透壓很高(可達數十甚至數百大氣壓)，即使過程中有阻力的抵抗也不至於改變其速度。隨著水分的進入，制動結構11內部壓力持續上升而使其產生形狀上的變化。

制動結構11彎曲的中空結構會因為內部壓力的上升而產生形狀的變化，大致上呈現逐漸伸直轉為平整的趨勢，正好可以符合齒列矯正的需求。在一些情況下，制動結構11的中空結構具有間隔而形成複數個空間，同時亦搭配有複數個抽水結構13。為齒列矯正裝置1之滲透式的制動結構11，其輪廓與剖面可依齒列矯正的需求進行局部設計。本發明在設計時，可以齒列所在處為XY平面並假設其剖面為橢圓形，隨著橢圓長軸由垂直到平行於XY平面的旋轉，滲透式的制動結構11可產生XYZ三軸向多樣的輪廓變形。第四A~C圖為制動結構截面為橢圓時，將橢圓長軸設計於三種不同方向所產生的形變傾向之三種不同實施例。請參考第四A圖，若將截面長軸設於Z方向，則制動結構11的形變方向僅限在XY平面上(虛線代表形變後的位置，以下同)；在第四B圖中，係將截面長軸傾斜特定角度，變形的方向即會增加在Z方向的形變；第四C圖中，顯示若欲產生Z方向的移動，可將截面長軸置於XY平面上，這樣一來，經滲透壓作用後制動結構11產生Z 方向上的形變，而使前排牙齒部分往Z方向移動。

另外，可參考第五圖，於制動結構11上可具有一個或一個以上的膨脹結構111，用於對特定牙齒的施力。膨脹結構111的製作係將制動結構11之特定位置會開洞，再把具有彈性的膨脹結構111(外形像魔術帽)從外而內塞入以維持制動結構11的密閉性(魔術帽形狀的帽沿部分會貼在制動結構11的內表面)，當壓力上升時會突起往外推動牙齒。在本發明一實施例中，膨脹結構111的材料可為聚二甲基矽氧烷或熱塑性彈性體(Thermoplastic elastomer)。

因為每個人的牙齒大小、排列狀況、口腔形狀皆不相同，因此本發明之齒列矯正裝置的製作形狀並沒有一定，較佳為依照齒列實際所需以及前段所述作任意搭配。實際應用的治療流程首先第一步必須使用機械式或光學式掃描機台與曲面建構軟體，建立使用者齒列的電腦模型，依此擬定適當的齒列移動軌跡，再以此移動軌跡為目標進行實體結構設計。利用本發明透明的牙托結構將滲透式的制動結構固定在牙齒上，例如以不易移動的大臼齒為接合點可錨定結構，針對特別突出的牙齒則需設接合點以便施力將其拉回或調整其高度，除此之外的部份則可進行相對上較不受限制的變形。當本發明滲透式的制動結構其輪廓大致決定後，在設計過程中還需指定結構的局部剖面(包含形狀與壁面厚度)，以確保結構的變形與目標的齒列移動軌跡一致。過程中需進行大量結構受力變形的分析計算以找出最佳設計，市場上諸如ANSYS和COMSOL等多種具備固體力學分析能力的工具皆可有效加速此一設計優化的過程。

由上所述，本發明提供之利用滲透壓產生結構幾何形狀變化的齒列矯正裝置，利用形變引導齒列進行重排的動作。齒列矯正裝置內部水壓的持續上升將促成結構產生預先規劃的形狀變化。相較於現行「記憶合金」與「隱形」矯正器的作法，本裝置可提供至少一個月的長期穩定且可調變的力量輸出，避免現行齒列矯正器之週期性作用機制其矯正力道「遽增後緩降」之特性所導致的不舒適感與治療時間的延宕。

1‧‧‧齒列矯正裝置

11‧‧‧制動結構

12‧‧‧牙托結構

13‧‧‧抽水結構

Claims (9)

1. 一種齒列矯正裝置，包含：一制動結構，形成一中空管，該中空管內充滿一過飽和溶液；一牙托結構，固定於該制動結構上，用以將該制動結構固定於牙齒上；以及一抽水結構，連接該中空管之一端，包含一半透裝置及一支撐結構，其中該支撐結構用以支撐該半透裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該中空管內部具有一密封塗料。
3. 如申請專利範圍第2項所述之齒列矯正裝置，其中該密封塗料為聚二甲基矽氧烷。
4. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該制動結構、該牙托結構以及該抽水結構主要由熱塑性高分子材料製成。
5. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該制動結構由聚乳酸製成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該牙托結構由聚氨酯製成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該半透裝置係為一半透膜。
8. 如申請專利範圍第7項所述之齒列矯正裝置，其中該半透膜係由纖維質(cellulose)、芳香族聚醯胺(aromatic polyamide)、聚醯亞胺(polyimide)、聚呋喃(polyfurane)或熱塑性聚氨酯所製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之齒列矯正裝置，其中該制動結構具有一局部膨脹構造。