正畸對準器的直接製造技術

2023-10-05 02:13:09

專利名稱：正畸對準器的直接製造技術
技術領域：
本發明涉及正畸器具(orthodontic appliance)並特別涉及正畸對準器。
背景技術：
在傳統正畸治療中，正牙醫生或助手將諸如正畸託架的正畸器具固定至患者牙齒並將弓絲結合到每個託架的狹槽中。弓絲(archwire)施加矯正力，強迫牙齒移動至正畸準確位置。利用傳統的結紮線，諸如小的彈性0形環或精細金屬絲，來將弓絲保持在每個託架狹槽中。由於在應用各個結紮線至每個託架時遇到的困難，已經開發出自綁式正畸託架，其消除了通過依賴用於將弓絲保持在託架狹槽中的可移動鎖或滑片來綁紮的需求。傳統的正畸託架通常由不鏽鋼形成，其是強力的、無吸收性的、可焊的、並且相對地易於形成和製造。然而使用金屬正畸託架進行正畸治療的患者會遭遇金屬可見性的尷尬，這在美容上是令人不悅的。為解決金屬託架的不美觀，某些傳統正畸託架結合了透明或半透明非金屬材料的託架主體，諸如晶透或半透明的聚合物或晶透或半透明的陶瓷，其呈現底層牙齒的顏色或色調。正畸託架的可替代物包括其他晶透(clear)或更少可見性的器具。這些中最常見的是所謂的「對準器」，其在治療期間可由患者互換。臨床醫生會指定一系列的對準器用來將一顆或多顆牙齒從它們的初始位置移動至它們的審美學上令人滿意的位置，所述對準器通常置於患者牙齒上但並非自身粘附固定或以其他方式連接至患者牙齒上。通常，需要一系列對準器來對患者進行完整 治療，這是因為由一個對準器產生的移動幅度是有限的。這樣，以一系列的形式使用時，所述系列中的每個對準器可以設計為用以實現部分治療過程或將一顆或多顆牙齒朝向期望位置移動整個距離的一部分。一種這樣的對準器是Invisalign 系統，其可從Align Technology, Inc獲得。Invisalign 系統包括由患者配戴的可移動對準器。一般來說，這些對準器是晶透或透明的聚合物正畸裝置，它們可移動地定位在上頜牙齒和/或下頜牙齒上。通過所述系統，隨著治療進程，患者移除具有特定規定的一個對準器並用另一個具有第二、不同規定的對準器來替換它。每個對準器負責將牙齒移向最終預定或美學上正確的位置。Invisalign 對準器通過物理或計算機輔助成型工藝製造。所述方法開始時，使用合適的印模材料形成患者齒型的印模，諸如聚乙烯基矽氧烷(PVS)。通過CT掃描印模，計算機從中生成患者牙齒和牙齦的三維數字陽模。為產生反映治療階段系列中下一期望牙齒構造的器具，必須要生成反映期望構造中患者齒型的新三維模型。這包括將三維石膏模型中牙齒形狀捕獲到計算機輔助設計系統中。然後，在計算機輔助設計系統中，通過計算機化處理使牙齒分離，並然後重新設置成期望構造。所產生的期望構造的患者齒型的計算機化模型隨後用於列印牙齒構造的物理模型。最後，將要形成對準器的晶透塑料(clearplastic)，諸如聚亞安酯模製在牙齒構造的物理模型上。後續的物理步驟修飾所模製的對準器以移除尖銳的邊緣或部分，其可能會接觸並刺激牙齦。此外，通常通過諸如轉磨拋光的工藝來平滑對準器的表面和邊緣。在一些情形中，連接件有利於對準器與牙齒的連接。在Invisalign (B)工藝中，使用在模具上熱成形的模板對準器將連接件放置，所述模具匹配患者牙齒的初始位置。薄材料能夠用於模板對準器從而使得模板對準器不如標準對準器那樣硬或有保持力。在模板對準器上產生針對每個連接件的「井」或「袋」。這些「井」用連接件合成填料裝載，並且模板完全置於患者牙弓上。然後每個連接件固化至製造商的要求。當模板中的所有連接件已經固化時，移除模板並通過碳化物或石頭磨光毛刺來移除任何閃光層(flashing)。可以看出，對準器製造是冗長的過程，其增加了對患者治療的花費和時間。由於這樣一種正畸治療會需要例如代表25個治療過程階段的25個中間重置模具，對模具製造、對準器形成和修整的必要步驟而言，所需要的花費和時間可能會驚人的高。所述花費是累加的，這是由於治療中每個新階段或治療中每次改變都需要產生新模具。類似的，針對每個患者在整個治療中儲存一系列模具的花費可能是令人生畏的。美國專利US5，975，893，其歸屬於Invisalign 產品的所有權人，其全部內容通過引用合併於此，描述了上面詳述的過程，並還在發明內容的結尾、在第7欄第15-29行，所述』 893專利聲明:「根據本發明的製造牙科器具的方法包括提供第一組代表一個患者的經過修正的牙齒布置的數字數據集。然後，從這第一組數字數據集產生第二組數字數據集，這裡，第二組數字數據集代表經過修正的牙齒布置的陰模。然後，根據第二組數字數據集控制製造機器，以產生所述牙科器具。這種製造機器通常依靠有選擇地使未固化的樹脂固化來製成這種器具。這種器具通常包括一個聚合物外殼，`其具有能容納牙齒的腔室形狀，並且能彈性地使牙齒從原始牙齒布置重新定位為修正後的牙齒布置」。在這樣的陳述中，所述』893專利卻沒有公開一些內容來指示如何形成所述器具的形狀、或使用什麼材料，並且在商業實現中，所述』893專利的所有權人始終間接地從通過立體平版印刷術製成的牙齒模型形成對準器，這在該段之前的段落中有所描述。由對準器治療咬合不正(malocclusion)面對的不是製造困難的挑戰。具體而言，與連接件固定起來的對準器可能非常難以安裝，這是由於對準器上的連接孔採用與Invisalign 製造工藝一致的有限數量的形狀；特別是，連接孔必須通過在立體平版印刷產生的牙齒陽模上熱成形來形成，這限制了可以製作的孔的類型。此外，對準器會與連接件綁定而表現的非常難以移除。此外，在許多對準器患者中，患者口腔內對準器的存在引起下頜和上頜之間咬合點的變化，並且特別是，引起牙齒咬合移向後臼齒。由於後臼齒上的非平衡咬合力，這使患者的咬合打開並通常對後白齒進行硬擠。這在移除對準器後的一個後果是TMJ損傷，這是由於在沒有對準器時下頜力不再被後白齒抑制。對於許多患者來說，手工或通過在陽模上熱成形製造的對準器是不舒適的，並會刺激患者牙齦和/或舌頭至軟組織發炎乃至可能流血的程度。這種不舒適通常是由於對準器沒有精確地根據患者牙齦緣修整而引起。修整中的不精確通常由修整工具特別是在對準器介入舌頭處的前舌側上的最小尺寸而引起。如果在修整對準器時沒有大致考慮諸如切牙乳頭的其他解剖結構，會引起腫脹或發炎。此外，對準器修整的位置會引起在特別是舌側上靠近牙齦緣的對準器基部處鋒利凸緣的產生。期望的是提供一種用於實現構造為對應一系列牙齒構造的對準器的可替代設備和方法。這種設備和方法應該是經濟的、可再利用的、減少時間消耗、減少材料浪費，並且特別是應該減少對於正畸治療各階段製造牙齒布置的多個鑄件的需求。下文所描述的本發明設備和方法能夠實現這些目的中的至少部分以及其他目的。

發明內容
本發明提供了用於直接製造具有牙齒擬合腔室的正畸裝置(諸如對準器)的方法的詳細描述，其使用聚合物材料的疊層印刷。在所披露的具體實施例中，牙齒擬合腔室由多個層的邊界限定，所述多個層封裝患者的多達十四顆牙齒，並且所述牙齒擬合腔室成形為將足以使牙齒移動的負載施加到至少一顆牙齒，並使相鄰骨重建。可以 應用一系列這種器具來治療牙齒咬合不正，系列使用的每個直接製造的器具使一顆或多顆牙齒逐漸從初始位置朝著期望的最終位置移動。可替代的，所述器具可以是固定器，其將牙齒保持在由所述器具的腔室所限定的位置。所述器具可由單種材料形成，或可以包括第一種和第二種聚合物材料層，每種材料形成部分器具。在另一可替代實施方式中，第二器具(諸如剛性件、或金屬絲或橡膠的彈性構件)可以粘附或以其他方式結合至所述直接製造的器具。所述直接製造工藝(direct manufacturing process)允許器具具有比熱成形器具可能更廣範圍的特徵和功能。例如，所述直接製造的器具可以製造為包括孔，其連接至患者牙齒上的連接件，或可以具有與器具成為整體的輔助形狀，諸如鉤或按鈕。它們每個都可以和諸如橡膠帶的彈性元件一起使用以獲得正畸功能。所述輔助形狀還可以是腔室，其適合安裝至牙齒的第二器具，諸如正畸託架，或者是套在患者牙冠上的器具的缺口。所述直接製造的器具可以製造以使得牙齒腔室或其他特徵具有尺寸上可控的厚度，包括恆定厚度，或根據需要以及在機械上/對正畸有用的可變厚度。此外，咬合面可以以可變厚度形成，諸如在器具遠側區域上的較大厚度和器具近側區域上的較小厚度，例如用於產生針對牙齒的導向斜坡。這例如能夠使睡眠呼吸暫停患者的舌部和軟顎打開。此外，對比於非咬合面，咬合面可以以增強的厚度製成。在一個實施例中，根據本發明原理製成可交替配戴的日用和夜用器具。夜用器具可以具有比日用器具更大的厚度，例如，日用器具可以具有小至0.15毫米的厚度，而夜用器具可以具有高至1.0毫米的厚度。可替代的，或另外的，日用器具和夜用器具可以是不同的材料。根據本發明原理製成的器具可以是晶透的、或有顏色的，得到根據期望的牙齒外觀。器具還可以形成有系列標識符，諸如數字、字母或代碼，其整體地形成在所述器具上，供患者或正畸醫師參考。通過所描述方法製成的器具可由聚亞安酯或這裡標識的各種其他材料形成。在一些實施例中，或由一些材料形成，所述器具製造可能涉及輻射能固化步驟。還可以使用電子束交聯，電子束交聯可以選擇性地以不同程度在所述器具不同部分使用。用於形成所述器具的計算機化方法可以包括形成下頜槽的數學模型，以及將牙齒形狀對準所述槽以形成牙齒定位，並從所述牙齒定位得到所述器具。所述器具可通過產生偏離牙冠表面的一個表面以及求解自相交表面來形成。所述器具的製造可以位於地理上遠離產生數字模型的位置的一個位置，其包括正畸醫師的辦公室或患者的家中或工作地點，其允許器具更快捷地傳送至患者和正畸醫師。本發明的原理特點還在於通過評估來自器具的光反射而評估器具在安裝至患者牙齒時的應力。本發明可以通過理解下述編號的聲明來進一步理解。聲明1:一種用於移動牙齒的正畸器具,包括:單種聚合物材料的一系列層，它們共同形成所述器具，所述器具包括多個腔室用於封裝牙齒。聲明2:聲明I中的正畸器具，還包括第二種聚合物材料的層並形成器具的一部分。聲明3:聲明I或2中的正畸器具，其中所述器具的每個腔室都由所述一系列層中的多個層的邊界形成。聲明4:聲明1、2或3中 的正畸器具，其中所述器具是對準器，其將足以引起所述牙齒移動的負載施加到至少一顆牙齒。聲明5:聲明1、2或3中的正畸器具，其中所述器具是固定器，其將牙齒保持在由所述器具的腔室所限定的位置。聲明6:根據前述任一個聲明所述的正畸器具，其中所述器具封裝至少12顆牙齒。聲明7:根據前述任一個聲明所述的正畸器具，其中所述器具封裝14顆牙齒。聲明8:根據前述任一個聲明所述的正畸器具，其中所述聚合物材料能夠將足以引起相鄰骨重建的負載施加到牙齒。聲明9:能夠用作治療牙齒咬合不正的系統的一系列器具，其包括多個根據前述任一個聲明中所述的器具，所述器具具有不同腔室以使得當系列使用時所述器具使一顆或多顆牙齒從初始位置逐漸朝著期望的最終位置移動。聲明10:根據前述任一個聲明所述的器具，還包括第二正畸器具，其粘結地連接至任一個前述聲明所述的器具。聲明11:根據前述任一個聲明所述的器具，其中所述器具限定一個孔，並且還包括安裝至患者牙齒的連接件，連接件具有接合所述孔的尺寸。聲明12:根據前述任一個聲明所述的器具，其中所述器具限定了與所裝配的器具成為整體的輔助形狀。聲明13:聲明12所述的器具，其中所述輔助形狀是鉤，並且還包括安裝至所述鉤的彈性元件。聲明14:聲明12所述的器具，其中所述輔助形狀是按鈕，並且還包括安裝至所述按鈕的彈性元件。聲明15:聲明14所述的器具，其中所述按鈕是與器具一體形成的，其由所述層中的多層形成。聲明16:聲明12所述的器具，其中所述輔助形狀是腔室，其適合適配在安裝至牙齒的第二器具上。聲明17:聲明16所述的器具，其中所述腔室是器具側壁上的缺口，其套在牙冠上。聲明18:根據前述任一個聲明所述的器具，其中所述器具以聚亞氨酯(polyurethane)形成。聲明19:根據前述任一個聲明所述的器具，還包括第一和第二牙齒腔室，在腔室的相應位置具有尺寸上可控的厚度。聲明20:聲明19所述的器具，其中所述尺寸上可控的厚度是恆定厚度。聲明21:聲明19所述的器具，其中所述尺寸上可控的厚度是可變厚度。聲明22:根據前述任一個聲明所述的器具，還包括在器具遠側區域上的咬合面，其具有比器具近側區域上的咬合面更大的厚度。聲明23:根據前述任一個聲明所述的器具，還包括器具咬合面上的導引斜面，用於打開睡眠呼吸暫停患者的舌頭和軟顎。聲明24:根據前述任一個聲明所述的器具，其中器具咬合面具有比其非咬合面加強的厚度。根據前述任一個聲明所述的器具，其中所述器具還包括器具遠側區域上的咬合面，其具有比器具近側區域上的咬合面更大的厚度。根據前述任 一個聲明所述的器具，還包括器具咬合面上的導引斜面，用於打開睡眠呼吸暫停患者的舌頭和軟顎。根據前述任一個聲明所述的器具，其中器具咬合面具有比其非咬合面加強的厚度。聲明25:—種製造用於患者牙齒正畸治療的器具的方法，包括開發患者牙齒在它們當前位置的數字模型；形成一系列聚合物材料層以共同形成器具，所述器具包括用於封裝患者牙齒的多個腔室。聲明26:聲明25所述的方法，其中器具腔室的每一個由所述一系列層的邊界形成。聲明27:聲明25或26所述的方法，其中至少一個腔室的形狀類似於患者第一顆牙齒的形狀，並且第二腔室定位在所述器具中以配合患者的第二牙齒但具有不同於第二牙齒的形狀。聲明28:聲明27所述的方法，其中第二腔室具有在其一側從第二牙齒的牙冠釋放的形狀。聲明29:根據聲明25-28中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括聚合物材料的輻射能固化。聲明30:根據聲明25-29中任一個所述的方法，形成具有第一厚度的日用器具，並且還包括製造夜用器具，其通過形成一系列聚合物材料層以共同形成夜用器具，所述夜用器具包括多個用於封裝患者牙齒的腔室，其用於與日用器具的交替配戴，所述夜用器具具有比日用器具更大的厚度。聲明31:聲明30所述的方法，其中日用器具的第一厚度不小於約0.15毫米，以及夜用器具的厚度不大於約2.0毫米。聲明32:聲明25-29中任一項所述的方法，其中所述器具是利用第一材料的日用器具，並且還包括用於與日用器具交替配戴的夜用器具，夜用器具應用第二材料。聲明33:聲明25-32中任一項所述的方法，其中形成所述器具還包括形成具有第一牙齒腔室和第二牙齒腔室的器具，在所述腔室的相應位置具有尺寸上可控的厚度。
聲明34:聲明33的方法，其中所述尺寸上可控的厚度是恆定厚度。聲明35:聲明33的方法，其中所述尺寸上可控的厚度是可變厚度。聲明36:聲明25至35中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括特定位置上形成具有更大厚度的器具，以及在所述特定位置形成輔件。聲明37:聲明25至26中任一個所述的方法，其中所述器具染色為期望的牙齒外觀。聲明38:聲明25至37中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成所述器具的材料的電子束交聯。聲明39:聲明38的方法，其中所述電子束交聯可選擇地以不同程度應用至所述器具的不同部分。聲明40:聲明25至39中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成下頜槽的數學模型，以及將牙齒形狀與下頜槽對準以形成牙齒定位，並使用所述牙齒定位來形成所述器具。聲明41:聲明25至40中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成器具遠側區域上的咬合面，其具有比器具近側區域上的咬合面更大的厚度，用於提供牙齒封裝在器具中時的均勻負荷。聲明42:聲明25至41中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成器具咬合面上的導引斜面，用於打開睡眠呼吸暫停患者的舌頭和軟顎。聲明43:聲明25至42中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成具有比其非咬合面加強的厚度的 器具咬合面。聲明44:聲明25至43中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括從牙冠表面形成器具表面，以及使所述成型的器具終止於牙齦邊界。聲明45:聲明25至44中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括產生從牙冠表面偏離的表面並求解自相交平面。聲明46:聲明25至45中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成一體於所述器具的系列識別器。聲明47:聲明25至46中任一個所述的方法，其中形成所述器具的步驟在地理上遠離執行開發數字模型步驟的地方執行。聲明48:—種評估對準器器具作用的方法，包括將器具安裝至患者牙齒，以及評估應力下和安裝在患者牙齒上時來自所述器具的光折射，以評估所述器具的施力作用。聲明49:一種患者牙齒的正畸治療方法,包括根據聲明25-47中任一項所述的方法製造器具，並將所述器具置於患者牙齒上。聲明50:根據聲明25至49中任一個所述的方法，其中所述器具是根據聲明1_24中的任一項限定的。聲明51:根據聲明1-24中的任一項的器具，其根據聲明25至48中任一個所述的方法製造。根據聲明30的方法，其中日用器具的第一厚度不小於約0.15毫米，以及夜用器具的厚度不大於約2.0毫米。根據聲明25至31中任一個所述的方法，其中形成所述器具還包括形成一體於所述器具的系列識別器。


結合進來並構成說明書一部分的

了本發明的實施例，並與下面給出的詳細描述一起用於說明本發明的各個方面。圖1是適於執行本發明的3D印表機的示意圖；圖2是根據本發明的原理的製造工藝的流程圖；圖3是根據圖2的過程使用圖1的3D印表機形成的對準器的示意圖；圖4是與根據圖2的過程使用圖1的3D印表機形成的對準器上的按鈕一起使用的橡皮筋的示意圖；圖4A是根據圖2的過程形成並定位於患者牙齒上的對準器的側視圖，其示出了輔助彈性支座和橡皮筋的使用；圖4B是根據圖2的過程形成的對準器的橫截面圖，其示出了與輔助橡皮筋一起使用的輔助按鈕；以及圖5示出了等式計算，用於描述患者下頜骨延髓中樞、和下頜牙齒的冠狀長軸以指定傾角的定位、以及位於下頜槽中心的牙根，其作為期望牙齒位置的計算部分，如在美國專利6，616，444中進一步詳細描述的那樣，所述美國專利的全部內容通過引用合併於此。
具體實施例方式通常，本發明的一個實施例包括能夠根據預定治療方案移動牙齒的直接製造的正畸器具，如圖3和4所示。特別的，所述正畸器具可以將一顆或多顆牙齒從一個方位移動至另一方位，這推進了牙齒朝向它們最終的正畸準確位置和美學上期望的位置的整體移位。在本發明的一個實施例中，可以利用一系列個體正畸器具來完成正畸治療。因此，所述系列中的每個器具可以以指定的量移動一顆或多顆牙齒。累積地，這些個體量可完成患者咬合不正的完全治療。僅通過示例的方式，在一個實施例中，所述正畸器具可以包括對準器。這些對準器類似於現有技術所使用的那些，但差別在於對準器製造的方式，以及如下文所述的詳細特徵。對準器可被構造成安裝在下頜或上頜其中之一上的多個牙齒上或封裝下頜或上頜其中之一上的多個牙齒。在一個實施例中，對準器可以是指定用於通過從非對準位置朝向它們的正畸正確位置移動一顆或多顆牙齒來治療患者咬合不正或部分咬合不正的一系列對準器中的一個。例如，根據本發明的一個實施例的對準器可以從一個方位向另一方位移動單個牙齒或多個牙齒。所述移動可以根據包括開始定向和最終定向的治療方案進行預定。開始定向可以是在治療開始前或由先前的對準器或另一正畸裝置確定的任意後續、中間牙齒定向之前的初始定向。一系列對準器中任一對準器的最終定向可以包括處於開始定向和最終定向之間的位置，或它可以是治療結束時可見牙齒的功能上和美學上令人滿意的位置。在本發明的一個實施例中，用於治療咬合不正的系統可以包括一系列構造不同的足以實現預定治療方案的對準器 。每個單獨的對準器可以使一顆或多顆牙齒從它們的非對準位置逐漸朝向它們美學上恰當的方位或最終方位移動，或者移動至它們美學上恰當的方位或最終方位。雖然本發明的實施例包括的對準器可以不通過粘合劑等固定至患者牙齒，但是，應該意識到的是，根據本發明實施例的器具也可以粘合地固定至患者牙齒。具體而言，所述器具的實施例可以在正畸治療期間粘合地結合另一正畸器具和/或結合至患者牙齒。此夕卜，儘管未示出，還應該意識到的是，所述器具可替代的用在上頜和下頜中的一個上或全部上。通過示例的方式，所述對準器基本與對準器所定位的頜上的一顆或多顆牙齒相符合。所述對準器可封裝或接近於複製每顆牙齒的反向形狀。然而，與對準器接觸的牙齒可能不是在牙齒的所有表面上與對準器匹配或相符合，因此對準器能夠在對準器與牙齒表面不相符合的方向上提供這些牙齒更大範圍的移動。圖1示意了適於直接製造根據本發明原理的器具的3D印表機10。圖1所示的印表機是 Dimension Elite 3D Printer,其可從 Stratasys, Inc 的子公司 Dimension, Inc 獲得，所述公司地址在美國Eden Prairie, MN55344-2020, Commerce Way 7665。所述印表機以P430ABS聚合物印刷，其使用SR-30可溶支持材料。所述印表機的構造尺寸在三維上超過200mm，其容易滿足用於對準器和其他口腔擬合器具的印製，事實上，它能夠用於同時印製多個對準器或其他器具(如部分或整個對準器系列的對準器)。由所述印表機列印的層厚度為0.178mm或0.254mm，其尺寸精確度足以用於正畸器具。儘管所述印表機可以用於樣機目的，為了進行生產，Stratasys製造了 Fortus 3D生產系統用於快速的生產量和大的構造封裝。此外，這些生產系統使得部件比Dimension印表機強300%。圖2示意了直接製造漸進牙齒位置調節器具的流程圖，每個表示正畸治療方案的漸進階段。所述方法包括:步驟100。獲得表示患者初始牙齒布置和牙齦組織的數據集。通常利用美國專利6，616，444，中披露的方法執行所 述步驟，其全部內容通過引用合併於此，並且其歸屬於所述器具的相同所有權人。步驟102。以所結合的美國專利6，616，444中披露的方式對牙齒進行切片(segmenting)以獲得每顆牙齒定位在它們初始布置中的各自的數據集。除了所參照的專利中披露的方法，在牙齒具有施加的固定分片式器具的地方，虛擬牙齒模型(virtual toothmodel)的主體可延伸以結合固定分片式器具的帶子，以使得當配戴在口腔中時對準器可以遮蓋固定帶。在具有固定器具就位的牙齒上，由固定器具的類型確定邊界。對於舌側和頰側(lingual and buccal sides),對準器能夠被設計成遮蓋固定器具,或者對準器的一部分能夠被移除，或者二者組合。在分片式帶子的情形中，舌側的邊界可沿著牙齦，但對準器部分可以在頰側上類似於按鈕地進行移除以允許固定線連接所述分片式帶子。步驟104。生成表示患者舌側牙齦緣和唇側牙齦緣的虛擬邊界，其在咬合方向上偏離大約0.5mm。該邊界表示所述器具的基部，並能夠使用以一定間隔定位的控制點來編輯。控制點還能夠根據需要增加或刪除。步驟106。利用下頜槽模型計算來生成各個牙齒表示理想的最終位置的布置，並如所結合的美國專利6，616，444所披露的那樣進行牙齒定位。可替代的，最終位置可以通過在虛擬模型中移動牙齒以對準選定位置的手動過程、通過使牙齒自動對準為與所選弓絲的最佳配合、或通過任何其他手動、半自動或完全自動的過程來生成。
步驟108。生成牙齒在初始和最終布置之間的中間布置，其結合了能夠由對準器產生的牙齒移動。步驟110。在器具安裝至特定的牙齒幾何結構時添加各種三維連接件至特定的牙齒幾何結構。步驟112。通過從每個牙冠的表面偏移「出」或剝離約0.05mm或更多並求解任意自相交表面來生成虛擬器具的內表面。在相鄰牙冠之間具有足夠空間時，器具內表面將偏離牙冠的中間/遠側表面和牙冠之間的牙齦表面。在所述距離是約0.1Omm或更小時，內表面將終止於靠近咬合表面的各表面相交處。器具外表面的計算暫時偏離內表面0.762mm,但能夠根據各個牙齒的程序化運動整體地或在目標位置增大或減小。步驟114。將先前計算的邊界應用至虛擬器具以形成器具的基部。步驟116。如果所述器具將與輔件(諸如按鈕和橡皮筋(參見附圖4，按鈕202和206和橡皮筋210，以及圖4A和4B，按鈕304和320和橡皮筋306))和/或部分一起使用，則修改所述虛擬器具的形狀。通常，如果按鈕或託架接合至牙齒並且器具將遮蓋那個位置，所述器具將具有切口以便於按鈕/託架的放置。通過修改邊界來實現切口，其通常具有朝向咬合面的半橢圓形狀，從而所述器具被形成為避開所述按鈕。在使用橡皮筋連接至按鈕時，所述器具將需要錨定器以使得橡皮筋能夠錨定至所述器具。所述器具錨定器可以採取鉤的形式，其是器具中形狀類似於曲棍的切口，約2mm長、0.25mm寬，大體如圖4A所示意，其示出了橡皮筋306從器具300中的鉤302延伸至錨定至牙齒的按鈕304。所述器具錨定器可替代地採取按鈕320的形式，其整體地形成在器具300的表面中，如圖4B所示。針對不同於單個牙齒 運動的目的，可以製造與對準器為一整體的輔件和輔助座，包括A.用於捕獲如上所述的圖4、4A和4B中可見的橡皮筋的按鈕或裝置B.用於糾正睡眠呼吸暫停紊亂的舌導引裝置C.連接功能裝置的其他連接點，諸如圖4A中所示的鉤302D.二級矯正斜坡,例如Johnson雙阻板(twin block)步驟118。根據需要進一步操縱所述器具的基部以避免諸如切牙乳頭和牙齦組織的固有解剖結構遠離後臼齒。步驟120。在完成編輯時，使用虛擬器具對象以控制加工機器來生產器具。通過重複步驟108-120，生產了從初始位置至最終位置的一系列牙科器具。步驟122。後處理每個器具，在需要時基於用於生成這些器具的加工機器來改進器具的透明度。3D印表機通常需要表面平滑，這能夠通過多種機制實現，諸如通過矽晶體滾動拋光，或通過合適的拋光劑拋光，並且隨後可能塗覆以UV聚合透明塗層。基於這些材料，用SLA機器加工的器具能夠旋轉以移除多餘的材料，並然後在輻射能量爐中焙烤以固化所述材料。所述材料的固化過程還可移除任何SLA構造線,從而產生類似於Invisalign對準器的未被構造線損壞的晶透的對準器(clear aligner)。SLA和Polyjet印表機可用的透明材料通常具有與熱成形聚氨酯不同的特性。透明聚氨酯器具通常熱成形為具有僅0.020-0.035英寸的厚度，並具有足夠的抗張強度和彈性以保持移動牙齒所需的初始形狀並保持就位一段時間。為調節材料差異，根據本發明原理的直接製造的器具將在厚度上可控以圍繞被編程移動的牙齒提供足夠的強度。
可以應用可替代的加工方法以提供與熱成形聚氨酯類似的或可能更加有利的對準器材料特性。在先前描述的使用SLA或3D印表機直接製造對準器之外，能夠產生對準器的數字模型以作為類似於快速注射成型中所使用的注射模具。又一加工方法能產生牙齒布置的陰模而不是陽模，且所述陰模能夠用於熱成形所述對準器。最後，隨著材料厚度增加，所述器具可能在口腔中變得更加明顯，從而沒有實現它的一個主要目的，即配戴時晶透和不明顯。在所述情形中，能夠製造一系列的加厚器具，其將在晚上配戴以實現所編程的運動，以及一系列晶透的0.02-0.035英寸的器具，並在白天配戴以保持夜間所實現的運動。與當前市售的器具通常所能夠實現的移動相比，通過日用和夜間器具的組合能夠更加有效地實現所編程的運動。上述的 過程允許在特定位置直接控制器具的厚度，從而先前不能預測的運動能夠從在對準器的特定位置使用加厚材料中獲益。此外，由於形成器具的過程是數位化的，所描述的方法使得能夠基於特定位置形成的器具模型而在全世界戰略選定位置分布式製造。通過上述過程產生的器具可以結合修飾性或識別性特徵，諸如患者識別號、標誌、以及提供白色、修正的牙齒外觀的加工用對準器材料中的色彩。此外，對準器的前表面可以形成以美學上令人滿意的矯正牙齒的外觀，而其中的腔室封裝患者的真牙用於矯正目的。通過上述過程製造的器具可以可變地交聯。具體而言，所述材料的交聯(cross-linking)能夠被調整以產生針對最理想的牙齒運動的粘-彈性行為。能夠在形成對準器的材料中控制交聯，以獲得理想的粘-彈性行為。特別是可以選擇聚氨酯橡膠與電子束交聯。這能夠用於將對準器的不同部分交聯至不同水平。例如，特別是牙齒腔室、或連接鉤附近，與其他牙齒腔室或區域相比可以進行不同的交聯。應該意識到的是，牙齒是粘-彈性束縛的。對準器使靠近牙周韌帶可能末端的牙齒移位。所述移位最終引起細胞響應，其將下頜或上頜的骨轉化為允許牙齒移動的組織。對準器材料的粘-彈性與牙齒的粘彈性相互作用，產生其中牙齒處於移動位置的最佳平衡的相互作用。在所述效果固定下來之前具有等待時間，在這之後，由於細胞過程已經開始，所述移動隨後能夠相當規則地持續。注意到，在成人中需要比兩周長得多的時間以使得所述過程開始，在兒童中需要較少時間。能夠調節對準器剛性和幾何形狀以及移位時間，用於與牙齒移動生理學的相互作用。在根據本發明的對準器中，牙齒腔室並非必須要與牙齒表面匹配，而是所述表面在尋求移動的方向上遠離牙冠，並更加靠近相反側。與具有符合牙冠形狀的腔室相比，這會具有有益的效果，這是因為它可以在更長時間周期內在期望的牙齒移動方向上施加更大力，而不會平衡來自牙齒相反側上對準器腔室壁的施力。在根據本發明的對準器中，另一個優勢在於對準器不需要修整，因此節省了步驟。具體而言，不需要採取步驟以避免會傷害牙齦的邊緣，這是因為那些邊緣在對準器形成前已被電子移除。此外，由於滾動拋光的主要目的在於移除修邊所形成的尖銳邊緣，所以對準器上可以不需要滾動拋光過程，或不需要那麼多。在根據本發明的對準器中，在第一示例中沒有形成這些邊緣。在根據本發明的對準器中，能夠編程地控制對準器相對於牙齒的透明度。這將減少失敗案例數量和/或使得製造更加流線化。在根據本發明的對準器中，由於所述對準器能夠直接製造以具有匹配連接件的形狀，可以改進連接件的使用。例如，直接製造的對準器能夠比傳統的對準器更加接近地匹配連接件。此外，連接件能夠因此更小，並使得它們更好的互鎖，以及針對連接件的特徵和形狀能夠更加優化。根據本發明的對準器可以包括凹槽，其優選地擬合為用於添加或改變施力的連接件。或者對準器能夠以獨立部件製造，其進行機械結合，諸如通過圖4所示的滑塊204結合至機械中間件(諸如圖4所示的軸212)，其在208處安裝在另一顆牙齒上的託架上或安裝在牙齒上的另一器具上的託架上。所述對準器可以包括許多製造特徵，諸如手柄、觸片、凸耳、和凸輪，並不限於這裡所示的特定特徵。根據本發明的對準器可以包括多個特徵用於輔助連接件的捕獲以及還輔助所述連接件的移除。用於捕獲連接件的活動鉸接彈簧能夠改進所施加的力並且還使得更加方便地從所述連接件釋放。與通常需要更大的力來移除對準器的傳統操作相比，在對準器上的連接件相互作用結構的直接製造允許了對移除對準器所需的施力大小進行控制。對準器的問題在於在許多對準器患者中，由於對準器的存在打開了患者咬合，對準器硬擠入後白齒。所述結果經常是TMJ損傷，這是由於在移除對準器之後下頜的施力不被後白齒抑制。這在直接製造器具中能夠矯正，其能夠在中間咬合面比遠端咬合面做的更厚。參照圖4A，能夠看出器具300在遠端咬合面308比中間咬合面310具有更厚的輪廓，其因此提供了對準器存在的補償以減輕由所述器具的使用所導致的中間區域310中臼齒的碰撞。在某些情形中，針對整個治療或針對治療期間某些中間階段的一些目標牙齒，對準器的咬合面能夠全部移除。在所述情形中，可能需要在這些牙齒的主體上增大對準器的厚度以確保對準器的結構整體性。進一步採取所述原理，對準器還能夠形成功能器具，在咬合上提供二級矯正(class 2 correction),由於咬合器具表面相對彼此傾斜而向前或向後移動下頜。對準器還能夠執行睡眠呼吸暫停器具的功能。所述器具的這種變形將包括上頜或下頜器具上的斜坡，它們相互作用以在配戴時驅動下頜向前。(研究示出2-3毫米的下頜運動足以防止舌部和軟顎之間能夠引起睡眠呼吸暫停發作的密閉。)根據本發明的對準器可以包括上部託盤內部上的舌刺(tonguecrib)，以反覆訓練舌頭不被推到門牙上。(具有門牙間隙的患者通常需要反覆訓練他們的舌頭。)對準器經常在咬合面上破裂。根據本發明的對準器包括接觸點上定製的負載表面以阻止這種破裂。特別是磨牙患者還能夠指定進行這種對準器優化處理。同樣，在根據本發明的對準器中，下頜槽建模可以作為構造對準器的部分來執行。使用所結合的美國專利6，616，444中所詳細描述的和圖5中所示意的計算對下頜槽方程進行數學計算，其表示下頜骨的延髓中樞。下頜牙齒置於曲線上以使得牙冠長軸處於特定傾角，其與迄今已經使用的面部傾角相反。這些牙齒的正中擋(頰尖,buccal cusps)對準在從下頜槽導出的另一平滑方程上，以使得這些牙齒的牙根處於骨的中心。然後將上頜牙齒置於與已經設定的下頜牙齒咬合。相對於正中擋和針對摩爾旋光度的計算對上頜後側齒進行定位，這在所結合的美國專利6，616，444中解釋的那樣。通過計算來定位上頜前齒以提供群體功能或犬齒升高參數。關於牙齒尺寸差異、咬合深度等的其他計算也在這時完成。還可以根據本發明形成分片式或部分對準器。在傳統流程中，對準器熱成型為單件並進行切片以產生固定分片式器具或Biobloc器具。然而不幸的是，所述方法會損害所述對準器的結構完整性，使對準器在插入口腔中或從口腔中移除時破裂或損壞。此外，在四分切割中可能會損害對準器的保持力，以利於分片式器具能實質減小不同象限上期望運動的效力。使用直接製造，分片式器具可以獨立地形成，這避免了對結構完整性的危害。根據所述方面，製造工藝可以利用製造所述對準器中有關已就位的分片式器具的數據，對準器用於與分片式器具結合。對準器邊界的形成考慮了當前的分片式器具。具體而言，在具有就位的固定器具的牙齒上，邊界受固定器具類型的影響。對準器能夠設計為遮蓋固定器具，能夠移除對準器的一部分、或針對舌側和頰側的組合。在針對橡皮筋或固定線的按鈕的情形中，通常移除對準器的一部分，從而邊界不會沿著針對牙齒的牙齦而會以圍繞所述固定按鈕的弓形朝向咬合面移動。在分片式帶子的情形中，舌側的邊界會沿著牙齦，但在頰側上移除類似按鈕的對準器部分，以允許固定線連接分片式帶子。正畸中暫時性錨定裝置(TAD)概念的近期發展也可用於對準器。步驟116中詳述和圖4A中所示意的用於按鈕和橡皮筋的切口也能夠與TAD —起使用以促進前後差異，並且還產生了有利的錨定，這超過了單獨使用對準器時的能力，從而促進了另外的牙齒運動，諸如阻生犬牙、門牙扭轉、磨牙遠移或白齒直立。分片式或Biobloc器具可以允許用對準器治療大多數咬合不正:深度咬合、嚴重旋轉、整體運動，以及後側的磨牙遠移/近中移動，這些都難以通過單獨的對準器或甚至使用彈性輔件的對準器來矯正。同時使用對準器和分片式器具的能力大大加速了治療並允許用透明對準器治療大多數咬合不正，而對於大多數醫生而言，現今的透明對準器僅可輕度用於中度患者。最後，根據本發明的加工技術還可以允許應力分析。聚氨酯塑料加熱時出現彩虹效應，其被極化白光照射並用極化濾波器`進行能夠觀察。由於塑料中應力產生的折射率的變化產生彩虹效應。彩虹因此與塑料中應力位置相互關聯，並且這些應力能夠用極化偏光鏡片來觀察。雙折射是對準器置於患者口腔中時通過對準器中的彩虹效應觀察應力模式的一種方法。利用所述效應，只要對準器中有特定式樣時，患者能夠使用偏光眼鏡觀察來自對準器的光以對應力進行評估，並返回至正畸專家/牙醫(例如，鍵齒上應力的消失表明運動已經完成)。根據本發明原理可以使用各種聚合物和列印技術。南加利福尼亞州Rock Hill的3D Systems提供了多種樹脂配方,例如Accura 60、AccuraClearVue和RenShape 7870,它們是透明的，並且是足夠堅硬的。Clearvue標明是生物兼容的。7870公開的衝擊強度為0.85-1.15ft-lbf/in。Accura 60具有類似於熱成形聚碳酸酯的58-68MPa的抗張強度和87-101MPa的抗彎強度。AccuraClearVue具有41_44MPa的抗張強度和74-79MPa的抗彎強度。SL 7811具有在破壞值上高達30%的延長率，儘管它是白色、不透明的，但能夠對它進行再加工以形成透明且生物兼容的材料。此外，能夠再加工某些材料以增強對準器材料的期望特性。5 Fortune Drive,Billerica MA 01821 的 Objet 提供了多種材料,其是透明的並且還指定為生物兼容的；FullCure 630和FullCure 810，能夠用於形成對準器，其使用來自Objet的3D印表機。2Penns Way, Suite 401, New Castle, DE 19720 的 DSM Somos 已經加工出投放立體平版印刷市場多年的樹脂。它提供被證明對於細胞毒性、致敏和發炎具有生物兼容性的三種透明材料:WaterShed 11122,ProtoGen 18420和BioClear。所有三種材料公布的衝擊強度為 0.4-0.6ft-lbf/in。Watershed XC 11122 是防水的。Zane, Vicenza Italy的DWS製造大的光聚作用系統。它的工藝通過將光固化光聚合物暴露在紫外線光源下來產生部件。在構造平臺下通過穿過使用固態雷射的特定透明罐來固化光敏樹脂來構造部件。DWS已經開發出用於外科導引的透明材料，其已經被證明可用於細胞毒性、致敏和發炎的生物兼容測試。155 North Riverview Drive, Suite 100, Anaheim Hills, CA 92808 的 Asiga 製造了一種稱為Pico FreeForm的系統。其PlasClear材料是透明的。所述公司正處於外用(助聽器)器具的ISO 10993測試的進度安排過程中，並且也在計劃著進行內用醫療裝置的測試。德國Bursseler Str.51,D-45968 Gladbeck 的EnvisionTEC GmbH提供了 e-Shell300，一種被驗證是用於助聽器器具的透明生物兼容材料。

德國Max-Planck-Str.31, 59423Unna 的 DreveDentamid GmbH 加工了其特有材料並提供了來自名為Innovation MediTech的子公司的添加劑製造系統。所述稱作FotoMedLED的系統使用LED和數字光處理(DLP)來固化光聚合物。其FotoMed LED材料時透明、強力且堅硬的。它符合針對細胞毒性、致敏和發炎測試的ISO 10993標準。位於上面所確定的地址的Stratasys Inc.提供生物兼容性材料，ABS_M30i和PC-1S0，但兩者都不是透明的。ABS-M30i熱塑性塑料具有2.6-5.3ft_lbf/in的衝擊強度，其高於多數其他候選材料。雖然Stratasys目前並不提供所有添加劑加工系統中的透明材料，熔化沉積製造(FDM)可能具有最大潛力與特性類似於用於熱成形對準器的熱塑性材料的材料一起使用。例如，用於熱成形對準器的材料，諸如Zendura、Duraclear、Tr1-Plast和Biocryl,能夠進行修改以使用FDM機器來加工具有非常類似於熱成形對準器的機械特性的對準器。此外，諸如超聲波浴和以陶瓷錐轉磨拋光的後處理技術可以產生與熱成形對準器類似的透明品質。此外，由於所述材料最初是生物兼容的，再加工FDM機器中所使用的這些熱塑性材料的結果將可能產生類似的特性。雖然本發明已經通過各個實施例的描述進行了說明，並且雖然這些實施例已經相當詳細地進行了描述，發明人的目的不是限定或以任何方式限制所附權利要求的範圍到如此詳盡。因此，其他優勢和改進對於本領域技術人員來說是顯而易見的。本發明的各種特徵可以單獨使用或根據使用者需求和偏好進行任意組合。
權利要求
1.一種用於移動牙齒的正畸器具，包括: 單種聚合物材料的一系列層，所述一系列層共同形成所述器具，所述器具包括多個腔室用於封裝牙齒。
2.根據權利要求1所述的正畸器具，還包括第二種聚合物材料的層，形成器具的一部分。
3.根據前述任一權利要求所述的正畸器具，其中，所述器具的每個腔室都由所述一系列層中的若干層的邊界形成。
4.根據前述任一權利要求所述的正畸器具，其中，所述器具是對準器，將負載施加到至少一顆牙齒足以弓I起相鄰骨的重建和所述牙齒的運動。
5.根據權利要求1-3所述的正畸器具，其中，所述器具是固定器，將牙齒保持在由所述器具的腔室所限定的位置。
6.能夠用作治療牙齒咬合不正的系統的一系列器具，包括根據前述任一權利要求所述的多個器具，所述器具具有不同的腔室以使得當系列地使用所述器具時，所述器具漸進地將一顆或多顆牙齒從初始位置移動向期望的最終位置。
7.根據前述任一權利要求所述的器具，還包括結合至權利要求1所述的器具的第二正畸器具。
8.根據前述任一權利要求所述的器具，其中，所述器具限定了孔，並且還包括安裝至患者牙齒的連接件，所述連接件的尺寸適於接合所述孔。
9.根據前述任一權利要求所述的器具，其中，所述器具限定了一體於所加工的器具的輔助形狀，包括裝配在一輔 助器具上的鉤、按鈕和腔室中的其中之一。
10.根據權利要求9所述的器具，還包括安裝至所述輔助形狀的彈性元件。
11.根據前述任一權利要求所述的器具，其中，所述器具還包括第一和第二牙齒腔室，在所述腔室的相應位置具有尺寸上可控的厚度。
12.一種製造用於患者牙齒正畸治療的器具的方法，包括: 產生患者牙齒在它們當前位置的數字模型； 形成一系列聚合物材料層以共同形成器具，所述器具包括用於封裝患者牙齒的多個腔室。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，至少一個腔室的形狀類似於患者第一顆牙齒的形狀，以及第二腔室定位在所述器具中以與患者的第二顆牙齒相符合但具有不同於第二顆牙齒的形狀。
14.根據權利要求12或13所述的方法，其中，形成所述器具還包括聚合物材料的輻射能固化和形成器具的材料的電子束交聯兩者中的其中之一或兩者。
15.根據權利要求12-14中任一項所述的方法，其中，由權利要求12的方法製造的所述器具為具有第一厚度的日用器具，並且還包括製造夜用器具，通過形成一系列聚合物材料層以共同形成夜用器具，所述夜用器具包括用於封裝患者牙齒的多個腔室，用於與日用器具交替配戴，所述夜用器具具有比所述日用器具更大的厚度。
全文摘要
一種用於正畸裝置的直接製造的方法，其具有牙齒擬合腔室，諸如對準器，其使用單種或多種聚合物材料的層疊印刷。所述器具的腔室由所述多層的邊界來限定，可封裝患者多達十四顆的牙齒，並成形為用於施加負載至至少一顆牙齒，所述負載足以引起牙齒的運動，並對相鄰骨進行重建。可以使用一系列這樣的器具來治療牙齒咬合不正，所述系列中使用的每個直接製造的器具用於漸進地將一顆或多顆牙齒從初始位置移動向期望的最終位置。所述器具可以利用各種已披露的材料來製造，並且可以包括用於與其他正畸元件相互作用的輔助特徵。
文檔編號A61C7/00GK103142317SQ201210504120
公開日2013年6月12日 申請日期2012年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者C·安德烈科, I·基欽 申請人:奧姆科公司