一种个性化牙齿矫治器及其制作方法与流程

本发明属于口腔正畸技术，尤其涉及一种个性化牙齿矫治器及其制作方法。

背景技术：

牙齿矫正在口腔领域属于正畸学研究的范畴，牙齿在适当大小的力的作用下能朝力的方向移动。牙齿矫正器的发展很快，自二战以来，先后有2000多种不同的矫治器问世。究其原理，几乎都是利用某些弹性材料的弹性形变来施加矫治力。Tweed-Merrifield创立了以弯制不锈钢丝为技术特点的定向力矫治技术，也叫方丝弓技术。Andrews,Roth等在继承了方丝弓技术的基础上发明了预成角度的直丝弓托槽，开创了直丝弓技术，把程序化、简单化的矫治理念引入正畸。镍钛超弹性弓丝在80年代问世以后，直丝弓技术更是如虎添翼，临床操作大大简化。目前，应用最广泛的就是应用镍钛超弹性弓丝的直丝弓矫治技术。但是，直丝弓技术也有它的盲点。

牙齿移动的力学生物学特点：1.矫正器只能在牙齿冠部加力；2.牙槽骨对牙齿的限位作用从而产生牙齿移动的阻力，作用点在根方；以上两点决定了想获得整体牙移动和控根牙移动是很困难的，也即F/M比值决定牙移动类型。F为加载在牙冠上的力，M为加载在牙冠上的力矩，具体表现为一对力偶。M通常需求量很大以至于很难加载。F与M的值在传统矫治器都很难量化。

牙向各个方向运动，所需力值差异很大。例如，压入移动需要的力比伸长移动需要的力大的多。垂直向上有落差的牙齿，在用传统矫治器时，因为其单一弹性模量的弹力部件导致往往该压入的压入不够，不该伸长的伸长了。医生凭“经验”施力，作用力与反作用力不能精确控制，副作用明显。举例：尖牙的低位阻生，需要引入颌间牵引或者暂不结扎入槽，否则相邻的牙会受副作用而被拉歪，这叫做“支抗丧失”。很多技术被引入来解决无法给牙个性化施力的问题，如片段弓技术、TIP-EDGE辅弓、定向力技术。举例：尖牙低位的案列。片段弓弯制导轨逐步下降尖牙；TIP-EDGE加辅弓纳入尖牙；定向力技术弯制各种曲改善钢丝弹性，甚至还有活动翼也是类似的减少主弓丝形变。这些都是改变矫治装置局部弹性的方法，但这些技术都基于手工制作，精确度极低，缺乏理论及数据支持。无托槽隐形矫治和个性化舌侧矫治能够做到个性化设计与制造，程序化的临床操作。这两种新技术都依靠计算机辅助设计和制造、快速成型技术。由于其设计制造均采用均一的弹力部件，没有解决弹力部件的个性化制造，还是不能达到精确化个性化施力。虽然此两种新技术可以在设计阶段“预测”牙移动，但是仍存在“所见不是所得”的问题。因而，在牙齿矫正过程中，由于矫治器的施力不精确，同时骨改建的最适正畸力未知，骨改建速度未知，从而无法预测牙移动速度，整个治疗过程无法控制。

国内专利公告号CN103405276公开了一种牙齿正畸矫治器的数字化制作方法及其固定矫治器，该矫治器包括施力单元、固持单元和附件，施力单元由SMP材料制成，具有个性化的三维空间几何结构，以便提供牙齿移动所需的复杂的三维力和力矩；固持单元由高分子材料制成，固持单元提供矫治过程中矫治器的固持力；附件为用来提供特殊位置和特殊要求的力和力矩的曲或拉钩，施力单元、固持单元和附件一次成型。上述结构中由SMP材料制成的施力单元相当于现有技术的弓丝，通过对每一段SMP施力机构进行特殊结构设计以便满足不同牙齿所需不同的矫治力，但是由于施力单元为整体结构，相邻两段SMP施力机构之间存在相互影响，很难完全实现精确施力，且在矫治过程的每个阶段都需对施力单元重新调整设计，以便满足不同时期所需的矫治力，而且该矫治器为一体化结构，忽视了有机弹性元件应力衰减的特性，在后期调整更换时极其不便，故设计一种制作方便，能精确实施力，精确控制正畸牙移动的新型矫治器是非常有必要的。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的第一个目的是提供一种个性化牙齿矫治器的制作方法，该方法简单易实施，且制作的牙齿矫治器能针对不同的牙齿提供不同的矫治力，本发明的第二个目的是提供一种采用该方法制作的个性化牙齿矫治器。

为了实现上述第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种个性化牙齿矫治器的制作方法，该矫治器包括附件体和矫治体，所述附件体粘接在牙齿上，所述矫治体一体成型包括刚性支架、弹力体和连接体，所述连接体和刚性支架均采用硬性高分子材料，所述弹力体的一侧与刚性支架固定，所述弹力体的另一侧与连接体相固定，多个弹力体在刚性支架上的位置与需要矫治的牙齿的位置相对应，所述连接体与附件体以纹路螯合，并且连接体的两端与附件体的两端均通过结扎固定或者锁结固定，其制作步骤如下：

1）获取数字化牙列模型：通过激光扫描或者CT扫描牙模或托盘，或者口内直接扫描患者牙齿获取牙齿的STL模型保存于计算机内；

2）在计算机中采用CAD软件将牙列模型分割成单颗牙齿，标注每颗牙齿的近中点、远中点并设定牙齿的移动坐标轴，选择合适的刚性支架型图进行排牙；

3）按照牙位将该牙位的附件体和连接体沿着刚性支架的轨迹和平面放置到相应的牙齿唇面侧或舌侧面的相应位置；

4）根据需要确定弹性体尺寸规格，并将这些弹性体分别对应填充到需要矫治的牙齿的连接体与刚性支架之间；

5）将连接体、弹性体和刚性支架联合成一个矫治体模型，然后用三维打印机分别制作出矫治体与附件体；

6）将附件体与矫治体结扎固定或者锁结固定。

为了实现上述第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种个性化牙齿矫治器，包括附件体和矫治体，所述附件体粘接在牙齿上，所述矫治体一体成型包括刚性支架、弹力体和连接体，所述连接体和刚性支架均采用硬性高分子材料，所述弹力体的一侧与刚性支架固定，所述弹力体的另一侧与连接体相固定，多个弹力体在刚性支架上的位置与需要矫治的牙齿的位置相对应，所述连接体与附件体以纹路螯合，并且连接体的两端与附件体的两端均通过结扎固定或者锁结固定。

作为优选方案：所述附件体采用硬性高分子材料，所述弹力体采用弹性高分子材料。

本发明与现有技术相比具有以下优势，本发明的矫治器所提供的个性化的矫治力是通过在刚性支架与牙齿之间对应设置弹力体实现的，由于牙齿和弹力体是一对一设置的，相邻之间的弹力体互不干扰，故本发明的矫治器施力更加精确，且本发明的附件体与矫治体结扎固定，在矫治的各个阶段只需对弹性体进行调整便能满足矫治要求，设计简单实施方便。

本发明的方法在设计时根据不同牙齿矫治时需要的不同力，视情况在刚性支架与牙齿之间对应设置弹力体，这样使得矫正器施加的力传递到每个牙齿都不同，也实现了矫正器施加的力近乎100%传递到牙齿，降低甚至消灭反作用力的负效应，真正实现了精确的个性化施力。

本发明的方法制作出来的矫治器不同于以往任何矫正器械，也超越任何使用计算机辅助设计和制造的矫正器械，真正做到对加力部件的个性化力学设计，通过不断的数据积累，使矫正时牙齿移动的可预测性无限接近100%。在技术成熟后，选用适当材料对系统进行小型化、透明化改造。

附图说明

图1是本发明矫治体的结构示意图。

图2是本发明附件件与连接体结合的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

一种个性化牙齿矫治器，包括附件体4和矫治体，所述附件体4粘接在牙齿舌面侧5，所述矫治体一体成型包括刚性支架1、弹力块2和连接体3，所述连接体3和刚性支架1均采用硬性高分子材料，所述弹力块2的一侧与刚性支架1固定，所述弹力块2的另一侧与连接体3相固定，多个弹力块2在刚性支架1上的位置与需要矫治的牙齿的位置相对应，所述连接体3与附件体4以纹路螯合，并且连接体3的两端与附件体4的两端均通过结扎固定或者锁结固定。所述附件体4采用硬性树脂材料，所述弹力块2采用弹性橡胶复合材料。其中附件体和矫治体都是由经过计算机辅助设计的硬质快速成型高分子材料构成，一次成型。

一种个性化牙齿矫治器的制作方法，其制作步骤如下：

1）获取数字化牙列模型：通过激光扫描或者CT扫描牙模或托盘，或者口内直接扫描患者牙齿获取牙齿的STL模型保存于计算机内；

2）在计算机中采用CAD软件将牙列模型分割成单颗牙齿，标注每颗牙齿的近中点、远中点并设定牙齿的移动坐标轴，选择合适的刚性支架型图进行排牙；

3）按照牙位将该牙位的附件体和连接体沿着刚性支架的轨迹和平面放置到相应的牙齿唇侧面或舌侧面的相应位置；

4）牙齿的位置函数F1是关于时间t、力f、生物学因素B的函数，力f是变化的，是关于矫治器形变量c、弹性系数k、衰变时间t的函数，根据上述函数计算出弹性体尺寸规格；

5）将不同尺寸规格的弹性体分别对应填充到需要矫治的牙齿的连接体与刚性支架之间；

6）将连接体、弹性体和刚性支架联合成一个矫治体模型，然后用三维打印机分别制作出矫治体与附件体；

7）将附件体与矫治体结扎固定或者锁结固定。

所述附件体在安装时还包括粘接导板片，所述粘接导板片吻合于牙齿的咬合面，当附件体粘接完成后，在预定点离断粘接导板片和附件体，附件体位于牙面（唇面或舌面），然后再将整体通过三维打印机打印出来的矫治体放入口中，并将与各个牙齿相匹配的带有弹性体的连接体与附件体结扎固定。

在整个治疗过程中需要用到多个刚性支架，但刚性支架个数尽量少，控制在10个以内。刚性支架选择性与各个牙面的附件体硬性连接或者弹性连接，即是否存在超弹性或者高弹性有机材料。刚性支架、弹力快和连接体的外形设计不限于具体几何形态，符合以下原则：1）尽量减小厚度，2）保证材料强度，3）复合正畸的生物力学要求，4）可额外根据需要添加设计美观元素。

附加设计：可以优化为，当有n个力学单位时，可以简化为n-1个弹性连接结合1个硬性连接以实现同等的力学结构。对于每一步足够长的矫治过程，牙齿的位置函数F1是关于时间t、力f、生物学因素B的函数。力f是变化的，是关于矫治器形变量c、弹性系数k、衰变时间t的函数。形变量c是关于牙齿位置F1的函数。生物学因素B与患者年龄、性别、牙周情况、牙移动类型、牙移动方向、骨密度情况、牙根外形等因素相关。故牙位置函数F1是关于时间t，矫正装置相关因素，生物学因素B的函数。

选用特定类型的弹性材料尺寸规格，体外取得应变-应力关系，体内大量验证性实验取得生物学因素B的数据资料，制定生物学因素B值得评价标准。生物学因素B还可以通过单个个例的前期矫正阶段取得近似值，同时在不断病例积累中得到完善。当数据量足够大时，新型矫正器可以史无前例地精确预测牙移动情况，从而不会产生现行计算机辅助设计和制造的矫正装置“所见不是所得”的缺点。

应当指出，以上实施例仅是本发明的代表性例子。本发明还可以有许多变形。凡是依据本发明的实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。