正畸矫正器及正畸法的制作方法

专利名称：正畸矫正器及正畸法的制作方法
技术领域：
本发明涉及正畸矫正器。更具体地说，本发明涉及的是一种正畸治疗 方法和设备，在该治疗中，个别牙齿被强迫着沿以病人齿列的组合三维数 字模型为基础的校准元件的预设路线移动。
背景技术：
已知有很多校准牙齿的设备，包括长久固定在牙齿上直至治疗结束的 设备以及被设计成为在白天或晚上的部分时间或大部分时间佩戴的可移动 设备。前者典型地采用托槽的形式，利用适当的粘合剂粘合在个别牙齿上， 利用金属丝向最终位置推动该牙齿以影响排列。后者则是以某种方式安装 在口腔中以便向所需方向推动牙齿，病人可以容易地移动或者修整该设备。 本发明涉及这种可移动设备。
在提供这种可移动设备的最初阶段，制作了一种病人齿列的物理石膏 模型。该方法代表性地需要获得该牙齿的牙模以形成该牙齿的负模，向其 中灌入石膏材料，获得牙齿的正模。该正模在立体结构上非常地精确，并 且忠实地复制了该病人口腔的结构。
使用该模型，该模型被认为是学习模型，正牙学家能够研究病人齿列 的特征并设计出治疗方案来矫正任何错位咬合或其它的欠对准。为了设计 出这种方案，需要从最原始的负模中制造出更多的模型，这些模型被认为 是工作模型，可以用来订制专门为该病人准备的正畸矫正器。例如，这种 工作模型可以被用来根据牙齿弯曲、定位金属丝并且焊接在同一位置上或 固定的设备上。
该矫正器包含积极产生矫正力的主动元件和设置成保持不动、用以固 定主动元件的被动元件。该主动元件可能含有例如向牙齿产生正畸力或者 向有韧性的骨结构产生正畸力的弹簧，在装配该设备时放在工作模型中。 理想的情况下，当弹簧所推动的牙齿达到理想的位置时，每根弹簧均能最 终处于无弹性状态。这在很大程度上依赖于制造该矫正器的技术人员的技 能。当第一次安装到口腔中时，这些弹簧均被所接触的、它们预推的相应 牙齿以牙齿位置偏离理想位置的量所挤压。随着时间的经过，每根弹簧使 其所指定的牙齿偏离，并在同一时间释放弹簧所储存的势能。
在US2003/0198915中公开了一种制造含有舌侧弹簧的正畸矫正器的方 法。首先按照传统模式铸造病人牙齿的模型。在该模型牙齿的舌侧表面上 刻出一个或多个理想的沟槽。该沟槽底面的位置反映这些牙齿在治疗后的 理想位置。使用牙齿上的这些理想参比沟槽将正畸矫正器铸造在该模型上 以便定位每个舌侧弹簧的牙齿接触部分。
其他方法是使用齿列的数字模型而并非物理模型。例如US5， 975,893 并用了以牙箍为基础的治疗原理和数字成像/计算机驱动的原型速成技术， 为病人建立了一种包含多个牙箍的组合。牙箍的每个上部或下部的组合(需 要的位置)都要带上一段时间。组合中的每个牙箍相比较于以往的牙箍都 更为强劲地使牙齿向理想的咬合面偏移，并且在一个治疗中需要使用15 25 个渐进性牙箍。经过一段时间后，连续、渐进性位移的矫正固位器将牙齿 从它们原来的错位咬合位置移动到完美且正确的附近位置。每个牙箍设备 通常包含一个U型的牙托或外壳，该牙托或外壳上有可以装配到牙齿上的 槽。在同时使用热量、压力和真空的情况下，通过在病人齿列的复位石头 模型上抽吸一种可热成形的片材材料而制得该牙托。借助一种扫描技术， 确定出一个和病人目前的齿列相对应的最初的数据组。设计治疗后处于理 想排列的齿列的最终数字模型。然后设计介于最初和最终模型之间的中间 数字模型，利用原型速成的技术由数字模型制造出牙齿的正模。在由每个 牙齿正模制造矫正器时使用常规的压力或真空造型仪器。在 US2002/0042038中通过使用二维阵列指定牙齿的移动模式， 一个计算机运 行系统和方法实现了牙齿的治疗方案。
US2003/0190575采用了不同的方法，该方法使用能够在可移动牙箍矫 正器中开孔以便在所选牙齿上施加理想的作用力的正畸牙箍元件。该方法 可以使牙箍使用在一些正畸治疗中。另外，牙箍元件是可移动的或者可调 整的，并且在治疗的过程中可以使作用力保持、改变或再恢复。

发明内容
本发明提供了一种将一个或多个牙齿移动到期望位置的矫正器和方 法。通过被适当的产生意图的作用力推动，每个需要移动的牙齿被限制性 地沿着预设路线从最初位置移动到最终位置。产生意图的作用力提供一种 动力来导致移动，该移动包括沿着笛卡尔坐标系的正交轴平移或旋转。当 然，也可以在本发明的主旨内使用任何其它的参比坐标系。
因此，用于校准口腔内的一个或多个牙齿的正畸矫正器包含相应的一 个或多个导向单元，各个导向单元适于沿着预定轨道推动特定牙齿，所述 的各个导向单元包含至少在与所述轨道相关的方向上推动相应牙齿的供力 元件以及当所述供力元件发挥作用时适于沿着所述轨道引导牙齿的导向结 构。
对于所述的每个导向单元，所述导向结构包含连接于单元上游末端和 下游末端的导向元件，下游末端优选构成所述导向结构的一部分。该导向 元件采用至少与所述牙齿的齿尖的所述预设轨道的轨迹互补的方式，包括 在所述牙齿沿着所述轨道被推动时适于紧靠所述牙尖的上节，以及视所述 上节而定的侧壁。
根据需要，该矫正器还可以包含用于在所述导向单元中提供适当磁场 的磁性元件。该磁性元件包含一对安装在所述导向单元或与所述导向单元 成为一体的磁性相反的磁铁，并且在所述上游末端和所述下游末端各放一 个。
供力元件可以包含至少一个弹簧，通常是个片状弹簧，其悬挂在所述 上游末端上，而且其中在自由端有一个推动部件以便能紧靠所述牙齿的一 个面。该弹簧优先适于在所述轨道的通常方向上可以提供至少一个作用力， 且指向所述的上节。视情况而定，该弹簧还适于至少在所述牙齿到达所述 下游末端之前提供实质上持久的作用力。
或者，供力元件包含一个可替代元件，例如可伸展元件、优选可膨胀 元件，该可膨胀元件锚定在上游端部的一个末端，且在自由端包含一个压 力面或另一个紧靠表面以便在可伸展元件被伸展或膨胀时提供一个作用于 牙齿的力。由该可伸展元件提供的作用力可以用任何一种期望的方式控制， 例如恒定或以任何期望的频率和幅度搏动，对正在治疗的牙齿都有好处。 或者，可替代元件可以包含一对给牙齿提供所需动力的磁性元件。
在一实施例中，该矫正器优选由适当的刚性或半刚性材料制得，例如 丙烯酸树脂或类似材料，采用适合安装在所述口腔弓形物的U型牙托的方 式。该牙托根据所述弓形物中需要用所述矫正器校正的牙齿的数量和排列 可以包含一个或多个所述导向单元。至少一个所述导向单元适于向舌的方 向上推动牙齿。或者或另外，至少一个所述导向单元适于在面颊/唇部方向 上推动牙齿。视情况而定，该牙托还可以包含适于安装在不需要移动的牙 齿上的固定单元，以便将这些牙齿维持在它们的原始位置，在其它牙齿被
所述导向单元校正时。
该导向结构包含一个来源于对所述牙齿向期望的最终位置移动的3D 数字模拟的内部几何形状学。
本发明也涉及一个用于校准口腔内的一个或多个牙齿的方法，为所述 牙齿或每个牙齿其包括以下步骤
(a) 提供一个从最初位置到最终位置的预设轨道
(b) 限制牙齿沿着所述轨道移动
(C)提供一种至少在所述轨道的通常方向上推动牙齿的适当作用力。 这种作用力可以由适当的弹簧提供，或者由可伸展元件，比如可膨胀 元件或其他可替换元件提供。步骤(b)包括提供具有适于牙齿沿着所述轨 道的限制性移动的导向元件的校准结构。步骤(a)通常包含下述步骤
(i) 提供包含处于它们最初位置的所述牙齿的齿列的最初3D数字模
型；
(ii) 处理所述最初3D数字模型以提供一个包含所述齿列的牙齿被期 望的最终排列的第二 3D数字模型；
(iii) 对于要校准的每个牙齿，描绘从步骤(1)位置至步骤(2)位置 的牙齿轨道的数字表示。
根据该方法，至少一个牙齿在向舌的方向上被推动，和/或至少一个牙 齿在向面颊/唇部的方向上被推动，和/或至少一个牙齿不被推动。使用计算 机辅助设备优先进行步骤(i) 步骤(iii)。


为了理解本发明、了解本发明如何应用于实际，以下将描述一个只没
有限定杨本、参照配发的附图的优选实是例。其中
图l概略地说明， 一个齿列的多个牙齿的最初位置和最终位置。
图2是根据本发明被期望移动的一个牙齿的等轴视图。 图3说明图2所示牙齿的最终位置。
图4概略说明，根据本发明的第一实施例，使用图1所示齿列的一个 矫正器。
图5A、 5B、 5C说明，根据图4实施例的牙科矫正器的一个单元截面 图。图5B为图5A的V-V截面图；图5C为图5B的U-U截面图。
图6A、 6B、 6C表示包含一个弹簧的形式的供力装置的图5A所示实施
例的片段截面图，其中，图6A-没有牙齿，图6B-牙齿处于最初位置，图6C-牙齿处于最终位置。
图7A、 7B、 7C表示包含一个可膨胀部件形式的供力装置的图5A所示 实施例的片段截面图，其中，图7A-没有牙齿，图7B-牙齿处于最初位置， 图7C-牙齿处于最终位置。
图8概略说明，根据图7A、 7B、 7C所示实施例，用图1所示齿列的 一个矫正器。
图9A、 9B分别是图7A、 7B的可膨胀装置的横向截面图。
图IOA、 10B分别显示图7A、 7B的另一种可膨胀装置的片段横向截面图。
图11A、 11B分别显示图7A、 7B的另一种可膨胀装置的横向侧视图。 图12表示本发明一第二实施例的等轴部分截面图。 图13表示在决定图4所示实施例单元的内部几何形状形状时有用的流 程图。
图14表示在决定图7所示实施方例单元的内部几何形状时有用的流程图。
具体实施例方式
根据图1 ，在所示的口腔弓形物中，每个编号100的牙齿需要向舌移动， 而其他需要向面颊/唇部移动，其他不需要移动。
根据图2，植入在牙龈120中的弓形物的代表牙齿100具有确定的局部 正交轴x、 y和z，该局部正交轴的中心或原点为S。 y轴沿着牙齿的任意中 心线IIO， z轴沿着面颊-舌头方向，x轴实质上大致沿着近中远方向。图3 表示牙齿100的理想位置，当达到该位置地方表示为100'，该牙齿沿着至 少x、 y、 z轴的一部分的平移，与该牙齿绕着中心线110的旋转合在一起， 力矩和根部角度分别由箭头p、 q、 r表示(图2)。牙齿100的任何运动都 可以由沿着x、 y、 z轴的平移及绕着这些轴的旋转所代表，例如可以理想 化为从点S平移并旋转至点S'。
在本发明的第一实施例中，根据图4，提供了一种牙科矫正器，通常指 定为矫正器210，该矫正器适于同时校准多个牙齿。多个牙齿是指至少2个 牙齿，相邻或隔一个、或者排成对列、或者包含为了影响校准受到矫正器 作用、在同一口腔弓形物中的所有牙齿。因此，这些牙齿的全部或一部分
会被矫正器210移动， 一些牙齿会向舌移动，而另一些则会向面颊/唇部移
动。该矫正器210采用具有多个动态或导向单元40的U型牙托30的形式， 每个动态或导向单元都会向一个特定的方向推动一个特定的牙齿100，并且 沿着预设路线到达最终位置100'。该牙托30还可以含有为不需要被移动的 牙齿290准备的固定单元295。
根据图5A、 5B、 5C，展示本发明第一实施例的一个代表性导向单元 40，适于将牙齿IOO从最初位置移动至最终位置100'。该单元40可以侧向 地连接于另一个导向单元或固定单元295，如图5B中的虚线所示。
该导向单元40包含导向结构70和供力元件或装置50。该导向单元40 具有一个开口 41(图6A)且适于安装在需要通过该开口移动的牙齿100上， 在期望的方向上引导该牙齿到达最终位置100'，正如本文所详细描述地那 样，为了进一步澄清，用箭头A表示牙齿IOO所移动的方向，也就是说， 大概按照该牙齿的一个面132移动到牙齿的第二个面134。就单元40而言， 第一个面132可以是牙齿的一个舌面或面颊/唇部面，因此相对应的第二面 134就可以是一个面颊/唇部面或一个舌面，这相应地决定于是期望向面颊 方向还是向舌头方向移动该牙齿。
单元40包含实质上对立于第一个面132的上游端部42，其在需要时提 供和校准所需的供力装置50。单元40另外还包含一个与牙齿100的第二个 面134呈互补形状的下游端部44，根据位置100，被定位在期望的位置上。 因此，当牙齿100被移到位置IOO，时，第二个面134就会致力于与下游端 部44相接触。
导向结构70包含一个在一个端部与上游端部42相连的校准元件或校 准部分46，另一个端部则与下游端部44相连。如图5B所示，校准部分包 含一个x-y面上的截面，其内部轮廓与牙齿100的齿尖160截面的外部轮廓 互补。如此安排以至于在校准部分就可以获得该齿尖160。而且，该校准部 分46至少与齿尖160所需轨道的轨迹互补，从牙齿100的最初位置到最终 位置100'。该轨道可要求齿尖160沿着一些轴或全部轴平移或旋转中等的 量，尤其是沿着z轴平移。该轨道设计成如牙齿在两个位置之间移动的可 以避免与相邻牙齿碰撞的形式。因此，校准部分的顶壁47成形为紧靠齿尖 160的顶部，与此同时，校准部分46的侧壁48作为轨道或导轨发挥作用， 沿着期望的轨道引导齿尖。
侧壁48的端部79通常以光滑的状态连接于相邻单元侧壁的相应端部。 单元40优选用适于牙齿的材料构成，例如刚性或半刚性，至少具有充
分的刚性以确保单元40在力F或牙齿100的反作用力下不会自己变形。例 如，适于单元40的材料有丙烯酸树脂或类似材料。
视情况而定，如图5B、 5C所示，每个单元40可以提供一个磁性区域， 以便促进组织反应并改善伴随着牙齿100的移动的生物过程。因而，在上 游端部42和下游端部44上可以提供磁棒或磁板72、 74，并且正确地取向 以便提供可以穿透牙齿100的磁性区域，优选沿着方向A取向。磁铁72、 74可以植入单元40的各个壁中，或者连接、粘合于其上。或者，可以在单 元的基底物材料中包含适当的磁性颗粒。
在本实施例的一个变形中，产力或供力装置50采用机械弹簧52的形 式，例如片弹簧， 一端悬挂在上游端部42—个末端上，且有一个包含推动 部件56的自由端55，如图6A、 6B和6C所示。推动部件56可以成形为垫 片或球体，优选是板状，例如，弹簧52位于单元40中且在期望的方向A 上推动第一个面132抵达位置100'。优选的是，方向A是这样计算出的 由弹簧52在x、 y、 z三个方向上产生作用力F的分力，以提供和x、 y、 z 轴相关的平移和旋转。当牙齿IOO的最终位置100'为已知时，则可以决定 应用的位点和所需的沿着x、 y、 z轴的作用力Fx、 Fy、 Fz的相对值，以及 可以确定下来的它们的应用位点。
在实际应用中，提供方向A的一个近似值通常就足够了，这样弹簧所 提供的作用力F就会处于与期望的轨道相关的方向上。通过校准部分46对 牙齿100的轨道进行连续的调整，校准部分46为保持齿尖160而成形，牙 齿100就会沿着期望的方向移动。因而，推力F最好至少包含一个沿着z 轴、在牙龈附近作用于牙齿IOO的分力，和另一个沿着x方向、作用于校 准单元46以便让牙齿保持沿着校准单元46的方向的分力。特别是， 一旦 牙齿到达了位置100'、但牙齿100的取向还不正确时，由第二面134的弹 簧52继续抵着下游端部44推动，最终让下游端部44的第二面完全符合位 置100'。例如，可以进一步绕着轴q旋转牙齿100。因而，弹簧52被设计 成即便牙齿100达到最终位置100'也能够继续提供推力。或者，弹簧52还 可以设计成当牙齿100达到期望的位置100'时就变成无张力态，这种情况 是充分计算了方向A以便到达最终位置的情况。
另外，单元40还可以包含多个弹簧。
优选的是，把弹簧52设计成至少在牙齿100到达位置100'之前可以提
供无论强度还是方向都真正持久的力。据此，弹簧52应该具有恰当的特性， 例如高弹回性质、永久变形抗力、与弹簧伸展无关的相对持久力、较低弹
性模量。该弹簧52可以用适当的金属制造，例如包括像Nitinol这类的镍钛 合仝口並。
优选的是，弹簧52还适于使矫正器210得以适应和随着牙齿100的多 次移动，因此既是日间使用的正畸矫正器的理想选择，尤其也适合夜间正 畸矫正器使用，特别是在不吃、不喝，也可能不说话时使用。因此，弹簧 52还可以采用图6A所示弓形物的形式，这样，在牙齿100没有植入时推 动部件56向下游端部延伸，而当牙齿植入时，弹簧则被挤压到另一侧以便 如上所述那样提供所需的力。
另外，在本实施例的另一个变形中，如图7A、 7B、 7C所示，供力装 置50采用可伸展部件的形式，特别是可膨胀部件、元件或装置152，例如 一个气球或一个可膨胀充气筒之类，其一边151连接于上游端部42，且具 有一个形成压力面156的自由端155。该可膨胀部件152被配置成从最初的 放气形状充气，随后达到膨胀形状。在放气的形状中，可膨胀部件152不 会挤压单元40中的牙齿100，甚至实际上都不会与其接触。另一方面，在 膨胀的状态下，可膨胀部件152伸展并与第一面132相接触，提供一个在 期望方向A上推动第一面132到达位置100，的作用力。优选地，方向A这 样被计算出可以让可膨胀部件152在x、 y、 z方向所产生的作用力F的 分作用力沿着x、 y、 z轴提供所需的平移和旋转。当牙齿100的最终位置 100'为已知时，则可以决定应用的位点以及沿着x、 y、 z轴所需的作用力 Fx、 Fy、 Fz的相对值及它们的应用位点。为此，可膨胀装置可以设计为其 可以优先地沿着特定的预设方向、即方向A，膨胀和伸展。
对于每个单元40而言，可膨胀装置152可以包含，比如独立的气球或 类似物等，而且相邻单元40的气球可以选择性地互连。另夕卜，如图8所示， 面颊侧面或舌侧面的各组相邻单元中的每个单元的可膨胀装置152是可以 互连的，例如通过管线160，并且每根管线160都可通过支管162连接到适 当的流体供给器165。优选的是，管线162形成在矫正器210'中，而且以像 矫正器210'壁内的管道的形式。或者，可以为所述的1个或多个组提供具 有指向在面颊侧面或舌侧面上的每个单元组的适当单元40的独立指针的单 个气球。
优选的是，支管162与流体供给器165不相连，且包含一个适当的可
控阀163。因此，当每个单元的可膨胀装置152正确地膨胀后，向各个牙齿 100提供所需的作用力，流体源165可能被断开，这对于使用者来说更为舒 适，因为管线160以一种不引人注意的方式优先包埋或者不可或缺地形成 于矫正器210'中。视情况而定,当使用者想要移动矫正器210'时，阀163被 打开，从可膨胀装置中释放流体压力，随后该可膨胀装置便放气。或者， 可以把矫正器210'与流体源165重新相连，流体便随之从可膨胀装置152 引流出来。
该可膨胀装置152气压或液压式工作，并且可以借助任何适当的流体 膨胀，空气或其他适当的气体更好,或者就用真正的液体,如水。流体供给器 165可以包含一种加压的流体,和/或一个在所述管线160中用于压迫流体的 适当的泵。可膨胀装置152的加压或减压可以由使用者所操作的适当电力 控制单元(未示)控制。
另外，提供给可膨胀装置152的实际压力可以由多种方式控制。操作 模式之一为，当使用者佩戴矫正器210，时施加在可膨胀装置上的压力被保 持恒定。因此当牙齿100被移动且可膨胀装置膨胀，则压力最初会趋于降 低，因而牙齿上的推动力也会降低。通过保持压力恒定，牙齿100上的作 用力也会保持恒定。在操作的另一模式中，控制施加在可膨胀装置上的压 力，以便当牙齿到达它们最终位置100'时使施加在牙齿的推动力消失。在 操作的另一模式中，施加在可膨胀装置上的压力按需要改变，例如以周期 性搏动的方式，以便为牙齿提供一个搏动力。该搏动的幅度和频率可以按 照需要适当地控制，优选通过一个连动于一个泵(未示)的适当控制单元 (未示)控制。这种搏动力对在治疗的牙齿具有好处。
另外，给作用于牙齿100的作用力F提供一个度量也是可能的，当压 力面156的接触面积保持恒定时，该作用力起到向可膨胀装置152提供压 力的作用。该能力可以用来提供能够核对并用于各种应用的有价值的数据， 包括，比如决定作用于牙齿的作用力的最佳条件。
在实际应用中，借助弹簧52提供一个方向A的近似值通常就足够了 ， 因此可膨胀装置152提供的作用力F通常在与期望的轨道相关的方向上。 校准部分46对牙齿100的轨道进行不停的调整，校准部分46的成形让齿 尖160，进而让牙齿IOO都沿着要求的方向移动。因此，作用力F优选包含 一个沿着z轴在牙龈附近作用于牙齿100的分力，以及另一个沿着x方向、 指向校准元件46以便让牙齿保持沿着校准元件46的轨迹。特别是， 一旦
牙齿达到位置100'但牙齿100的取向不正确时，由第二面134的可膨胀装 置152所产生的对下游端部44的持续的推动力将最终作用在下游端部44 的第二面上，以便完全符合位置100，，例如，通过围绕q轴进一步旋转牙 齿100。因而，弹簧52被设计成即便牙齿100达到要求的位置IOO，也能够 继续提供推力，通过增加压力、影响可膨胀装置152进行更大程度的膨胀。 或者，弹簧52可以设计成当牙齿100达到所需位置100'时就停止推动牙齿 100，例如通过比如限制压力，进而限制膨胀装置的膨胀。而且这种情况是 充分计算了方向A以便到达最终位置的情况。
优选的是，可膨胀装置152设计成至少在牙齿100到达位置IOO，之前 可以提供一个在强度和方向上都完全恒定的力。因此，如图9A和9B所示， 可膨胀装置采用气球180或类似的形式，具有折叠型的构造，使得膨胀主 要沿着气球的纵轴170。另外，如图11A、 IIB所示，气球180，会发生偏移 以便膨胀后该气球会向上方稍有弯曲。或者，如图IOA、 10B所示，气球 195的前缘190或其它部分可以形成一个比其中的其他部分191更小的壁 厚，以便使气球膨胀，进而定向由气球的膨胀部分提供的作用力。
此外，建造上游端部42以便在所需方向上尽量地限制可膨胀装置的膨 胀，因此可以包含图7A 7C所示的形式。换句话说，靠近上壁47的上游 端部42的部分42'与可膨胀装置的侧面151靠着的上游端部42的另一个部 分42"相比，可能值得考虑地更加接近于处在最初位置的牙齿100。
当可膨胀装置152处于放气形态时，这允许矫正器210'根据牙齿100 被期望的样子安装且移动，这样也可以理想地使用，作为日间正畸矫正器， 优选作为夜间正畸矫正器，特别是在嘴巴不吃、不喝或可能也不说话时使 用。
或者，可膨胀装置可以被任何其它适当的可膨胀或可替代的装置代替， 加以必要的变通，这是可以替代的，从与可膨胀装置152放气形态相应的 最初位置到与可膨胀装置152的充气形态相应的伸展位置。该可膨胀装置 可以包含，例如一个能够如所述被替代的活塞排列。因此，活塞相对于牙 齿100的方向和作用力可控。该活塞可以被一种流体驱动，例如空气或其 它气体，或者是水或其它的液体。因此，可以是液压式操作或气压式操作。 或者，该活塞可以被机械装置驱动，例如我用的马达和螺旋起重机械，或 者，还可以借助像螺线管或类似的电力装置。或者，该活塞可以被任何其 它提供所需的伸展和收縮形态的机械或安排取代。例如， 一种包含一个连
接于牙齿第一面132的磁性元件的可替代元件形式的可膨胀装置。那么第 二个磁性元件就可由单元40提供，其中第一和第二磁性元件相互间具有相 似的极性，提供一种推动牙齿沿着其轨道的搏动磁动力。另外，该第二磁 性元件采用电磁铁的形式，控制其作用力和方向可提供一个恒定的力、一 个搏动的力，等等。
牙托30依靠多个单元40的供力装置所产生的作用力而与弓形物或口 腔具有固定的关系，上述作用力一起发挥作用使得牙托30牢牢地顶住牙齿 100。安装有牙托30的下颚可以包含很多个不需要移动的牙齿，因此根据 每个这样的牙齿，牙托30可包含一个高分子外壳295，其具有一个接受并 且有弹性地抓住不动的牙齿的洞。因此，该外壳295为牙托30提供了锚定 点。另外，为了让牙托30和口腔保持一种固定的关系，还可以提供一个基 底部分(未示)。该基底部分适于位于或安装于颚下或者处于舌头与牙龈的 龈缘之间嘴的底部，这取决于矫正器210是相应地用于上弓还是下弓。这 种基底部分可以作为一个锚定点发挥作用、提供一个固定的基准，并且可 由外部轮廓与在使用矫正器时适于安装的口腔部分互补的丙烯酸集合体构 成。图5C所示的单元40中，下游端部44可与基底部分相连。在上游端部 处于舌头侧面的其它单元中，上游端部可与基底部分相连。另外，牙托30 可以与这种基底一起被一体地制作，或者这两个部分单独制作后再被粘结 或用其他方式连接在一起。
单元40的几何形状、特别是校准部分46和下游端部44的形状是经过 设计的，单元40可以根据该设计制造，如下所述。
参照图13，在第一步310，确定病人的包括牙齿100及相邻牙齿在内 的齿列的三维(3D)结构，优选牙齿IOO所处颚的整个齿列，并且提供数 字化形式。这可以通过任何方式完成。例如，可以利用包括X-射线、CT、 MRI在内的本领域公知技术，利用直接接触的方法，或者利用如光学探针 的非接触方法对口腔进行扫描、拍摄。或者，利用本领域成熟的技术获得 病人牙齿的负模，其用于制备适于扫描或拍摄的正模。或者，负模本身被 扫描或拍摄。三维数据应该与由牙齿100组成的整个齿列或一部分齿列相 关。通过这种扫描和拍摄获得一个数字化的数据集DS1在本领域也是公知 的，不再进行详述。该数字化的数据集DS1是可处理的，这允许使用一台 适当的计算机进行下一步。
在下一步320中，数据集DS1被处理以提供一个包含最终的数字化数
据集DS2的最终牙齿排列，在DS2中每个牙齿100都位于期望的位置100f， 例如如US5， 975,893所述，其内容的全部被包含在此。实质上，扫描的齿 列中的单个牙齿的3D数据，即DST是相互独立的，使用者利用规律或计 算、或者依据正畸学家的描述，在目视的外观基础上，重新定位每个牙齿 的DST数据。
在下一步骤330中，根据最初数据集DS1和最终数据集DS2，描绘并 决定每个牙齿100的最初位置和最终位置之间的3D轨道或路线。该3D路 线DSP表现为一个平面，该平面包着对每个牙齿100从最初位置移至位置 100'的3D描述的位置。这个路线也可以看作是每个牙齿100在向位置100， 移动时独立地在3D空间"挖出隧道的"路线。这种确定包括确保该路线不 会对齿列中的其它牙齿的配置造成不良影响。每个牙齿的最终位置100'通 过可能的最短路线达到，也与允许弓形物中的其它牙齿以一种优选的方式 移动相一致。
在步骤325中，将DS2对应于第二面134的部分，在此作为DS2P，为 每个单元40、为下游端部44提供3D数据以及几何形状。在步骤335中， DSP数据中的一部分将与校准部分46的内部几何形状相符。为了每个单元 40，上游端部42的几何形状可以根据如弹簧52、可膨胀装置152之类的供 力装置的位置建立，例如，需要何种类型的弹簧或气球，以及其它应该考 虑到的因素或要素需要被确定。在步骤315中，为每个单元40可以建立上 游端部42的一个数字化的描述DSU。
接着，为了每个独立单元，集成数据集DS2P、 DSPP、 DSU，以提供 一个数据集DSC—每个单元内表面的代表性数据集DSC。对于不需要移动 的牙齿，与最初数据集DS1里的DSM相应的数字化数据将大量地与最终 的数字化数据集DS2相一致，并且在步骤340中获得数据集DSM。
在步骤350中，每个单元40的数据集DSC和每个不需要移动的牙齿 的数据集DSM (当每个牙齿都包含在弓形物中时)被组合，以便提供一个 覆盖牙托30的最初几何形状的数据集DSCC，歩骤360。
每个单元40的外表面的几何形状通常并不是特别重要，更为重要的是 其光滑并且最小程度地干扰口腔。通常，单元40具有基本一致的厚度。因 此，牙托30的外部形状可以通过以期望的厚度外部地取代由DSCC定义的 表面计算出。
提供诸如弹簧52或可膨胀装置152等供力装置的位置，也是可能的。
例如，在每个里面，使用在该处建立的数据集的各个单元40中。为此，可 以编制一个根据牙齿100确定一个作用力的方向和作用点的合适的程序， 以便提供达到位置100'所需的位移。由供力装置提供的作用力的方向可以 被假设成恒定的。或者，该作用力的方向可以移动，当供力装置，如弹簧
被拉伸或可膨胀装置被充气，在单元40内。而且这可以通过使用恰当的数
学或数字工具得到补偿。根据所使用的弹簧或可膨胀装置的类型，该程序
然后可以确定单元40中弹簧的锚定点51。
因此，根据图1，牙齿100目前的位置是首先要被测量的，而且每个牙 齿的期望位置100'也要被确定，根据图4，为每个需要移动的牙齿100设计 独立的单元40。对于不需要移动的牙齿290，可以设计一个具有与牙齿的 面颊/唇面和舌面相对应的上游端部和下游端部的单元295，而且因此没有 校正部分。
然后，可以使用C1STC加工方法制造矫正器210，例如，其中牙托30 可以被间接(例如通过使用CNC技术制造模具)或直接地制造，通过对适 当的材料进行任何恰当的材料移动操作。
或者，使用其它方法制作牙托30。例如，可以使用原型速成技术制作 牙托30，例如根据立体印刷机器，如可以从3D系统Valencia、 Califomi获 得的SLA-250/50模型。液体或非固化树脂被固化成3D形式，其可以从非 固化液体或树脂中分离出来形成每个单元40内表面的一个正模，这里也适 用于已经接收到3D数据集DSCC的外壳295。牙托30的外表面的模具也 以与所述内表面相似的方法制作，加以必要的变通，并且使用注射技术从 内部和外部的模具获得牙托30。
一旦牙托30做成，可以使用任何适合的技术将弹簧52安装在每个单 元40中。或者，单元40可以与供力装置一体地形成，例如一个一体的弹 簧52或一个一体的气球，或类似的，适合时。或者，供力装置可以暂时地 保存在制造牙托30的正模中，弹簧或可膨胀装置或者其他可膨胀装置则被 锚定在相应的单元40中，并与正模一起铸造或形成。
应该注意的是，在使用上述数字/计算机模拟方法及技术有利地确定下 游端部44和校准部分46的几何形状以及每个单元40的整个内表面的几何 形状时，利用非计算机基础的技术，如包括手工的方法提供要求的三维几 何形状，也是可能的。当从其中的设计开始制造本发明的矫正器时，数字/ 计算机方法优先于手动的方法，两类方法均包括在本发明的范围内。
如图12所示，本发明的第二实施例包括在此描述的所有第一实施例的 元件和特征，不同之处在于，加以必要的变通。在第二实施例中，命名为 10的矫正器适于作用在单个牙齿上。牙齿100的位置是要首先测定的，然 后通过与第一实施例中所描述的对单个牙齿100的相似方式决确定牙齿的
期望位置100'，加以必要的变通。通过与所述单元40相似的方式设计独立 的单元240，包括一个弹簧，加以必要的变通。优选的是，这种单元240包 含由相对于牙龈的各个侧壁248构成的边界249，其连接于上游端部242和 下游端部244以便充分地将牙齿100的暴露的部分包住，防止异物从暴露 的部分进入并影响牙齿的移动。
优选的是，如图12所示，矫正器10可以包含一个以一对高分子外壳 60的形式存在的基底部分，每个高分子外壳都有一个可以接受和弹性地抓 住相邻于牙齿100的牙齿的空洞。该外壳60被粘合在单元240上或与单元 240 —体地制作，以便相对于期望的位置100，校准下游端部244。
如图14的流程图所示，单元240的内部几何形状可以通过与第一实施 例所述的相似方式获得，加以必要的变通，不同之处在于，图14设计了一 个独立的单元240，而图13设计了很多单元40。在图14中，与图13所示 步骤相似的步骤被给出，以参比数字100替换(例如，步骤410在功能上 相似于步骤310)。而且，在步骤480中，可以通过DS1、 DS2和DSP决定 边界249的几何形状，以便其不会对牙齿100的移动或相邻的牙齿造成干 扰，并且一个相同的数字化描述DSS被创建，并被并入数据集DSC。
在之后的权利要求中，仅为了方便提供被用来指定要求步骤的字母数 字符号和罗马数字，并非指运行这些步骤的任何特定顺序。
最后，应该注意的是，整个所附要求中的术语"包含"可以被解释为 "包括但并不限于"。
根据本发明所显示和揭示代表性实施例，可理解为在不脱离本发明主 旨的范围内很多改变可以在其中进行。
权利要求
1.一种正畸矫正器，其用于校正口腔中一个或多个牙齿，至少由一个或多个导向单元构成，该各个导向单元适于沿着预设轨道推动特定的牙齿，其特征在于，所述各个导向单元包含在至少与所述轨道有关的方向上推动相应牙齿的供力元件、当被所述供力元件作用时适于沿着所述轨道引导牙齿的导向结构。
2. 权利要求l所述的矫正器，其特征在于，对于所述的每个导向单元， 所述导向结构包含连接于所述单元上游未端和下游未端的导向单元。
3. 权利要求2所述的矫正器，其特征在于，所述下游未端构成了所述 导向装置的一部分。
4. 权利要求1所述的矫正器，其特征在于，所述导向元件采用至少与 所述牙齿的齿尖的预设轨道的轨迹互补的形式。
5. 权利要求4所述的矫正器，其特征在于，所述导向元件包含在所述 牙齿沿着所述轨道被推动时适于紧靠所述齿尖的上节。
6. 权利要求5所述的矫正器，其特征在于，所述导向元件还包含根据 所述上节而定的侧壁。
7. 权利要求2所述的矫正器，其特征在于，还包含在所述导向单元中 提供适当磁场的磁性元件。
8. 权利要求7所述的矫正器，其特征在于，所述磁性元件包含一对安 装在所述导向单元中或与所述导向单元成为一体的磁性相反的磁铁。
9. 权利要求8所述的矫正器，其特征在于，所述磁铁在所述上游未端 和所述下游未端上各具有一个。
10. 权利要求2所述的矫正器，其特征在于，所述供力元件包含至少一 个弹簧，悬挂在所述上游未端且在用于接触所述牙齿面的自由端上具有推 动部件。
11. 权利要求10所述的矫正器，其特征在于，所述弹簧为片弹簧。
12. 权利要求10所述的矫正器，其特征在于，所述弹簧适于至少在所 述轨道的通常方向上提供作用力，且指向所述的上节。
13. 权利要求10所述的矫正器，其特征在于，所述弹簧适于至少在所 述牙齿到达所述下游未端之前提供一种实质上持久的作用力。
14. 权利要求2所述的矫正器，其特征在于，所述供力元件包含至少一个可伸展元件，其一端与所述上游未端相连，且在自由端具有压力面，以 便接触所述牙齿的一个面，所述可伸展元件可以从收缩的位置伸展到至少 能够接触牙齿的展开位置。
15. 权利要求14所述的矫正器，其特征在于，所述可伸展元件包含一 个可膨胀元件。
16. 权利要求15所述的矫正器，其特征在于，所述可伸展元件的形式 为气球。
17. 权利要求16所述的矫正器，其特征在于，所述气球适于至少在所述轨道的通常方向上提供作用力，且指向所述的上节。
18. 权利要求17所述的矫正器，其特征在于，所述作用力在至少所述 矫正器的部分操作过程中相对恒定。
19. 权利要求17所述的矫正器，其特征在于，所述作用力在至少所述 矫正器的部分操作过程中以搏动的方式提供。
20. 权利要求17所述的矫正器，其特征在于，所述作用力至少在所述 牙齿到达所述下游端部之前完全恒定。
21. 权利要求2所述的矫正器，其特征在于，所述供力装置包含至少l 个具有连接于所述上游未端的磁性元件以及接触所述牙齿的一个面的第二 磁性元件的可替代元件，所述可替代元件可以从收縮的位置被替代为能够 取代所述牙齿的展开位置。
22. 权利要求21所述的矫正器，其特征在于，所述可替代元件适于至 少在所述轨道的通常方向上提供作用力，且指向所述上节。
23. 权利要求22所述的矫正器，其特征在于，所述作用力在至少所述 矫正器的部分操作过程中相对恒定。
24. 权利要求22所述的矫正器，其特征在于，所述作用力在至少所述 矫正器的部分操作过程中以搏动的方式提供。
25. 权利要求22所述的矫正器，其特征在于，所述作用力至少在所述 牙齿到达所述下游未端之前完全恒定。
26. 权利要求l所述的矫正器，其特征在于，至少一个所述导向单元适 于向舌的方向上推动牙齿。
27. 权利要求l所述的矫正器，其特征在于，至少一个所述导向单元适 于在向面颊/唇部的方向推动牙齿。
28. 权利要求1所述的矫正器，其特征在于，还包含适于安装在不需要移动牙齿上的固定单元并保持所述牙齿处于其最初位置，而其它牙齿则被 所述导向单元校准。
29. 权利要求1所述的矫正器，其特征在于，所述导向结构包含由所述牙齿向所需最终位置移动的3D数字模拟获得的内部几何形状。
30. 权利要求l所述的矫正器，其特征在于，由适当的刚性或半刚性材料制成。
31. 权利要求l所述的矫正器，其特征在于，由丙烯酸树脂等制成。
32. 权利要求1 31任一项所述的矫正器，其特征在于，采用适于安装 在所述口腔的弓形物的U型牙托的形式，所述牙托根据所述弓形物中需要 通过所述矫正器校准的牙齿包含一个或多个所述导向单元。
33. —种用于校准口腔内的一个或多个牙齿的方法，其特征在于，包括 以下步骤(a) 提供一个牙齿从最初位置到最终位置的预设轨道；(b) 限制牙齿沿着所述轨道移动；(c) 提供一种至少在所述轨道的通常方向上推动牙齿的适当作用力。
34. 权利要求33所述的方法，其特征在于，所述作用力由适当的弹簧 提供。
35. 权利要求33所述的方法，其特征在于，所述作用力由可替代元件 提供。
36. 权利要求35所述的方法，其特征在于，所述作用力由可伸展元件 提供。
37. 权利要求36所述的方法，其特征在于，所述作用力由可膨胀的元 件提供。
38. 权利要求33所述的方法，其特征在于，所述作用力相对恒定。
39. 权利要求33所述的方法，其特征在于，所述作用力由搏动的方式 提供。
40. 权利要求33所述的方法，其特征在于，所述作用力至少在所述牙 齿到达最终位置之前实质上是恒定的。
41. 权利要求33~40任一项所述的方法，其特征在于，歩骤(b)包含 提供具有适于牙齿沿着所述轨道限制性移动的导向元件的校准结构。
42. 权利要求33 40任一项所述的方法，其特征在于，步骤(a)包含 下述步骤(i) 提供包含处于最初位置的所述牙齿的齿列的最初3D数字模型；(ii) 处理所述第一 3D数字模型，提供包含所述齿列的牙齿被期望的 最终排列的第二 3D数字模型；(m)对于被校准的每个牙齿，描绘从步骤(i)位置至步骤(2)位置的牙齿轨道的数学表示。
43. 权利要求33所述的方法，其特征在于，其中至少一个牙齿在向舌 的方向上被推动。
44. 权利要求33所述的方法，其特征在于，其中至少一个牙齿在向面 颊/唇部方向上被推动。
45. 权利要求33所述的方法，其特征在于，其中至少一个牙齿不被移动。
46. 权利要求42所述的方法，其特征在于，使用计算机辅助设备进行 步骤(i) ~步骤(iii)。
全文摘要
本发明提供用于将一个或多个牙齿移动至期望位置的正畸矫正器及正畸法。每个需要移动的牙齿在被适当的供力装置推动时，限制性地由最初位置沿着预设路线移动至最终位置，所述供力装置提供一种引发各单个牙齿移动的动力，包括平移和旋转。
文档编号A61C7/08GK101175452SQ200580049145
公开日2008年5月7日 申请日期2005年3月21日 优先权日2004年3月25日
发明者奥瑞特·纳达维 申请人:迪罗奥赛设计有限公司