用于制作牙科器具或壳体的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请是2016年8月5日提交的美国专利申请第15/230,251号的继续申请，其要求于2015年10月7日提交的美国临时申请第62/238,539号的优先权的权益；并且还要求于2015年10月7日提交的美国临时申请第62/238,539号的优先权的权益，这两个申请通过引用的方式以其整体并入本文。

发明领域

本发明涉及用于制作牙科器具的方法和装置。更具体地，本发明涉及用于在自动化过程中并利用单个机器形成和切割用于制作口腔器具的模具的方法和装置。

发明背景

按照惯例，牙套使用通过线材连接的托槽以促进牙齿移动，但是更多的人成功地利用被称为矫正器(aligner)的透明的正畸设备，该矫正器是在牙齿上滑动的一系列紧密配合的定制的保持器。一旦牙医或正畸医生决定如何纠正患者的咬合，他们制定用于移动牙齿的计划。然后为患者定制轻修调整以在治疗时间内移动牙齿的多个方案。矫正器由透明塑料或丙烯酸材料制成并紧贴在牙齿上，但是可以为了饮食、刷牙和用牙线洁牙而被移除。患者每隔几周就会佩戴新的矫正器，以便继续使牙齿移动到期望位置。

使用不可见的牙齿矫正器的治疗时间基于需要移动或旋转牙齿的程度。患者咬合偏离的越厉害或牙齿越歪，则它将花费的时间越长。治疗通常要花费10至24个月。成年人在作为孩子戴着牙套可能需要牙齿矫正器至少10周。

惯常的矫正器通常是在远离牙科诊所的中心实验室制作的，并且这样的系统造成延迟并且不能为患者提供实时的即时治疗。此外，矫正器的制造是耗时的并且在制作用于创建矫正器的模具以及矫正器本身时需要多个步骤。

因此，仍然需要成本有效的系统，其能够直接在牙科诊所位置处对模具和矫正器进行建模和制作以提供实时的即时治疗。

发明概述

公开了用于通过接收牙齿的数字模型、确定切割环路路径(cuttinglooppath)并且将悬垂壁(drapewall)应用于切割环路以在具有内牙弓曲线和外牙弓曲线的牙科模具中生成简化的牙齿基座来切割和修调牙齿模具和口腔器具的系统和方法。口腔器具可以形成在牙科模具上并且可以使用跨内牙弓曲线和外牙弓曲线的单次扫过运动来应用切割器。

该系统能够以容易的方式切割和修调牙齿模型。该系统通过允许从一个阶段到下一个阶段的特定移动而允许治疗专业人员在每个阶段的严密控制。该系统由于悬垂壁的简化而能够快速且有效地形成矫正器。cnc机器可以将每个壳体制造作为用于牙齿移动的多个阶段的定制设备。如果需要的话，可以使用便宜的2d切割机器来切割/修调模具。此外，可以用最小的力从全压式模具移除所得到的口腔器具(矫正器、壳体等)，从而降低因过度的移除力而导致的壳体撕裂的风险。

通常，用于形成口腔器具的方法的一个实施方式可以包括：接收患者的牙列的数字模型；计算模型上的基于规则的切割环路路径，用于确定用于修调复制患者的牙列的模具的路径；在模型上自切割环路应用悬垂壁以降低模型的复杂度；确定切割器械相对于模具的位置以修调模具；基于悬垂壁和切割器械的位置生成计算机数字控制代码；以及基于所生成的计算机数字控制代码来制作模具。

用于形成口腔器具的方法的另一个实施方式通常可以包括：接收患者的牙列的数字模型；计算模型上的基于规则的切割环路路径，用于确定用于修调复制患者的牙列的模具的路径；在模型上自切割环路应用悬垂壁以降低模型的复杂度；确定模型的基座的预定高度；生成模型的计算机数字控制代码；以及基于所生成的计算机数字控制代码来制作模具。

附图简述

以下对本发明的具体实施方式的附图的描述本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本教导、它们的应用或用途。在所有附图中，相应的参考数字指示类似或相应的部件和特征。

图1示出了用于制作口腔器具的示例性过程。

图2和图3示出了在口腔器具的数字模型上限定相对的点之间的修调线的示例性过程的侧视图。

图4示出了形成有一个或更多个狭槽以促进制造的口腔器具的俯视图。

图5示出了安装在用于进行制造的基座上的口腔器具的侧视图。

图6示出了口腔器具的侧视图以及器具可以平移和/或旋转以促进器具修调的一些方向。

图7示出了可以用于修调口腔器具的切割设备的俯视图以及切割设备可以被铰接的一些方向。

图8示出了口腔器具和用于进行制造的切割设备的俯视图。

图9示出了固定至基座以用于进行处理的口腔器具的侧视图。

图10示出了用于激光切割用于口腔器具的物理模具的示例性过程。

图11示出了形成有加工空腔以促进口腔器具的铰接的口腔器具的侧视图。

图12示出了具有形成为促进通过空气或气体流移除器具的区域的另一口腔器具的侧视图。

图13示出了用于促进移除口腔器具的示例性过程。

图14示出了具有形成为促进通过楔形移除构件对其进行移除的空腔的另一种口腔器具的侧视图。

图15示出了用于促进通过楔形移除构件移除口腔器具的示例性过程。

发明详述

将参照具体实施方式描述本发明，但是本发明不限于此，而仅由权利要求限制。权利要求中的任何参考标记不应当被解释为限制其范围。

如本文中所使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括单数指示物和复数指示物这两者。

本文中所使用的术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由...组成”与“包括(including)”、“包括(includes)”或“包含(containing)”、“包含(contains)”同义，并且是包含性的或开放式的并且不排除另外的未进行说明的构件、元素或方法步骤。当提到所记载的构件、元素或方法步骤时，术语“包括(comprising)”、“包括(comprises)”和“由...组成”还包括“由”所述所记载的构件、元素或方法步骤“构成”的实施方式。

此外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分类似的元件，除非另有说明，否则并不一定用于描述顺序或时间顺序。将理解的是，这样使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文中所描述的本发明的实施方式能够以除了本文中所描述或示出的其他顺序进行操作。

在本文中提到诸如参数、量、持续时间等的可测量值时所使用的术语“大约”意味着涵盖特定值的或来自特定值的+/-10％以下、优选地为+/-5％以下、更优选地为+/-1％以下且仍更优选地为+/-0.1％以下的变化，只要这样的变化适合于在所公开的发明中执行。将理解的是，还具体地并且优选地公开了修饰语“大约”所指代的值本身。

通过端点所记载的数值范围包括包含在相应范围内的所有数字和分数以及所记载的端点。

本说明书中所引用的所有文献都由此通过引用的方式以其整体并入。

除非特别声明，在公开本发明时所使用的包括技术术语和科学术语的所有术语具有如此发明所属领域的普通技术人员惯常理解的含义。借助于进一步的指导，包括用于在说明书中所使用的术语的定义以更好地理解本发明的教导。提供本文中所使用的术语或定义仅仅是为了帮助理解本发明。

贯穿本说明书中所提及的“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合实施方式所描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在贯穿本说明书的各个地方中出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定都是指相同的实施方式，但是可以指相同的实施方式。此外，在一个或更多个实施方式中，如对本领域技术人员来说从本公开明显看出的是，可以以任何合适的方式将特定特征、结构或特性进行组合。此外，如本领域技术人员将理解的，尽管本文中所描述的一些实施方式包括其他实施方式中所包括的一些特征但不包括其他特征，但是不同实施方式的特征的组合意味着处于本发明的范围内，并且形成不同的实施方式。例如，在下面的权利要求中，可以以任何组合使用任何要求保护的实施方式。

在制作用于治疗患者牙列中的错位咬合的口腔器具或牙科器具中，口腔器具可以通过例如热成型或三维(3d)打印技术初始形成。一旦形成，口腔器具可能需要进一步处理以修调多余的材料以确保与患者良好的配合。但是，修调这个多余物通常是一个耗时的过程，这在形成器具之后需要单独的步骤。

在一个实施方式中，口腔器具的形成和切割可以在自动化过程中并且用单个机器完成。通常，患者的扫描牙列可以被用来创建牙列的一个或更多个模具，其中每个后续模具被配置为随后遵循用于纠正牙列中的错位咬合的一个或更多个牙齿的纠正路径。一个或更多个模具中的每一个可以被用作用于在模具上热成形或3d打印对应的口腔器具的模具。所得到的口腔器具可以被依次使用来移动牙列以纠正错位咬合。

图1示出了用于利用计算机化或计算机数字控制(cnc)制作口腔器具的示例性过程。典型的cnc系统和端到端的部件设计使用计算机辅助设计(cad)和计算机辅助制造(cam)牙科软件而是高度自动化的。该过程通过将受试者的牙列的下牙弓和上牙弓的数字模型加载10到具有处理器的计算机系统中而开始。这可包括捕获患者牙列的表面例如外部轮廓的3d表示，以校正一个或更多个错位咬合。出于此目的，可以使用3d扫描仪(例如，手持式激光扫描仪)来扫描受试者，并且然后可以使用所收集的数据构造受试者的身体部位的数字的三维模型。可替代地，可以由技术人员或医生通过扫描受试者或其部位来提供患者特定的图像。这样的图像然后可以被用作或被转换成受试者或其部位的三维表示。

随着受试者的牙列的数字模型被加载到计算机系统中，该过程然后计算数字模型上的基于规则的切割环路路径12，以确定cnc机器可以跟随其以修调在其上制作了口腔器具的模具的路径。一旦已经确定了切割环路路径，则该过程然后可以通过应用从切割环路路径朝向模具模型的底部(例如，远离器具的与牙齿接触的部分并且朝向器具的朝向牙龈延伸的部分)数字延伸的(如下面进一步详细描述的)悬垂壁来降低模型的复杂度14。悬垂壁通过限定口腔器具的可以被忽略的区域而起作用，因为这个部分将被移除或修调。

然后可以使数字模型相对于参考平面围绕其中心旋转，以便计算在实际修调过程期间可以应用的(相对于参考平面的)切割刀片倾斜角和刀片高度16。利用这些信息，可以基于将被使用的阶段配置生成将被发送至cnc机器的代码18。在加工过程中将被使用的物理模具基座可以被修调，并且一个或更多个锚固特征可以被整合到模具基座中以固定可以用于将口腔器具固定到模具基座的保持夹具20。然后可以将所完成的数字模型导出为例如3d打印机可接受的模型22，用于打印口腔器具或可在其上形成口腔器具的模具。

图2和图3示出了作为示例的示出牙齿30和牙龈32的患者牙列的数字模型的一部分的侧视图。如上面的图1中所示，在计算基于规则的切割环路路径12时，患者牙列的扫描图像可以被处理以识别牙齿与牙龈32之间的交界区域。一个或更多个标记34、36可以在这些交界区域处数字地放置在模型上，使得标记34、36在模型上彼此相对。然后边界或修调线42可以被限定为在标记34、36之间延伸，使得修调线42跟随牙齿与牙龈之间的边界。利用在模型上标识的修调线42，彼此平行并且例如相对于彼此均匀地间隔开的一系列垂直线38、40可以形成为从修调线42开始并且延伸远离修调线42并且在直线路径上远离牙列。由修调线42下方(即，远离牙列或与牙列相对)的垂直线38、40形成的基座区域44可以被标识并被划定为将从模具移除的区域。

为了确保包括基座区域44的模具的高度不会过度地拉伸形成口腔器具的材料，该系统可以用于确定(相对于修调线42和器具30的)最低点以用于修调在这个所识别出的最低点正上方的整个模具。在一个实施方式中，修调可以以最低识别点上方的预定裕度(例如，2毫米)来完成。基座区域壁也可以基于基座区域壁的高度稍微渐缩，使得基座区域44的宽度从邻近于修调线42的较大宽度逐渐减小到远离修调线42的相对较小的宽度。在图3的侧视图中示出了由牙列(或纠正牙列)形成的所得到的模具，其中基座区域44具有预定裕度(例如，2mm)的最小高度。

一旦模具已经形成具有基座区域44，则模具可以进一步被处理。在图4中示出了成型的模具50的仰视图，其中狭槽52、54形成在模具50的表面56中，在进一步的处理过程期间，工具或锚可以插入其中用于将模具50固定就位。例如，图5示出了沿着其交界表面56固定并且通过狭槽52、54锚固到平台60的表面62的所制作的模具50的侧视图。图6示出了一种构造，其中保持用于压力成型口腔矫正器的物理模具50的平台60可以被定位成倒置的，即，使得模具50如所示出的被保持在反转位置中。如在图6中所示，平台60可被安装或固定在台68上，该台可以被致动以在由台68和平台60所限定的平面内沿垂直方向64(向上/向下)或线性地66移动平台60和模具50，以促进模具50的切割或修调处理。台68还可以被致动以使平台60和模具50在由台68限定的平面内旋转70，使得台68围绕可以被对准以与模具50的中心轴线72共线的轴线旋转，如在图7中所示。

另一种构造可以将台68相对于可以相对于模具50和台68平移和/或旋转的刀片定位。该系统可以计算每个运动台参数，并且当模具50旋转移动时，根据需要可以使用刀片来切割或修调模具50。这可以包括围绕其中心旋转模型50并且如上所述的计算刀片倾斜角和刀片高度16。

又一种构造可以包括相对于固定刀片移动台68和模具50，使得在刀片的位置保持不变的同时，通过台68使模具50旋转、倾斜和/或平移。该系统然后调整不同的工具以在预先指定的切割路径上修调模具50。在这个或任何其他变型中，刀片可以包括机械刀片或激光切割工具，并且可以使用软件来计算激光焦点，以更容易地使源移回并且加强或减弱其功率以在所指定的位置处聚焦和切割模具50。

在用于处理模具的一个实施方案中，图8示出了定位在台上并相对于固定切割刀片80旋转的模具50的俯视图。模具50可以被固定到下面的平台和台上并且在平台的平面内围绕其中心轴线72沿方向70旋转，该中心轴线可以与由台所限定的旋转轴线重合。如本文中所描述的，具有切割边缘82的切割刀片80可相对于模具以相对于模具50的预定高度和角度定位，以在模具旋转时修调模具50。

在这个变型中，该系统并不生成复杂的3d切割曲线，而是通过可选地设置水印切割平面来简单地使用2d平坦曲线。其优势是不需要数字控制器来切割模具。相反，如所示出的，模具50可以通过手而简单地放置并旋转(例如，手动或自动)，以将它推送穿过或经过切割刀片80。这个动作可类似于用圆周运动而不是直线或线性运动来切割木板。

这种构造的另一个优势是能够利用单独的固定装置，该固定装置可以在放置在模具上之后，例如当热成型口腔器具时夹持形成口腔器具的材料。如果用于制作，由其热成型口腔器具的材料可以被直接固定，从而不需要模具自身上的又一个固定装置。一种实施方案使用二维(2d)激光切割工具，其可以用于沿着由投影到基座表面产生的水平轮廓线形成的平坦曲线进行切割。

图9示出了一个实施方式的侧视图，其中在模具50上热成形之后，利用塑料壳体模具92将模具50定位在平台60上方。模具50、平台60和壳体模具92的整体组件被安置在具有夹持固定装置的平坦的底部固定装置基座90上，该夹持固定装置在任一侧上具有一个或更多个夹板94、96以固定模具50和壳体模具92。固定装置组件可以用于固定壳体模具92以进行诸如修调的进一步处理。一旦已完成加工，则夹板94、96可以被释放并且壳体模具92和/或模具50可以从固定装置基座90移除。

在通过激光切割加工物理模具的情况下，在图10的流程图中示出的步骤可以在另一个实施方式中实现。如前所述，最初，下牙弓和上牙弓的数字模型可以被加载到系统中100。如上所述，系统然后可以计算用于2d切割系统的基于规则的切割环路路径102。同样如上所述，通过应用来自切割环路的悬垂壁可以降低模型的复杂度104。该过程在可以压印在模具上以划定边界的水印上方修调模具基座106。对于激光切割机，该系统可以使用垂直投影生成2d激光切割路径108，并且确定阴影的边界作为切割路径110。系统然后可以导出3d打印机模型112以供制作。对于用于制作对应口腔器具中的一个或更多个的每个后续模具，可以重复该过程。

无论如何修调模具或者在模具上如何加工口腔器具，由于缺少用于抓取模具的任何特征，故壳体(矫正器或口腔器具)与模具的分离和释放通常是困难的。为了解决这个问题，可以在模具120内的不同位置处并且可选地以相对于模具的法线方向成角度126钻出或以其他方式限定一个或更多个孔或空腔122，如图11的端视图中所示。成角度的孔或空腔122使得能够插入工具124，该工具可被定位在其内以提供用于释放和移除形成在模具120上的口腔器具128的反作用力。

在图12的端视图中示出了另一个实施方式，其示出了形成为具有孔或空腔132的模具130的端视图，该孔或空腔延伸穿过模具130的底部并且延伸至接近模具的顶部，即，患者牙列的模型所在的位置处。如本文中所描述，模具的薄层134可以在孔132上延伸以提供可以在其上制作口腔器具128的表面。然而，一旦口腔器具128的制作已经完成并适当地修调，适当尺寸的工具136的尖端138可以被插入到开口132中并且被推送穿过模具130的薄层134并且接触口腔器具的内表面，使得可以促使从模具130释放口腔器具128。可替代地，如通过详细视图d所示，工具136可以包括鼓风机，使得尖端138可以在开口132内被定位为邻近层134，其中通过尖端138引入的空气喷射流可以突破层134并且促使口腔器具128从模具130释放。

为了确保模具130在模具、口腔器具的制作期间或从模具释放口腔器具期间保持其强度，模具130可以可选地被制作成包括在模具130的表面下方的蜂窝、网格或其他多孔特征。通过由蜂窝或网格提供的增加的结构强度，层134可以被破坏或刺破并且仍然允许空气通过，但是模具130可以具有结构弹性以承受由在模具130表面上形成壳体产生的压力。

图13示出了如上所述的用于移除在模具上制作的口腔器具的流程图。如前所述，下牙弓和上牙弓的数字模型可以被加载到计算机系统中140。然后系统可以沿着模型识别用于工具插入的适当区域142。这样的区域可以远离牙列模型定位并且以便不妨碍在模具上制作口腔器具。系统可以通过由插入物限定通孔来修调模型144并且加固通孔，系统然后可以通过形成邻近于牙列被模制为网格或蜂窝构造的位置的孔的区域来重建孔区域146以在制作时为模型提供强度，但这仍允许空气通过由网格或蜂窝限定的开口。该模型可以包含接纳固定装置以在从模具移除口腔器具期间允许工具的插入和/或允许固定模具148。一旦模型已经完成，可以导出3d打印机可接受模型150。

图14在模具160的端视图中示出了用于促进从模具移除所制作成的口腔器具的又一个示例性实施方式。模具160可以形成为限定开口或通道162，该开口或通道从底部(例如，与模具的复制牙列的部分相对)朝向顶部(例如模具的复制牙列的部分，诸如咬合面)延伸穿过模具160。在这个实施方式中，锥形结构164可以形成为形成在模具160上的口腔器具172的一部分。锥形结构164可保持附接到口腔器具的内表面同时形成有锥形表面166，该锥形表面在开口或通道162内远离口腔器具172逐渐变化为较大直径结构。

锥形结构164一旦形成，则可呈现出软木塞状结构(cork-likestructure)，其有助于在制作和加工期间将口腔器具固定在模具160上。一旦口腔器具172完成并准备好从模具160释放和移除，则工具可以沿着如所指示的方向170被插入到开口或通道162中，并且被用于轻轻推压锥形结构164的底面以促使口腔器具172从模具160释放，直到锥形结构164沿如所指示的方向168从开口或通道162完全移除。一旦口腔器具172已被完全移除，则锥形结构164同样也可以从口腔器具172移除。

图15示出了如上所述的使用锥形结构164移除在模具上制作的口腔器具的流程图。如前所述，下牙弓和上牙弓的数字模型可以被加载到计算机系统中180。系统然后可以沿着模型识别用于工具插入的适当区域182。这样的区域可以远离牙列模型定位，并且以便不妨碍在模具上制作口腔器具。该系统可以通过由插入物限定通孔来修调模型184并且加固通孔，系统然后可以通过形成或插入锥形结构164(例如，反向软木塞型结构(reversecork-typestructure))来重建孔区域186。该模型可以包含接纳固定装置以在从模具移除口腔器具期间允许工具的插入和/或允许固定模具188。一旦模型已经完成，则可以导出3d打印机可接受模型190。

可以通过具有利用如本文中所描述的方法执行软件程序的一个或更多个处理器的计算机系统或机器部分地或全部地部署本文中所描述的系统或方法。软件程序可以在诸如服务器、域服务器、因特网服务器、内联网服务器的计算机系统以及诸如辅助服务器、主机服务器、分布式服务器的其他变型或其他这样的计算机或处理器上的联网硬件上执行。处理器可以是服务器、客户端、网络基础设施、移动计算平台、固定计算平台或其他计算平台的一部分。处理器可以是能够执行程序指令、代码、二进制指令等的任何类型的计算或处理设备，其可以直接或间接地促进存储在其上的程序代码或程序指令的执行。另外，执行如在本申请中所描述的方法所需的其他设备可以被认为是与计算机系统或服务器相关联的基础设施的一部分。

可以通过网络基础设施部分地或全部地部署本文中所描述的系统或方法。网络基础设施可以包括诸如本领域已知的计算设备、服务器、路由器、集线器、防火墙、客户端、无线通信设备、个人计算机、通信设备、路由设备以及其他有源和无源设备、模块或部件的元件。与网络基础设施相关联的计算设备或非计算设备可以包括除了其它部件以外的存储介质，诸如闪存、缓冲器、堆栈、ram、rom等。本文中和其他地方所描述的过程、方法、程序代码和指令可以由一个或更多个网络基础设施元件执行。

本文中所描述和绘示的包括整个附图中的流程图、顺序图和其他图的元素意味着元素之间的逻辑边界。然而，根据软件或硬件工程实践，可以通过具有能够执行存储在其上的程序指令的处理器的计算机可执行介质在机器上实现所绘示的元素及其功能，并且所有这样的实施方案可以在本文献的范围内。因此，虽然前面的附图和描述阐述了所公开的方法的功能方面，但是除非明确陈述或以其他凡是从上下文中清晰可见，否则不应从这些描述中推断用于实现这些功能方面的软件的特定布置。类似地，将认识到的是，上文所标识和描述的各个步骤可以是变化的，并且步骤的顺序可以适于本文中所公开的技术的特定应用。所有的这样的变型和修改旨在落在本文献的范围内。因此，除非具体应用需要或者从上下文明确地陈述或以其他方式清晰可见，否则对于各个步骤的顺序的描述或说明不应被理解为要求这些步骤的特定执行顺序。

因此，在一个方面中，上文描述的每个方法及其组合可以体现在计算机可执行代码中，当在一个或更多个计算设备上执行计算机可执行代码时执行其步骤。在另一方面中，该方法可以体现在执行其步骤的系统中，并且可以以多种方式跨设备分布，或者所有功能可以被集成到专用的独立设备或其他硬件中。所有这样的置换和组合旨在落在本公开的范围内的。

上面论述的设备和方法的应用不限于牙科应用，而是可以包括任何数量的另外的治疗应用。而且，这样的设备和方法可以应用于身体内的其他治疗部位。用于实施本发明的上述组件和方法的修改、作为可实行的不同变型之间的组合以及对于本领域技术人员来说显而易见的本发明的方面的变型都旨在处于权利要求的范围内。