正畸矫治器以及制造和使用该正畸矫治器的方法
【专利说明】正崎矫治器W及制造和使用该正崎矫治器的方法 巧001]相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年9月6日提交的第61/874,571号美国临时申请的优先权，其全部 内容通过引用而并入本文。 发明领域
[0003] 本发明主要设及正崎矫治器，更具体而言，设及金属正崎矫治器W及制造和使用 该正崎矫治器的方法。
【背景技术】
[0004] 正崎治疗通常设及将矫治器附着到牙齿上，或者将一矫治器贴附到另一预先被贴 附到牙齿上的矫治器上。施加于矫治器上的力于是被传递到牙齿上，从而移动牙齿。照此， 正崎矫治器代表了致力于改善病人牙列的矫正正崎治疗的主要部件。正崎矫治器可W包括 托槽、弓丝、钩、带环W及其他装置。
[000引用正崎托槽作为示例，正牙医生可W用粘合剂将正崎托槽粘到病人的牙齿上，然 后将弓丝禪接到各个托槽的槽内。弓丝在正崎托槽上施加弯曲或扭转应力，W产生修复力， 包括旋转、倾斜、挤压、内侵、平移和/或扭力，从而趋向于将牙齿置于所期望的、美观的位 置。传统的绑扎件，例如小弹性0环或者纯金属丝，可W被用来将弓丝保持在各个托槽的槽 内。由于在将单个绑扎件应用到各个托槽的过程中遭遇到的困难，已经研制出用于将弓丝 保持在托槽的槽内的自锁正崎托槽，通过依赖移动的部分或部件，例如円锁、夹具或者滑动 件，运种自锁正崎托槽消除了对绑扎件的需求。
[0006] 在正崎治疗的典型顺序中，小直径圆形金属弓丝被用于初步的牙齿移动，然后在 治疗的稍后阶段使用矩形金属弓丝。最后阶段可W设及使用矩形截面的弓丝，其中该弓丝 可W填充托槽中的槽。例如，最初可W使用小的圆形弓丝(例如，0.014英寸的直径），而当需 要扭矩对牙齿进行精确定位时，通常在治疗末期或接近治疗末期，可W引入矩形截面的弓 丝(例如，0.021英寸乘WO.025英寸）。因为其矩形形状使得其相对于各个托槽不会旋转，所 W该弓丝在牙齿上施加了扭力或正直力。因此，该矩形丝在邻牙之间略微扭曲。在治疗的中 期阶段可W引入其他不同尺寸的弓丝。
[0007] 当咬合不正十分严重时，由于一些原因，使用大截面弓丝进行治疗通常是不切实 际的。最显著的是，托槽的槽相互之间通常不是对齐的，从而在治疗的开始期间，弓丝必须 大幅扭转或者晓曲。因为大截面弓丝比小弓丝更容易遭受永久形变，所W最初的扭转或者 晓曲能够使大截面弓丝在治疗初期几乎无效。大的弓丝还会在治疗的最初阶段期间施加不 可预见的较大的力，运对于病人来说是十分疼痛的。至少因为运个原因，最初使用较小的弓 丝通常是必要的，然后随着治疗的继续进行，用更大截面的弓丝替换小弓丝。对于病人而 言，运意味着频繁的预约W及在"诊疗椅"中花费大量的时间。对于临床医生而言，运意味着 成本的增加W及治疗能力的降低。
[0008] 早期阶段的弓丝典型地由具有超弹性能的形状记忆合金（SMA)制成。当在特殊的 溫度范围被加热时，SMA会经历从马氏体相位到奥氏体相位的可逆的晶相转变。通常而言， 马氏体是柔软的且易延展，而奥氏体是刚性的和有弹性的。因为运两种相位提供了各自独 特的性能，所W在使用期间合金的溫度会根据马氏体和奥氏体的比例而指示出该合金的机 械性能。因此，在人体溫度下使用正崎矫治器时所呈现的相位，将决定矫治器的机械性能。
[0009] 就此而言，马氏体到奥氏体的相变开始时的溫度通常由As表示，称为"奥氏体相变 开始溫度"，而在加热后相变终了的溫度通常由Af表示，称为"奥氏体相变终了溫度"。在Af之 上，合金中稳定的相位是奥氏体相位。在冷却期间，奥氏体到马氏体的相变开始溫度通常由 Ms表示，称为"马氏体相变开始溫度"，而相变终了的溫度通常由Mf表示，称为"马氏体相变终 了溫度"。该可逆的相位变换允许SMA在某一溫度下发生形变，然后加热至升高的溫度，在该 升高的溫度下，SMA恢复其全部或者几乎全部的形变前的形状或原始的形状。儀铁基合金是 众所周知的形状记忆合金，并且是儀(Ni)和铁(Ti)的合金。例如，一种类型的儀铁基合金是 儀铁诺，儀铁诺是儀铁比大约为50/50的合金。
[0010] 此外，SMA往往展现超弹性能。超弹性源于在溫度处于或略高于Af时由应力诱导的 从奥氏体到马氏体的相位变换。当应变被减小或撤除时，会发生回到奥氏体的逆转。在正崎 学中使用的超弹性材料的应力-应变表现，充分利用了该相变，并且往往允许多达6%的应 变复原，运远远超过传统的不诱钢。
[0011] 当前的制造技术聚焦于预先定义的过程，运种预先定义的过程在制造正崎矫治器 期间控制合金的成分、合金的热处理W及被引入合金的应力。运些参数共同构成了变换性 能，即由SMA的溫度As、Ms、Af和Mf所限定的变换曲线的形状。
[0012] 虽然正崎矫治器已获得普遍成功，但是正崎矫治器的制造商还是不断地努力改善 其矫治器的性能。就此而言，仍需要能够在正崎治疗期间提供改善性能的超弹性的和/或形 状记忆的正崎矫治器。
【发明内容】
[0013] 本发明克服了正崎托槽的上述的W及其他的缺点和缺陷。虽然会连同一定的具体 实施方式对本发明进行描述，但是应当理解，本发明不限于运些【具体实施方式】。相反地，本 发明包括所有落入本发明的精神和范围内的替代选择、修改W及等同替换。
[0014] 根据本发明的原理，正崎矫治器包括：由形状化区合金制成的部分，所述形状巧区 合金具有由至少两种不同金属元素组成的基础合金成分；W及处理区域，所述处理区域具 有的合金成分减少了所述基础合金成分的金属元素中的至少一种金属元素。
[0015] 在一【具体实施方式】中，所述形状记忆合金是儀铁合金(NiTi),并且所述处理区域 的合金成分相对于所述基础合金成分减少了儀。
[0016] 在一【具体实施方式】中，所述形状记忆合金是铜铭儀铁合金(CuCrNiTi)，并且所述 处理区域的合金成分相对于所述基础合金成分减少了儀和/或铁。
[0017] 在一【具体实施方式】中，所述形状记忆合金是铜侣儀合金(CuAlNi )，并且所述处理 区域的合金成分相对于所述基础合金成分至少减少了铜。
[0018] 在一【具体实施方式】中，所述形状记忆合金是铜侣儀合金(CuAlNi )，并且所述处理 区域的合金成分相对于所述基础合金成分至少减少了侣。
[0019] 在一【具体实施方式】中，所述基础合金成分具有第一奥氏体相变终了溫度，并且所 述处理区域具有的奥氏体相变终了溫度比所述第一奥氏体相变终了溫度高。
[0020]在一【具体实施方式】中，所述部分形成弓丝、限位器、钩、牙冠、带环或者正崎托槽的 一部分。
[0021 ]在一【具体实施方式】中，所述矫治器是具有一定长度的弓丝，所述弓丝的长度从弓 丝的一端到另一端测量，并且其中所述部分包括沿弓丝长度的第一区段。
[0022] 在一【具体实施方式】中，所述弓丝包括形成第二区段的未处理区域，所述未处理区 域具有所述基础合金成分，并且所述第二区段与所述第一区段相邻。
[0023] 根据本发明的一方面，存在一种用于安置在牙齿上的正崎矫治器。所述正崎矫治 器包括：由形状记忆合金制成的主体，所述形状记忆合金具有由至少两种不同金属元素组 成的基础合金成分。所述主体包括侧壁，所述侧壁具有顶缘，所述顶缘限定用于接纳牙齿的 开口。所述侧壁进一步包括处理区域，所述处理区域减少了所述基础合金成分的金属元素 中的至少一种金属元素。
[0024] 在一【具体实施方式】中，所述主体进一步包括：内表面，所述内表面被配置成接触牙 齿，所述内表面包括所述处理区域。
[0025] 在一【具体实施方式】中，在处于或接近人体溫度的溫度下，所述内表面的处理区域 具有的延展性大于所述主体的未处理区域的延展性。
[0026] 在一【具体实施方式】中，所述内表面的处理区域被配置成当被压靠在牙齿上时产生 塑性形变。
[0027] 在一【具体实施方式】中，所述主体被配置成在不用粘合剂的情况下相对于牙齿保持 定位。
[0028] 在一【具体实施方式】中，在经受口腔溫度前，所述主体的至少一个截面尺寸大于牙 齿的截面尺寸。
[0029] 在一【具体实施方式】中，所述主体具有环形截面形状。
[0030] 在一【具体实施方式】中，所述主体被配置成当所述主体被加热至工作溫度时从增大 的变形状态转换至收缩状态。
[0031] 根据本发明的另一方面，存在一种用于安置在正崎弓丝上的正崎矫治器。所述正 崎矫治器包括：由形状记忆合金制成的C形主体，所述形状记忆合金具有由至少两种不同金 属元素组成的基础合金成分。所述C形主体被配置成晒合所述弓丝。所述C形主体包括:第一 相对部分和第二相对部分，在所述第一相对部分和第二相对部分在其之间限定开口；第= 部分，所述第=部分在所述第一部分和第二部分之间延伸并与所述开口相对;处理区域，所 述处理区域形成所述第一部分、第二部分和第=部分中至少一个的一部分，所述处理区域 减少了所述基础合金成分的金属元素中的至少一种金属元素。
[0032] 在一【具体实施方式】中，所述主体被配置成当所述主体被加热时在打开位置和闭合 位置之间进行转换，并且所述主体被配置成在所述闭合位置晒合弓丝。
[0033] 在一【具体实施方式】中，所述主体被配置成于加热期间在没有机械输入的情况下在 打开位置和闭合位置之间进行转换。
[0034] 在一【具体实施方式】中，所述处理区域沿着所述第一部分、第二部分或者第=部分 中至少一个的内表面被暴露在外。
[0035] 在一【具体实施方式】中，所述第一部分、第二部分或者第=部分中至少一个的内表 面包括至少一个肋部，所述肋部被配置成当所述肋部接触弓丝时发生塑性形变。
[0036] 在一【具体实施方式】中，所述至少一个肋部平行于所述主体的外围边缘。
[0037] 在一【具体实施方式】中，所述至少一个肋部横交于所述主体的外围边缘。
[0038] 根据本发明的另一方面，一种用于使弓丝与牙齿禪接的正崎托槽包括：由形状记 忆合金制成的托槽主体，所述形状记忆合金具有由至少两种不同金属元素组成的基础合金 成分。所述托槽主体包括弓丝槽和处理区域，所述弓丝槽被配置成将弓丝接纳于其中，所述 处理区域形成所述托槽主体的至少一部分。所述处理区域减少了所述基础合金成分的金属 元素中的至少一种金属元素。
[0039] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体进一步包括一体的绑扎件，所述绑扎件具有 打开位置和闭合位置，其中在所述打开位置，弓丝可嵌入所述弓丝槽，而在所述闭合位置， 所述一体的绑扎件被配置成防止弓丝脱离所述弓丝槽。所述正崎托槽为自锁正崎托槽，其 中所述一体的绑扎件包括所述处理区域。
[0040] 在一【具体实施方式】中，所述处理区域被配置成在正崎治疗期间展现超弹性能。
[0041] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体包括由基础合金成分组成的未处理区域，并 且所述未处理区域在正崎治疗期间不展现超弹性能。
[0042] 在一【具体实施方式】中，所述处理区域在低于口腔正常工作溫度的溫度范围内具有 形状记忆性能。
[0043] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体进一步包括由中屯、部分隔开的近中部分和远 中部份，近中部分、远中部分和中屯、部分每个均限定所述弓丝槽。所述中屯、部分包括一体的 绑扎件。
[0044] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体进一步包括由所述弓丝槽隔开的齿銀侧主体 部分和咬合侧主体部分。所述一体的绑扎件只从所述齿銀侧主体部分或咬合侧主体部分中 的一个延伸出来。
[0045] 在一【具体实施方式】中，所述一体的绑扎件呈现一体的绑扎夹具的形式，所述绑扎 夹具具有第一部分、第二部分和第=部分，其中第一部分在所述闭合位置延伸盖过所述弓 丝槽，所述一体的绑扎夹具在所述第二部分处与所述托槽主体一体形成，而所述第=部分 在所述第一部分和所述第二部分之间，至少所述第二部分包括所述处理区域。
[0046] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体进一步包括多个从所述托槽主体延伸出来的 连接翼。所述处理区域的至少一部分置于所述连接翼中的至少一个上。
[0047] 在一【具体实施方式】中，所述托槽主体包括多个处理区域。每个区域具有的合金成 分与所述基础合金成分不同。所述多个处理区域被配置成吸收源于所述托槽主体上的冲击 的震动。
[0048] 在一【具体实施方式】中，在口腔溫度下，多个处理区域中的每一个处理区域的马氏 体比奥氏体的比例都不同，并且，在一个或多个处理区域中，当经受作用在托槽主体上的冲 击时，奥氏体会转变为马氏体。
[0049] 根据本发明的另一方面，一种制造正崎矫治器的方法包括:将由形状记忆合金制 成的正崎矫治器暴露于能量源之中，其中所述形状记忆合金具有由至少两种不同金属元素 组成的基础合金成分。所述方法进一步包括：用能量源处理所述正崎矫治器的表面，W从包 括该表面的区域去除所述金属元素中的至少一种，从而形成处理区域，所述处理区域相对 于所述基础合金成分减少了至少一种金属元素。
[0050] 在一【具体实施方式】中，将所述正崎矫治器暴露于能量源之中的步骤包括:将由弓 丝、限位器、钩、牙冠、带环和正崎托槽所组成的组中的一种部件暴露于能量源之中。
[0051] 根据本发明的另一方面，一种使用由形状记忆合金制成的正崎矫治器的方法，其 中所述形状记忆合金具有由至少两种不同金属元素组成的基础合金成分，所述正崎矫治器 包括处理区域，所述处理区域具有的成分比所述基础合金成分减少了至少一种金属元素， 所述方法包括:将所述正崎矫治器储存在与口腔正常溫度不同的溫度下。所述方法进一步 包括:将所述正崎矫治器安装到病人的口腔内，由此所述处理区域的相成分与所述基础合 金成分的相成分不同。
[0052] 在一【具体实施方式】中，所述存储步骤包括在低于口腔正常溫度的溫度下存储。
[0053] 在一【具体实施方式】中，在安装之后和治疗期间，所述方法进一步包括:降低所述正 崎矫治器的溫度，W增大马氏体相对于奥氏体的比例，然后使包括所述冷却的处理区域的 一部分在内的所述矫治器发生塑性形变。
[0054] 在一【具体实施方式】中，所述正崎矫治器是带环或牙冠，将所述带环或者牙冠安装 到牙齿上会使所述处理区域发生弹性形变，并且所述安装不需要在所述带环或牙冠与牙齿 之间提供粘合剂。
【附图说明】
[0055] 附图结合到本说明书中并组成本说明书的一部分，附图连同下面给出的详细描述 一起展示了本发明的【具体实施方式】，并用来解释本发明的各个方面。
[0056] 图1是根据本发明一【具体实施方式】的正崎弓丝的透视图；
[0057] 图2是图1的正崎矫治器沿剖面线2-2的横截面透视图；
[0058] 图3是根据本发明一【具体实施方式】的正崎弓丝的正视图，该图示意性地展示了不 同的处理区域或区段；
[0059] 图4是根据本发明一【具体实施方式】的多个处理区域的扫描电子显微镜（沈M)显微 照片；
[0060] 图5是图1的包围区域5的透视图，该图示意性地展示了在一个处理区域或区段内 的多个处理区；
[0061] 图6是根据本发明一【具体实施方式】的一部分圆形弓丝的沈M显微照片，其中该圆形 弓丝用激光束处理过；
[0062] 图7用图表展示了弓丝的穿过图6中所示被激光束处理过的区域的合金成分变化；
[0063] 图8是弓丝的未处理区域的应变比应力图；
[0064] 图9是根据本发明一【具体实施方式】的、将图8中显示的弓丝的未处理区域与弓丝的 处理区域进行比较的应变比应力图；
[0065] 图10是根据本发明一【具体实施方式】的、将图8中显示的弓丝的未处理区域与弓丝 的处理区域进行比较的应变比应力图；
[0066] 图11是根据本发明一【具体实施方式】的、将图8中显示的弓丝的未处理区域与弓丝 的处理区域进行比较的应变比应力图；
[0067] 图12是晓曲比负载的图表，该图表将每个具有图9、10和11所示应力比应变关系的 处理区域的晓曲比负载与市售弓丝的两个区域的晓曲比负载进行比较；
[0068] 图13是根据本发明一【具体实施方式】的晓曲比负载的理论图，该理论图针对多次处 理之后的铜侣儀合金；
[0069] 图14A和14B分别是根据本发明一【具体实施方式】的已处理的矩形弓丝与未处理的 弓丝进行比较的摩擦比角度图W及力矩比角度图；
[0070] 图15A和15B分别是根据本发明一【具体实施方式】的已处理的圆形弓丝与未处理的 弓丝进行比较的摩擦比角度图W及力矩比角度图；
[0071] 图16是未处理的弓丝在循环拉伸载荷下的应变比应力图；
[0072] 图17是根据本发明的一【具体实施方式】的、已处理的弓丝在循环拉伸载荷下的应变 比应力图，用于与图16进行比较；
[0073] 图18示出了已处理的弓丝的OSIM结果的图表，用于与未处理的弓丝和市售弓丝进 行比较；
[0074] 图19和20分别是沿本发明一【具体实施方式】的牙弓的、与市售弓丝进行比较的垂直 力分布示意图和水平力分布示意图；
[0075] 图21是具有多个处理区段的弓丝的【具体实施方式】的分区等应力图；
[0076] 图22是将本发明的一【具体实施方式】与未处理的弓丝进行比较的、儀离子释放比时 间图；
[oow]图23是将本发明的一【具体实施方式】与未处理的弓丝进行比较的、极化电势比电流 密度图；
[0078] 图24是根据本发明一【具体实施方式】的正崎矫治器的透视图，该正崎矫治器是牙冠 的结构；
[0079] 图25是根据本发明一【具体实施方式】的正崎矫治器的透视图，该正崎矫治器是带环 的结构；
[0080] 图26是根据本发明一【具体实施方式】的正崎矫治器的透视图，该正崎矫治器是钩的 结构，并W打开位置进行显示；
[0081 ]图27是显示处于闭合位置的图26的钩的透视图；
[0082] 图28是根据本发明的钩的一【具体实施方式】的透视图；
[0083] 图29是图28的钩沿剖面线29-29的剖视图；
[0084] 图30是根据本发明的钩的一【具体实施方式】的透视图；
[0085] 图31是图30的钩沿剖面线31-31的剖视图；
[0086] 图32是根据本发明的钩的一【具体实施方式】的透视图；
[0087] 图33是图32的钩沿剖面线33-33的剖视图；
[0088] 图34A-34C是根据本发明一【具体实施方式】的限位器的透视图，运些透视图处于打 开/闭合的各个阶段；
[0089] 图35-37是图34A中所示限位器的沿着剖面线35-35的剖视图，运些剖视图描绘了 根据本发明的【具体实施方式】的示例性的处理区域；
[0090] 图38是根据本发明一【具体实施方式】的示例性限位器的横截面的沈M显微照片；
[0091] 图39是根据本发明各【具体实施方式】的限位器和钩的照片；<