专利名称：牙齿模板制作系统及方法
技术领域：
本发明涉及口腔正畸领域。
背景技术：
口腔正畸的目的，就是将患者的牙齿移动到既具有良好功能又具有充分美观性的位置。正畸医生或者经过一定训练的牙医等治疗提供者将传统矫正器例如钢丝套和弓丝定位于患者的牙齿上。一旦安装在牙齿之上，金属构件在牙齿上施加持续的矫治力逐渐将牙齿移动到最终理想的位置上。每隔一定时间，治疗提供者调整钢丝套和弓丝将牙齿移动到最后的位置上。
正畸托槽通常被直接粘结于患者牙齿表面。一般在每个托槽的底部放置少量粘结剂，然后再将托槽放置到选定的牙齿上。在粘结剂凝固之前，可以将托槽调整到牙齿上所需位置。一旦粘结剂硬化后，托槽就被彻底粘结到牙齿上从而耐受治疗过程中的各种矫治力。这种技术的一个缺点是，对于严重拥挤错位的牙齿，或者在颌闭合过程中粘结表面被对颌牙齿咬合的牙齿而言，到达放置托槽的最佳表面是比较困难的。对于后牙，治疗提供者难以看到托槽相对于牙齿表面的准确位置。在粘结托槽的步骤上花费过多的时间无论是对患者，还是对治疗提供者都不是一件好事情。临床上为了尽量减少唾液的水汽污染，会延长托槽粘结的过程，也势必会过度影响托槽在牙齿上放置的准确性。所有这些因素使得最终粘结结合的强度可能不足以在治疗过程中将托槽保持在牙齿之上。而间接粘结是解决托槽直接放置部分缺点的一种方法。通常，首先获得患者每个牙弓的印膜，然后根据每个印膜分别灌制复制石膏模型或“石头”模型，并将模型密封。应用临时粘合剂将托槽粘结到密封的石头模型上。然后通过将基质材料放置于模型和模型上的托槽之上，制作一个转移托盘。例如，可以将一种已经热化的塑料基质薄膜材料放置在模型和托槽之上并适当加压，这样塑料薄膜就形成使石头模型上复制牙齿的形状与理想位置处的托槽精确匹配的形状。然后再冷却塑料材料使之硬化形成一个托盘。去除临时粘合剂，将永久性粘结剂放置于托盘中每个托槽的底部，然后再将包埋有托槽的托盘放置于患者牙弓的匹配部分。由于托盘的内面形状与患者牙弓的相应部分非常吻合，因此，每个托槽在患者口内牙齿上的最终位置与同一托槽在石头模型上原来的位置完全一致。粘结剂被固化以后，去除基质材料，托槽就被粘结到牙齿的理想位置上了。然而，这种方法比较费时费力。间接方法的另一个问题是，在从牙弓上去除基质材料时托槽容易被带掉。对于严重拥挤错位的牙齿，或者对于干扰对颌牙齿使得托槽无法就位的牙齿来说，正确接近牙齿表面以达到理想放置目的的问题没有解决。
在被共同转让给本发明受让人的美国专利号5,975,893中描述了新方法，可以事先制定治疗计划，然后在治疗的开始阶段就制作多个聚合物壳矫治器。使用聚合物壳矫治器使治疗更加舒适、不明显、患者可摘戴，大大提高了患者的顺应性、舒适度和满意程度。
由于每个患者的个体差异性，一般需要个体化的治疗，有时，一名患者需要同时使用钢丝套/弓丝和壳矫治器。理想情况下，一个装置应该能使托槽被准确放置，在去除基质时使托槽移动的风险最小化，而且使最终放置不受周围牙齿形状影响。换句话说，在治疗初期通过使严重重叠的牙齿不再拥挤而使牙齿表面暴露，然后实现在被遮盖牙齿表面的放置。
发明内容
一方面，本发明公开了一种牙齿模板以支持物体在患者牙齿上定向定位如下所有物体作为一个整体排列成使用者定义的理想排列方式。本发明还公开了制作该模板的方法。该方法包括数字化患者的牙齿；添加虚拟物体于数字化牙齿的预定位置；并制作用于将物体定位在患者牙齿上的牙齿模板。
另一方面，本发明公开了一种牙齿模板以支持物体在患者牙齿上定向定位如下所有物体作为一个整体排列成使用者定义的理想排列方式。本发明还公开了制作该模板的方法。该方法包括数字化患者的牙齿；添加虚拟物体于数字化牙齿的预定位置；并制作用于将物体定位在患者牙齿上的牙齿模板。设计牙齿模板使其能够将每个物体以预定的倾斜度或预定的角度定位于患者牙齿上。该牙齿模板可用于蚀刻或者在牙齿上定位托槽。
另一方面，本发明公开了制作如下牙齿模板的系统和方法，其用于将物体定位在患者的牙齿上，使牙齿从初始位置移动到目标位置。该系统将患者初始位置牙齿模型数字化；将物体放置于牙齿模型的目标位置上；确定物体在初始位置处的定位；并制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板。
另一方面，一种在患者牙齿上定位托槽的方法包括，将患者初始牙齿位置的牙齿数字化；确定牙齿的最终位置；将托槽放置在最终牙齿位置上；根据托槽在最终牙齿位置上的位置来确定托槽在初始牙齿位置上的定位；并制作用于将托槽安装于患者牙齿上的牙齿矫正器。
上述各方面的实施可以包括以下一项或多项。该物体可以是托槽，并且该托槽的定位使其槽沟可以容纳正畸矫正弓丝。该方法包括将多个托槽定位于目标位置的患者牙齿上，每个托槽都有一个槽沟用于容纳穿过的正畸矫正弓丝；排列托槽以使弓丝在目标位置上的张力最小化。目标位置上的弓丝是弓形的，而初始位置上的弓丝是不规则形的。该方法包括互动地调节物体的位置。该方法还包括确定物体与理想位置之间的偏差，并反复调节物体的位置以减少偏差。制作过程包括应用快速原型方法获得实体牙齿模板。该物体可以被包埋在牙齿模板中，也可以在被粘结在牙齿上之前被嵌入在牙齿模板上的开口内。目标位置上的弓丝是弓形的，而在初始位置上的弓丝是不规则形的。该模板有多个柔性连接的腔洞，具有铰接结构。通过联合使用活动的和固定的矫治器，该模板可用于治疗牙齿。固定矫治器覆盖一个牙弓(部分牙弓)或整个牙弓上的两个或者更多的牙齿。固定矫治器也可以定位在患者牙齿的舌侧。
另一方面，制作牙齿模板以将物体放置于患者牙齿之上使牙齿从初始位置移动到目标位置的设备包括，一个将患者初始位置的牙齿模型数字化的扫描仪；将物体放置到目标位置牙齿模型上的装置；确定物体在初始位置牙齿上之位置的装置；和制作用于将物体放置在患者牙齿上的牙齿模板的机器。
上述各个方面的实施可能包括以下一项或多项。该机器可以是快速原型机。该设备可以包括用来确定物体与理想位置之间偏差以及反复调节物体的位置以减少该偏差的装置。
该模板可以具有以下一项或者多项优点。该模板可用来进行蚀刻，或者将托槽定位于牙齿上。治疗可以在虚拟状态下进行，可以应用作为可移动向导的模板装置完成托槽的放置。该装置使得可以非常准确地放置托槽，而且，在不受总体牙弓形状的影响下将托槽放置于特定牙齿上。该模板使一些没有经过很好训练或者根本没有经过训练的人更容易地粘结托槽。该系统使距离和角度的感知偏差最小化。该模板对托槽的放置提供了非常精确的控制。由于托槽的放置是成功治疗的关键性因素之一，因此该模板提高了不同患者以及不同牙齿的治疗精度。
该模板还可以具有以下一项或多项优点。上述方法、步骤以及算法用于形成必需的正畸模板数字化形式。除了用于形成所述模板的牙齿文件以外，也可以使用其它特征、物体或者组件数据文件。上述生成方法的元件或者概念均是可以混合或者匹配的。即，可以用一种方法的某些步骤和一个或多个其它方法的其它步骤共同创建一个文件。
无论牙齿表面与为之设计托槽基底的正常表面有多大差异，该模板都可以将标准化的托槽准确定位于牙齿上。治疗可以在虚拟状态下进行，可以应用作为可移动向导的模板装置完成托槽的粘结。该装置使得可以非常准确地放置托槽，而且，在不受总体牙弓形状的影响下将托槽放置于特定牙齿上。该模板使得没有经过很好训练或者根本没有经过训练的人更容易地粘结托槽。该系统使距离和角度的感知偏差最小化。该模板对托槽的放置提供了非常精确的控制。由于托槽的放置是成功治疗的关键性因素之一，因此该模板提高了不同患者以及不同牙齿的治疗精度。
该装置本身不象传统的间接粘结(IDB)模板那样必须含有托槽，而是指导使用者基于形状配合找到应该放置托槽之处的精确位置。
该模板还可以包括以下一项或者多项其它优点。该模板可用来蚀刻或者将托槽定位于牙齿上。治疗可以在虚拟状态下进行，可以应用作为可移动向导的模板装置完成托槽的粘结。该装置使得可以非常准确地放置托槽，而且，在不受总体牙弓形状的影响下将托槽放置于特定牙齿上。该模板使得一些没有经过很好训练或者根本没有经过训练的人更容易地粘结托槽。该系统使距离和角度的感知偏差最小化。该模板对托槽的放置提供了非常精确的控制。由于托槽的放置是成功治疗的关键性因素之一，因此该模板提高了不同患者以及不同牙齿的治疗精度。
附图简述
图1显示制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板的一个示范性方法或者过程。
图2A显示将正畸物放置于患者牙齿上的一个示范性方法或者过程。
图2B显示将正畸物放置于患者牙齿上的第二种方法。
图3A说明了制作牙齿模板的一个示范性过程。
图3B显示提供四个可能模板的制作过程。
图4A-4D显示各种模板的透视图。
图5A和5B说明了铰接模板的两个实施方案。
图6A说明了制作用于将物体定位于患者牙齿使牙齿从初始位置移动到目标位置的牙齿模板的过程。
图6B显示定位于最终位置牙齿上的托槽实例。
图6C显示可以使用户在每个治疗阶段观察牙齿的示范性用户界面。
图6D显示当回溯到其初始位置时的该示范性托槽。
图7为将物体附着于牙齿上的过程图解。
图8为将弓丝安装到牙齿上的过程图解。
图9为说明为附件的放置而标记弓丝的图解。
图10为说明用牙齿模板安装附件的图解。
图11A-11C显示实现托槽基底在牙齿上可控放置的一种实施方案。
图12A-12B显示将正畸物件以理想的角度和/或倾斜度定位于牙齿的其它实施方案。
图13为将正畸物件以预定角度和/或者倾斜度在任意三维位置定位的示范性流程图。
图14-46显示数字化定义及形成牙齿模板的多种实施方案。
具体实施方案图1显示制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板的一个示范性方法或者过程。首先，该过程将患者的牙齿数字化(10)。然后，在数字化牙齿预定的位置上添加虚拟物体(12)。最后，该方法制作用于将物体放置于患者牙齿上的牙齿模板(14)。图1的一个详细实施方案在下述图3A和3B中描述。
图2A显示将正畸物件放置于患者牙齿上的一个示范性方法或者过程。该过程应用了图1方法中制作的模板。该过程包括将模板放置在患者的牙齿上(20)；将正畸物件安装在模板与牙齿之间(22)；和将正畸物件粘结在牙齿上(24)。在粘结操作中，可以应用化学固化或者光固化粘结剂。在化学固化中，将不同来源的固化成分混合在一起，在托槽被放置于牙齿上之前在托槽基底放置少量混合物。光固化粘结剂含有一种光敏引发剂，一旦粘合剂暴露在充足的光线下就会引发固化反应。应用光固化粘结剂进行直接粘结的一般方法包括如下步骤将少量粘结剂放置在托槽的基底部，然后将托槽放置于患者牙齿上。然后操作者可以根据需要调整托槽在牙齿上的位置。一旦托槽的位置达到了其预期的准确位置，用从牙齿固化系统产生的光对粘结剂进行一段足够长时间的照射，直到粘结剂完全固化。
图2B显示将正畸物件放置于患者牙齿上的第二种方法。在该过程中，正畸物件被放置在模板内部(30)。然后，该过程包括将含有正畸物件的模板插到患者牙齿上(32)。最后，该过程包括将正畸物件与牙齿粘结(34)。
图3A说明了一个制作牙齿模板的示范性过程。首先，获得患者牙齿的数字化模型(102)。该数字化模型可以通过多种方式获得。例如，可以通过熟知的技术如X线、三维X线、计算机辅助断层成像或者数据集(data sets)、核磁共振成像等对患者的牙齿进行扫描或成像。有很多种采集系统，通常根据采集过程是否需要接触三维物体进行分类。接触型采集系统利用一个具有多倍平移和/或旋转自由度的探测器。通过记录下探测器在样本表面移动时其物理移位信息，制作出该样本物体的计算机可读表达形式。非接触型采集系统可以是反射型也可以是透射型系统。有多种反射型系统可以使用。其中一些反射型系统利用非光学入射能源，例如微波雷达或声纳。其它反射型系统利用光学能源。那些利用反射性光学能源工作的非接触型系统进一步包括特殊的设备来实施某些测量方法(如成像雷达、三角测量和干涉测量方法)。
其次，选择虚拟托槽(104)。这些虚拟托槽是已有托槽的三维模型。这些三维模型可以是计算机辅助设计(CAD)模型，也可以是通过上述扫描仪扫描的模型。利用一个具有适宜图形用户界面(GUI)的计算机或者工作站和适合观察和修改图像的软件，可以将托槽定位于数字化的牙齿上。上述部件识别和部件操作软件被设计成与操作者训练水平相当的复杂程度进行操作。例如，通过提供关于牙齿的计算机许可和计算机禁止操作的反馈机制，部件操作软件能够帮助一个缺乏正畸训练的计算机操作者。另一方面，对于一个具有较高口腔生理学和牙齿移动动力学技能的正畸医生来说，他们则可以不用或者忽视计算机的提示，而仅将部件识别和操作软件作为一个工具使用。
虽然这些方法将依赖数字化数据的计算机操作，牙齿模板或矫治器可以通过非计算机辅助技术进行制作。例如，上述获得的石膏模型可以用刀具、锯子、或者其他切割工具进行切割，这样就可以在原模型内将每个牙齿重新进行排列。被分离开的牙齿可以通过软性石蜡或者其它延展性材料进行固定，利用这种修改了的患者牙齿石膏模型可以准备多个中间状态的牙齿排列。使用这些不同的排列，利用压力或者真空模压技术制作模板。虽然本发明矫治器系统的这种手工制作并非优选，但是这样制作的系统也在本发明的范围之内。
利用CAD工作站，可以制作虚拟托槽和牙齿的联合数字化模型(106)。
在一个实施方法中，可以选择下列四种模板实施方案中的一种直接铰接型、间接铰接型、直接一体型、间接一体型，它们的具体描述见图3B。
在一个实施方案中，一旦制作了模板，系统就将模板放置在患者牙弓的模型上，或者将模板定位于相应牙齿的大概位置。将一个热塑成形的、浇铸的或者以其它方式成形的柔韧性材料膜附在主体表面。该膜可以与牙齿模板的主体紧密和相对持久地接触。通过对主体的几何形状进行增减使之与材料膜良好贴合，其它多种方式也可以达到上述目的。这种方法可以在工厂或者在正畸诊所里完成。
该系统可同时制作模板主体和牙齿间部分，随后改变各部分的硬度。实现该目的的一种方法是用一个三维打印机制作出整个牙弓，然后将牙齿主体部分与牙齿间部分遮避开，再将牙齿主体包埋在固化性制剂中，而将牙齿间部分包埋在弹性制剂中。
如果需要制作铰接模板，则该过程从108直接到110，如果需要制作直接成形的模板，该过程直接到每个牙齿都进行按比例缩放的114；形成一个腔洞，这样当牙齿模板或者矫治器插在患者牙齿上时可以套在牙齿上。然后，从数字化模型中去除不需要的结构。数字化模型被制作成实体模型。形成柔韧可弯曲的膜，所得组合经过修磨具有极好的舒适性和功能性。
另外一种选择是，如果需要进行非直接成形，该过程从110形成一个隐形矫治器(aligner)，并切除多余的材料(112)。
如果需要间接制作一个非铰接模板(116)，则在108形成一个隐形矫治器并进行修磨(118)。对于直接成形的非铰接模板(116)，该过程进入每个牙齿都按比例缩放的120；形成多个腔洞，这样当牙齿模板或者矫治器插在患者牙齿上时可以套在牙齿上。然后，从数字化模型中去除不需要的结构。数字化模型被制作成实体模型。
图3B显示提供四种可能模板的过程。首先，该过程获得牙列的数字化模型，将虚拟托槽添加到牙齿上，形成一个复合性模型(180)。然后，可以从四种可选模板中选择一种。第一个选项是一体化的(或单一部件)-直接制作的选项，其中该过程按比例缩放牙弓(约为105％-150％)，在三维空间内放置原始牙弓和按比例缩放的牙弓，在按比例缩放的牙弓内将原始牙齿腔洞化，去除牙龈部分、牙齿舌侧表面的大部分、覆盖虚拟托槽的颊侧龈面部分，根据数字化模型制作真实的牙弓模型(182)。
在第二个选项中(一体式间接制作)，该过程根据数字化模型制作真实的牙弓模型，在真实牙弓模型上形成可去除的矫治器(隐形矫治器)模板。该模板可以从真实模型上取下，然后，该过程去除牙龈部分、牙齿舌侧表面的大部分、覆盖虚拟托槽的颊侧龈面部分(184)。
在第三个选项中(铰接式直接制作)，该过程按比例缩放每个牙齿(约为105-150％)，在同一三维空间内放置每个原始牙齿和其按比例缩放的图像，在其按比例缩放图像内将每个原始牙齿腔洞化，去除牙龈部分、牙齿舌侧表面的大部分、覆盖虚拟托槽的颊侧龈面部分，根据数字化模型制作出真实的牙齿模型，将牙齿定位在合适的位置和角度，在牙齿上形成一层柔韧或可弯曲的材料，最后再从模板上磨除多余的材料(186)。
在第四个选项中(铰接式间接制作)，该方法在牙弓模型上形成一个隐形矫治器样模板。将该模板从模型上取下，修除牙龈部分、牙齿舌侧表面的大部分、覆盖虚拟托槽的颊侧龈面部分。该过程将牙弓模板剪切成单个牙齿的模板。在模板上形成一层柔韧或可弯曲的膜，磨除多余的材料(188)。
而另一个实施方案中，一种方法可以获得牙齿的几何形态。如果采用直接制作方法，该方法实施以下各项·可能在105％-150％的范围内，按比例缩放牙齿；·在同一三维空间内共同放置原始(100％)牙齿和按比例缩放的牙齿。
·将一个虚拟托槽或者其它适当的几何形状，在特定位置和以特定角度放置于需要治疗的牙齿上。
·在按比例缩放的牙齿中将原始牙齿和托槽腔洞化。
·从所得模板或主体上去除将在牙龈线以下的部分。将所得主体在托槽颊侧和齿龈侧的部分去除，将所得主体的舌侧部分大部分或全部去除。
·可能使用快速原型方法(如融合沉积建模法、三维打印法、立体光刻法等)，将该计算机模型转换成一个实体模型。
如果采用间接制作方法，需要利用牙弓模型进行以下操作·在有托槽或者其它正确放置于牙齿上的适当几何体的牙弓上形成一个隐形矫治器样的矫治器或者模板。
·从隐形矫治器或者模板上去除那些将位于牙龈线以下或者与邻牙直接邻接接触的部分。将隐形矫治器的托槽颊侧或者齿龈侧部分去除。将隐形矫治器舌侧大部分和全部去除。
完成以后，该过程包括在治疗开始时或需要时将模板、主体或完成的矫正器送至正畸医生处。
图4A显示了在模210上形成的牙齿模板220或者矫治器的一个实施方案。该模板看起来象一个可拆卸矫治器；但是，它有开口222或者类似脚印的“舷孔”、脚印的主要部分、和/或托槽的其它可能几何特征，来引导托槽在其对应牙齿上的精确放置。具有开口222或“舷孔”的模板220也可以作为釉质蚀刻处理或放置粘结剂的引导。
模210是通过快速原型方法将数字化模型转化成真实物。在模210上形成一个隆起或者突起212，这样当牙齿模板或矫治器被热成形时，在模板220上形成一个开口222。开口222是模板沿隆起或突起212的边缘切断之处。开口222具有一个托槽支持缘226，其作用将在图4B中进行详细描述。除了支持缘226以外，模板220可以具有一些将使其在牙体解剖学上的固位最小化的特征。例如，该装置的舌侧不具有最大覆盖区。
模210的制作方法采用了快速原型设备，例如立体光刻机或融合沉积建模机。适用的快速原型机是美国加州Valencia 3D系统(3DSystem，Valencia，Calif)的SLA-250/50型快速原型机。快速原型设备将液体或其它软性树脂选择性硬化成一个三维结构，该结构可以从剩余软性树脂中分离出来，经过冲洗，可以直接被用作矫治器或者间接地用做制作矫正器的模型。成型机接收单独的数字化数据集，并制作对应于每个所需矫治器的结构。一般而言，由于立体光刻机可以使用机械性能不是最佳的树脂，并且该树脂不能应用于患者，因此，该成型机制作模210。在阳模准备好后，可以使用传统的压力或真空成型机，用更适宜的材料例如购自美国明尼苏达州罗彻斯特55902Tru-Tain塑料公司(Tru-Tain Plastics，Rochester，Minn.55902.)的0.03英寸热成形牙科材料制作矫治器。适宜的压力成型设备可以购自Great Lakes Orthodontics，Ltd.，Tonawanda，N.Y.14150，商标为BIOSTAR。该成型机可以直接用牙齿阳模和适宜的材料制作每种矫治器。可以从Raintree Essix，Inc.购得适用的真空成型机。
在一个实施方案中，用厚的材料制作模板(如0.03英寸或者更厚)，以便在纵深方向给使用者以引导。此外，厚的模板更容易将托槽排列在牙齿上。
有关牙齿模板或矫治器制作的更多信息在以下专利中公开USPN 6,499,997“用于制作牙科矫治器的可操纵牙科模型系统”；USPN 6,497,574“改良的牙齿定位矫治器以及其制作方法与系统”；USPN 6,488,499“对预先计划的牙齿重新排列进行矫正偏差的方法”；USPN 6,485,298“释放牙齿正位矫正器的系统和方法”；USPN6,471,511“计算机定义牙齿移动矫正器”；USPN 6,463,344“牙齿模型的有效数据表达”；USPN 6,457,972“确定牙齿最终位置的系统”；USPN 6,454,565“改变弹性模量矫治器的系统与方法”；USPN6,450,807“定位牙齿的系统与方法”；USPN 6,409,504“利用数字化牙列模型形成单独牙列成分的模型”；USPN 6,406,292“确定牙齿最终位置的系统”；USPN 6,398,548“逐渐增加牙齿移动的方法与系统”；USPN 6,394,801“制作牙齿矫治器的可操作牙齿模型系统”；USPN6,390,812“释放牙齿正位矫治器的系统与方法”；USPN 6,386,878“将齿龈从牙齿移开的系统和方法”；USPN 6,386,864“牙齿正位矫治器的应力指示器”；USPN 6,371,761“分离牙齿模型的柔韧性平面”；USPN 6,318,994“牙齿移动路径治疗计划”；USPN 6,309,215“牙齿矫治器的附加装置及方法”；USPN 6,299,440“产生牙齿移动的系统与方法”；USPN 6,277,851“制作牙齿矫治器的可操作牙齿模型系统”；USPN 6,277,850“牙齿观察系统”；USPN 6,217,325“逐渐增加牙齿移动的方法与系统”；USPN 6,210,162“制作患者牙列阳模在形成正畸矫治器中的应用”；USPN 5,975,893“逐渐增加牙齿移动的方法与系统”。其内容在这里引用作为参考。
图4B中，模板220从模210分离出来。开口222使托槽的基底部可以装进开口222。用托槽支持缘226将托槽牢固地定位于模板220中。在该实施方案中，托槽支持缘226是曲线形的。如果托槽支持缘226的末端是一个简单扁口，该托槽可以被定位于牙齿的X和Y轴面，而Z轴方向(颊-舌方向)是不能被控制的。边缘226在Z方向上对托槽的自由度提供了必要的控制，使托槽能在任何轴面上定位。这些特点使托槽以正确的位置和方向被固定在其相应的牙齿上。根据不同商家或者不同设计，边缘226是可以改变的。
该模板的另一种实施方案可以用来蚀刻患者牙齿上的粘结化学制品。蚀刻模板指导使用者找到预先确定的需要粘结的牙齿表面位置。蚀刻模板可以是一种开窗式的模板也可以是一种具有凹面的模板形式，粘结胶可以被放置或者预先放置在凹面内。
图4C显示的模板中，模板220中的每个开口、切口、孔或者槽孔222被设计成适合特定的托槽4A、4B和4C，每一个托槽适合其在模板上相应的部分。
图4D显示该系统并不被局限于托槽的设计或成型。在图4D中，磨牙管托槽215可以被放置在开口222上。因此，模板220并不局限于任何特定的托槽。此外，位于牙齿上的任何形式的固定正畸矫治器都可以被容纳。
图5A和图5B说明了铰接模板的两个示范性实施方案。图5A显示了两节之间在两个相邻牙齿的邻接区域连接。有多种连接牙齿的方法可供选择，包括从一个邻接区域到下一个邻接区域连接方法变化或交替。此外，连接方法也可以如图5B所示，是覆盖牙齿的其他表面或不同表面的一层或多层。
在图5A中，模板是由数个可活动的模板部件250组成。每个模板部件250都可以被安装在患者的牙齿上以方便托槽粘结。可活动模板部件250通过一层覆盖在部件250上的材料252被物理性连接，这样在从其模型或立体光刻装置(SLA)上取下时部件不会断裂或分开。铰接模板的优点在于它们提供了更大的调节灵活性。
该模板也可以被用作蚀刻模板。蚀刻模板可以使医生能够非常准确地对牙齿将要放置托槽的区域进行蚀刻处理。小的窗口限定了将要被蚀刻的区域，这样可以尽量减少牙齿对蚀刻的敏感性以及不必要的釉质去除。蚀刻模板的另一种形式中没有形成任何切口。而是在面向牙齿表面的区域为凹槽。这些凹槽可以含有蚀刻化合物。在将模板放置在牙齿上之前，使用者可以暴光或者活化蚀刻化合物。
模板220可以用含有便于其拆卸的物理性开关的材料制作而成。这些开关可以包括温度敏感性、PH敏感性、湿度敏感性、或者一个各层具有不同物理性能的多层系统。节段500(图5B)代表一种柔韧或可弯曲的材料。除此以外，该材料可以是纤维、绳索、纤维网、或者一个纤维强化的固体。该邻接材料可以是同质或异质的。
模板节段252可以用含有便于其拆卸的物理性开关的材料制作而成。这些开关可以包括温度敏感性、PH敏感性、湿度敏感性、或者一个各层具有不同物理性能的多层系统。节段252代表了一种柔韧或可弯曲的材料。除此以外，该材料可以是纤维、绳索、纤维网、或者一个纤维加强的固体。该邻接的材料可以是同质或异质的。
在一个应用可拆卸矫治器(如在美国专利6,309,215中描述的)与弓丝和托槽矫治器进行的示范性治疗中，医生在咨询过程中可以观察患者需要治疗的牙弓，然后再选择为实施某阶段治疗他/她将使用的特定弓丝。选择弓丝后，医生将该信息提交给一个虚拟装置系统。在另一个实施方法中，数据采掘可以使用预先储存的数据来预测使用牙齿矫治器进行牙齿移动的成功率与失败率。该数据被分为三个范围来描述成功治疗和牙齿移动的可能性例如，成功的可能性高；治疗结果成功的可能性低；及成功的可能性很小或者是根本没有成功的可能性。根据这些数据采掘的结果，该系统会推荐一个牙齿矫治器使用的适宜顺序。
确定顺序是根据有效治疗效果的难易度或需求确定首先进行哪种隐形矫治器适宜的移动。一个示范性联合治疗的实施，在治疗早期阶段进行高信度的移动，然后进行较难的移动。这意味着在治疗的最初阶段使用可拆卸矫治器，以后再用附件和弓丝治疗。或者，有的病例可以首先使用附件和弓丝治疗，而在治疗的最后阶段再使用可拆卸矫治器。治疗方法也可以是交替的(即，隐形矫治器、附件和弓丝，然后再用隐形矫治器)，以及同时使用的联合治疗(即，同时使用隐形矫治器和附件和弓丝)。附件和弓丝可以被置于牙齿的颊侧或者舌侧面。与局部的附件和弓丝治疗联合(即，放置在磨牙或者后牙上)，这种矫治器也可以是局部的(例如3-3前弓)。在一个方案中，使用IPR(邻接复位)在牙齿例如患者上颌牙弓的双尖牙上获得间隙。然后，安装弓丝使前牙内收以减少牙弓的尺寸并且关闭邻间的间隙，最后通过隐形矫治器实现3-3的移动。
图6A说明了制作用于将物体(例如托槽)定位于患者的牙齿使牙齿从初始位置向目标位置移动的牙齿模板的过程。该过程包括制作患者牙齿初始位置的数字化模型(602)。然后，确定目标位置(604)。目标位置可以是治疗结束时牙齿的最终位置。
然后，制作完模板后，医生将多个托槽放置在患者目标位置的牙齿上，每个托槽都有一个可以容纳正畸弓丝的槽沟(606)，如图6B中所示，其显示安装于患者牙齿最终位置上的托槽。该过程中选择性地排列托槽使得弓丝在目标位置上的应力最小化(608)。
通过从牙齿的最终位置每次一个阶段地回溯，直到牙齿达到其初始的位置(610)，该过程确定了在初始位置处物体的位置。应用将牙齿从其最终位置移动到其初始位置的坐标变换，确定物体在初始位置处的位置。
图6C显示的是一个示范性用户界面，通过这个界面使用者可以观察到每一个治疗阶段的牙齿情况。在一个实例中，牙齿被每次一个阶段地回溯到其初始位置。由于托槽被固定在牙齿上，因此回溯后托槽的位置也可以被确定。图6D显示了回溯到初始位置时的示范性托槽。该过程也可以确定物体与理想位置的偏差，反复调节该物体的位置使偏差最小化。
再回到图6A，最后，制作牙齿模板使医生能够在患者的牙齿上确定物体的位置(612)。可以应用快速原型方法制作模板。一个或者多个托槽可以被包埋在牙齿模板中，而牙齿模板可以被插入到患者的牙齿上。在另外一种情况下，在被粘结到牙齿上以前，托槽物体可以先被嵌入到牙齿模板的开口中。
图7描述了一种联合治疗的示范性实施。选择一个治疗阶段(步骤702)。该过程作出了给医生提供方便的治疗预测，以选择可拆卸矫治器或者附件和弓丝进行治疗(步骤704)。
基于该病例最后的牙齿排列选择适合的附件(步骤706)。一旦确定了附件，就限定了预定的适合值例如牙齿临床冠中心点(FACC点)(步骤708)。确定FACC点的因素包括牙齿、附件及弓丝的抵触。一旦FACC点被确定，数据库就会为医生提供最适合使用的弓丝(步骤710)。牙科从业者在为患者选择弓丝时都有其各自的方法。有些医生只用一种类型的弓丝，而其它医生会从几种不同类型的弓丝中进行选择。另外，也可以使用一种标准弓丝。一旦选定，就在该弓丝上标注附件正确放置的标记(步骤712)。最后，将附件和弓丝安装在患者的牙齿上(步骤714)。
图8描述了步骤710。通过应用一系列简单的最小均方数学公式来确定最适合的弓丝。针对具体的患者情况选择弓丝(步骤722)。用治疗的最终位置(步骤724)计算托槽尖端到弓丝边缘的最短距离(726)。
假设d＝附件与弓丝间的距离，对于任何i＝1-16或17-32(取决于所选牙齿/颌骨)，di＞0di＜DD是被定义在0.1mm到50mm之间的一个数值。这种附件与弓丝之间距离最小的弓丝被确定为最适用弓丝(728)。以后所有的弓丝也都是应用相同的计算进行测量(730-734)。
图9对步骤712进行了更详细的描述，为放置附件由医生来标注弓丝。可以从附件在初始位置颌上的放置获得各种测量数据。在各点之间进行距离和方位的测量(742)。还需测量两个额外的领域1)弓丝的物理特性，即，弓丝能够进行多大程度的弯曲(步骤744)，和2)从一个托槽尖端到下一个托槽尖端的曲线距离(步骤746)。最后，在弓丝上标注各点来显示第一个附件停留的位置(步骤748)。对于随后的每一个附件都重复进行相同的过程。
图10对步骤714进行了更详细的描述。为了安装弓丝和附件，要确定从牙齿基底部到弓丝的形状变化(752)。附件物体被放置在隐形矫治器的袋状区域内(754)。填充材料(可能是粘固粉)被放置在附件后面的隐形矫治器以及隐形矫治器的其他区域(756和758)。这样，在附件被放置在牙齿上的后期取下隐形矫治器就更加容易。医生使附有附件和粘固粉的隐形矫治器通过咬合戴在牙上(760)。通过应用紫外光可以将粘固粉填充材料固位在牙齿上(762)。由于Testa材料遇热以后能够变得更易弯曲，因此在基于Testa的隐形矫治器上喷淋热水(步骤764)。一旦隐形矫治器冷却(766)，医生就可以相对容易地从患者的口中取下隐形矫治器(768)。这些附件就被固定在牙齿上，这符合放置托槽的标准正畸原则。最后，医生利用在步骤712中标注在弓丝上的标记作为参考，将弓丝与每个附件进行连接。
下面是实施联合性治疗的示范性伪码选择一个治疗阶段。
基于对医生的最大便利对应用附件和弓丝治疗进行预测。
根据病例最后的牙齿排列选择适合的附件。
定义FACC点。
应用最小均方公式确定最适合的弓丝。
选择一种弓丝。
达到治疗的最终位置。
计算从托槽尖端到弓丝边缘的最短距离。
将该数值设置为(设置＿最短距离)及最适合的弓丝。
选择下一个弓丝。
计算从托槽尖端到弓丝边缘的最短距离。
如果距离数值(mm)小于第一个弓丝的最短距离，这种弓丝被重新设置为最适合弓丝。
如果距离数值(mm)较大，则选择第一个弓丝作为最适合的弓丝。
为正确放置附件而标记弓丝。
测量每个附件各点之间的距离和方向。
测量弓丝的物理特性。
计算从一个尖端到下一个尖端的曲线距离。
在最终位置上标注附件点。
如果这些点是可以接受的，则对随后的每一个附件重复该操作。
将弓丝和附件安装到患者的牙齿上。
确定从牙齿基底部到弓丝的形状变化。
将附件放置到指定隐形矫治器的“袋”中。
将粘固粉/充填材料放置在每个附件后面和周围的隐形矫治器上。
在隐形矫治器内放置额外的粘固粉/充填材料使隐形矫治器更容易被取出。
通过咬合将隐形矫治器戴在牙齿上。
用紫外光将附件固位在牙齿上。
在基于Testa的隐形矫治器上喷淋热水。
使隐形矫治器冷却。
取出隐形矫治器。
因此，基于以往的数据资料，以上过程可以确定一个最优治疗程序；并制作一个或者多个牙颌装置来移动牙齿，这些装置可以选自计算机合成的保持器或附件和弓丝的联合。最优治疗程序的确定可以包括获取患者牙齿的数字化模型；将该数字化模型与以往治疗病例的数据库进行对比。治疗可以包括用保持器和在治疗末期时用隐形矫治器来移动牙齿，并制作内部包埋有附件的保持器。
对于特定厂家的设计和应用来说，正畸托槽都被设计和制造成具有固定的基底形状。托槽基底部是与牙齿接触的面。由于每个患者牙齿的形态都是不同的，因此托槽基底部与其下面的牙齿可能吻合的不是很好。典型的情况是，在托槽基底与牙齿表面之间存在一个间隙。这个间隙需要进行充填以形成一个“定制的基底”。当应用于牙齿上时，这个定制的基底可以调整托槽基底的角度和/或倾斜度。
图11A-11C显示了另一个能够控制托槽基底在牙齿404上放置的实施方案。图11A显示了在牙齿404上的牙齿模板400，而图11B显示了在模型413上的牙齿模板400。模板400包含一个托槽402。在牙齿404与模板400之间存在一个间隙406。在图11B中，间隙406存在于模型与托槽之间。托槽以预定的转矩(冠倾斜角)和预定的倾斜(轴倾斜角)放置在其优选的位置上。图11C显示了在有很多穿透小洞的壳状模型上的模板，这样就可以从模414内充填间隙。可以使用适宜的环氧树脂充填间隙。
粘结性模板可以在空间上将托槽固定，同时仍留下了可进入间隙406的途径。该模板可以被应用到真实牙齿上，也可以应用到牙齿模型上。这种途径可以是通过有或没有为此目所设计装置的模板内适宜的几何形态。
在应用牙齿模型的情况下，这个模型可以是一个具有达到托槽402后部的一个或多个洞412的壳。在托槽被模板400空间固定时，也可以通过将一个模型压在另一个模型上形成定制的基底。在这种情况下，外部“模型”是一个与模板类似的结构，但更坚硬并覆盖更大的牙齿表面。内部“模型”代表真实的牙齿。基底部的间隙首先被一种粘结介质(如粘结剂)充填。而当两个模型被装配在一起时，粘结介质就被挤压入间隙内，再将托槽周围的余料去除。另一种方法包括一个代表牙齿的中空模型，空间固定托槽的模板位于其上，第二个模型套在第一个中空模型中。当第二个模型被压入第一个中空模型时，粘结剂就会从小洞处被挤压到该中空模型中并位于托槽基底的后面。粘结材料固化以后，两个模型被去除，这样托槽和它们的定制基底部都被保留在模板内。
如下设计具有预先指定或确定的冠倾斜角或轴倾斜角的模板。首先系统将患者的牙齿数字化。然后，操作者应用一个牙科用CAD(计算机辅助设计)系统在数字化牙齿的预定位置上添加一个虚拟物体。该CAD系统用来将牙齿上的虚拟物体移动至预定的冠倾斜角或轴倾斜角。所得数据被输入制作机器中来制作牙齿模板，用来将物体以确定的冠倾斜角和/或轴倾斜角放置在患者牙齿上。
使用时，牙科专业医生将正畸物体或者托槽安装在模板上，然后将模板放在患者牙齿或者其模型的上面。由于模板以预定的冠倾斜角和/或轴倾斜角保持托槽，托槽的基底被精确地定位在牙齿上。牙科专业医生将环氧树脂注射到托槽与牙齿间的间隙内，从而将正畸物体以理想的冠倾斜角和/或轴倾斜角粘结到牙齿上。
图12A-12B显示了将正畸物体以理想的冠倾斜角和/或轴倾斜角定位到牙齿上的其它实施方案。在12A的实施方案中，在牙齿模型430上排列了多个围栏432。在图12-B的实施方案中，围栏442也被放在了牙齿模型430上。在模型440上有多个开口444，开口接触位于围栏上面或里面的托槽基底部。设计围栏432和442是为了除合适的位置外还提供托槽在牙齿上的正确冠倾斜角或轴倾斜角。
在一个实施方案中，在一个合适的模型基质上沿托槽的外缘制作出两个或者更多的围栏或山脊状结构。该基质可以是石膏、树脂或者聚合物基质。将粘结介质涂布于托槽基底附近。粘结介质或者环氧树脂材料可以流到托槽基底尺寸之外的区域。然后，将托槽压在围栏或者适合托槽基底部的围栏内槽中，从而促成正确的空间定位同时也将其限制在正确的面部位置。这些围栏也将托槽基底限制在正确的面部位置。然后固化粘结介质。将托槽和定制的基底从基质中去除，优选基质不与粘结剂粘合或与粘结剂有能回复的粘合。
图13显示了一个形成可以对托槽进行任意三维定位的牙齿模板的示范性过程。首先，该过程获得牙齿的数字化模型(450)。然后，该过程获得将被模板支持之托槽的数字化模型(452)。接着，该过程在三维空间内对每个托槽相对于其对应的牙齿进行定位(454)。确定这些位置的方法包括Andrews直弓丝矫治技术、Roth、MBT技术，测量托槽几何形态与生物学标志之间的距离和角度，或者基于医生本人特殊的理论或者哲理的方法。然后该过程生成这里所描述的模板文件(456)。而模板则可以从完成的数字化文件被制作出来(458)。
图14说明了人牙齿502、504和506的3个通过扫描或者其它方式获得的数字化模型或者形式，比例为100％。图15显示了图14牙齿的成比例缩放牙齿模型。在该实施方案中，比例因数是140％，但缩放比例可以在大约105％到150％之间。图16显示了牙齿模型508和512重叠。用框线形式来显示共同体积部分510。这个共同体积区域代表可能妨碍形成适合模板的部分。图17是隔膜510的实体性绘图。
图18和19显示成比例缩放的牙齿模型508，牙齿模型508的放大比率是140％。图18显示的是将牙齿模型508与其邻牙模型512共有的共同体积部分510模型的近侧(最接近观察者一侧)去除后的情况。图19显示的是从牙齿近侧去除共同体积部分510并且将100％牙齿模型从牙齿模型508中去除后的牙齿模型508。图19实际上是一个覆盖100％牙齿模型的壳状结构。
图20和图21举例说明了需要将共同体积部分510从邻牙模型上去除的情况。图20举例说明了将图14的原始牙齿模型从图15按比例缩放的牙齿模型中去除，形成被隔膜510分开的腔洞509。这样的结构将阻止模板被放置在患者的牙齿上。在图21中，共同体积部分512和514被放置到牙齿模型511和牙齿模型513之间，以及放置在牙齿模型513和牙齿模型515之间。显示了共同体积部分512和514被去除以前的情况。图22举例说明了将共同体积部分从模板模型上去除后的模型。在这种情况下，共同体积部分520和522被放大而更加清楚，但是在实际中，其体积大小可根据形成共同体积部分形状的牙齿的缩放比例来进行定义。图23和图24显示了通过添加支持物或工具将脱节的牙齿模型连接起来。参考图22，一旦那些共同体积部分520和522被去除，牙齿模型525、527和529之间可能存在间隙524和526。
图23-24显示了一个将被放置在患者牙齿上的连续模板的实心结构。在图23的情况中，在模板模型形成后，连接元件或者支持元件530-532作为分离的元件被插入。支持元件530是一个圆形元件，而支持元件532是一个月牙形元件。这些只代表可能的两种形状，其它形状也是可能的。支持元件的表面被连接到模板模型的表面上。图24显示在进行上述形成腔洞的操作后，添加支持元件540-542。在这个操作中，一个由3个牙齿模型和支持元件540-542组成的连续实体一次形成。在这两种情况中，支持元件被制作到了模板模型内。随后的步骤可以进一步对模板模型或者其元件进行塑形。
应用牙齿按比例缩放方法产生模板的伪码如下1、通过扫描或者其它数字化手段获得一个牙齿的数字化形式。
2、在计算机应用程序中打开该牙齿文件，该程序使得使用者可以更改该文件，或者程序本身可以更改该文件。
3、牙齿可以按照大于100％——通常在105％-150％范围内的比例进行放大；并被保存为一个单独的文件。
·原始的牙齿文件(即100％比例)被共同定位于按比例缩放的牙齿中。
·从按比例缩放的牙齿中去除原始牙齿的几何形状，留下一个中空或壳状物体。
·从该物体中去除牙根和其它龈下部分。这种去除可以通过将额外物体或者表面切割、腔洞化或从将被保留的物体中去除的方式实现。
邻牙腔洞化的方法A·将邻牙的实心(不是中空)、按比例缩放体的相互重叠或相交的部分从该物体中去除。
邻牙腔洞化的方法B·从该物体中去除目标牙齿与邻牙的几何形状共同部分。最好在将目标牙齿中空化之前进行该步骤。
4、将作为模板一部分的目标牙弓上的所有牙齿在其正确的相对位置和角度上连接起来形成该牙弓的模板。
5、根据需要，可以对外部邻接区域进行充填将牙齿的壳状节段连接起来。这个“支持”过程有多种可能性，其中包括·在牙齿的颊侧面以外区域添加一个实心物体，并将它会与牙齿抵触的部分重新空洞化。
·从100％和/或按比例缩放牙齿的颊侧面外分别充填邻牙之间的邻接区域。
·在每个单独的牙齿上添加另一个按比例放大的牙齿，并在它将与下面牙齿相抵触的部分重新腔洞化。
·使邻接区域处于分离状态，但是，通过在切缘上/咬合面内应用一个实心物体将每个单独的牙齿连接起来。必要时对其重新腔洞化。
6、去除任何不需要或者产生干扰的几何形状。这可以包括托槽或者其它正畸或者牙科部件的位置。如上所述，这种去除可以通过将额外物体或者表面切割、腔洞化或从将被保留的(一个或多个)物体中去除的方式实现。
7、如果需要，可以将最终的文件转换成快速原型方法需要的文件格式。
图25-32显示了用于说明被覆盖腔洞之实施方案的多种图解。图25中，应用块体550作为一个任意物体，一个100％比例大小的牙齿模型552被放置在该物体中。在图26中，一个与图25块体550各方面尺寸完全相同的同一块体550包含了一个按比例缩放的牙齿554(例如一个140％放大的牙齿模型)。在每种情况下，该物体都完全包括了原始的和按比例缩放的牙齿模型。在图27中，100％比例的牙齿被从块体550中腔洞化或中空化，在图28中，140％放大的牙齿模型554被从块体550中腔洞化。在图29中，含有100％牙齿模型552的腔洞化块体550与含有140％牙齿模型554的腔洞化块体550被共同定位，这样模型552就在模型554的内部。
图30显示了去除含100％牙齿模型的腔洞化块体550和含按比例缩放的牙齿模型的腔洞化块体550，形成了一个由100％比例和140％比例模型552和554之间区域限定的物体。图31显示了一个含有100％原始牙齿模型552实心模型的按比例缩放牙齿模型554的线框模型。图32是图31模型的横断面视图，显示包绕100％比例牙齿模型552的壳状结构560，其外表面由按比例缩放的牙齿模型554限定。
实施被覆盖腔洞实施方案的伪码如下1、通过扫描或者其他数字化手段获得一个牙齿的数字化形式。
2、在计算机应用程序中打开这个牙齿文件，该程序使得使用者可以更改这个文件或者程序本身可以更改这个文件。
3、在应用程序中，生成或打开一个大于包绕所有牙齿所占空间的物体。这就是图象中的块体550。另外，这个包绕性物体可以是为单独牙齿或者牙齿组而制作。这些物体在后期将被合并到一起形成一个模板文件(图25)。
4、优选地，所有目标牙齿被移到这个文件中它们适合的位置或者方向上。然后将该物体中牙齿腔洞化。或者，该物体可以被单个牙齿连续腔洞化。所得物体被保存起来。
5、然后每个牙齿按大于100％-通常在105％-150％的范围内的比例缩放；并被保存为一个单独的文件。
6、在应用程序中，制作或打开完全相同的、全部包绕性的第二个物体(550)(图26)。
7、对块体550重复步骤4(图26)，区别是应用了在步骤5步中按比例缩放的牙齿。或者，并不一定要制作和应用按比例缩放的牙齿，原始牙齿可以在块体550中以大于100％的比例被腔洞化。
8、将图25的块体550和图26的块体550共同定位在它们文件中的一个、或者一个新文件中，该文件优选只包含这两个物体。
9、将图26的块体550从图25的块体550中去除。这样就留下了一个或者多个壳状物体-其外侧表面由按比例缩放的牙齿限定，而内侧表面由原始未缩放的牙齿限定。
10、将牙根和龈下部分从该(一个或多个)物体中去除。这种去除可以通过使用额外物体或者表面切割、腔洞化或从将被保留的物体中去除的方式实现。
11、连续或者同时，将目标牙齿和其邻牙的共同几何形状部分从(一个或多个)物体中去除。
12、根据需要，可以对外部邻接区域进行充填将牙齿的壳状节段连接起来。这个“支持”过程有多种可能性·在牙齿的颊侧面以外区域添加一个实心物体，并将它与牙齿抵触的部分重新腔洞化；·从颊侧面外分别充填邻牙之间的邻接区域。
·在每个单独的牙齿上添加另一个按比例缩放的牙齿，并在它将与下面牙齿相抵触的部分重新腔洞化。
·邻接区域可以是分离的，但是，通过在切缘上/咬合面内应用一个实心物体将每个单独的牙齿连接起来。必要时对其重新腔洞化。
·在步骤7和/或步骤8之前、同时、或者之后，支持元件可以被放置或限定在按比例缩放的牙齿上。优选该过程在步骤9之前进行。
13、去除任何不需要的或者干扰性几何形状，例如内部邻接区域。这种去除可以包括托槽或者其它正畸或者牙科部件的位置。这种去除可以如上所述来实现。
14、果需要，可以将最终的文件转换成快速原型方法需要的文件格式。
图33举例说明了另外一种按比例缩放牙齿模型的实施方案。在该实施方案中，应用一个预先确定的数学公式或者预先确定的点或者约束条件，对原始牙齿模型的表面偏移(565)。该实施方案偏移了多个表面，显示了用于放大牙齿模型或者制作具有相同形状、按比例放大的牙齿模型之表面的可替代方法。图34将图33的表面(565)向内朝向牙齿进行了加厚，形成物体567。图35是相同的表面(565)，但是背向牙齿向外进行加厚，图36显示的是向内侧和外侧同时加厚的情况。
图37-40显示了制作模板的另一个实施方案。在该实施方案中，将一个几何物体570(图37)放置在靠近牙齿574上之正畸部件572处。在一个实施方案中，部件572是托槽。托槽的位置限定了该添加物体的位置；在这种情况下，物体570的一角在两侧邻接托槽572。在图37-40的实施方案中，图37中放置了3个托槽，三个几何物体被紧靠托槽572放置。在图38中，所有的物体570被物体570之间的两个连接元件576连接到一起。在图39中，图38中的结构被延伸到或者超出了牙齿，例如，到达了牙齿的切缘或者咬合面。图39-40显示了物体570以及牙齿574上的连接元件576的咬合面视图以及颊侧视图。在图39-40中，一个延伸的物体575被连接于物体570和576，从而延伸了附件组合的高度。
图41和42显示，一旦物体570如图39和40被延伸，一种额外的覆盖体580就可以被放置在咬合面或者切缘，这样就全面限定了模板相对于牙齿的空间位置，在该实例中显示了一个简单的平板。然而，可以应用更加复杂的几何形状。
牙齿包板实施方案的伪码1、通过扫描或者其他数字化手段获得一个牙齿的数字化形式。
2、在计算机应用程序中打开这个牙齿文件，该程序使得使用者可以更改这个文件或者程序本身可以更改这个文件。
3、正畸部件或者牙科部件被放置于其在牙齿的预期位置上。或者，根据已知将放置所述部件的位置处放置平板。
4、将一物体放置在牙齿上、内和/或表面，使得该物体邻接所述部件，该物体与部件的接触可以随意地充分限制其自由度。这个物体可以是一个标准化的形状，或者是相对牙齿类型定制的形状，或者是对特定患者的一个或多个牙齿特殊定制的形状。至少，这个物体具有下述特点或者特征其颊舌厚度比所述部件该方向的尺寸的约一半要大，但是一般比该部件与相应牙齿厚度的总和要小；近中远侧长度可以比牙齿的近中远侧宽度大、小、或者相同；龈合高度可以比牙齿高度大、小、或者相同。该物体可以是简单的直线性，也可以是和牙齿或者口腔形态一样复杂的形态，还可能包含一个与正畸部件匹配的腔洞。或者，当该物体仅被大致定位后，该部件在物体内被腔洞化。
5、在所有的牙齿被“包板”后，在存在缝隙的地方将平板熔合、连接或者接合，并在存在不必要的突出的地方进行切割、打磨或者塑形。此时，也可以将切缘/合缘元件熔合在平板中。
6、如果需要，将牙体的部分从平板和任何切缘/合缘元件构成的物体中去除。
7、去除任何不需要的或者干扰性几何形状。这种去除可以包括托槽或者其他正畸或者牙科部件的位置。见上述去除方法。
8、如果需要，可以将最终的文件转换成快速原型方法需要的文件格式。
图43和44显示了表面偏移方法的另一个实施方案。在该实施方案中，应用两个表面590和592，而不只用一个表面。在图43中，一个表面592在牙齿上或者牙齿附近被偏移。第二个平面590被偏移的距离比平面592被偏移的距离大，结果就产生了两个基本重叠但距离不同的平面。图44显示了限定一个实心体的两平面590和592。该实心体可以用多种方式进行限定。例如，一个平面可以向另一个平面交替突出，表面间形成间隙之处的边缘(591)被封闭。
表面偏移的伪码如下1、通过扫描或者其他数字化手段获得一个牙齿的数字化形式。
2、在计算机应用程序中打开这个牙齿文件，该程序使得使用者可以更改这个文件或者程序本身可以更改这个文件。
3、牙齿的一个或者多个表面被偏移到预期距离。
4、如果偏移距离小于或等于零，该表面就会向外以放射状加厚。
如果偏移距离小于零，就可以从通过增厚偏移表面形成的几何体中去除牙体。如果距离大于零，该表面就会以放射状向内或者同时向内向外加厚。优选指向内侧的厚度不穿透牙齿表面。然而，如果穿透了，那么牙体可以从加厚偏移表面形成的几何体中去除。
5、去除任何不需要的或者干扰性几何形状。这些几何形状可以包括邻接区域以及托槽或者其它正畸或牙科部件的位置。见上述去除方法。
6、如果需要的话，可以将最终的文件转换成快速原型方法需要的文件格式。
多重表面偏移的伪码如下1、通过扫描或者其他数字化手段获得一个牙齿的数字化形式。
2、在计算机应用程序中打开这个牙齿文件，该程序使得使用者可以更改这个文件或者程序本身可以更改这个文件。
3、牙齿的一个或者多个表面被偏移到第一个预期距离。
4、牙齿的一个或者多个表面被偏移到第二个预期距离，优选大于或小于第一个距离。
5、然后充填第一个与第二个表面之间的体积，形成一个实心体。
6、如果其中一个偏移距离将相应表面设置于牙体内部，就可以在实心体中将初始牙体腔洞化。
7、去除任何不需要的或者干扰性几何形状。这些几何形状可以包括邻接区域以及托槽或者其它正畸或牙科部件的位置。见上述去除方法。
8、如果需要的话，可以将最终的文件转换成快速原型方法需要的文件格式。
图45和图46显示了模板切割的一种实施方案。切割体593部分地包饶着下面的托槽572，在模板上形成了一个“窗口”，在这里可以定位和固定托槽，而模板还可以被随后取下。在一个实施方案中，切割体593的几何形态非常简单。基于需要或目的，其它形状可以更多或者更少地包绕其下方的正畸或者牙科部件。此外，物体593的形状可以更加复杂，以具有一些其它优点，例如形成一个部分锁状结构将部件“放手”地固位，形成一个狭缝，模板可以沿狭缝被容易地折断或者去除，或者使粘结或固化更容易操作。在该实例中，包绕体593从模板的舌侧面延伸到颊侧面，形成边缘尖锐的狭窄区域594，沿着594的颊侧边缘可以更容易地折断模板。
物体593在模板中形成了一处用来定位正畸或牙科部件例如托槽的缺口。它不必与部件的几何形状完全吻合，而可以只与足以将托槽或部件正确定位的该几何形状的某些方面吻合。此处，中间牙体的托槽之上有一物体，该物体在齿龈方向延伸到托槽之外，这样，托槽可被置于模板内、被粘结到牙齿上，随后，可以将模板去除。
图46是同一托槽、物体和模板部分的咬合面视图，但显示了可能被结合于该物体的其它特征。此处，切割体593中有一个三角形的面，可以切进模板内而形成一个折断边缘594或者一个折断线。对于严重旋转或者严重倾斜的牙齿，由于可能需要不同进入途径来定位一个或者多个部件，可以使用更加复杂的几何形态，这也可能有利于模板的去除。
以上模板也可以将托槽定位于任意的三维空间，来支持预定的托槽特定角度和倾斜程度。在这种情况下，该模板将托槽相对于牙齿的空间位置固定。
多种可替代部件、改良部件或等同部件可以代替上述部件使用。另外，这里描述的技术可以按硬件或软件、也可以按两者的结合实现。该技术也可以在可编程计算机上执行的计算机程序中实现，每个计算机包括一个处理器、一个处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或储存元件)，以及匹配的输入输出装置。程序代码应用于通过输入装置输入的数据，以执行所述功能，并生成输出信息。输出信息可以应用于一个或者多个输出装置。每个程序都可以高级过程或面向对象的编程语言实现，以便与计算机系统协同操作。但如果需要，这些程序也可以通过汇编或者机器语言来实现。任何情况下，语言可以是被编译的或解释的语言。每一个这种计算机程序可以被储存在存储介质或装置中(例如，CD-ROM、硬盘或者磁盘)，这些存储介质或装置是通用或者专用可编程计算机可读的，当被计算机读出以执行所述过程时，可配置并操作计算机。该系统也可以作为一个实现配置有计算机程序的计算机可读存储介质，而这样配置的存储媒介质使计算机以特定的和预定的方式工作。此外，虽然参考一种实施方案对本发明进行了说明和描述，但本领域技术人员将理解上述或者其它形式以及细节上的可能变化都在下述权利要求的精神和范围内。
权利要求
1.一种牙齿模板，包括一个具有多个腔洞的壳，腔洞的形状可以使之被套在患者的牙齿上，该壳具有至少一个能够接纳定位于其中之正畸装置的开口。
2.权利要求1的模板，其中所述壳是聚合物壳。
3.权利要求1的模板，进一步包括开口上的曲线状边缘，以将正畸装置固定在壳上。
4.权利要求1的模板，其中正畸装置是托槽。
5.权利要求1的模板，其中所述壳由多个柔性连接的腔洞铰接而成。
6.权利要求5的模板，其中所述壳是直接制作的。
7.权利要求5的模板，其中所述壳是间接制作的。
8.权利要求5的模板，其中所述模板是一个非铰接单元。
9.权利要求5的模板，其中所述开口包括使得粘结剂可以被涂布于牙齿预定区域的窗口。
10.一种制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板的方法，包括制作患者牙齿的模型；在牙齿模型的预定位置上添加物体；制作用于将该物体定位在患者牙齿上的牙齿模板。
11.权利要求10的方法，进一步包括按比例缩放牙齿模型。
12.权利要求11的方法，进一步包括将按比例缩放的牙齿模型叠置于原牙齿模型上。
13.权利要求12的方法，进一步包括将虚拟物体置于叠置的按比例缩放牙齿模型上。
14.权利要求12的方法，进一步包括将虚拟物体以预定位置和方向置于叠置的按比例缩放的牙齿模型上。
15.权利要求12的方法，进一步包括将牙齿模型从按比例缩放的牙齿模型中去除，形成一个虚拟的矫治器。
16.权利要求10的方法，进一步包括在龈线上、龈线下以及沿着龈线去除数字化结构。
17.权利要求10的方法，进一步包括去除与邻牙接触的邻面结构。
18.权利要求10的方法，其中牙齿模型是实体模型或数字化模型。
19.权利要求10的方法，其中制作过程包括通过快速原型方法获得实体牙齿模板。
20.一种制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板的方法，包括将患者牙齿数字化；在数字化牙齿上的预定位置上添加虚拟物体；制作用于将物体定位于患者牙齿上的牙齿模板。
21.一种将正畸物体放置于患者牙齿上的方法，包括将权利要求1-9任一项的模板放置在患者的牙齿上；将正畸物体安装在模板与牙齿之间；和将正畸物体粘结到牙齿上。
22.一种将正畸物体放置于患者牙齿上的方法，包括将患者的牙齿数字化；在数字化牙齿的预定位置上添加虚拟物体；制作用于将正畸托槽定位在患者的牙齿上的牙齿模板；将模板放置在患者的牙齿上；将正畸物体安装在模板与牙齿之间；和将正畸物体粘结到牙齿上。
23.权利要求22的方法，进一步包括按比例缩放数字化牙齿。
24.权利要求23的方法，进一步包括将按比例缩放的数字化牙齿叠置在数字化牙齿上。
25.权利要求24的方法，进一步包括将虚拟物体放置于叠置的按比例缩放的数字化牙齿上。
26.权利要求24的方法，进一步包括将虚拟物体以预定位置和方向置于叠置的按比例缩放的数字化牙齿上。
27.权利要求24的方法，进一步包括将数字化牙齿从按比例缩放的数字化牙齿中去除，形成一个虚拟的矫治器。
28.权利要求22的方法，进一步包括在一条或多条龈线上、龈线下以及沿着龈线去除数字化结构。
29.权利要求22的方法，进一步包括将与邻牙直接邻面接触或者邻牙附近不需要的数字化结构去除。
30.权利要求22的方法，进一步包括将颊侧、龈侧或舌侧的结构去除。
31.权利要求22的方法，其中制作过程包括通过快速原型方法获得实体牙齿模板。
32.一种将正畸物体放置于患者牙齿上的方法，包括将正畸物体放置在权利要求1-9任一项的模板内；将包含正畸物体的模板插在患者牙齿上；将正畸物体粘结到牙齿上。
33.一种将正畸物体放置于患者牙齿上的方法，包括将患者的牙齿数字化；在数字化牙齿的预定位置上添加虚拟物体；制作用于将正畸托槽定位在患者牙齿上的牙齿模板；将正畸物体放置在模板内；将包含正畸物体的模板插在患者牙齿上；将正畸物体粘结到牙齿上。
34.一种制作用于将物体定位于患者牙齿上以将牙齿从初始位置移动到目标位置的牙齿模板的方法，包括将初始位置的患者牙齿模型数字化；将物体放置在目标位置的牙齿模型上；确定该物体在初始位置牙齿上的位置；和制作用于将该物体定位在初始位置患者牙齿上的牙齿模板。
35.权利要求34的方法，其中该物体是托槽。
36.权利要求35的方法，进一步包括定位托槽的沟槽以容纳正畸矫正弓丝。
37.权利要求34的方法，进一步包括a、将多个托槽定位在多个目标位置患者牙齿上，每个托槽都有一个沟槽适于容纳穿过的正畸矫正弓丝；和b、排列托槽以使弓丝在目标位置上的张力最小化。
38.权利要求37的方法，其中目标位置上的弓丝为弓形，并且初始位置上的弓丝是不规则形。
39.权利要求34的方法，进一步包括互动地调节物体的位置。
40.权利要求39的方法，进一步包括确定物体与理想位置之间的偏差，并反复调节物体的位置以尽量减少偏差。
41.权利要求34的方法，其中制作过程包括应用快速原型方法获得实体牙齿模板。
42.用于将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列的系统，所述系统包括一个或多个可拆卸的逐渐调节牙齿位置的矫治器，其形状可以容纳牙齿和依靠弹性将牙齿从第一种排列重新定位在第二种排列；和具有容纳托槽之腔洞、用于将托槽定位在牙齿上的模板，该模板是在从每个牙齿的目标位置确定初始位置并确定每个托槽在初始位置牙齿上的位置后制作的，依次使用托槽和矫治器将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列。
43.根据权利要求42的系统，其中每个牙齿的目标位置来自与牙齿重新定位相关的医生、使用者和计算机。
44.权利要求42的系统，其中由每个相继矫治器上腔洞所限定的牙齿位置与前一个矫治器所限定的位置相差不超过2mm。
45.权利要求42的系统，包括与托槽相连的弓丝，其中在托槽的目标位置处，弓丝基本上是弓形。
46.权利要求42的系统，包括与托槽相连的弓丝，其中在托槽的初始位置处，弓丝是不规则形的。
47.权利要求42的系统，包括与托槽相连的弓丝，其中在托槽的目标位置处，弓丝基本是U形。
48.权利要求42的系统，包括与多个托槽相连的弓丝。
49.权利要求42的系统，包括与托槽相连的弓丝，其中在托槽的目标位置处，弓丝基本上是弓形，在托槽的初始位置处，弓丝基本上是非弓形的。
50.权利要求42的系统，包括与托槽相连的弓丝，其中在托槽的目标位置处，弓丝是弓形，通过回溯牙齿位置到初始位置来确定在初始位置处弓丝的形状。
51.权利要求42的系统，其中通过从最终位置回溯牙齿位置到初始位置来确定托槽的位置。
全文摘要
一种将物体定位在患者牙齿上的牙齿模板，包括将患者的牙齿数字化；在数字化牙齿的预定位置上添加虚拟物体；并制作用于将该物体定位在患者的牙齿上的牙齿模板。该模板可以用于蚀刻或者在牙齿上定位托槽。
文档编号A61C7/28GK1663540SQ20041005832
公开日2005年9月7日 申请日期2004年8月10日 优先权日2004年3月4日
发明者彼得·G·诺普, 阿米尔·阿伯发斯, 埃里克·郭, 洛克·X·范, 闻华峰 申请人:矫正技术公司