一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统及其制作方法与流程
本发明涉及牙齿矫正领域，尤其涉及一种个性化定制正畸系统。
技术背景
口腔正畸是通过应用矫正装置对牙齿排列不齐及牙面畸形进行治疗的一门学科。目前，应用最为广泛的固定矫治是基于粘接于唇侧的托槽及序列的弓丝间的相互作用来实现的。主要包括带翼托槽(如专利文献cn204446157u,cn2614644y,cn202020559u)，自锁托槽等(如专利文献cn104434324a，cn204636588u，cn201578387u)。基于托槽与弓丝的唇侧固定矫治早期是利用圆形弓丝的弹性及正畸托槽对弓丝的限制，以实现牙齿基本按照弓丝的形状自由滑动实现牙齿的排齐，后期则通过方形弓丝与正畸托槽方形槽沟的相互作用，实现牙齿三维方向上的控制。该矫治体系存在以下问题：1.早期排齐过程中牙齿移动的可控制性差，主要是因为在该阶段的正畸过程中，牙齿的运动主要是靠弓丝在托槽范围内的自由滑动，无法对牙齿的运动方向和运动量进行精确控制，容易导致不可预测的牙齿运动；2.在后期精细调整过程中，方形弓丝与方形槽沟无法实现紧密接触，弓丝与槽沟间存在一定余隙，需要托槽预先设置额外的角度或者弓丝上面增加额外的转矩等进行一定补偿。
随着计算机三维技术及齿科材料科学的发展，诞生了舌侧固定矫治器及无托槽隐形矫治技术，均实现了牙齿移动的三维模拟移动。
舌侧矫治器还可以通过计算机或者手工的模拟排牙实现整个矫正过程的个性化弓丝定制，以实现牙齿较为精确的运动控制(如专利文献cn104720901a，cn202136432u，cn202654253u)。但是，该矫治体系仍然存在以下问题：1.舌侧固定矫治器仍然采用唇侧固定矫治的滑动原理及方形弓丝与托槽的相互作用来实现牙齿的三维方向控制，因此同样存在上述唇侧固定矫治的问题，并且舌侧托槽较唇侧托槽体积更小，槽沟更窄，三维方向运动更差；2.同时舌侧空间较小，患者张口度有限，舌侧托槽与弓丝间的结扎较唇侧更为复杂，因此需要临床医师更多的专业培训和更长的椅旁操作时间。
近年来盛行的无托槽隐形矫治技术则是通过获取三维的牙列数据，通过应用计算机软件对牙齿的运动进行模拟，并生产出多步精确设计的塑料膜片矫治器，以此实现正畸牙齿的精确控制(如专利文献号cn203369975u,cn105310786a，cn104144655a)。但是，无托槽隐形矫治器摒弃了通过托槽与弓丝相互作用实现牙齿三维方向控制的传统机理，单纯通过塑料膜片对牙齿的包裹来实现对牙齿的移动，该机理下就存在以下问题：1.膜片对牙齿的包裹方式无法实现全范围包裹，即使通过附件的设计也无法非常精确的控制牙齿的移动，且牙齿的移动主要以推力作用为主，牙齿的三维方向控制较差，适应症较窄；2.膜片弹性与硬度无法兼顾，存在戴用舒适度与牙齿精确移动控制间的矛盾；3.在矫正后期，因牙颌间存在两层膜片厚度，所以难以建立好的咬合关系。
技术实现要素：
本发明为了解决上述
背景技术：
中的不足之处，提出了一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统。该正畸系统能精确控制牙齿运动方式及运动量，并具有与传统固定正畸同样的适应症范围，同时能减少医生的椅旁操作时间。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统，包括与牙齿数量对应的一套正畸托槽和一套弓丝，正畸托槽包括托槽底板和托槽本体，其特征在于，所述的托槽本体包括托槽固位体和托槽活动体以及连接构件，托槽固位体与托槽底板连接，托槽活动体与弓丝连接，托槽固位体和托槽活动体通过连接构件可以实现可分离式的连接，所述的一套弓丝包括：
一组弓丝集：包括一条或多条弓丝，弓丝形态基于牙齿的最终目标排列位置弯制成型，使用该组弓丝集，可以将牙齿运动到最终目标排列位置。
进一步的，本发明所述的一套弓丝包括：
第一组弓丝集：包括一条或多条弓丝，弓丝形态基于牙齿的第一个中间目标排列位置弯制成型，使用该组弓丝集，可以将牙齿从初始位置运动到第一个中间目标排列位置；
后续一组或多组弓丝集：每组均包括一条或多条弓丝，弓丝形态基于牙齿的第二个或后续中间目标排列位置分别弯制成型，使用这些组弓丝集，可以将牙齿从第一个中间目标排列位置运动到第二个中间目标排列位置，继而逐步的运动到后续中间目标排列位置；
最后一组弓丝集：包括一条或多条弓丝，弓丝形态基于牙齿的最终目标排列位置弯制成型，使用该组弓丝集，可以将牙齿运动到最终目标排列位置。
作用原理
本发明的技术方案的作用原理为：基于牙齿的最终目标排列位置(最终理想目标排列位置或过矫正目标排列位置)确定正畸托槽的安装位置，并基于此位置将牙齿和正畸托槽组合成一个整体；基于牙齿某一目标排列位置(最终目标排列位置或中间目标排列位置)上牙齿和正畸托槽的排列形态，弯制成型弓丝，并在该目标排列位置上将弓丝与托槽活动体固定连接在一起；在临床上通过托槽安装模板，将正畸托槽的托槽底板和托槽固位体安装在患者口腔内；将与弓丝固定连接的托槽活动体安装在托槽固位体上，结合连接构件，使得托槽活动体与托槽固位相对位置固定；这样预制成型的弓丝会因变形产生回弹力，通过托槽活动体精确的作用到托槽固位体上，再间接的作用到牙齿上，带动牙齿运动；按序使用所有弓丝，实现牙齿矫正。
一套弓丝
本发明所述的一组弓丝集中可以是一条弓丝，也可以是多条弓丝。在长时间的正畸力的作用下，弓丝材料存在蠕变，所以为实现从一个目标排列位置运动到后续一个目标排列位置，可以采用多条弓丝。上述每一组弓丝集中的弓丝数量可以相同也可以不同，可以是1条，也可以是2条，也可以是3条，也可以是4条，也可以是5条，也可以是6条，也可以是7条，也可以是8条，也可以是9条，也可以是10条，也可以是不超过20条，也可以是不超过30条，也可以是不超过40条。
同一组弓丝集中的多条弓丝的形态基于牙齿同一目标排列位置设计并弯制成型，其可以是形态一致或形态近似，也可以是形态不一致。
同一组弓丝集中的多条弓丝可以是相同材料、相同型号、相同力学性能或相同弹性模量的弓丝，也可以是不同材料、不同型号、不同力学性能或不同弹性模量的弓丝，也可以是不同材料、不同型号的弓丝组成的复合弓丝。
采用形态一致或形态近似的多条弓丝，优选弹性模量逐步变大的多条弓丝，即同一组弓丝集中的多条弓丝包括：
第一条弓丝，采用低弹性模量的弓丝弯制；
后续一条或多条弓丝，采用弹性模量逐步变大的弓丝弯制；
按序使用该多条弓丝，可以实现牙齿从当前排列位置运动到后续一个目标排列位置。
同时，因为弯制成型的弓丝具有结构弹性模量，采用形态不一致的多条弓丝，可以使得多条弓丝具有不同的力学性能或不同结构弹性模量。所述的多条弓丝可以是相同材料、相同型号、相同力学性能或相同弹性模量的弓丝，也可以是不同材料、不同型号、不同力学性能或不同弹性模量的弓丝。可以通过在弓丝上设置包括但不限于“u”形曲，“v”形曲，“w”形曲，“∽”形曲，“ω”形曲，
第一条弓丝：基于牙齿目标排列位置弯制，具有低的结构弹性模量，在弓丝上设置有减小结构弹性模量的结构，包括但不限于“u”形曲，“v”形曲，“w”形曲，“∽”形曲，“ω”形曲，
后续一条或多条弓丝：基于牙齿目标排列位置弯制，通过调节设置在弓丝上的减小结构弹性模量的结构的形态和(或)大小和(或)数量，具有逐渐变大的结构弹性模量；
按序使用该多条弓丝，可以实现牙齿从当前排列位置运动到后续一个目标排列位置。
同时在同一组弓丝集中，即可以包括一条或多条形态一致并且弹性模量一致的弓丝；也可以包括一条或多条形态一致但弹性模量不一致的弓丝；也可以包括一条或多条形态不一致但弹性模量一致的弓丝；也可以包括一条或多条形态不一致并且弹性模量也不一致的弓丝。
一套正畸托槽
本发明所述的一套正畸托槽，正畸托槽的具体数量与矫正牙齿数量相对应。参与矫正的牙齿数量一般不超过32颗，那所对应的正畸托槽数量也不超过32颗，具体数量可根据临床需求而定。
正畸托槽包括托槽底板和托槽本体。托槽本体包括托槽固位体和托槽活动体以及连接构件，托槽固位体与托槽底板连接，托槽活动体与弓丝连接，托槽固位体和托槽活动体通过连接构件可以实现可分离式的连接。
进一步的，托槽本体可以是一个托槽固位体和一个托槽活动体的组合，也可以是一个托槽固位体和多个托槽活动体的组合，托槽活动体的具体数量与正畸系统中使用的弓丝数量相同。
托槽底板是指安装在牙齿上的与托槽本体连接的部分，包括如zl200620115349.0，cn2686552y等专利文献里描述的底板，也包括如zl200920102206.x，cn102178563b，cn201642386u等专利文献里描述的牙齿带环。托槽底板可以为与牙齿唇面或舌面形态相近似的便于批量化生产的标准形态，也可以为基于牙齿唇面或舌面形态个性化定制的形态。
托槽本体
托槽本体中的托槽固位体负责与托槽底板连接，其连接方式优选固定连接，例如焊接等。托槽固位体可以与托槽底板一样为个性化定制，并一体成型，例如使用快速成型方式直接或间接制造，或使用数控铣削直接制造；也可以是批量生产的标准形态，再与托槽底板进行固定连接。优选的，托槽固位体为标准形态，托槽底板为基于牙齿形态个性化定制，并在安装托槽固位体的一面设置有一安装平台，通过焊接等方式将托槽底板和托槽固位体固定连接。
在临床应用状态，通过连接构件，托槽固位体和托槽活动体应形成相对位置固定，这样预制成型的弓丝的变形量才能通过托槽活动体精确的传导给托槽固位体，继而精确传导给牙齿。
优选的，将托槽固位体和托槽活动体设置成相互间能形成过渡配合的形状，再结合结扎钢丝、橡胶圈、或其他连接构件(如设置在托槽本体上的卡接结构、销接结构或自锁结构)，使得托槽活动体和托槽固位体为相对位置固定。针对过渡配合，可以有两种技术方案：1.在托槽固定体上开设型腔，包容托槽活动体；2.在托槽活动体上开设型腔，包容托槽固位体。
过渡配合---针对在托槽固位体上开设型腔的技术方案
本发明所述的托槽固位体上设置有可以包容全部或部分托槽活动体的开口型腔。开口型腔可以是只有一面(例如顶面)开口的桶形结构，也可以是相对两面(例如顶面和底面)开口的通孔结构，也可以是顶面和(或)底面开口、某一相对的两侧面也开口的槽沟结构。开口型腔的形状依据托槽活动体的形状设置，与托槽活动体应形成过渡配合。基于此目的，开口型腔的形状和尺寸可根据托槽活动体被开口型腔包容部分的整体形状或局部形状来设置，优选根据整体形状来设置。这样在临床应用状态，为托槽固位体包容全部或部分托槽活动体，并形成过渡配合。
托槽活动体上设置有弓丝槽沟和限位件，弓丝槽沟里放置弓丝，并负责和弓丝固定连接在一起，限位件负责限制托槽活动体在托槽固位体上某些类型的运动。
在医学上，用6种运动类型来定义牙齿的运动，包括近远中向的移动，龈颌向的移动，唇舌向的移动，绕近远中向的转动，绕龈颌向的转动和绕唇舌向的转动。
弓丝槽沟可以与现有正畸托槽的弓丝槽沟形状一致，包括两个侧面和一个底面，此时弓丝槽沟的开口方向可以是在舌向或唇向或龈向或颌向；也可以是只有一个面，例如一个侧面或一个底面；也可以是有两个面，一个侧面加上一个底面。进一步的，弓丝槽沟的一个面或两个面或三个面上可开设贯通孔，以便于后期焊接过程中增加弓丝与弓丝槽沟的焊接面积。
限位件可限制托槽活动体在托槽固位体上某些类型的运动，最多可以限制托槽活动体在托槽固位体上5种类型的运动，例如限制托槽活动体在近远中向和龈颌向的移动，以及托槽活动体绕近远向，龈颌向和唇舌向的转动。在有些实施例中，弓丝槽沟和限位件一起负责托槽活动体在托槽固位体上的位置或运动的限制，此时的弓丝槽沟应与托槽固位体的开口型腔形成过渡配合。
托槽活动体上的限位件与托槽固位体的接触或作用部位可以是在开口型腔外。在弓丝槽沟的两端设置限位件，限位件应无法进入托槽固位体的开口型腔，因此在龈颌向和(或)唇舌向的外部尺寸应大于托槽固位体的开口型腔在这两个方向上的内部尺寸，同时弓丝槽沟的长度与托槽固位体开口型腔的长度一致，从而使得限位件能限制托槽活动体在托槽固位体开口型腔内沿近远中向的移动。限位件可以是开口圆柱体、开口多边形体或圆柱体和多边形体的结合，优选开口圆柱体或开口长方形体。在此实施例中，托槽活动体上的弓丝槽沟与限位件一起负责托槽活动体在托槽固位体上的位置或运动的限制，即限位件负责限制托槽活动体在近远中向的移动，弓丝槽沟限制托槽活动体在龈颌向的移动和绕近远中向的转动以及绕唇舌向的转动。再结合结扎钢丝或橡胶圈或托槽固位体上的自锁构件的作用，可以近一步的限制托槽活动体在托槽固位体内沿唇舌向的移动，以及绕龈颌向的转动。从而使得托槽活动体和托槽固位体相对位置固定。在此实施例中，弓丝槽沟如由两个侧面与一个底面组成，则弓丝槽沟在垂直于弓丝槽沟长度方向上的各个位置或部分位置的截面的外部形状是多边形，优选与托槽固位体开口型腔在该方向上相对应位置的截面的内部形状相一致的形状，最优选，弓丝槽沟在垂直于弓丝槽沟长度方向上的各个位置的截面的外部形状与托槽固位体开口型腔在该方向对应位置的截面的内部形状相一致的形状，从而使得弓丝槽沟的外部尺寸，即加上材料厚度后的尺寸，和托槽固位体开口型腔的内部尺寸相一致。弓丝槽沟如由一个侧面和一个底面组成，或者弓丝槽沟由一个侧面或一个底面组成，则弓丝槽沟的面应该是一个厚度较大的面，其厚度应确保能限制弓丝槽沟在托槽固位体开口型腔内绕近远中向转动。如此弓丝槽沟在安装到托槽固位体开口型腔后，可以形成过渡配合。
托槽活动体上的限位件与托槽固位体的接触或作用部位也可以是在开口型腔内。限位件为圆柱体或多边形体或其组合，即从开托槽固位体开口型腔的开口方向上看，其截面形状为圆形或多边形或圆形和多边形的组合，其可以与弓丝槽侧面相交连接，也可以与弓丝槽底面连接。为方便托槽活动体进入或离开托槽固位体，可以在限位件上设置拔模角。优选的限位件为设置有拔模角的圆柱体、长方体、梯形体或工字形体，即从开托槽固位体开口型腔的开口方向上看，其截面形状为圆形、长方形、梯形、工字形，并在该方向上设置有拔模角，其与弓丝槽沟正交连接，即如弓丝槽沟的长度方向为近远中向，则限位件为龈颌向和(或)唇舌向，连接部位为弓丝槽沟的侧面和(或)底面。
托槽活动体负责与弓丝连接，连接后，弓丝被限制在托槽活动体上，以使得弓丝的回弹力能通过托槽活动体精确的传导给托槽固位体，最终作用到牙齿上。托槽活动体和弓丝的连接方式优选能使二者相对位置固定的连接方式，例如当托槽活动体和弓丝在正确的位置定位后，采用焊接方式将两者固定连接，从而使得设计的矫治方案能精确的转移到患者口腔。
进一步的，托槽活动体在弓丝槽沟上还可以设置有弓丝卡锁构件。一般情况下，弓丝卡锁构件负责将弓丝初步定位在托槽活动体上，有些情况下，弓丝卡锁构件负责将弓丝固定限制在托槽活动体上。弓丝卡锁构件可以设置在弓丝槽沟的端部和(或)中部任意位置，优选在弓丝槽沟的两个端部设置弓丝卡锁构件，并与弓丝槽沟固定连接在一起。为加强托槽活动体的结构刚度，可以在弓丝槽沟和弓丝卡锁构件的连接处设置有加强筋。
弓丝卡锁构件可以是一种通过外力形成塑性变形从而夹紧弓丝的刚性夹紧构件，优选局部开口的管状结构，其截面形状包括但不限于
弓丝卡锁构件也可以是在弓丝穿过时形成弹性变形从而夹紧弓丝的弹性夹紧构件，优选在弓丝槽沟的侧壁上相对而设的一对弹力片。
过渡配合---针对在托槽活动体上开设型腔的技术方案
托槽活动体上设置有弓丝槽沟和限位件，在限位件上开设有可包容全部或部分托槽固位体的开口型腔。开口型腔可以是只有一面(例如顶面)开口的桶形结构，也可以是相对两面(例如顶面和底面)开口的通孔结构，也可以是顶面和(或)底面开口、某一相对的两侧面也开口的槽沟结构。开口型腔的形状依据托槽固位体的形状设置，与托槽固位体可形成过渡配合。从开口型腔的开口方向上看，托槽固位体的截面形状是圆形或多边形或其组合。优选的，托槽固位体为凸台结构，包括与托槽底板连接的基底部分以及被托槽活动体开口型腔包容的凸台部分；其中与托槽底板连接的基底部分的形状包括圆柱体、长方体、梯形体或其组合；被托槽活动体开口型腔包容的凸台部分的形状与开口型腔的内部形状全部或部分相一致，包括圆柱体、长方体、梯形体或其组合；优选的托槽活动体限位件的外部形状依据托槽固位体体与托槽底板连接的基底部分的形状设置，包括圆柱体、长方体、梯形体或其组合。同时在一些情况下，可以在托槽固位体被开口型腔包容的凸台部分全部或局部设置拔模角，以方便托槽固位体进入托槽活动体的开口型腔。
进一步的，托槽活动体在弓丝槽沟上设置有弓丝卡锁构件，弓丝卡锁构件与弓丝槽沟固定连接。优选在弓丝槽沟的两个端部设置弓丝卡锁构件。弓丝卡锁构件可以是通过外力形成塑性变形从而夹紧弓丝的刚性夹紧构件，优选局部开口的管状结构，其截面形状包括但不限于
连接构件
本发明所述的连接构件为设置在托槽固位体和(或)托槽活动体上的连接结构或用于结扎的结构或其组合。连接构件能使托槽活动体和托槽固位体形成可分离式的连接或装配。
连接构件可以是设置在托槽固位体和(或)托槽活动体上的连接结构，包括但不限于卡接结构，销接结构，自锁结构或其组合，可以是一个或多个。
卡接结构应满足托槽活动体和托槽固位体连接或装配在一起后，在仅有正畸弓丝的回弹力的作用下，托槽活动体和托槽固位体不分离，只有在其他外力的作用下，例如医生在临床上施加外力，托槽活动体和托槽固位才能分离。进一步的，卡接结构为设置在托槽固位体和托槽活动体对应位置上的契合结构，优选在托槽固位体和托槽活动体的限位件对应位置上设置的契合结构。采用在托槽固位体和托槽活动体限位件上设置契合结构，如果在托槽固位体上设置开口型腔包容托槽活动体，则托槽活动体的限位件上可设置凹槽，如托槽活动体的限位件上设置开口型腔包容托槽固位体，则托槽固位体上可设置凹槽，上述凹槽可以增加部件的结构弹性，方便托槽活动体在托槽固位体上的安装和分离。
销接结构包括销轴结构、销键结构或其组合。在托槽固位体和托槽活动体对应位置上开设有销孔或销槽，可以是一个或多个。在临床使用时，使用销轴或销键将托槽固位体和托槽活动进行连接。
自锁结构可以是滑盖自锁结构或翻盖自锁结构，其在包括如cn104434324a，cn102274081a,cn203710155u，cn204636588u，cn201578387u等专利文献中有详细描述。如果在托槽固位体上设置开口型腔包容托槽活动体，则自锁结构可以设置在托槽固位体的顶部或中部，如托槽活动体的限位件上设置开口型腔包容托槽固位体，则托槽活动体的限位件上可设置自锁结构。
连接构件可以是设置在托槽固位体和(或)托槽活动体上的用于结扎的结构。所述的用于结扎的结构为桩基结构，包括但不限于凸台、托槽翼、牵引钩等，结合结扎钢丝、橡胶圈等结扎件，可以将托槽活动体和托槽固位体连接在一起。
本发明所述的托槽本体还可以包括一软质缓冲层，所述的软质缓冲层为托槽固位体和(或)托槽活动体上的附着层或独立件，设置在托槽固位体和托槽活动体相接触的全部或部分区域上。该软质缓冲层主要基于加工精度的考虑而设置。
根据临床需求，还可以在托槽本体上设置一些附加结构，例如托槽翼,牵引钩等等。
制作本发明一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统的方法，包括：
1.获取牙颌实体模型，并将其数字化成stl或cad牙颌数字模型存储于计算机中，以获得牙齿初始排列位置。
制备牙颌印模或牙颌石膏模型后，可采用ct扫描、激光扫描、白光扫描等模型数据采集方式，获取牙颌的数字模型，通过计算机软件生成牙颌的stl或cad模型
2.将stl或cad牙颌数字模型导入三维cad设计软件中，并将牙齿从牙颌数字模型上分离。
在三维cad软件中，通过曲面裁剪将单颗牙齿数据从牙颌模型上分离下来，并通过牙齿邻面修补，牙龈重构建立牙齿和牙龈的数字模型，并在牙龈曲面上设置牙龈变形区域。
3.在三维cad设计软件中排列牙齿到最终目标排列位置。
通过移动、旋转等几何操作，将牙齿数字模型排列到最终目标位置，可以是牙齿的理想排列位置，也可以是牙齿的过矫正位置，优选牙齿过矫正位置。
4.基于最终目标排列位置的牙颌模型进行正畸托槽设计与安装。
基于正畸医学知识，在最终目标排列位置上进行正畸托槽的设计以及正畸托槽安装。其中托槽底板和托槽本体可以依据牙齿形态及最终目标排列位置进行个性化定制，也可以是预设计后作为模板调入软件的标准模型。优选的是托槽底板为基于牙齿形态个性化定制，托槽本体为预设计后作为模板调入软件并在托槽底板上定位安装的标准模型。更为优选的托槽底板为一面基于牙齿形态设计，另一面设置有用于托槽本体定位安装的凹入或凸出的平台结构。
5.基于安装了正畸托槽的最终目标排列位置的牙颌模型设计绘制第一条和后续一条或多条弓丝cad模型。
在三维cad软件里，先依据安装了正畸托槽的最终目标排列位置设计多条弓丝的路径，再将圆形或矩形按设计路径进行扫略绘制多条弓丝cad模型，圆形或矩形的尺寸大小依据弓丝的型号设置。
6.如步骤(4)中的正畸托槽为个性化定制，则基于步骤(4)中设计的正畸托槽cad模型，加工制作正畸托槽实体。
加工制作正畸托槽实体包括使用快速成型或数控铣削间接或直接制造托槽底板与托槽固位体的组合体；或使用快速成型或数控铣削间接或直接制造托槽底板，并与量化生产的标准化的托槽固位体进行固定连接；或正畸托槽为标准件，即托槽底板和托槽固位体为一体化的标准件，托槽活动体也为标准件，则直接调用对应型号的正畸托槽。可根据临床需求对正畸托槽进行打磨抛光等操作。
7.基于步骤5中的弓丝cad模型弯制成型弓丝实体；
可以是手工弯制成型，也可以是使用机械手弯制成型，优选使用机械手，依据弓丝cad模型获得驱动数据，弯制成型弓丝实体。
8.基于最终目标排列位置中的正畸托槽和弓丝的相对位置关系，将弓丝实体与托槽活动体实体进行连接。
基于最终目标排列位置，确定正畸托槽和弓丝的相对位置后，通过弓丝卡锁构件将托槽活动体和弓丝进行初步连接，再通过激光焊接等操作，将托槽活动体和弓丝进行固定连接。
进一步的，针对在牙齿初始位置和最终目标排列位置间设置有一个或多个中间目标排列位置，所述的制作方法如下，包括：
1.获取牙颌实体模型，并将其数字化成stl或cad牙颌数字模型存储于计算机中，以获得牙齿初始排列位置；
2.将stl或cad牙颌数字模型导入三维cad设计软件中，并将牙齿从牙颌数字模型上分离；
3.在三维cad设计软件中排列牙齿到最终目标排列位置；
4.基于最终目标排列位置的牙颌模型进行正畸托槽设计与安装；
5.基于步骤4中牙齿和正畸托槽的相对位置关系，将每一颗牙齿与对应的正畸托槽组合在一起形成牙齿托槽组合体；
6.离散化最终目标排列位置和初始排列位置之间的位置变动量，形成一个或多个牙齿后续中间目标排列位置，从而获得牙齿托槽组合体的后续中间目标排列位置；
7.基于步骤6和4中的后续中间目标排列位置和最终目标排列位置，设计绘制后续一组或多组弓丝集和最后一组弓丝集cad模型；
8.如步骤(4)中的正畸托槽为个性化定制，则基于步骤4中设计的正畸托槽cad模型，加工制作正畸托槽实体；
9.基于步骤7中的弓丝集cad模型弯制成型弓丝实体；
10.基于各个目标排列位置中的正畸托槽和弓丝的相对位置关系，将弓丝实体与托槽活动体实体进行连接。
进一步，步骤6中离散化最终目标排列位置和初始排列位置之间的位置变动量，形成一个或多个牙齿后续中间目标排列位置采用的是针对单颗牙齿进行基于四元数的球面线性插值方法包括计算机自动插值和交互式的微调形成牙齿渐进运动步骤，再组合牙齿渐进运动步骤。基于四元数的球面线性插值方法中单颗牙齿的最大运动动量为不超过40mm，为不超过20mm，为不超过10mm，为不超过5mm，为不超过4mm，为不超过3mm，为不超过2mm，为不超过1mm，为不超过0.5mm，为不超过0.25mm，优选不超过1mm，最优选不超过0.5mm。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
本发明为一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统，通过托槽活动体将预制弓丝的变形量精确无损的传导给托槽本体，再传导给牙齿，实现牙齿随着弓丝恢复预制形状而位置变动，从而实现矫正。
与现有的基于弓丝滑动机制的正畸系统相比，本发明可以说这是一种全新的正畸系统。基于弓丝滑动机制的正畸系统，需要尽量使得正畸托槽与弓丝间为低摩擦力，以便于弓丝在正畸托槽弓丝槽沟里滑动，从而形成矫正力学体系。而本发明要求弓丝相对正畸托槽没有相对位置变动，矫正力学体系全由弓丝恢复预制形状而形成。相对于现在的固定矫治技术，包括唇侧固定矫治和舌侧固定矫治，本发明可以精确的控制牙齿的运动方式和运动量，使得牙齿的运动按照设计的方案进行，在矫正中期无需医生过多干预，在矫正后期也无需医生进行余隙补偿等操作。同时通过在托槽固位体和托槽活动体上设置连接构件，方便医生临床操作，因此大大减少了医生的工作强度和椅旁操作时间。
相对于无托槽隐形矫治技术，本发明具有传统固定矫治绝大多数优点，尤其是适应症范围广，在矫正后期能很好建立牙颌间的咬合关系。同时本发明的一种特殊实施方式---个性化舌侧矫治，也能实现矫正过程中患者对美观方面的要求。
附图说明
图1为由6组弓丝集和14个正畸托槽(14个托槽固位体和84个托槽活动体)组成的一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统的示意图
图2为图1中对应于右上中切牙ur1的正畸托槽的结构示意图
图3为图2中的正畸托槽的托槽底板的结构示意图
图4为图2中的正畸托槽的托槽固位体的结构示意图
图5为图2中的正畸托槽的托槽活动体的结构示意图
图6为预制弓丝ⅵ与托槽活动体固定连接后的示意图
图7为制作图1中的正畸系统的流程图
图8为由4条弓丝和12个正畸托槽(12个托槽固位体和48个托槽活动体)组成的一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统的示意图
图9为图8中预制弓丝ⅰ上的“w”形曲的放大图
图10为图8中预制弓丝ⅱ上的
图11为图8中的正畸托槽的结构示意图
图12为图11中的托槽底板结合托槽固位体的结构示意图
图13为图11中的托槽活动体的结构示意图
图14为预制弓丝ⅰ与托槽活动体固定连接后的结构示意图
图15为制作图8中的正畸系统的流程图
图16为托槽固位体开设开口型腔并且限位件为圆柱体的托槽本体的结构示意图
图17为图16中的托槽固位体的结构示意图
图18为图16中的托槽活动体的结构示意图
图19为托槽固位体开设开口型腔并且限位件为梯形体的托槽本体的结构示意图
图20为图19中的托槽固位体的结构示意图
图21为图19中的托槽活动体的结构示意图
图22为托槽固位体开设开口型腔并且限位件为工字形体的托槽本体的结构示意图
图23为图22中的托槽固位体的结构示意图
图24为图22中的托槽活动体的结构示意图
图25为托槽活动体开设开口型腔并且限位件为圆柱体和长方体的结合体的托槽本体的结构示意图
图26为图25中的托槽固位体的结构示意图
图27为图25中的托槽活动体的结构示意图
图28为托槽活动体开设开口型腔并且限位件为长方体的托槽本体的结构示意图
图29为图28中的托槽固位体的结构示意图
图30为图28中的托槽活动体的结构示意图
具体实施方式
本发明的实施是为了对本发明的进一步说明，而非对本发明的范围的限制。
实施例1：一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统，为个性化舌侧正畸系统，如图1所示，包括一套正畸托槽1和一套弓丝2。其中一套正畸托槽1由14个正畸托槽(包括14个托槽底板3，14个托槽固位体4以及84个托槽活动体5)组成；一套弓丝由6组弓丝集组成，每组弓丝集有1条预制成型的弓丝。
托槽底板3，托槽固位体4以及托槽活动体5均为采用不锈钢材质，6条预制成型的弓丝均采用0.013英寸的镍钛圆丝。其中托槽底板3为基于牙齿形态的个性定制，托槽固位体4和托槽活动体5为量化生产的标准件。
正畸托槽1的结构示意图如图2所示(具体为右上中切牙ur1对应的正畸托槽)，包括托槽底板3，托槽固位体4，托槽活动体5，以及设置在托槽固位体4上的滑盖自锁连接构件6。托槽底板3如图3所示，其与牙齿接触的底面为基于牙齿舌侧形态个性化设计，在托槽底板3上设置有一凸台7，用于安装托槽固位体4。托槽固位体4如图4所示(滑盖自锁打开状态)，包括槽沟形的开口型腔8以及滑盖自锁构件6，开口型腔8的形状和尺寸根据托槽活动体的形状和相对应的尺寸设置。托槽活动体5如图5所示，包括弓丝槽沟9，开口圆柱体限位件10，以及设置在弓丝槽沟两端的两对弹力片11。托槽固位体4的开口型腔8为部分包容托槽活动体5，即限位件10在开口型腔8的外部。限位件10和弓丝槽沟9以及滑盖自锁构件6一起作用，实现托槽活动体5与托槽固位体4相对位置固定。预制弓丝与托槽活动体连接后的示意图如图6所示(图中具体为预制弓丝ⅵ)，如此预制弓丝的变形量可以通过托槽活动体5精确传导给托槽固位体4，再间接的精确传导给牙齿。
本实施例的制作流程图如图7所示，针对的是个性化舌侧上颌矫正病例，患者上颌参与矫正的牙齿为12颗(ul6—ur6)。通过制备患者口腔牙颌石膏模型，白光扫描获取牙颌数字模型；在软件里通过牙齿裁剪，牙齿邻面数据，牙龈数据重构等操作，建立具有拓扑关系的初始牙齿牙龈数字模型；调整牙齿到理想目标排列位置，并基于牙齿初始排列位置和理想目标排列位置设计牙齿过矫正目标排列位置，并将此位置设定为最终目标排列位置；设置单颗牙齿最大运动量为0.5mm，离散过牙齿最终目标排列位置与牙齿初始排列位置，获得5个中间目标排列位置；基于最终目标排列位置设计正畸托槽，具体为确定正畸托槽在牙齿上的安装位置，以及基于安装位置附近的牙齿舌侧形状设计正畸托槽的托槽底面结构和形状，托槽固位体和托槽活动体为量化生产的标准件，并数字化成为模板库被软件调用；通过快速成型加工制作托槽底板，并通过激光焊接，将托槽底板与托槽固位体固定连接；基于5个中间目标排列位置和最终目标排列位置，在软件里设计弓丝的形态，并将实体弓丝基于设计弓丝的形态弯制成型，成为预制成型的弓丝；基于设计的矫正方案，将托槽活动体通过两对弹力片11初步定位到预制弓丝上，并通过激光焊接，将托槽活动体与预制弓丝固定连接。
同时在软件里，基于安装了正畸托槽牙颌模型(可以是基于初始位置，也可以是基于中间目标排列位置或最终目标排列位置)设计托槽安装模板，并通过快速成型加工为实体。在临床上，通过托槽安装模板，将正畸托槽的托槽底板和托槽固位体的连接体粘结到牙齿上，再将连接了托槽活动体的弓丝安装在托槽固位体上。如此预制弓丝的变形量就可以精确的传导到牙齿上。
实施例2：一种精确传导预制弓丝变形量的正畸系统，为唇侧正畸系统，如图8所示，包括一套正畸托槽和一套弓丝。其中一套正畸托槽由12个托槽底板，12个托槽固位体以及48个托槽活动体组成；一套弓丝由1组弓丝集组成，该组弓丝集中有4条预制成型的弓丝。
托槽底板，托槽固位体以及托槽活动体均为采用不锈钢材质预制的标准件。4条预制成型的弓丝基于同一目标位置弯制，包括第一条采用0.013英寸镍钛圆丝并设置有“w”形曲(如图9所示)的弓丝，第二条采用0.013英寸镍钛圆丝并设置有
正畸托槽的结构示意图如图11所示，包括托槽底板，托槽固位体，托槽活动体，以及设置在托槽固位体和托槽活动体对应接触位置上的契合式卡接结构12。托槽底板和托槽固位体为标准件，为一整体，其结构示意图如图12所示。在托槽固位体上设置有一开口型腔13，其形状和尺寸根据托槽活动体的形状和相对应的尺寸设置，可以包容完全托槽活动体。托槽活动体的结构示意图如图13所示，设置有弓丝槽沟和长方体限位件14，弓丝槽沟的开口方向为舌向，即正对托槽固位体的方向。在弓丝槽沟的两端设置有刚性夹紧构件15，在长方体限位件14上开设有凹槽16用于增加长方体限位件14的结构弹性。通过开口型腔13，长方体限位件14，弓丝槽沟以及契合式卡接结构12，托槽固位体和托槽活动体可形成过渡配合，使得装配后托槽固位体和托槽活动体的相对位置固定。预制弓丝与托槽活动体连接后的示意图如图14所示(图中具体为预制弓丝ⅰ)，如此预制弓丝的变形量可以通过托槽活动体精确传导给托槽固位体，再间接的精确传导给牙齿。
本实施例的制作流程图如图15所示，患者上颌参与矫正的牙齿为12颗(ul6—ur6)。通过制备患者口腔牙颌石膏模型，白光扫描获取牙颌数字模型；在软件里通过牙齿裁剪，牙齿邻面数据，牙龈数据重构等操作，建立具有拓扑关系的初始牙齿牙龈数字模型；调整牙齿到理想目标排列位置，并将此位置设定为最终目标排列位置；基于最终目标排列位置设计正畸托槽，具体为调用正畸托槽模板库里对应的正畸托槽模型，并确定其在牙齿上的安装位置；基于最终目标排列位置，在软件里设计4条弓丝的形态，并将实体弓丝基于设计弓丝的形态弯制成型，成为预制成型的弓丝；基于设计的矫正方案，将托槽活动体通过刚性夹紧构件15初步定位到预制弓丝上，并通过激光焊接，将托槽活动体与预制弓丝固定连接。
实施例3：一种限位件为圆柱体的托槽本体，其结构示意图如图16-18所示，包括包括托槽固位体，托槽活动体，以及设置在托槽固位体和托槽活动体对应接触位置上的契合式卡接结构。其中托槽固位体上设置有开口型腔，在龈颌向上设置有用于结扎的牵引钩17；托槽活动体上设置有弓丝槽沟，圆柱体限位件18，以及设置在弓丝槽沟两端的刚性夹紧构件，并且在圆柱体限位件上开设有凹槽。其中开口型腔的形状和尺寸根据托槽活动体的形状和相对应的尺寸设置，并可以包容完全托槽活动体。通过开口型腔，圆柱体限位件18，弓丝槽沟以及契合式卡接结构，托槽固位体和托槽活动体可形成过渡配合，使得装配后托槽固位体和托槽活动体的相对位置固定。
实施例4：一种限位件为梯形体的托槽本体，其结构示意图如图19-21所示，包括托槽固位体，托槽活动体，以及设置在托槽固位体和托槽活动体对应位置上的销接结构19。托槽固位体上开设有开口型腔，其形状和尺寸根据托槽活动体的形状和相对应的尺寸设置，可以包容完全托槽活动体。托槽活动体上设置有弓丝槽沟和梯形体限位件20，在弓丝槽沟的两端设置有两对弹力片。弹力片可通过回弹力夹紧弓丝，使得弓丝与托槽活动体的初步定位，便于后续激光焊接等固定连接方式的操作。梯形体限位件20从中部到底面设置有一度数为10度的拔模角。本实施例中的销接结构19为贯穿托槽固位体和托槽活动体对应位置的销孔21，配合以销轴22。通过开口型腔，梯形体限位件20，弓丝槽沟，以及销接结构19，托槽固位体和托槽活动体可形成过渡配合，使得装配后托槽固位体和托槽活动体的相对位置固定。
销接结构可以为一根销轴和一个销孔，也可以是多根销轴和对应数量的销孔，同时也可以是销键和销槽的配合使用。
实施例5：一种限位件为工字形的托槽本体，其结构示意图如图22-24所示，包括托槽固位体，托槽活动体，设置在托槽本体上的滑动式销键连接结构23。托槽活动体上设置有弓丝槽沟，在弓丝槽沟的侧壁和底面连接设置有一工字形限位件24。托槽固位体上设置有一开口型腔包容部分托槽活动体。开口型腔为槽沟型，只有两个侧壁，其形状和尺寸根据托槽活动体的工字形限位件的形状和对应尺寸设置。滑动式销键连接结构23由设置在托槽固位体上的滑动式销键25以及设置在托槽固位体和托槽活动体上的贯穿销键孔26组成。在滑动式销键25上设置有一哑铃形贯穿孔27，结合一圆形销轴28，可实现自锁以及与托槽固位体的连接。同时滑动式销键25上开设一圆孔29，托槽固位体对应位置开设一凹槽30，便于临床进行滑动操作。通过开口型腔，工字形限位件24，以及滑动式销键连接结构23，托槽固位体和托槽活动体可形成过渡配置，使得装配后托槽固位体和托槽活动体的相对位置固定。
实施例6：一种限位件开设开口型腔包容托槽固位体的托槽本体，其结构示意图如25-27所示，具体为托槽固位体凸台部分是圆柱体结合长方体的托槽本体，包括托槽固位体，托槽活动体以及设置在托槽固位体和托槽活动体对应接触位置上的契合式卡接结构。托槽固位体上设置有一与托槽活动体连接的凸台部分31，为长方体和圆柱体的结合体；托槽固位体的基底部分为长方体。托槽活动体上设置有弓丝槽沟，长方体限位件，在弓丝槽沟两端设置有两对弹力片。长方体限位件上设置有开口型腔32，开口型腔32为槽沟形，其内部形状和尺寸依据凸台结构31设置。开口型腔32与凸台结构31为过渡配合。在凸台结构31上开设有一个凹槽33，用于增加凸台结构31的结构弹性。在龈颌向，托槽固位体上设置有两牵引钩34，该牵引钩34可用于结扎钢丝或橡胶圈的结扎或安装。通过开口型腔32，长方体限位件，凸台结构31，契合式卡接结构以及牵引钩34上的结扎钢丝或橡胶圈的共同作用，使得托槽固位体和托槽活动体相对位置固定。
实施例7：一种限位件开设开口型腔包容托槽固位体的托槽本体，其结构示意图如28-30所示，具体为托槽固位体凸台部分是长方体的托槽本体，包括托槽固位体，托槽活动体，以及设置在托槽活动体上的滑动式销键连接结构35。托槽固位体包括长方体基底部分和长方体凸台部分36。在凸台部分36的侧壁上从中间开始到顶面设置有一度数为10度的拔模角，并在凸台部分36的侧壁上附着一薄层软质缓冲层37。托槽活动体上设置有弓丝槽沟，长方体限位件。在弓丝槽沟的两端设置有两对弹力片。长方体限位的外部长宽尺寸与托槽固位体的基底部分的外部长宽尺寸一致。在长方体限位件上开设有一长方体形开口型腔37。开口型腔37的形状和尺寸依据长方体凸台部分36的形状和对应尺寸(凸台原尺寸加上软质缓冲层的厚度)进行设置(不考虑拔模角)，以使开口型腔37与长方体凸台部分36可形成过渡配合
滑动式销键连接结构35由设置在托槽活动体上的滑动式销键38以及设置在托槽固位体和托槽活动体上的贯穿销键孔39组成。在滑动式销键38上设置有一哑铃形贯穿孔40，结合一圆形销轴41，可实现自锁以及与托槽固位体的连接。同时滑动式销键38上开设一圆孔42，托槽活动体对应位置开设一凹槽43，便于临床进行滑动操作。通过长方体限位件，开口型腔37，长方体凸台部分36，以及滑动式销键连接结构35，托槽固位体和托槽活动体实现位置相对固定。
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