本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及用于上颌腭扩大的自动加力装置及其使用方法。
背景技术：
错颌畸形发病率高达78.89％、危害重、疗程长。上颌横向发育不足主要指颌骨不同程度横向距离的缩短，在错合畸形中占60-70％，是正畸诊断治疗核心关键要素。可能引起牙齿磨耗、咬合干扰、呼吸障碍、面部美观、tmd、co-cr不调发生率增加、肌功能紊乱、咀嚼效率降低，往往会导致垂直向、矢状向异常，严重危害口颌系统的正常功能和长期稳定性，影响患者的面部美观和身心健康。
上颌腭扩大是治疗横向不调有效措施，主要分为以下几类。(1)可摘式扩弓器。常用四圈扩弓簧扩弓器，扩弓时施加的力量轻微，主要通过磨牙颊倾实现扩弓目的。但如果控制不好造成后牙过度颊向倾斜，进而导致扩弓后复发。(2)固定式扩弓器。临床应用最为广泛，常见的有hass型和hyrax型螺旋扩弓器。通过带环直接黏结在支抗牙上，每转四分之一圈扩开0.25mm宽度。但易造成支抗牙颊倾，对于牙周病患者不适用，对于腭中缝已经闭合的患者无法使腭中缝打开。(3)手术辅助快速上颌扩弓。主要包括两种：1)牙-牙周支持式外科辅助快速腭扩展(paoo)常用的装置为haas型和hyrax型矫治器。常易发生牙的倾斜移位，造成牙移动和骨移动的不等量，且稳定性较差，易复发。2)骨支持式外科辅助快速腭扩展(腭中缝切开)常用横向腭牵张器、magdenburg腭牵张器、mdo-r扩弓装置等。可明显提高骨性效应，降低牙性效应。并发症常见直接压迫导致无菌性骨坏死、严重出血、上颌神经支损伤、感染、疼痛、上颌窦感染、复发、腭部软组织损伤等。(4)种植钉辅助成人上颌扩弓。将微小种植钉植入到上颌腭部基骨，从而将产生的机械矫形力通过种植钉直接作用在上颌基底骨，以保证腭中缝的扩开，可以最大化增大骨性效应。此方法存在患者花费增加、有创操作使患者痛苦增加、种植钉脱落松动的风险、口腔卫生不良时可能伴发感染等问题。以上方法均需要患者手动加力，加力不均匀，力值不准确，疗效依赖患者依从性，容易出现牙齿颊倾、牙根吸收、加力钥匙掉落误吞误咽等风险。
据文献报导，最终稳定的扩弓量约为初始扩弓量的25％，且上颌传统扩弓治疗患者中复发率达到了63％。究其原因主要是是由于采用低频重力手动加力方式，患者依从性低，不适感强，副作用大，稳定性弱。牵张装置加力的瞬间对牙齿的应力最大，而后力值逐渐减小，牵引力大小不稳定，在每次激动牵张器时，会导致骨痂组织再生微血管的反复破裂损伤，形成血肿，即每次加力都类似于造成一次新鲜骨折，打断了新骨再生的连续过程，不利于成骨。
国内外和申请人的系列基础临床研究证实，高频、轻力更符合牙周组织生理性改建的要求。1932年schwrz首次提出最适宜的正畸矫治力不能大于毛细血管的压力,即1.96-2.55kpa(20-26g/cm2)。过大的矫治力使牙周膜毛细血管血流受阻，牙槽骨出现坏死性玻璃样变，牙齿停止移动，等待牙槽骨再血管化后牙齿才能继续移动。ilizarov、傅民魁等多为国内外学者研究表明，高频间歇力条件下的牙齿所处微环境刺激更有利于细胞数量增加，细胞活性增强，分泌产物增加更加有利于牙周组织的生理性改建。
综上所述，我们不禁想要探索，是否有一种疗效可靠、副作用轻的装置可以实现扩弓过程中持续轻力自动均匀加力，从而获得生理性骨改建呢？
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于上颌腭扩大的自动加力装置及其使用方法，以解决现有技术中扩弓器无法实现在扩弓动作中持续轻力且自动均匀加力的问题。
本发明所采取的技术方案是：用于上颌腭扩大的自动加力装置，包括位于中央的扩大器，扩大器两侧通过连接杆分别连接有带环，每侧为两个带环，两个带环分别用于套在第一前磨牙和第一磨牙上；
扩大器：包括竖直设置的固定杆，固定杆的左右两侧分别连接有水平设置的导杆，每侧均设置两根导杆，固定杆的左右两侧分别设置有活动杆，每侧的活动杆为竖直设置且滑动安装在同侧的两根导杆上，每侧的活动杆均可沿同侧的两根导杆往复移动；
每根活动杆均通过弹簧组连接至固定杆上，弹簧组用于提供活动杆向远离固定杆方向运动的推力，每侧的导杆上均设置有用于限制活动杆初始位置的第一限位装置、以及活动杆终止位置的第二限位装置，初始位置即活动杆位于使弹簧组处于压缩状态的位置，终止位置即活动杆位于导杆末端的位置；
每根活动杆均与同侧的带环连接，活动杆用于在弹簧组的弹力作用下给带环施加推力。
进一步的，第一限位装置为可拆卸安装在导杆上的卡箍结构，第二限位装置为固定连接在导杆末端的挡板。
进一步的，弹簧组包括用于为活动杆提供向两侧运动的推力的压缩弹簧，压缩弹簧设置在固定杆和活动杆之间，压缩弹簧为两个或两个以上。
进一步的，弹簧组包括用于为活动杆提供拉力的拉伸弹簧，拉伸弹簧设置在固定杆和活动杆之间，拉伸弹簧为一个或一个以上。
进一步的，拉伸弹簧的两端均可拆卸连接于活动杆和固定杆上。
进一步的，包围固定杆设置有两端开放的外套筒，外套筒的两个开口端用于遮挡弹簧组和导杆，并提供活动杆在其内水平移动的空间。
进一步的，每个活动杆靠近固定杆的一侧连接设置有内套筒，内套筒的开口端用于遮挡弹簧组和导杆。
进一步的，用于上颌腭扩大的自动加力装置还包括两个用于卡在上颚左右两侧的基托板，基托板的外形与上颚形状相适应；扩大器位于两个基托板之间，扩大器的左右两端被均部分嵌入左右两个基托板内。
进一步的，用于上颌腭扩大的自动加力装置还包括两个用于放置在左右两侧牙齿外侧的颊屏，每个颊屏的外形均与紧挨的牙齿外侧的形状相适应，每个颊屏均通过钢丝连接至相邻的基托板上。
本发明还提供了一种用于上颌腭扩大的自动加力装置的使用方法，具体如下：
在第一限位装置和拉伸弹簧的共同作用下，两个活动杆保持初始位置不变；
取掉第一限位装置，两个活动杆在拉伸弹簧和压缩弹簧的共同作用下，会分别沿着导杆向左右两侧移动，当运动到第二限位装置之后，两个活动杆会停止并保持该终止位置；
在活动杆向两侧运动的这一过程中会产生自动均匀且持续的轻力作用于两侧的带环。
本发明具有以下有益效果：取代原有需要患者手动加力的操作模式，使用方便，操作快捷，能够有效减少不良反应，提高舒适度，稳固疗效，提高扩弓的安全性和疗效的确切性；加力从牙齿及牙周生理性改建出发，采用最适宜力值，减少组织不良反应。
【附图说明】
图1是本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置使用前的结构示意图；
图2是本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置使用后的结构示意图；
图3是本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置中扩大器使用前的结构示意图；
图4是本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置扩大器使用后的结构示意图；
图5是本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置扩大器的卡箍结构示意图。
其中，1.活动杆，2.压缩弹簧，3.固定杆，4.拉伸弹簧，5.第一限位装置，6.第二限位装置，7.导杆，8.带环，9.外套筒，10.内套筒，51.套圈，52.固定螺栓。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步说明。
本发明提供了一种用于上颌腭扩大的自动加力装置，如图1至图3所示，包括位于中央的扩大器，扩大器两侧通过连接杆分别连接有带环8，每侧为两个带环8，两个带环8分别用于套在第一前磨牙和第一磨牙上。其中，扩大器包括活动杆1、压缩弹簧2、固定杆3、拉伸弹簧4、第一限位装置5、第二限位装置6、导杆7、外套筒9和内套筒10。
具体的，扩大器，包括竖直设置的固定杆3，所述固定杆3的左右两侧分别连接有水平设置的导杆7，为了导向平稳，每侧均设置两根或两根以上的导杆7。
固定杆3的左右两侧分别设置有活动杆1，每侧的活动杆1为竖直设置且滑动安装在同侧的两根导杆7上，每侧的活动杆1均可沿同侧的两根导杆7往复移动。
每根导杆7上均连接有用于限制活动杆1初始位置的第一限位装置5、以及所述活动杆1终止位置的终止位置的第二限位装置6，所述初始位置即活动杆1位于使弹簧组处于压缩状态的位置，所述终止位置即活动杆1位于导杆1末端的位置。
每根活动杆1均通过弹簧组连接至固定杆3上，弹簧组用于提供活动杆1向远离固定杆3方向运动的推力。每根活动杆1上均开设有两个通孔用来安装连接杆。该连接杆为直径1.0㎜的不锈钢丝，将其从一个孔穿入，从另一个孔穿出，再将不锈钢丝的两端汇合并弯制成与牙齿舌侧外形贴合的形状，最后再将连接杆与第一前磨牙、第一磨牙上的带环8焊接连成一体，使弹簧产生的推力由活动杆1、连接杆和带环8传递到牙齿上。
其中，第一限位装置5可以采用可拆卸安装在导杆7上的卡箍结构，第二限位装置6可以设置为固定连接在导杆7末端的挡板6，根据患者需要扩弓的距离选择不同规格的装置。在使用用于上颌腭扩大的自动加力装置之前，活动杆1在第一限位装置5的作用下处于靠近固定杆3的静止状态，当取掉第一限位装置5，活动杆1向着远离固定杆3的方向移动，并静止于第二限位装置6的位置处，完成扩弓过程。
如图5所示，作为第一限位装置5的卡箍，包括套圈51，套圈51为一端铰接在一起的两个c形板，打开两个c形板形成的开口，以将两个导杆7置入套圈51内部，然后通过固定螺栓52将套圈51的开口处固定封闭，此时，卡箍即相对于导杆7来说位置是固定的。这样就限制了弹簧组的长度，使压缩弹簧2在初始位置处于压缩状态，使拉伸弹簧4在初始位置处于拉伸状态。
弹簧组包括用于为所述活动杆1提供向两侧运动的推力的压缩弹簧2，压缩弹簧2设置在固定杆3和活动杆1之间，所述压缩弹簧2为两个或两个以上。压缩弹簧2的初始状态为压缩状态，其在使用时，将第一限位装置取掉之后，就会产生向远离固定杆3运动的推力。
弹簧组还可以包括用于为所述活动杆1提供拉力的拉伸弹簧4，拉伸弹簧4设置在固定杆3和活动杆1之间，所述拉伸弹簧4为一个或一个以上。拉伸弹簧4的初始状态为拉伸状态，其作用是为保持活动杆1的初始位置提供了一个拉力，当取掉第一限位装置5后，压缩弹簧2可以为活动杆1提供向远离固定杆方向移动的推力，同时在拉伸弹簧4的反向作用力下，可以保证为扩弓过程提供一个持续轻力且自动均匀的外力。该力的设计是根据患者牙周膜面积，参考轻力原则26g/mm2(即每平方毫米牙周膜受力不超过26克)，预先计算并设计出相应的弹簧力值，来指导选择对应的弹簧规格。
根据弹簧的大小以及加力的需要，实际中拉伸弹簧4和压缩弹簧2的个数不限，如图3所示，将弹簧组由上至下间隔设置为压缩弹簧2、拉伸弹簧4和压缩弹簧2，上下对称设置压缩弹簧2，可以保证加力更加均匀平稳。
设置一个两端开放的外套筒9包裹住固定杆3，套筒两端分别朝向固定杆3的左右两侧，该外套筒9用于遮挡弹簧组的一部分、导杆7的一部分以及初始位置的活动杆1。由于外套筒9内部形成贯通的通道，所以活动杆1可以在其内部自由水平移动，不会影响活动杆1所进行的扩弓动作。
由于活动杆1向左右两侧移动后，就会暴露于外套筒9的外部，同时也会使得弹簧组靠近活动杆1的一部分暴露在外，所以在每个活动杆1靠近固定杆3的一侧设置一个内套筒10，该内套筒10的直径小于外套筒9的直径。该内套筒10为两端开放的中空结构，该内套筒10的开口用于将弹簧组靠近活动杆1的一部分，以及导杆7靠近活动杆1的一部分罩住，从而可以在活动杆1向左右两侧移动之后，不会让弹簧组和导杆7暴露在外，保证了用于上颌腭扩大的自动加力装置的密闭性和使用安全。
实际使用时，用于上颌腭扩大的自动加力装置还可以包括两个用于卡在上颚左右两侧的基托板，基托板为空心结构，其外形与上颚形状相似，以使得基托板可以卡在上颚不脱落；扩大器位于两个基托板之间，扩大器的左右两端被均部分嵌入左右两个基托板的空心结构内。
用于上颌腭扩大的自动加力装置还包括两个用于放置在口腔内左右两侧牙齿外侧的颊屏，每个颊屏的外形均与紧挨的牙齿外侧的形状相似，每个颊屏均通过钢丝固定连接至相邻的基托板上。
本发明用于上颌腭扩大的自动加力装置的使用方法是：计算扩弓所需移动的距离，选择相应规格的扩大器；选择或制作适合患者牙齿大小的带环8，取口内藻酸盐模型并灌制石膏模型，在其上弯制连接杆，焊接连接杆与带环8，完成装置组装工作，制作患者的个性化自动加力装置。将制作好的用于上颌腭扩大的自动加力装置置入口腔内，并用玻璃离子将带环和牙面粘结到位，在第一限位装置5和拉伸弹簧4的共同作用下，两个活动杆1保持初始位置不变。然后取掉第一限位装置5，此时，两个活动杆1在拉伸弹簧4和压缩弹簧2的共同作用下，会分别沿着导杆7向左右两侧移动，当运动到第二限位装置6之后，两个活动杆1会停止并保持该终止位置。在活动杆1运动的这一过程中会产生自动均匀且持续的轻力，并传递至带环8，从而完成扩弓动作。
目前较为常用的方法为螺旋扩弓器扩弓。在两侧第一磨牙和第一双尖牙上粘接个别带环为支抗，将螺旋扩弓器扩弓的力量通过支抗牙传递到上颌骨。患者自行转动扩弓簧2次/天(快速扩弓)或1次/周(慢速扩弓)，每次旋转扩弓簧1/4-1/2圈，螺距1mm。但是螺旋扩弓器扩弓需要患者每隔几天自行加力，需患者很好地配合，存在患者不配合和加力装置脱落导致的误吞误咽等潜在风险，且参杂人为因素存在很大的误差；这种手动扩弓装置目前在临床上广泛使用，但其加力方式存在一些不良反应。参杂人为因素存在很大的误差，还需患者很好地配合；牵张装置加力的瞬间对牙齿的应力达到最大，而后力值逐渐减小，牵引力大小也不稳定；间断牵张在每次激动牵张器时，会导致骨痂组织再生微血管的反复破裂损伤，形成血肿，即每次加力都类似于造成一次新鲜骨折，打断了新骨再生的连续过程，不利于成骨；由于力量直接加在牙齿上，且加力不符合生物力学原则，可能会引起支抗牙的颊向倾斜，颊侧牙根吸收等副作用，容易导致复发及扩弓的失败。
现有研究表明，生物力学基础上的高频、均匀加力，有利于实现生理性骨改建。将高频力应用于扩弓，可减少不良反应发生，极大地提高精确性、稳定性、安全性。由于牙周膜压力超过26g/cm2的力可以使牙周膜发生狭窄，牙齿和牙槽骨发生物理性接触，引起玻璃样变，导致牙齿移动速度变慢。以往的研究表明目前的矫治技术下，加力经典力值100-150g，牙移动速度1mm/mon，可变因素存在，力値量化不足。
如何在扩弓过程中实现持续轻力自动均匀加力，获得生理性骨改建是全球正畸研究的热点问题。本发明的目的在于设计一种用于上颌扩弓的自动加力装置，取代原有需要患者手动加力的操作模式，使用方便，操作快捷，能够有效减少不良反应，提高舒适度，稳固疗效，提高扩弓的安全性和疗效的确切性。
本发明的用于上颌腭扩大的自动加力装置实现了传统手动上颌腭扩大加力装置自动化。本课题组在系列基础、实验研究的基础上研发用于上颌腭扩大的自动加力装置，将弹性力和机械力结合，突破传统手动加力装置的瓶颈，降低对患者依从性的要求，实现加力方式自动化。
本发明的用于上颌腭扩大的自动加力装置实现了传统低频上颌腭扩大加力装置高频化。生物力学基础上的高频、均匀加力，有利于实现生理性骨改建。将高频力应用于扩弓，可减少不良反应发生，极大地提高精确性、稳定性、安全性。
本发明的用于上颌腭扩大的自动加力装置实现了传统重力上颌腭扩大加力装置生理化。传统装置产生瞬时爆发力，力值较大且具有负荷累计效应。本装置将弹性力和机械力结合，预设牙齿能承受的轻力(26g/㎝2)，使用轻力实现牙齿安全有效移动和生理性牙槽骨改建。
本发明的用于上颌腭扩大的自动加力装置实现了上颌腭扩大加力装置机械化。相对于其他电力、磁力自动加力装置，机械力安全可控、对患者不存在安全隐患，是理想的加力模式。