正畸矫治器及其制造方法与流程
本申请是申请日为2016年7月7日，申请号为201680040433.7，发明名称为“用于腭部及牙弓扩张的矫正器的直接制造”的发明专利申请的分案申请。
交叉引用
本申请要求于2015年7月7日提交的美国临时申请第62/189,271号以及2015年7月7日提交的美国临时申请第62/189,301号的权益，两者的内容均通过援引方式整体并纳本文。以下共同未决的专利申请的主题与本申请有关：2016年7月5日递交的题为“多材料矫正器(multi-materialaligners)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-852.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,259号以及于2015年7月7日递交的美国申请第62/189,282号的权益；递交于2016年7月5日的题为“利用邻间力耦合的矫正器的直接制造(directfabricationofalignerswithinterproximalforcecoupling)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-855.101)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,263号的权益；2016年7月5日递交的题为“用于扩张牙弓的矫正器的直接制造(directfabricationofalignersforarchexpansion)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-857.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,271号以及于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,301号的权益；2016年7月5日递交的题为“利用粘合剂的附接物模板的直接制造(directfabricationofattachmenttemplateswithadhesive)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-858.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,259号以及于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,282号的权益；2016年7月5日递交的题为“用于腭部扩张和其它应用的直接制造交联(directfabricationcross-linkingforpalateexpansionandotherapplications)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-859.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,301号以及于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,271号的权益；2016年7月5日递交的题为“具有一体形成特征的牙科矫正器的系统、设备和方法(systems,apparatusesandmethodsfordentalapplianceswithintegrallyformedfeatures)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号为22773-860.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,291号、于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,312号以及于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,317号的权益；2016年7月5日递交的题为“动力臂的直接制造(directfabricationofpowerarms)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号22773-861.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,291号、2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,312号以及2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,317号的权益；2016年7月5日递交的题为“具有可变性能的口腔正畸矫正器的直接制造(directfabricationoforthodonticapplianceswithvariableproperties)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号为22773-856.201)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,291号、2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,312号以及2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,317号的权益；2016年7月5日递交的题为“利用一体形成的容器从牙齿矫正器递送药物的系统、设备和方法(systems,apparatusesandmethodsfordrugdeliveryfromdentalapplianceswithintegrallyformedreservoirs)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号为algnp006b)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,303号的权益；2016年7月5日递交的题为“使用热固性聚合物的牙科材料(dentalmaterialsusingthermosetpolymers)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号571414:62-15pus)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,380号的权益；以及2016年7月5日递交的题为“具有装饰性设计的牙科矫正器(dentalappliancehavingornamentaldesign)”的美国申请第__/___,___号(代理人案号algnp006a)，其要求于2015年7月7日递交的美国临时申请第62/189,318号的权益，以上申请的全部公开内容通过援引的方式纳入本文。
背景技术：
在至少某些情况下，现有的扩张患者腭部的方法和装置可能不够理想。现有的腭部扩张器佩戴时会有些不舒适。与实施相关的工作表明了现有的腭部扩张器与患者的适配情况可能不够理想，并且这种不够理想的适配的情况会导致不舒适并降低治疗的依从性。另外，用于制造腭部扩张器的现有方法和装置在某种程度上可能比理想情况更耗时间且成本更高，从而使得可从腭部扩张器的使用中受益的人较少。而且，现有的腭部扩张器要求患者在每天或每周进行调节，这造成了不方便。
此外，某些患者可能具有以不够理想情况的方式排列的牙齿，因而扩张牙弓与移动牙齿一起进行可能是有帮助的。在至少一部分情况下，用于扩张患者牙弓的现有方法和装置可能不够理想。与实施相关的工作表明了现有的牙弓扩张器与患者的适配情况可能不够理想，并且这种不够理想的适配的情况会导致不舒适并降低治疗的依从性。另外，用于制造牙弓扩张器的现有方法和装置在某种程度上可能比理想情况更耗时间且成本更高，从而使得可从牙弓扩张器的使用中受益的人较少。
鉴于上述情况，需要一种针对患者的改进的腭部扩张器和牙弓扩张器，这些扩张器与患者口腔的适配性更好，并且被设计成能满足患者的特定需求且能够容易地被制造。
技术实现要素：
在第一方案中，本文公开的方法和装置提供了改进的腭部扩张器，其更好地适配患者的口腔。在很多实施例中，该腭部扩张器被定制为用于患者的牙列和腭部。可扫描患者的口腔来确定至少牙齿的上牙弓和腭部的尺寸和形状。此扫描可提供上齿和腭部的三维轮廓数据，并且此数据可被用于确定腭部扩张器的形状轮廓。腭部扩张器可根据该形状轮廓而被直接制造。该腭部扩张器包括牙齿接合部以及诸如弹力结构之类的力产生部、或力产生部。一个或多个延伸部可在牙齿接合部与力产生部之间延伸以接合牙齿接合部的力产生部。牙齿接合部可包括透明壳体。该透明壳体的尺寸被设定为并且成形为能接纳患者的多颗牙齿的多个牙齿接纳腔。力产生部被构造成向牙齿提供向外的力以扩展腭部。力产生部的尺寸被设定为并且被成形为在牙齿接合部被安置在牙齿上并接合牙齿时，在腭部与力产生部之间提供间隙。牙齿接合部、力产生部和延伸部可具有响应于患者口腔的三维轮廓数据而被确定的三维形状轮廓，从而(根据需要)将其定制为适配于口腔。力产生结构可被构造成响应于三维形状轮廓数据而在上牙弓的相对侧上为牙齿提供预定大小的力。响应于口腔的三维轮廓数据，力产生结构的尺寸可被设定为并且被成形为、以及通过直接制造的材料而被构造为向口腔提供定制大小的力。
腭部扩张器可被直接制造以便适配于上牙弓和腭部并且提供更好的强度、更高的精度(这样可使施加于牙齿的力更为精确)，进而具有更好的性能和舒适性。另外，腭部扩张器可准确地被成形为能阻止力产生部与腭部的接触。可响应于三维轮廓数据来确定腭部扩张器的三维形状轮廓。直接制造可包括连续交联工艺，其中力产生部和牙齿接合部包括交联聚合物，并且力产生部与牙齿接合部通过交联而被连接在一起。这些结构的这种交联进一步使施加于牙齿的力更加精确。力产生部和牙齿接合部可以包括相似的聚合物。替代地，力产生部和牙齿接合部可包括不同的聚合物。
可通过很多方式来构造力产生部。力产生部可包括弹力结构，例如通过直接制造所制成的弹簧。可通过很多方式来构造弹力结构，并可以包括卷簧、片簧、人字形图案或者可弯曲的延伸部中的一个或多个。替代地或组合地，力产生部可包括安置在口腔中时膨胀并被水合的水合性聚合物。该水合性聚合物可包括具有足够刚性的坚硬的聚合物以促进牙弓的相对侧上的牙齿彼此分离。力产生部可包括交联聚合物，该交联聚合物具有例如比牙齿接合部更少的交联。延伸部(当包括时)可包括例如比力产生部更多的交联。在很多实施例中，牙齿接合部、力产生部和延伸部包括相似的聚合物材料。所述相似的聚合物材料可以具有较少量的交联，以提供力产生部。随着腭部扩张器被形成而改变交联，可允许相同的预聚物材料被用于牙齿接合部、力产生部和延伸部。将相同的预聚物材料和聚合物材料用于牙齿接合部、力产生部和延伸部可具有强度和可预测性更好的优点。但是，可预期的是，可以使用不同是材料来直接制造腭部扩张器。
在很多实施例中，扩张患者腭部的矫治器(appliance，矫正器)包括牙齿接合部或部件以及力产生部或力部件。牙齿接合部件包括多个牙齿接合结构。力产生部件包括多个接合结构以接合牙齿接合部件的相应的结构，从而增大腭部的尺寸。
在很多实施例中，扩张患者腭部的矫治器包括牙齿接合部件以及烧结金属的力产生部件。牙齿接合部件包括多个牙齿接合结构。烧结金属的力产生部件包括多个接合结构，以借助力来接合牙齿接合部件的相应的结构，从而增大腭部的尺寸。
本文公开的材料和结构可以通过很多方式来结合。矫治器可以包括例如烧结金属的和烧结塑料的烧结材料以及它们的组合。
腭部扩张器可与正畸治疗相结合。腭部扩张器可包括多个牙齿接纳腔，这些牙齿接纳腔的尺寸被设定为以及被成形为沿治疗轮廓线移动所接纳的牙齿。腭部扩张器可包括下述多个腭部扩张器中的一个：所述多个腭部扩张器包括具有牙齿接纳腔的牙齿矫治器，其尺寸被设定为以及被成形为依照正畸治疗移动牙齿。多个腭部扩张器可以按顺序被应用，并被构造为随着牙齿依照牙齿治疗方案移动，通过牙齿依照腭部治疗方案来扩张腭部。
在第二方案中，本文公开的方法和装置提供了改进的牙弓扩张器，其更好地适配于患者的口腔。在很多实施例中，牙弓扩张器被定制为用于患者的牙列和牙弓。可扫描患者的口腔来确定牙齿的尺寸和形状。该扫描可提供牙齿的三维轮廓数据，并且此数据可被用于确定牙弓扩张器的形状轮廓。牙弓扩张器可以根据此形状轮廓而被直接制造。牙弓扩张器可包括将矫治器保持就位的牙齿保持部以及引导牙齿移动至所需位置的力产生部。牙齿保持部可以包括诸如牙齿接纳腔之类的多个牙齿接合结构或多个延伸部，其尺寸被设定为且成形为至少部分围绕牙齿，例如完全围绕牙齿。多个延伸部可延伸到牙齿的邻间空间中，并且可包括使患者舒适的软材料。牙齿保持部可包括柔软材料，例如弹性材料。力产生部可包括例如坚硬的材料或可扩张的材料中的一个或多个。力产生部可包括坚硬的材料以接合牙齿和扩张牙弓。替代地或组合地，力产生部可包括压缩性材料、弹力压缩性结构或水合性材料中的一个或多个，以将力施加于牙齿。刚性材料可以在力产生部与牙齿之间延伸，以将力施加于牙齿来扩张牙弓。
牙弓扩张器可通过很多方式来构造，而力产生结构可位于近中部件与远端部件之间以促进牙齿沿相反的近中方向和远端方向分开。扩张器可包括沿近中方向和远端方向延伸的相邻的坚硬段(stiffsegment)，其中力产生结构位于所述段之间。
牙弓扩张器可包括保持结构，其中在咬合面上具有柔软材料、或者在咬合面上没有材料，以促使牙齿移动至适合于与相对的牙弓的相对牙齿接合的位置。
牙弓扩张器可被直接制造，以适配于牙齿并提供更好的强度、更高的精度(这可使施加于牙齿的力更为精确)，进而具有更好的性能和舒适性。可响应于三维轮廓数据而确定牙弓扩张器的三维形状轮廓。直接制造可包括连续交联工艺，其中力产生部和牙齿接合部包括交联聚合物，并且力产生部与牙齿接合部通过交联被连接在一起。这些结构的这种交联进一步使施加于牙齿的力更加精确。力产生部和牙齿接合部可包括相同的聚合物。替代地，力产生部和牙齿接合部可包括不同的聚合物。牙齿接合部可包括刚性材料，该刚性材料具有尺寸被设定为并且被成形为延伸到牙齿的邻间空间中以改善接合性的结构。牙齿在邻间空间中的接合允许施加更接近牙齿的旋转中心的力，以便减小牙齿的倾斜。
虽然本文所公开的部件中，多个部件可被一起制造，但在很多实施例中，这些部件可被单独地直接制造并具有能够联接后加工的结构。扩张患者牙弓的矫治器包括牙齿接合部件以及力产生部件。牙齿接合部件包括多个牙齿接合结构。力产生部件包括多个接合结构以接合牙齿接合部件的相应的结构，以便增大牙弓的尺寸。
相关文献
说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过援引的方式纳入本文，其援引纳入的方式等同于每个单独的出版物、专利或专利申请专门地且单独地以援引的方式纳入本文。
附图说明
随附的权利要求书中特别地陈明了本发明的新颖特征。通过参照下文的详细说明(其阐述了多个说明性实施例)及附图将会更好地理解本公开的特征和优点，在这些实施例中运用了本发明的原理，并且在附图中：
图1a示出根据实施例的牙齿重新定位(toothrepositioning，牙齿再定位)矫治器；
图1b示出根据实施例的牙齿重新定位系统；
图1c示出根据实施例的使用多个矫治器的正畸治疗(orthodontictreatment，牙矫正术)的方法；
图2示出根据实施例的设计正畸矫治器的方法；
图3示出根据实施例的数字化地规划正畸治疗方案的方法；
图4是根据实施例的数据处理系统的简化方框图；
图5示出根据实施例的正畸矫治器，包括患者的口腔中的腭部扩张器部；
图6示出根据实施例的矫治器的顶视图，该矫治器包括腭部扩张器部、壳体以及将两者连接在一起的延伸结构；
图7示出根据实施例的矫治器，该矫治器被制造为能够避免患者腭部上的向上的压力；
图8a示出根据实施例的具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括所制造的弹簧结构；
图8b示出根据实施例的具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括所制造的梯队式图案弹簧结构；
图8c示出根据实施例的具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括所制造的包含可压缩的弯曲部的结构；
图8d示出根据实施例的具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括所制造的包含可压缩的铰接臂的升降结构(jackstructure)；
图8e示出根据实施例的具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括通过接触人类唾液而扩张的材料；
图9a示出根据实施例的可移除式腭部扩张器，该可移除式腭部扩张器被制造为与正畸矫治器相配合；
图9b示出根据实施例的被设计为与腭部扩张器相配合的矫正器(aligner)的一部分；
图9c示出根据实施例的原型正畸矫治器，其包括根据实施例的腭部扩张器和矫正器两者；
图9d示出根据实施例的包括腭部扩张器和矫正器的矫治器的3d模型；以及
图10示出根据实施例的包括塑料校准部和金属制腭部扩张器的正畸矫治器。
图11示出根据实施例的可结合入正畸矫治器的多种不同的牙弓扩张器设计；
图12示出另一个实施例，其中根据实施例的，矫治器可被制造为具有牙弓扩张器，该牙弓扩张器包括连接部以在远距离的牙齿之间施加力；
图13示出可用于与如图12所示的连接部协作以引导牙齿移动的矫正器设计；
图14a示出根据实施例的具有前标记牙弓元件(anteriortabarchelement)的矫治器的示例；
图14b示出根据实施例的具有肋特征的矫治器的示例；
图15a示出根据实施例的牙弓扩张器，该牙弓扩张器具有被制造成与正畸矫治器配合的可移除式连接器部件；
图15b示出根据实施例的矫正器，该矫正器被设计为与可移除式连接器部件配合；
图15c示出根据实施例的包括可移除式连接器和矫正器两者的原型正畸矫治器；
图15d示出根据实施例的矫治器的3d模型，该矫治器包括可移除式连接器部件和矫正器；以及
图16示出根据实施例的塑料校准部和金属制连接器部件的正畸矫治器。
具体实施方式
于2014年9月19日提交的美国申请序号第62/052,893号的题为“牙弓调节矫治器(archadjustmentappliance)”的全部内容通过援引的方式纳入本文，并适于根据本文公开的实施例加以组合。
在很多实施例中，提供了一种直接制造的用于扩张患者腭部的正畸矫治器。该矫治器包括具有多个牙齿接合结构的牙齿接合部以及联接到牙齿接合部的力产生部。力产生部包括被构造成在接触患者的唾液时扩张的水合性聚合物。
在一些实施例中，力产生部被成形为在佩戴时对患者腭部的侧边施加腭部扩张力。在一些实施例中，力产生部被构造成在佩戴时对牙齿接合部施加腭部扩张力，从而对患者的牙齿施加腭部扩张力。在一些实施例中，力产生部被成形为在佩戴时在力产生部的顶部与腭部之间提供一间隙。在一些情况下，牙齿接合部和力产生部可以包括具有不同交联量的相似的聚合物，力产生部包括比牙齿接合部更少的交联。
在很多实施例中，提供了一种直接制造的用于扩张患者腭部的正畸矫治器。该矫治器包括具有多个牙齿接合结构的牙齿接合部以及联接到牙齿接合部的直接制造的弹力结构。在一些情况下，弹力结构包括弹簧、片簧、螺旋弹簧或弹性结构中的一个或多个。
在很多实施例中，提供了一种直接制造的用于扩张患者腭部的矫治器。该矫治器包括牙齿接合部件，该牙齿接合部件包括多个牙齿接纳结构和多个扩张器接合结构。该矫治器还包括扩张器部件，该扩张器部件包括多个接合结构。扩张器部件的接合结构接合相应的牙齿接合部件的扩张器接合结构。当患者佩戴时，扩张器部件与牙齿接合部件之间的接合施加力以增大腭部的尺寸。在一些情况下，相应的接合结构是可逆向联接的，进而可从矫治器移除扩张器部。在一些实施例中，矫治器包括烧结的扩张器或烧结的牙齿接合部件。在一些实施例中，矫治器包括烧结的扩张器和烧结的牙齿接合部件两者，并且牙齿接合部件和扩张器部件的每个部件均包括独立地选自烧结金属、烧结塑料或两者的组合的相应的烧结材料。
在很多实施例中，提供了一种用于扩张患者腭部的矫治器，其包括具有多个牙齿接纳结构的牙齿接合部件以及联接到牙齿接合部件的扩张器部件。扩张器部件包括响应于温度变化而从第一构型变为第二构型的形状记忆材料。在一些情况下，矫治器被构造成在第一构型中比在第二构型中施加更大的腭部扩张力。在一些情况下，形状记忆材料在大约室温时呈现第一构型，而在大约人体温度时呈现第二构型。
在多种实施例中，本文所述的矫治器可被成形为使得患者能够手动地将其移除。在一些实施例中，本文所述的矫治器的牙齿接合部可包括用于一个或多个臼齿接纳结构的平整咬合面。在多种实施例中，本文所述的矫治器可被成形为使得当佩戴时在患者腭部中接合一暂时性锚固装置以施加腭部扩张力。在多种实施例中，本文所述的矫治器可被构造成在扩张腭部的同时对上牙弓的一颗或多颗前齿施加牙齿移动力。在多种实施例中，本文所述的矫治器可以被构造成提供这样的腭部扩张，该腭部扩张选自包括慢速腭部扩张和快速腭部扩张的组群。
在多种实施例中，本文所述的矫治器的力产生部被构造成具有目标腭部位移(targetpalataldisplacement)，并且施加腭部扩张力以将腭部扩张至该目标腭部位移。在一些情况下，目标腭部位移是可调节的。
在多种实施例中，提供了本文所述的多个矫治器。多个矫治器被构造成，根据预定腭部扩张方案，当按顺序佩戴时扩张腭部。
在很多实施例中，提供了一种制造正畸矫治器的方法。接收患者的上牙弓和腭部的扫描数据，并且响应于扫描数据来确定扩张腭部的力的大小(amount)。确定用于接合患者牙齿的矫治器的形状轮廓，并且选定力产生部或弹力结构的一个或多个以提供力。输出直接制造指令以制造具有牙齿接合结构以及力产生部或弹力结构的矫治器。
在一些情况下，确定形状轮廓包括确定在佩戴时阻止与腭部的接触的形状轮廓。在一些情况下，形状轮廓包括接合患者腭部的侧边的矫治器形状，而力的大小包括直接施加于腭部的第一力的大小以及施加于患者牙齿的第二力的大小。在一些情况下，所述力可包括施加于暂时性锚固装置的力。
在一些实施例中，弹力结构包括弹簧、片簧、螺旋弹簧或弹性结构中的一个或多个。在一些实施例中，力产生部包括烧结塑料或烧结金属中的一种或多种，其包括被设置成用以增大所述腭部的尺寸的材料、尺寸和形状轮廓；并且所述牙齿接合部包括烧结塑料或烧结金属中的一种或多种，其包括被设置成用于增大所述腭部的尺寸的材料、尺寸和形状轮廓。在一些实施例中，该方法还包括输出直接制造指令以制造多个直接制造的矫治器，所述多个直接制造的矫治器被构造成根据预定腭部扩张方案来扩张腭部。在一些情况下，多个直接制造的矫治器还被构造成根据预定的牙齿移动治疗方案移动牙齿。在一些情况下，多个直接制造的矫治器包括被构造成根据治疗方案的多个阶段而按顺序安置在牙齿上的多个矫治器。
在一些实施例中，确定力的大小包括选择所基于的腭部扩张率以及确定用以产生所选择的腭部扩张率的力。
在一些实施例中，该方法还包括根据直接制造指令来直接地制造矫治器。
在一些实施例中，直接制造指令包括使用增材制造工艺制造矫治器的指令。在一些情况下，增材制造工艺包括槽光固化、材料喷射、粘合剂喷射、材料挤出、粉床熔合(powderbedfusion)、片层压或定向能量沉积中的一个或多个。在一些实施例中，直接制造指令包括使用减材制造工艺制造矫治器的指令。
在多种实施例中，扫描数据可以包括患者腭部中的暂时性锚固装置的数据，而形状轮廓包括在佩戴矫治器时接合暂时性锚固装置以施加腭部扩张力的接合结构。
在很多实施例中，提供一种用于扩张患者牙弓的装置。该装置包括扩张牙齿牙弓的力产生部、将力产生部保持在牙齿上的柔性的保持部、以及联接到柔性的保持部的坚硬的保持部。坚硬的保持部被定位在邻近柔性的保持部的多个第一牙齿接纳结构处，以接纳多颗第一牙齿。在佩戴该装置时坚硬的保持部抵抗所述多个第一牙齿的移动，而同时允许多颗第二牙齿移动。
在一些实施例中，力产生部、柔性的保持部和坚硬的保持部已被直接制造在一起。在一些实施例中，力产生部包括坚硬材料。在一些实施例中，力产生部包括压缩性材料或弹力压缩性结构的一个或多个，以在被安置时产生对牙齿的力。在一些实施例中，坚硬的保持部包括一个或多个肋或增厚部。在一些实施例中，力产生部跨越双尖牙或臼齿之间的空间。在一些实施例中，该装置包括多种材料。
在一些实施例中，力产生部包括压缩性材料、水合性材料或弹力压缩性结构的一个或多个，以在佩戴时产生作用于牙齿的力。在一些实施例中，柔性的保持部包括多个牙齿接纳结构，所述多个牙齿接纳结构包括成形为至少部分围绕所接纳的牙齿延伸的多个牙齿接纳腔或多个牙齿接纳延伸部的一个或多个。
在一些实施例中，力产生部包括相邻的坚硬段，所述段通过在所述段之间延伸的扩张力产生部沿近远方向分离。在一些实施例中，相邻的坚硬段包括尺寸设定为延伸到邻间部中以接合牙齿的延伸部，而柔软的保持结构被贴附到坚硬段，并且柔软的保持结构的尺寸被设定为以及被成形为围绕牙齿延伸并进入到邻间的部分中，以接合该牙齿并相对该牙齿保持一个或多个坚硬段。
在多种实施例中，本文所述的装置包括热塑性聚合物、热固性聚合物、聚合物陶瓷复合材料、碳纤维复合材料的一种或多种、或这些材料的组合。
在一些实施例中，该装置还被构造成在扩张牙弓的同时对牙弓的一颗或多颗前齿施加牙齿移动力。
在很多实施例中，提供了一种制造用于扩张患者牙弓的矫治器的方法。接收患者牙弓的牙齿的扫描数据，并且确定用于接合牙齿并扩张牙弓的矫治器的形状轮廓。该矫治器包括用于扩张牙齿牙弓的力产生部、用于将力产生部保持在牙齿上的柔性的保持部、以及联接到柔性的保持部的坚硬的保持部。坚硬的保持部被定位在邻近柔性的保持部的多个第一牙齿接纳结构处，以接纳多颗第一牙齿，从而在佩戴该装置时抵抗所述多颗第一牙齿的移动并同时允许多颗第二牙齿的移动。输出直接制造指令，以便利用直接制造装置制造矫治器。
在一些实施例中，该方法还包括响应于扫描数据的力的大小来确定扩张牙弓，以及确定用于提供作用于牙齿的力的力产生部的形状。
在一些实施例中，力产生部比柔性的保持部坚硬。在一些情况下，力产生部包括相邻的坚硬段，所述坚硬段通过两者之间延伸的扩张力产生部而沿近远方向分离。在一些情况下，矫治器被构造成通过相邻的坚硬段沿近远方向的渐增的分离来扩张牙弓，而相邻的坚硬段包括尺寸被设定为延伸到邻间部分中以接合牙齿的延伸部。在一些情况下，矫治器还包括柔软的保持结构，而柔软的保持结构被贴附到坚硬段，并且柔软的保持结构的尺寸被设定为以及被成形为围绕牙齿延伸并进入到邻间部分中，以接合该牙齿并相对该牙齿保持一个或多个坚硬段。
在一些实施例中，该方法还包括根据直接制造指令来直接制造矫治器。在一些实施例中，直接制造指令包括使用增材制造工艺制造矫治器的指令。在一些情况下，增材制造工艺包括槽光固化、材料喷射、粘合剂喷射、材料挤出、粉床熔合、片层压或定向能量沉积中的一个或多个。在一些实施例中，直接制造指令包括使用减材制造工艺制造矫治器的指令。
在很多实施例中，提供了一种用于扩张患者牙弓的矫治器。该矫治器包括包含多个牙齿接合结构的牙齿接合部件以及联接到牙齿接合部件的力产生部件。牙齿接合部件包括设置在牙齿接合部件的舌侧上的多个结构，而力产生部件包括多个接合结构，所述多个接合结构接合牙齿接合部件的结构以施加牙弓扩张力。
在一些实施例中，力产生部件是烧结金属的或者烧结塑料的力产生部件，其包括多个接合结构以借助力来接合牙齿接合部件的相应的结构，从而增大牙弓的尺寸。在一些实施例中，牙齿接合部件是烧结金属的或烧结塑料的牙齿接合部件。
如本文所使用的，术语“硬度”和“刚度”可互换使用，而术语“坚硬”和“刚性”同样可互换使用。
如本文所使用的，术语“和/或”被用作表明两个词语或表达被一起采用或单独采用的功能词。例如a和/或b包含单独a、单独b以及a与b一起。
如本文所使用的，“多颗牙齿”包含两颗或更多牙齿。
在很多实施例中，一颗或多颗后齿包括臼齿、前臼齿或犬齿中的一颗或多颗，而一颗或多颗前齿包括中门齿、侧门齿、尖牙、第一双尖牙或第二双尖牙中的一颗或多颗。
本文公开的实施例可被用于使所述多组一颗或多颗牙齿相互联接。所述多组一颗或多颗牙齿可以包括第一组一颗或多颗前齿和第二组一颗或多颗后齿。第一组牙齿可通过本文公开的聚合物壳式矫治器联接到第二组牙齿。
本文公开的实施例非常适用于移动第一组一颗或多颗牙齿中的一颗或多颗、或者移动第二组一颗或多颗牙齿中的一颗或多颗，以及两者的组合。
本文公开的实施例非常适合于与一个或多个已知在市面上可买到的牙齿移动部件(如附接物和聚合物壳式矫治器)相结合。在很多实施例中，矫治器及一个或多个附接物(attachment)被构造为沿着包括六个自由度的牙齿移动矢量移动一颗或多颗牙齿，在所述六个自由度中，三个自由度是旋转自由度，三个自由度是平移自由度。
本公开提供了正畸系统及其相关方法，其旨在设计并提供改善的或更有效的牙齿移动系统以引起期望的牙齿移动和/或使牙齿重新定位成期望的排列。
虽然参照了包括聚合物壳式矫治器的矫治器，但本文公开的实施例非常适用于使用多种接纳牙齿的矫治器，例如不具有一个或多个聚合物或壳体的矫治器。该矫治器可由许多种材料中的一种或多种材料制成，例如金属、玻璃、增强纤维、碳纤维、复合材料、增强复合材料、铝、生物材料及其组合等。在一些情况下，增强复合材料可以包括例如以陶瓷或金属颗粒加强的聚合物基质。该矫治器可通过多种方式成形，例如通过热成型或本文公开的直接制造等。替代地或组合地，矫治器可通过机械加工制成，如由一块材料通过计算机数控加工制成的矫治器。
现在参照附图，附图中相同的附图标记在多幅图中表示相同的元件。图1a示出一示例性牙齿重新定位矫治器或矫正器100，其能够被患者佩戴以便实现每颗牙齿102在颌(jaw)中逐步重新定位。该矫治器可包括壳体(例如，连续的聚合物壳体或分段的壳体)，该壳体具有牙齿接纳腔用以接纳牙齿并将牙齿弹性地重新定位。矫治器或者其一个或多个部分可使用牙齿的物理模型(实体模型)来进行间接制造。例如，矫治器(例如聚合物矫治器)可使用牙齿的物理模型和一片适当层数的聚合物材料来形成。在一些实施例中，物理(实体)矫治器是例如使用快速原型制作技术而从矫治器的数字模型直接制造的。矫治器能够适配在上颌或下颌中的所有牙齿(或者并非所有的牙齿)上。矫治器可专门地被设计为适于容纳(适应)患者的牙齿(例如，牙齿接纳腔的分布型(topography)匹配患者牙齿的分布型)，并且可基于印痕(impression)、扫描等方式产生的患者牙齿的凹凸模型来制造。或者，该矫治器可以是一通用型矫治器，其被构造为接纳牙齿、但不必成形为与患者牙齿的分布型匹配。在某些情况下，仅是某些被矫治器接纳的牙齿会通过矫治器重新定位，而其它牙齿可提供一基部或锚固区域，用以在矫治器向待重新定位的某颗或多颗牙齿施加力时使矫治器保持就位。在某些情况下，某些或大部分、甚至所有牙齿将在治疗期间被重新定位在某些点处。被移动的牙齿同样可作为在患者佩戴矫治器时保持矫治器的基部或锚固部。一般情况下，将不会提供金属丝或其它装置来使矫治器在牙齿上保持就位。但是，在某些情况下，在牙齿102上提供单独的附接物或其它锚固元件104(与矫治器100中的相应的容座或孔106适配)也是可取的或必要的，使得矫治器能够在牙齿上施加选定的力。爱利科技公司(爱齐公司，aligntechnology,inc)名下的众多专利和专利申请、包括例如美国专利第6,450,807号和第5,975,893号以及可通过万维网访问的公司网页(参见例如网址“invisalign.com”)中描述了多种典型矫治器，包括在
图1b示出牙齿重新定位系统110，其包括多个矫治器112、114、116。本文所述的任一矫治器均能够被设计和/或提供为在牙齿重新定位系统中使用的一套多个矫治器的一部分。每个矫治器均可被构造为使牙齿接纳腔具有对应于用于矫治器的中间的或最终的牙齿排列的几何结构。可通过将一系列增量位置调节矫治器安置在患者的牙齿上而逐步地将患者的牙齿从初始牙齿排列重新定位到目标牙齿排列。例如，牙齿重新定位系统110可包括对应于初始牙齿排列的第一矫治器112、对应于一个或多个中间排列的一个或多个中间矫治器114、以及对应于目标排列的最终矫治器110c。目标牙齿排列可以是所有根据方案的正畸治疗结束时，为患者的牙齿选择的根据方案的最终牙齿排列。或者，目标排列可以是正畸治疗过程期间用于患者牙齿的某些中间排列的其中之一，这些中间排列可包括多种不同治疗方案，包括(但不局限于)如下多种情况：被推荐进行外壳手术、邻面去釉(ipr)是合适的、被安排进度检查、锚固布置是最好的、腭扩张是理想的、涉及到修复牙医学(例如，嵌体、高嵌体、牙冠、桥(bridge)、种植牙(implant)、贴片(veneer，表面镶嵌)之类)等等。同样，应理解的是，目标牙齿排列可以是用于患者牙齿的任何根据方案所得的排列，其沿循一个或多个增量重新定位阶段。同样地，初始牙齿排列可以是用于患者牙齿的任何初始排列，随后是一个或多个增量重新定位阶段接纳腔安置。
图1c示出根据实施例的使用多个矫治器的正畸治疗的方法150。方法150可使用本文所述的任一矫治器或矫治器组来实施。在步骤160中，第一正畸矫治器被应用于患者的牙齿，以便将牙齿从第一牙齿排列重新定位到第二牙齿排列。在步骤170中，第二正畸矫治器被应用于患者的牙齿，从而将牙齿第二牙齿排列重新定位到第三牙齿排列。必要时，可重复方法150(使用任何合适的数字和连续的多个矫治器的组合)，以便将患者的牙齿从初始排列以递增方式重新定位到目标排列。这些矫治器可全部在同一阶段产生，或者成套或成批产生(例如，在治疗阶段开始时)，或者可以每次被制造出一个矫治器，并且患者可以佩戴每一个矫治器直到可能不再感受到每一个矫治器在牙齿上的压力为止，或直到已实现了对于给定阶段所指定的牙齿移动的最大量。在患者佩戴上述多个矫治器中的任一矫治器之前，可以设计甚至制造多个不同的(例如，一套)矫治器。在佩戴用于一合适时期的矫治器之后，患者可使用该系列中的下一矫治器替换当前的矫治器，直到不再有后续的矫治器为止。这些矫治器通常不固定附着到牙齿上，且患者可在疗程期间的任一时间安置和重新安置矫治器(例如，可被患者摘除的矫治器)。该系列中的若干矫治器或最终矫治器可具有为过度矫正牙齿排列所选定的一个或多个几何结构。例如，一个或多个矫治器可具有会将(如果完全地实现)各颗牙齿移动超出已被选定为“最终”方案的牙齿排列的几何结构。这样的过度矫正(矫枉过正)可适合于弥补在已终止重新定位过程之后可能的复发(例如，允许各颗牙齿朝向其预矫正位置回移)。过度矫正还可有益于加速矫正的速率(例如，具有定位成超出期望中间位置或最终位置的几何结构的矫治器能以更大的速率使各颗牙齿朝向该位置移位)。在这样的情况下，可在牙齿达到矫治器所限定的位置之前终止矫治器的使用。而且，可以有意地进行过度矫正，以此弥补矫治器的任何误差或局限性。
本文所述的正畸矫治器的多种实施例能够通过多种不同的方式来制成。在一些实施例中，本文中的正畸矫治器(或其某些部分)可使用直接制造，诸如增材制造技术(在本文中也称为“3d打印”)或减材制造技术(例如铣削)等来生产。在一些实施例中，直接制造包括在不使用物理模板(例如，模具、掩膜等)限定物体几何结构的情况下形成一物体(例如，正畸矫治器或其某些部分)。增材制造技术可被分类如下：(1)槽光固化(例如，立体光刻)，其中从液态光聚合物树脂的槽逐层构建物体；(2)材料喷射，其中使用连续的或按需喷印(dod)方法将材料喷射到构建平台上；(3)粘合剂喷射，其中构建材料(例如基于粉末的材料)和粘合材料(例如液态粘合剂)的交替的多层通过打印头沉积；(4)熔融沉积成型(fdm)，其中材料通过喷口腔被抽出、加热并逐层沉积；(5)粉床熔合，包括但不限于直接金属激光烧结(dmls)、电子束熔化(ebm)、选择性加热烧结(shs)、选择性激光熔化(slm)和选择性激光烧结(sls)；(6)片层压(sheetlamination，片层合)，包括但不限于分层实体制造(lom)和超声波增材制造(uam)；以及(7)定向能量沉积，包括但不限于激光工程净成形、定向光制造、直接金属沉积和3d激光熔覆。例如，可使用立体光刻来直接制造本文中的一个或多个矫治器。在一些实施方式中，立体光刻包括根据期望横截面形状使用光(例如紫外线)对光敏树脂(例如，光聚合物)进行选择性聚合。可通过依次聚合多个物体横截面而逐层构建物体几何结构。作为另一个示例，本文中的矫治器可使用选择性激光烧结来直接制造。在一些实施例中，选择性激光烧结包括根据期望的横截面形状使用激光束来选择性地熔化和熔合粉末材料层，以便构建物体几何结构。作为又另一个示例，本文中的矫治器可通过熔融沉积成型来直接地制造。在一些实施例中，熔融沉积成型包括熔化并以逐层方式选择性地沉积热塑性聚合物的细丝(纤维)，以便形成物体。在又一个示例中，可利用材料喷射来直接制造本文中的矫治器。在一些实施例中，材料喷射包括将一种或多种材料喷射到或挤出到构建表面上以形成物体几何结构的连续层。
替代地或组合地，本文中的矫治器(或其某些部分)的一些实施例可使用间接制造技术来生产，诸如通过在凹凸模具上进行热成型。正畸矫治器的间接制造可包括依据目标排列来生产患者的牙列(dentition，齿列)的凹凸模具(例如，通过快速原型制作、铣削等)并将一片或多片材料热成型在该模具上，以便产生矫治器壳体。
在一些实施例中，本文提供的直接制造方法以逐层方式构建物体几何结构，且通过离散的构建步骤形成连续层。替代地或组合地，可使用允许连续构建物体几何结构的直接制造方法(本文中也称为“连续直接制造”)。可使用多种类型的连续直接制造方法。
作为一个示例，在某些实施例中，本文中的矫治器使用“连续液相中间打印”来制造，其中通过在物体的构建表面与抑制聚合的“死区”之间形成部分固化树脂的梯度，从光聚合树脂的储存容器连续地构建物体。在一些实施例中，使用半透膜来控制光聚合抑制剂(例如，氧)到死区中的转移，以便形成聚合物梯度。连续液相中间打印可实现比其它直接制造方法快约25倍到约100倍的制造速度，且通过结合冷却系统可实现约1000倍的更快的速度。在美国专利公开第2015/0097315号、第2015/0097316号和第2015/0102532号中描述了连续液相中间打印，上述每个专利的公开内容均通过援引的方式整体纳入本文。
作为另一个示例，连续的直接制造方法可通过在照射阶段期间构建平台的连续移动(例如，沿着竖直方向或z方向)来实现物体几何结构的连续构建，使得受照射的光敏聚合物的硬化深度受到移动速度的控制。因此，可实现材料在构建表面上的连续聚合。在美国专利第7,892,474号中描述了这种方法，其公开内容通过援引的方式整体纳入本文。
在另一个示例中，连续直接制造方法可包括围绕固体线挤出的由可固化液体材料组成的复合材料。该复合材料可沿着连续的三维路径被挤出，以便形成物体。在美国专利公开第2014/0061974号中描述了这种方法，其公开内容通过援引的方式整体纳入本文。
在又一个示例中，连续直接制造方法利用“螺旋光刻(heliolithography，海立尔打印技术)”方法，其中液体光敏聚合物在聚焦照射下固化，同时构建平台连续地旋转并升高。因此，物体几何结构可沿着螺旋式构建路径而被连续地构建。在美国专利公开第2014/0265034号中描述了这样的方法，其公开内容通过援引的方式整体并入本文。
本文提供的直接制造方法与许多种不同材料兼容，包括但不限于以下中的一种或多种：聚酯、共聚酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯共聚物、丙烯酸、环状嵌段共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚对苯二甲酸丙二醇酯、苯乙烯嵌段共聚物(sbc)、硅橡胶、弹性体合金、热塑性弹性体(tpe)、热塑性硫化橡胶(tpv)弹性体、聚氨酯弹性体、嵌段共聚物弹性体、聚烯烃共混弹性体、热塑性共聚酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体或其组合。直接制造所使用的材料能以未固化的形式(例如，作为液体、树脂、粉末等)被提供且能够被固化(例如通过光聚合、光固化、气体固化、激光固化、交联等)以便形成正畸矫治器或其一部分。固化之前材料的性质可以不同于固化后的材料的性质。一旦固化，则本文中的材料可显示足够的强度、刚度、耐久性、生物相容性等正畸矫治器中所利用的性质。可根据矫治器相应部分的期望性质来选择所使用的材料的固化后的性质。
在一些实施例中，正畸矫治器的相对坚硬的部分可通过使用以下材料中的一种或多种进行直接制造来形成：聚酯、共聚酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯共聚物、丙烯酸、环状嵌段共聚物、聚醚醚酮、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜和/或聚对苯二甲酸丙二醇酯。
在一些实施例中，正畸矫治器的相对有弹性的部分可通过使用以下材料中的一种或多种进行直接制造来形成：苯乙烯嵌段共聚物(sbc)、硅橡胶、弹性体合金、热塑性弹性体(tpe)、热塑性硫化橡胶(tpv)弹性体、聚氨酯弹性体、嵌段共聚物弹性体、聚烯烃共混弹性体、热塑性共聚酯弹性体和/或热塑性聚酰胺弹性体。
机器参数可包括固化参数。对于基于数字光处理(dlp)的固化系统，固化参数可包括功率、固化时间和/或完整图像的灰度。对于基于激光的固化系统，固化参数可包括功率、速度、光束尺寸、光束形状和/或光束的功率分布。对于打印系统，固化参数可包括材料的下落尺寸、粘度和/或固化功率。这些机器参数可作为制造机上的工艺控制的一部分而被定期地监控和调节(例如，在每1-x层处的一些参数和每一次构建之后的一些参数)。可通过在机器上设置传感器来实现工艺控制，该传感器测量每层或每几秒的功率和其它光束参数，并通过反馈回路自动调节它们。对于dlp机器，根据系统的稳定性，可在每次构建之前、期间和/或结束时，以及/或者以预定的时间间隔(例如，每个第n次构建、每小时一次、每天一次、每周一次等)来测量和校准灰度。此外，材料性质和/或光学性质可被提供给制造机器，且机器工艺控制模块可使用这些参数来调节机器参数(例如，功率、时间、灰度等)以补偿材料性质的可变性。通过对制造机器实施工艺控制，能够减小矫治器的精度及残余应力的可变性。
可选地，本文所述的直接制造方法使得能够制造包括多种材料的矫治器，在本文中被称为“多材料直接制造”。在一些实施例中，多材料直接制造方法包括在单一制造步骤中同时由多种材料形成物体。例如，可使用多尖端挤出装置从不同的材料供给源来选择性地分配多种类型的材料，以便由多种不同的材料制造物体。美国专利第6,749,414号中描述了这样的方法，其公开内容通过援引的方式整体纳入本文。替代地或组合地，多材料直接制造方法可包括在多个连续制造步骤中由多种材料形成物体。例如，物体的第一部分可根据本文中的任何直接制造方法而由第一材料形成，而后物体的第二部分可根据本文中的方法而由第二材料形成，等等，直到形成整个物体。
与其它制造方法相比，直接制造可提供多种优点。例如，与间接制造相反的是，直接制造允许在不使用任何用于使矫治器成形的模具或模板的情况下生产正畸矫治器，从而减少所包括的制造步骤的数量，并提高最终矫治器几何结构的解析度(resolution，分辨率)和精确度。此外，直接制造允许精确控制矫治器的三维几何结构，例如矫治器厚度。复杂结构和/或辅助部件可在单一制造步骤中与矫治器壳体一体地形成为单件，而不是在单独的制造步骤中被添加到壳体。在一些实施例中，使用直接制造来产生使用其它制造技术将难以产生的矫治器几何结构，诸如具有非常小或细小特征、复杂的几何结构、底切、邻间结构、厚度可变的壳体、和/或内部结构(例如用于通过减轻重量和材料用量来提高强度)的矫治器。例如在一些实施例中，本文的直接制造方法允许制造具有小于或等于约5μm、或介于从约5μm到约50μm的范围内或介于从约20μm到约50μm的范围内的多个特征尺寸的正畸矫治器。
本文所述的直接制造技术可被用于生产具有大体上各向同性的材料性质的矫治器，例如，沿所有方向大体相同或相似的强度。在一些实施例中，本文中的直接制造方法允许生产沿着所有方向的强度变化不超过约25％、约20％、约15％、约10％、约5％、约1％或约0.5％的正畸矫治器。此外，本文的直接制造方法可被用于以与其它制造技术相比更快的速度来生产正畸矫治器。在一些实施例中，本文中的直接制造方法允许以小于或等于约1小时、约30分钟、约25分钟、约20分钟、约15分钟、约10分钟、约5分钟、约4分钟、约3分钟、约2分钟、约1分钟或约30秒的时间间隔来生产正畸矫治器。这样的制造速度允许例如在例行预约或健康检查期间快速“在诊疗椅边”生产定制的矫治器。
在一些实施例中，本文所述的直接制造方法实施针对直接制造系统或装置的多种机器参数的工艺控制，从而确保所得到的矫治器是以高精度制造的。这样的精度可有益于确保将所需的力系统精确地传递到牙齿以便有效地引起牙齿移动。可实施工艺控制来兼顾由诸如材料性质、机器参数、环境变量和/或后处理参数等的多种来源所引起的工艺可变性。
材料性质可基于原材料的性质、原材料的纯度和/或在原材混合料期间的工艺变量而变化。在很多实施例中，用于直接制造的树脂或其它材料应在严格的工艺控制下制造以确保光学性质、材料性质(例如，粘度、表面张力)、物理性质(例如，模量、强度、伸长率)和/或热性质(例如，玻璃化转变温度、热变形温度)方面的可变性很小。用于材料制造工艺的工艺控制可通过对于原材料物理性质的筛选和/或温度、湿度和/或在混合过程期间的其它过程参数的控制来实现。通过对材料制造过程实施工艺控制，可使工艺参数的可变性降低并使每批材料的材料性质更均匀。如本文所进一步讨论的，材料性质中残余的可变性能够通过机器上的工艺控制来补偿。
机器参数可包括固化参数。对于基于数字光处理(dlp)的固化系统，固化参数可包括功率、固化时间和/或完整图像的灰度。对于基于激光的固化系统，固化参数可包括功率、速度、光束尺寸、光束形状和/或光束的功率分布。对于打印系统，固化参数可包括材料滴尺寸、粘度和/或固化功率。这些机器参数可作为制造机器上的工艺控制的一部分而被定期地监控和调节(例如，在每1-x层处的一些参数和每次构建之后的一些参数)。工艺控制可通过在机器上设置传感器来实现，该传感器测量每层或每几秒的功率和其它光束参数，并通过反馈回路来对其进行自动调节。对于dlp机器，灰度可在每次构建结束时被测量和校准。此外，材料性质和/或光学性质可被提供给制造机器，且机器工艺控制模块可使用这些参数来调节机器参数(例如功率、时间、灰度等)以补偿材料性质的可变性。通过对制造机器实施工艺控制，可减小矫治器精度的可变性及残余应力的可变性。
在很多实施例中，环境变量(例如，温度、湿度、阳光或暴露于其它能量/固化源的状态)保持在很小的范围内，以降低矫治器厚度和/或其它性质的可变性。可选地，机器参数可被调节以补偿环境变量。
在很多实施例中，矫治器的后处理包括清洁、后固化和/或支撑件移除过程。相关的后处理参数可包括清洁剂的纯度、清洁压力和/或温度、清洁时间、后固化能量和/或时间、和/或支撑件移除过程的稳定性。这些参数可作为工艺控制方案的一部分被测量和调节。此外，可通过修改后处理参数来改变矫治器的物理性质。调节后处理机器参数能够提供另一种方式来补偿材料性质和/或机器性质的可变性。
可根据患者的治疗方案来确定本文的正畸矫治器的配置，该治疗方案例如为包括用于递增地重新定位牙齿的多个矫治器的连续管理的治疗方案。可使用基于计算机的治疗方案和/或矫治器制造方法，从而有助于矫治器的设计和制造。例如，本文所述的一个或多个矫治器部件可借助于计算机控制的制造装置(例如，计算机数控(cnc)铣削、诸如3d打印的计算机控制原型制作等)来数字化地设计和制造。本文所述的基于计算机的方法可提高矫治器制造的精确性、灵活性和便利性。
图2示出根据实施例的用于设计通过直接制造来生产的正畸矫治器的方法200。该方法200可被应用于本文所述的正畸矫治器的任何实施例。方法200的某些或所有步骤可由任何合适的数据处理系统或设备(例如，配置有合适指令的一个或多个处理器)来执行。
在步骤210中，确定将一颗或多颗牙齿从初始排列移动到目标排列的移动路径。可根据患者的牙齿或口腔组织的模具或扫描(例如使用蜡咬、直接接触扫描、x射线成像、层析成像、超声成像以及其它用于获得关于牙齿、颌、牙龈和其它正畸相关组织的位置和结构的信息的技术)来确定上述初始排列。从所得到的数据中可获得数字数据集，其表示患者牙齿和其它组织的初始(例如，治疗前)排列。可选地，所述初始数字数据集被处理以将这些组织构成彼此分割。例如，可产生数字化表示的各颗牙齿牙冠的数据结构。有利地，可产生整个牙齿的数字模型，其包括测量的或推测的隐藏表面和齿根结构、以及周围的骨骼和软组织。
牙齿的目标排列(例如，正畸治疗的期望和预定的最终结果)能以处方形式从临床医生处收到，且能从基本的正畸原理计算出，和/或能够利用计算机运算而从临床处方推测出。借助牙齿的期望最终位置的描述和牙齿本身的数字表示，可指明每颗牙齿的最终位置和表面几何结构，以形成在期望的治疗结束时牙齿排列的完整模型。
每颗牙齿既具有初始位置又具有目标位置，可为每颗牙齿的运动限定移动路径。在一些实施例中，这些移动路径被构造成通过最少量的迂回行程(round-tripping)以最快的方式移动牙齿，以将牙齿从其初始位置送入到其期望的目标位置。可选地，牙齿路径能够被分段，且这些段可被计算以使一个段内的每颗牙齿的运动保持在线性和旋转平移的阈值极限内。通过这种方式，每个路径段的端点可构成临床上可行的重新定位，且段的端点的集合可构成临床上可行的牙齿位置序列，使得该序列中从一点到下一点的移动不会引起牙齿的碰撞。
在步骤220中，确定用于产生沿着移动路径的一颗或多颗牙齿的移动的力系统。力系统可包括一个或多个力和/或一个或多个转矩。不同的力系统会引起不同类型的牙齿移动，例如倾斜、平移、旋转、挤压、挤入、齿根移动等。
可使用生物力学原理、建模技术、力计算/测量技术等(包括在正畸领域中常用的知识和方法)来确定要施加于牙齿的适当的力系统以实现牙齿移动。在确定所要施加的力系统时，可被考虑的资源包括文献资料、通过实验或虚拟建模确定的力系统、基于计算机的建模、临床经验、最小化不需要的力等等。
力系统的确定可包括对诸如容许的方向和大小的容许力的限制、以及将由所施加的力引起的期望运动。例如，在制造腭部扩张器时，不同的患者可能需要不同的移动策略。例如，分离腭部所需的力的大小可取决于患者的年龄，因为年龄很小的患者可能不具有完全成型的骨缝。因此，青少年患者和其他不具有完全闭合的腭中缝(palatalsuture，腭骨缝)的患者，可以通过较小的力来实现腭部扩张。较慢的腭部移动还能够辅助骨骼成长以填充扩张的骨缝。对于其他患者，可能需要更快的扩张，这可通过施加更大的力来实现。可按照期望来结合这些需求以选定矫治器的结构和材料；例如，通过选定腭部扩张器能够施加使腭中缝裂开的更大的力和/或导致腭部的快速扩张。随后的矫治器阶段可被设计为施加不同大小的力，例如，首先施加大的力打开骨缝，然后施加较小的力来保持所分离的骨缝或者逐步地扩张腭部和/或牙弓。
力系统的确定还可包括患者面部结构的建模，例如颌和腭的骨架结构。可利用腭部和牙弓的扫描数据(例如，x射线数据或3d光学扫描数据)来确定患者口腔的骨骼和肌肉系统的参数，以便确定足以提供腭部和/或牙弓的所需扩张的力。在一些实施例中，腭中缝(mid-palatalsuture)的厚度和/或密度可由治疗人员测量或输入。在其它实施例中，治疗人员可以基于患者的生理特性来选择适当的治疗。例如，还可以基于诸如患者年龄等因素来评估腭部的性质，例如，青少年患者通常将比年龄大一些的患者需要更小的力来扩张骨缝(因为骨缝尚未完全成型)。
在步骤230中，确定用于正畸矫治器(其被构造为产生上述力系统)的牙弓扩张器或腭部扩张器设计。可使用治疗或力施加模拟环境来执行对牙弓扩张器或腭部扩张器设计、矫治器几何结构、材料组成和/或性质的确定。模拟环境可包括例如计算机建模系统、生物力学系统或设备等。可选地，可制作矫治器和/或牙齿的数字模型，例如有限元模型。有限元模型能够使用可从多个不同的供应商购买到的计算机程序应用软件来创建。为了创建实体几何模型，可使用计算机辅助工程(cae)或计算机辅助设计(cad)程序，例如加州圣拉斐尔的autodesk公司出售的
可选地，可选择一个或多个牙弓扩张器或腭部扩张器设计以用于测试或力建模。如上文所提及，能够确认出期望的牙齿移动以及为了引起期望的牙齿移动而需要或期望的力系统。使用模拟环境，能够分析或建模备选的牙弓扩张器或腭部扩张器设计，以确定通过使用备选的矫治器而得到的实际力系统。可选地，可对备选的矫治器进行一处或多处修改，且还可通过所描述的方式进一步分析力建模，以便例如反复地确定产生所需力系统的矫治器设计。
在步骤240中，产生用于制造包含牙弓扩张器或腭部扩张器设计的正畸矫治器的指令。这些指令可被配置为用以控制制造系统或设备，以便产生具有指定的牙弓扩张器或腭部扩张器设计的正畸矫治器。在一些实施例中，这些指令被配置为根据本文所述的各种方法，使用直接制造方式(例如，立体光刻、选择性激光烧结、熔融沉积成型、直接喷射、连续直接制造、多材料直接制造等)来制造正畸矫治器。在替代的实施例中，这些指令可被配置为例如通过热成型来间接制造矫治器。
方法200可包括多个附加步骤：1)在口内扫描患者的上牙弓和腭部，以产生腭部和上牙弓的三维数据；2)确定矫治器的三维形状轮廓，以提供本文所述的间隙和牙齿接合结构。
尽管以上步骤示出了根据一些实施例的设计正畸矫治器的方法200，但本领域普通技术人员应认识到基于本文所述的教导的一些变型。这些步骤中的一些步骤可包括多个分步骤。所述步骤中的一些步骤可根据需要重复多次。方法200的一个或多个步骤可借助任何合适的制造系统或设备来执行，如本文所述的那些实施例。所述步骤的一些步骤可以是可选的，且这些步骤的顺序可根据需要改变。
图3示出根据实施例的用于数字化地制定正畸治疗方案和/或矫治器的设计或制造的方法300。该方法300能够被应用于本文所述的任一治疗过程，且能够通过任何合适的数据处理系统来执行。
在步骤310中，接收患者牙齿的数字表示。该数字表示可包括患者的口内腔(包括牙齿、牙龈组织等)的表面形貌数据。该表面形貌数据可通过使用合适的扫描设备(例如，手持式扫描仪、台式扫描仪等)直接扫描口内腔、口内腔的物理模型(凸或凹)或口内腔的印模等来产生。
在步骤320中，基于牙齿的数字表示产生一个或多个治疗阶段。这些治疗阶段可以是被设计用于将患者的一个或多个牙齿从初始牙齿排列移动到目标排列的正畸治疗过程的递增的重新定位阶段。例如，这些治疗阶段可通过确定由数字表示所表明的初始牙齿排列、确定目标牙齿排列、以及确定实现目标牙齿排列所需的初始排列中的一颗或多颗牙齿的移动路径来产生。基于最小化所移动的总距离、防止牙齿之间的碰撞、避免较难以实现的牙齿移动、或者任何其它合适的条件，能够使移动路径最优化。
在步骤330中，基于所产生的治疗阶段来制造至少一个正畸矫治器。例如，可制造一组矫治器，每个矫治器均根据某一治疗阶段所指定的牙齿排列而被成形，使得矫治器能够被患者按顺序佩戴，以将牙齿从初始排列递增地重新定位到目标排列。该矫治器组可包括本文所述的正畸矫治器中的一个或多个。矫治器的制造可包括创建矫治器的数字模型，该数字模型会被用于输入到计算机控制制造系统。根据需要，该矫治器可使用直接制造方法、间接制造方法或两者的组合来形成。
在一些情况下，矫治器的设计和/或制造可能不需要进行各种不同的排列或治疗阶段。如图3中的虚线所示，正畸矫治器的设计和/或制造以及可能的特定正畸治疗可包括使用患者牙齿的表示(例如，接收患者牙齿的数字表示310)，随后基于由所接收的表示所表达的排列中的患者牙齿的表示，来设计和/或制造口腔正畸矫治器。
图4是可用于执行本文所述的方法和过程的数据处理系统400的简化框图。数据处理系统400通常包括经由总线子系统404与一个或多个外围设备通信的至少一个处理器402。这些外围设备通常包括存储子系统406(存储器子系统408和文件存储子系统414)、一组用户界面输入和输出设备418以及到外部网络416的接口。该接口被示意性地示出为“网络接口”方框416，且经由通信网络接口424联接到其它数据处理系统中的对应接口设备。数据处理系统400可包括例如一个或多个计算机，诸如个人计算机、工作站、大型机(主机)、笔记本电脑等。
用户界面输入设备418不限于任何特定设备，且通常可包括例如键盘、定点设备、鼠标、扫描仪、交互式显示器、触摸板、操纵杆等。同样地，在本发明的系统中可使用多种用户界面输出设备，且可包括例如打印机、显示器(例如，视觉、非视觉)系统/子系统、控制器、投影设备、音频输出等设备中的一个或多个。
存储子系统406保持基本需求的编程，包括具有指令(例如，操作指令等)的计算机可读介质以及数据结构。本文所讨论的编程模块通常存储在存储子系统406中。存储子系统406通常包括存储器子系统408和文件存储子系统414。存储器子系统408通常包括多个存储器(例如，ram410、rom412等)，上述存储器包括用于存储固定的指令、指令和程序执行期间的数据、基本输入/输出系统等的计算机可读存储器。文件存储子系统414为程序和数据文件提供持久(非易失性)存储，且可包括一个或多个可移除或固定的驱动器或介质、硬盘、软盘、cd-rom、dvd、光盘驱动器等。存储系统、驱动器等中的一个或多个可位于远程位置，例如通过网络上的服务器或通过互联网/万维网来联接。在上下文中，通常使用术语“总线子系统”以便包括用于使多种部件和子系统按预期彼此连通的任何机构，并且可包括会被知晓或被认为适合在该系统中使用的各种各样的合适的部件/系统。应认识到的是，系统的多种部件可以、但并非必须处于相同的物理位置，但可经由多种局域或广域网络媒体、传输系统等连接。
扫描仪420包括：用于(例如，通过扫描诸如铸型421的牙齿物理模型、通过扫描通过牙齿获得的印模、或通过直接地扫描口内腔)获得患者牙齿的数字表示(例如，图像、表面形貌数据等)的任何装置，所述数字表示可从患者或专业治疗人员(例如，正畸医生)处获得；以及包括向数据处理系统400提供所述数字表示以供进一步处理的装置。扫描仪420可位于相对于系统的其它部件的远程位置，且可例如经由网络接口424而将图像数据和/或信息传送到数据处理系统400。制造系统422基于治疗方案(包括从数据处理系统400接收的数据集信息)来制造矫治器423。制造机422可例如位于远程位置处，并经由网络接口424从数据处理系统400接收数据集信息。
本文所述的方法的数据处理方案可通过数字电子电路、或通过计算机硬件、固件、软件、或以上它们的适当组合来实施。数据处理装置能够在用于由可编程处理器运行的机器可读存储设备中可明确具体化的计算机程序产品中实施。数据处理步骤可通过运行程序指令的可编程处理器来执行，从而通过基于输入数据操作并产生输出来执行多个功能。可通过能在可编程系统上运行的一个或多个计算机程序来实施数据处理方案，该系统包括可操作地联接到数据存储系统的一个或多个可编程处理器。通常，处理器将从只读存储器和/或随机存取存储器接收指令和数据。适用于可明确具体化的计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失存储器，例如：半导体存储器设备，诸如eprom、eeprom和闪存设备；磁盘，诸如内置硬盘和可移动式磁盘；磁光盘；以及cd-rom磁盘。
腭部扩张器
图5示出正畸矫治器500，其包括患者口腔内的腭部扩张器部501。矫治器500包括牙齿接合部，该牙齿接合部具有被构造成能接纳牙齿的多个牙齿接纳腔502。当被安置在患者口腔中时，间隙507可在腭部的上部与矫治器500的上部之间延伸。该牙齿接合部可类似于市面上可买到的、包括重新定位牙齿的透明壳体部的牙齿重新定位矫治器。牙齿接合部可被构造成以弹力方式重新定位患者牙齿503。特别地，腭部扩张器可以施加力以在患者口腔的相对侧上产生相对多组一颗或多颗牙齿的正畸力505，从而使患者的腭部504扩张。可通过扩张器部501的扩张部506产生这些力。延伸部506可在扩张器部501与包括空腔502的牙齿接合部之间延伸，从而使扩张器部501与牙齿接合部联接。除了这些效果之外，腭部504的这种扩张可与患者口腔的相对侧上的牙齿503之间距离的增加相一致。该腭部扩张通常要比一般用于单颗牙齿的正畸移动的情况需要更强的力和更大范围的移动，因而在设计腭部扩张器时存在不一样的挑战(要求)。在这些挑战中必须被克服的是，腭部扩张器的设计能够提供很强的力且不存在任何损坏，并且防止或者最小化畸变(例如，在扩张器部501与腭部504之间可能出现使患者感到不适的向上压力)的发生。
特别地，施加于牙齿503的力505可能易于产生预期之外的倾斜移动，其中牙齿503对所施加的力产生反应而从矫正器向外倾斜。为了减小倾斜，延伸部506可被成形为接触患者腭部的某些部分(如位置508和509处)，以便(除了施加于牙齿503的力之外)对腭部直接施加的力。可选地，可在患者腭部中设置诸如暂时性固定装置(tad)的植入装置，例如设置在位置(点)508和509处。tad可被嵌入或附接到患者腭部的骨头中，以将力从矫治器直接传递到患者腭部。矫治器可成形有被构造为接纳tad(例如，吊钩或插座)的表面部。点508和509的位置可根据需要变化而分配适当的力；例如，这些位置可以由治疗人员或者通过患者腭部和齿列的计算机模块来选择。在一些实施例中，tad位于骨缝的相对侧上的腭部的顶处，并且矫治器被成形为接合tad以施加腭部扩张力。还可以利用多个接触点(包括连续接触表面)进行直接腭部接触和/或与tad的接触。这能够使得全部腭部分离力被分布在多个表面上，从而减小任何特殊表面必须承受的力的大小。例如，牙齿503上的力可包括全部腭部扩张力的仅一部分，降低了引起倾斜移动的可能性。
正畸矫治器500可容易地被设计为能使用本文公开的方法进行制造，其中正畸矫治器包括被成形为能够施加力到腭部和牙齿两者的腭部扩张器。例如，在方法200、步骤220中，力系统包括施加于牙齿和腭部区域两者的力以引起腭部扩张。在步骤230中，用于延伸部506的制造设计可包括沿腭部的左和/或右牙弓部分的(例如，围绕区域508和509)材料，其被成形为腭部的接触部。与腭部顶部的接触可受限于其可能施加的腭部扩张力，而这会使患者感觉不舒服。因此，腭部的顶部与矫治器(佩戴时)之间的接触是不需要的。而在一些情况下，矫治器可被成形为接触腭部的顶部，矫治器还可被成形为提供间隙507。这一间隙使得无需阻止腭部的侧部与矫治器之间的接触，使得腭部扩张力可被施加于腭部的侧面且不需要与腭部的顶部接触。矫治器可被成形为使得接触区域508和509在腭部的大范围上扩展，当佩戴矫治器时在接触区域上施加更均匀的压力，同时对腭部施加较小的局部压力。
直接制造允许使用大范围的材料和结构，这些材料和结构可在设计矫治器结构(如腭部扩张器)时以多种方式结合起来。在一些情况下，腭部扩张器中使用的常规结构(诸如手动调节螺钉)可被直接制造，并且通过本文所述的其它结构来扩大(augment)。在一些情况下，诸如螺钉或弹簧等常规结构可被用于本文公开的并非直接制造的矫治器中。
替代地，在不需要手动调节的情况下可制造腭部扩张器，例如通过结合入扩张器部501(与唾液接触时扩张的刚性材料，例如亲水聚合物)的方式。本领域普通技术人员应理解的是，可选择具有相似的扩张性质(如高刚性和膨胀能力)的其它材料来根据需要实现扩张。在一些情况下，扩张器部501可包括例如热塑性材料或热固性材料。
图6示出矫治器600的顶视图。矫治器600可包括例如矫治器500的很多特征和结构。矫治器600包括腭部扩张器部601、壳体602和将两者连接在一起的延伸结构603。腭部扩张器601的扩张在壳体602上提供了由延伸结构603传递的力产生力。当患者佩戴时，这可引起患者腭部的扩张，如图5中相应的矫治器500所示。在一些实施例中，矫治器600可被制造为单个结构，其中腭部扩张器601、壳体602和延伸结构603可包括不同的材料。在一些实施例中，腭部扩张器601可直接连接到壳体602(省略延伸结构603)。在一些实施例中，腭部扩张器601可包括多种材料，并且附加地或替代地，壳体602和延伸结构603也均可包括一种或多种材料。腭部扩张器601、壳体602和延伸结构603的尺寸、结构和材料可被改变，以定制所产生的力产生力。在其它实施例中，腭部扩张器601、壳体602和延伸结构603可包括相同的材料；例如，在一些情况下，腭部扩张器601包括所制造的弹簧或螺旋结构。
在一些实施例中，腭部扩张器601可包括与患者的唾液接触时扩张的材料，以允许其在被安置在患者口腔中之后自发地开始施加力。所施加的力的大小将取决于制造期间可控制的变量，例如腭部扩张器601的尺寸以及制造所用的材料的选择。通常，较大的腭部扩张器可以产生较大的力，并且较多的力产生材料同样可以产生较大的力。腭部扩张器的尺寸可在制造期间变化，例如使腭部扩张器的尺寸沿水平轴线变大且同时相应地使延伸结构603沿该轴线变短。材料(包括腭部扩张器601)的扩张性以多种方式变化，例如通过转变为具有不同的扩张性的材料或者通过采用以不同形式扩张的一种或多种材料。例如，由复合材料制成(均匀地包括相同数量的力产生聚合物和非力产生聚合物)的腭部扩张器与相似的完全由力产生聚合物制成的腭部扩张器相比将提供更小的力。使用其它非聚合物材料可产生相似的效果。通常，可根据需要通过这样的方式改变不同聚合物或其它材料的比例来调整该力。至于聚合物，材料扩张性还可以通过选取具有不同数量的交联的聚合物来控制，其中更多的交联引起更小量的扩张。
设计腭部扩张矫治器时的另一个问题是避免患者腭部上的向上的压力。如果腭部扩张器沿竖直方向扩张太大，则其可能在患者的腭部上施加压力，这会使患者感觉不舒服。水平扩张也可能间接地产生令患者不舒服的压力，例如，当其导致矫治器向上弯曲的情况下。所制造的腭部扩张器的材料性质可被设计成能缓解这一潜在的问题。
图7示出矫治器700，其被制造以阻止与患者腭部的接触并避免患者腭部上的向上压力，同时具有在腭部的上部与本文所述的矫治器的上部之间延伸的间隙。腭部扩张器矫治器700包括包含多种材料并且被设置成多个层面(layer，层)的腭部扩张器701。如所述，多个层面包括构造成阻止与患者腭部接触的上层面702以及在上层面下方的下层面703。这两个层面均被附接到矫治器壳体704，其中这种连接可以是直接的，或者可以包括本文所述的延伸结构。层面702和703的材料被选择为以不同的比率扩张，例如，上层面702可包括具有比下层面703的材料更小膨胀能力的材料。例如可通过利用不同数量的交联从聚合物材料制出不同层面来控制材料之间的这种差异，从而改变膨胀能力。例如，具有较多交联的材料具有较大的刚度，从而抵抗膨胀，而具有较少交联的材料可具有较小的刚度，从而增大膨胀。力712和713示出了这个差异的效果，其中力713的大小大于力712的大小。这些力的不同大小使矫治器弯曲714，该弯曲可被释放，同样可能施加于患者腭部的顶部上的向上的压力。弯曲714还可被用于在腭部的侧边上施加接触力，使得口腔上腭的力减小而腭部侧面上和牙齿上的力增加，从而提供合成的腭部扩张力。可通过选择接近接触点的上层面702的适当形状和厚度来调节腭部接触力的大小，同时适当地选择下层面703来提供所需的扩张移动。还可以想到另一种分层结构，其中包括具有不同膨胀能力的多个层面。替代地或附加地，该分层结构可以沿轴线(如竖直轴线和/或水平轴线)连续改变其膨胀能力。
图8a-图8e中示出其它实施例，其中示出可使用本文所述的直接制造技术制造出的很多可选的腭部扩张器结构中的一部分。图8a-图8e所示的结构可被制造为还包括诸如凹面等牙齿接纳结构的矫治器的一部分。这些实施例示出了被构造成促使牙弓的相对侧上的牙齿彼此分开的直接制造的弹力结构。包含凹面的牙齿接纳接合结构可被成形为接纳相较于咬合部分更靠近牙龈部分的舌侧上的牙齿。矫治器可包括邻间接合结构，该邻间接合结构至少部分延伸到患者牙齿的邻间空间中以改善保持状态。在很多实施例中，这些矫治器可被保持在患者的牙齿上，且具有低轮廓构型而并不延伸到每颗牙齿的两侧。这些矫治器可被构造成提供本文所述的间隙。
图8a示出具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括直接制造的弹簧结构801。腭部扩张器被阐示为安置在患者的牙齿上。弹簧结构801包括多个可压缩结构802。当矫治器被插入患者口腔中时，可压缩结构802被压缩，以存储弹性势能。这个被存储的势能产生引起腭部扩张的向外的力。
图8b示出具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括直接制造的梯阵式(echelon)图案和/或人字形图案的弹簧结构811。腭部扩张器被示为安置在患者的牙齿上。具有梯阵式图案弹簧结构811的梯阵式结构可以由被安置在患者口腔中时会弯曲的压缩性材料直接制造。这种弯曲存储弹性势能，弹性势能引起向外的力而产生腭部扩张。
图8c示出具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括具有可压缩的弯曲部822的所制造的结构821。腭部扩张器被阐示为安置在患者的牙齿上。弯曲结构822可以由被安置在患者口腔中时会弯曲的压缩性材料制成。这个弯曲存储弹性势能，弹性势能引起向外的力而产生腭部扩张。
图8d具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括含可压缩铰接臂832的所制造的升降结构831。腭部扩张器被示为安置在患者的牙齿上。铰接臂832的相对端通过弹性带833连接在一起，该弹性带对臂的相对端施加向内的力835。这个向内的力随着铰接臂关于铰链834旋转而产生运动，该铰链834可以被制造为结构831的一部分。随着该结构沿图像的水平轴线方向扩张而产生向外的力836，同时沿图像的竖直轴线方向压缩。可例如使用橡皮筋在铰链处施加力，以压缩升降结构并施加腭部扩张力。
本文公开的力产生部件可以基于目标腭部位移而产生力。例如，腭部扩张的量可以被选择，而力产生部件可以被制造成只要腭部扩张的量小于目标腭部位移，则在佩戴矫治器时产生扩张力。因此，矫治器可以产生腭部扩张力且没有导致过度的扩张。在一些情况下，目标腭部位移可以是可调节的；例如，可调螺钉、弹簧、带或其它部件可以被调节为改变腭部扩张器的尺寸，从而改变目标腭部位移。例如，可调节的腭部扩张器可以被用于产生慢速腭部扩张。
图8e示出具有腭部扩张器的矫治器，该腭部扩张器包括在与人类唾液接触时扩张的材料。腭部扩张器被示为安置在患者的牙齿上。矫治器的外部841包括不扩张的刚性材料，而内部(如中心部842)包括具有高膨胀能力的刚性材料，使其从患者的唾液中吸收水分而在患者的口腔中扩张。这个扩张产生可使用引起腭部扩张的向外的力843。如上所述，在一些实施例中，中心部842包括多个层面或具有连续变化的膨胀能力的材料。替代地或组合地，如中心部842的内部包括能够在插入时被压缩的弹性材料，以产生对牙齿的力来扩张腭部。
虽然本文示出特定的有弹力的弹簧结构，但材料还可被成形为具有诸如空隙的结构而使材料具有柔性和压缩性，类似于提供可压缩力产生结构的闭合式细胞泡沫和开放式细胞泡沫。替代地或组合地，本文所述的多个弹力结构可以在小范围内被形成，例如跨度不超过约2mm，以此提供力产生部。而且，可通过改变单独地或以组合形式在扩张器中使用的材料的尺寸、形状、质量和弹性而使得本文公开的矫治器产生的力改变。
在一些实施例中，矫正器和腭部扩张器可被直接制造成单独的部件，在后续使用中装配在一起。腭部扩张器包括本文公开的力产生部件，而矫正器包括本文公开的牙齿接合结构。这些单独的部件包括相应的接合结构，当被安置在患者的口腔中时，接合结构使这些部件配合在一起并将矫正器和腭部扩张器保持在一起。相应的接合结构可以通过很多方式来构造，并可以包括锁定结构、突出部(其尺寸被设定为延伸到诸如凹陷部的接纳结构中)、嵌入式结构或锁定结构中的一个或多个。矫正器和腭部扩张器可包括相应的形状轮廓，所述形状轮廓使腭部扩张器的相应的结构相对于矫正器配合在一起并被保持就位。在一些情况下，所述相应的结构可被构造成(例如)使接合结构轻轻地卡合就位。例如，用户可设置用以在腭部扩张的治疗方案的过程中卡合就位的多个部件。
同样地，每个腭部扩张器和矫正器可以可选地由多个单独制造的部分组成。例如，矫正器可以包括左右部以配合左右牙齿牙弓、或者包括左部、右部和中心部以分别配合牙弓的左边牙齿、右边牙齿和中间牙齿。这些部分可以被制造成可分离且重新附接的单个单元，或者可被单独地制造并用于之后的附接。相似地，腭部扩张器可被制造成可连接在一起(如使用本文公开的连接方法)的一个、两个、三个或更多单独的部件。在一些情况下，例如，每一部分或某些部分可由不同的材料制成，以此具有不同的性质(如刚度)。
图9a示出制造成与正畸矫治器配合的可移除式腭部扩张器900。腭部扩张器900包括由弹性材料制成以适配于患者的腭部的牙弓部件901。该材料可以被制造成比患者的腭部区域大，在佩戴时使其压缩，从而能够对患者的牙齿施加向外的力。腭部扩张器900还包括每侧上的脊部(ridgedportion)902，该脊部被设计成与正畸矫治器的表面相符。刚性部902可以包括突出部，其中突出部的尺寸被设定为并且被成形为在与牙齿接合矫治器的相应结构接合时朝向牙齿的邻间空间延伸。为了将腭部扩张器锚固到正畸矫治器，在脊部902中可设有压坑903，其被构造成与矫治器上的突出部配合。
图9b示出被设计为与如图9a所示的腭部扩张器配合的矫正器910的一部分。矫正器910包括多个牙齿接合结构，所述多个牙齿接合结构包括尺寸被设定为并且被成形为接合牙齿以用于腭部扩张的多个牙齿接纳腔911。矫正器包括多个牙齿接纳腔911、以及唇轮廓912。唇轮廓912配合腭部扩张器的相应的脊部902。牙齿接合矫正器部件还包括突出部913，突出部913被构造成与腭部扩张器900的相应的压坑903接合(例如，配合)。突出部913可以位于牙齿的唇侧。牙齿接合矫正器部件可以包括接纳结构，该接纳结构被成形为接纳牙弓部件901的刚性部902的突出部。这种排列使腭部扩张器900和矫正器910能够保持在一起，以便例如配合在一起。矫正器910可被构造成根据本文所述的治疗方案来移动牙齿。牙弓部件901可被构造成根据腭部扩张方案来移动腭部。
联接到牙齿的牙齿接合结构可通过很多方式来构造。虽然(这里)示出了一种矫正器，但本文所述的其它结构也可以用于接合牙齿并联接到腭部扩张器，以便接合牙齿。在一些情况下，牙齿接纳腔上方的咬合面可被成形为模拟牙齿的咬合面，如图9c所示，其示出具有不同高度(类似于普通牙齿表面)的高度。替代性地，一些或全部牙齿接纳腔的咬合面的一些部分可设有更平整的表面。通过为上矫治器和下矫治器提供这种平整的表面，可以避免相应的上牙弓和下牙弓接合，以允许牙弓更自由地移动。例如，如果沿每个牙弓的左臼齿和右臼齿的矫治器的咬合面大体上平整，则左牙弓和右牙弓可以沿侧向更自由地移动。因此，例如将通过上牙弓和下牙弓的接合，将较少地阻止腭部的扩张，以便使所需要的力较小。
图9c示出直接制造的正畸矫治器920的视图，该正畸矫治器包括腭部扩张器900和矫正器910两者。腭部扩张器和矫正器由不同的材料制成，其中腭部扩张器能够在佩戴时弯曲而存储弹性能，从而对患者的牙齿施加力。腭部扩张器部件包括无加载独立式构型，其中诸如突出部的接合结构在扩张器的相对侧上具有分离距离，该分离距离的尺寸大于矫正器的牙弓的相对侧的相应结构。
图9d中示出矫治器920的3d计算机模块，例如在根据方法200或300设计正畸矫治器时产生3d计算机模块。
本领域普通技术人员可以使用计算机建模和实验来确定适当用于腭部扩张的对牙齿的力，并且确定本文所述的尺寸、形状和材料。响应于产生本文所述的口腔的三维轮廓数据的口腔扫描或牙印模，腭部扩张器部件的尺寸被设定为阻止或避免与部分或全部腭部接触，。腭部扩张器部件的尺寸还可被设定为选择性地接触腭部的某些部分以施加腭部扩张力，腭部扩张力可以分布在患者的一部分左腭部牙弓和右腭部牙弓上，以便减小患者牙齿上的载荷。由矫治器920施加的力的大小受到牙弓的中心所示的脊的影响。矫治器上的脊增大了扩张器的刚度，其可以用于改变所施加的扩张力。例如，增加厚的脊的情况可以产生坚硬的牙弓(在短的范围上施加力)，而较薄的脊或没有脊的情况可以产生具有较大弹力的形状(在较长的范围上施加力)。
图10示出正畸矫治器1000的设计，该正畸矫治器1000包括塑料矫正器部件1001和金属腭部扩张器1002。金属材料的使用提供了很多优点，例如较大的可施加力、没有应力松弛、具有耐久性、具有抗腐蚀性和易于消毒。还易于实现生物相容性，因为金属在正畸学中的使用也已被用于牙科产业中，并且适当金属的选择对于本领域普通技术人员来说也是显而易见的。使用如金属激光烧结(dmls)、电子束烧结、或选择性激光烧结等直接制造技术可有效地制造金属矫正器，并且在一些情况下可连同直接制造的塑料矫正器部件一起制造。类似地，多种直接制造技术可以组合起来使用，例如通过使用不同的技术制造不同的部分，而使这些部分可以被组装成矫治器。由正畸矫治器1000施加的力可以容易地通过金属扩张器1002的厚度和拓扑结构来控制。例如，金属扩张器1002包括具有圆孔的牙弓，使得金属的数量小于实体金属牙弓中会存在的数量。扩张力相应地被减小。通过改变扩张器1002的孔的尺寸或形状，扩张力可以按照需要增大或减小；相似地，可改变金属的厚度，其中较薄的金属牙弓施加较小的力。孔的形状和数量还可以被改变以调整力；例如，可使用如图8a至图8d所示的那些形状。
另一种扩张器设计可以使用形状记忆材料(例如，形状记忆合金或形状记忆聚合物)，其响应于温度而改变其形状。矫治器可被制作为使扩张器具有处于冷温度(如室温)的第一形状、以及处于热温度(如人体温度)的第二形状。第一形状可以被选择以适配于患者口腔且并不施加足够的扩张力，而第二形状可以被选择以具有比第一形状更大的宽度，使得在热温度时，扩张器在牙齿上施加向外的力，以扩张患者的腭部和/或牙弓。因此，矫治器可以以室温状态且没有施加多度的力的形式被安置口腔中，然后随着矫治器在口腔中加热至人体温度而使力连续地增大。
牙弓扩张器
本文公开的矫治器(例如，牙弓扩张器)可具有坚硬的内部部件和柔软的外部部件。牙弓扩张器可包括沿近远方向延伸的相邻的坚硬部分，且具有在所述部分之间延伸的间隙。该间隙可以具有弹簧或其它扩张装置，例如，将牙齿的相对部分相对于彼此推动。在箭头所示的压缩作用下，间隙的力产生结构可促使相邻的部分分开而使牙齿离开。实施例可以具有围绕牙齿周部延伸以提供定位(placement)的柔软材料。暴露在外的咬合面可以通过牙齿移动而提供更好的牙间交错(interdigitation)。这种牙弓扩张器还可以用于矫正牙齿。
力产生结构可以是内置的，或者被直接制造为例如在坚硬的长型部中的间隙处具有弹性特征以产生扩张的扩张器。远侧牙齿可包括锚固臼齿，以促进间隙(包括可扩张结构)的相对侧上的前齿的移动。牙弓可以通过长型坚硬段(具有在其间延伸的一间隙)的分离增加而进行扩张。
图11示出多种不同的牙弓扩张器设计，例如在用方法200设计矫治器时可成为正畸矫治器的一部分。牙弓扩张器1111、1121和1131分别被示出为正畸矫治器1110、1120和1130的一部分。矫治器1110、1120和1130各自包括牙齿接纳结构1112、1122和1132(如空腔)，这些牙齿接纳结构分别被设计为接纳所述多颗牙齿1113、1123、1133中的一颗或多颗。如所述，牙齿接纳结构1112、1122和1132可包括柔软材料，其中柔软材料可能包括柔软透明材料。如所述，牙弓扩张器1111、1121和1131可包括刚性材料，刚性材料通常不需要为透明，但也同样可选地为透明的。牙齿接纳结构1112、1122和1132用于将矫治器1110、1120和1130保持在牙齿1113、1123和1133上，以允许相应的牙弓扩张器1111、1121和1131施加诸如牙弓扩张力的牙齿移动力。
牙弓扩张器的直接制造能够使其更好地配合于牙齿并且可以更准确地控制施加于牙齿的力。坚硬部分的牙齿接合结构可延伸到牙齿的邻间空间中，以便例如提升适配性和力联接。
通常，牙弓扩张器将被用于扩张包括多颗牙齿(如牙齿1113)的牙弓。这一扩张可以包括多颗牙齿沿不同方向的移动；例如，可以移开口腔的相对内侧上的牙齿。替代地或附加地，后齿和前齿可以彼此移开，使得牙齿牙弓的整体形状被改变。这种类型的移动可以是有用的，例如降低牙齿的拥挤，或者用于其它合适的目的。
为了实现牙齿牙弓的扩张，可在一组或多组牙齿之间使用显著的牙弓扩张力，以此沿不同方向推动这些牙齿。牙弓扩张器1111、1121和1131的刚性材料可以被用于施加牙弓扩张力。在一些实施例中，牙弓扩张器(如牙弓扩张器1111)可以被分为不同的段，这些段由间隙1114相分离。如所述，例如使用插入间隙1114中的材料，可在分离的段之间施加力。在一些实施例中，间隙可以由一个或多个螺钉桥接，螺钉可以沿一个方向旋转以驱动牙弓扩张器1111的各段分隔开，或者沿另一方向将各段拉在一起。螺钉可以作为矫治器制造工艺的一部分而制造，或者使用已知的加工技术单独地制造。
在一些实施例中，可安装弹簧来跨接间隙1114，以在牙弓扩张器1111上施加弹簧力。基于弹簧的性质(如弹簧弹性、弹簧与牙弓扩张器1111的连接点、弹簧静止长度)，可按照需要来改变由弹簧施加的力，其可选地包括趋向于将所述各段推开和/或将各段拉在一起的力。在一些情况下，弹簧可以单独地被制造并附接到牙弓扩张器1111，并且在一些情况下可以连同牙弓扩张器一起被制造。根据需要，可使用单独制造的并且作为牙弓扩张器制造工艺的一部分的多个弹簧的组合。附加地或替代性地，诸如杆之类的结构可以连接牙弓扩张器1111的一段或多段以施加力。这些杆结构同样可以作为牙弓扩张器1111的一部分被制造、或者单独地被附接。
在一些实施例中，通过将牙弓扩张器1111制造成具有填充有压缩性材料的间隙1114，牙弓扩张力可被施加于所述段之间。通过将间隙1114中的压缩性材料设计为具有较长的静止长度(相较于佩戴矫治器1110时的其它情况下的间隙)，随着间隙1114中的被压缩的材料在牙弓扩张器1111的段上向外推动，可以施加牙弓扩张力。
在一些实施例中，间隙1114中的刚性材料可被设计成在被安置于患者口腔中时改变刚性材料的性质。例如，该材料可响应于与患者口腔接触而扩张，其例如可以是材料为亲水聚合物等时的情况。用于这种方式的合适的材料可呈现高刚性和高膨胀能力。这种扩张可以通过改变材料的性质来调整，其性质包括每单位体积扩张的量和间隙1114的形状及尺寸，以及材料所安置的间隙的比例。例如，填充具有较高膨胀能力的材料的较大间隙1114可提供较大的牙弓扩张力，因为填充间隙1114的材料可产生的牙弓扩张力的大小与间隙的尺寸成比例地增长，以及(沿舌-颊方向和/或竖直方向)与被填充的间隙的部分成比例地增长。
与患者的唾液接触而扩张的材料的另一种使用是将该材料结合为连续地贯穿实体牙弓扩张器。牙弓扩张器1121和1131可包括例如可扩张材料。牙弓扩张器的这种设计允许几乎任意地控制施加于牙齿1123或1133的力。例如，如果选择对一颗或多颗特定牙齿施以更大的力，则附加的可扩张材料可以被增加到一颗或多颗牙齿的一侧上，其中该材料的额外扩张可以施加更大的力来推动一颗或多颗牙齿从材料移开。可按照需求选择材料的分布，以在牙齿1123或1133上施加广泛范围的、可定制的力。例如，这可以被用于沿期望轨迹分别地或以独立的多个组的形式引导各颗牙齿，同时例如扩张牙齿牙弓。另一种可选组合可以是由沿不同轴线具有不同刚性或膨胀度的材料来制作，以实现进一步定制在多颗牙齿的每颗上可使用的力(包括多个大小或多个方向)。
因为直接制造使得能够在矫治器中使用多种不同的材料，可以与牙弓扩张器的材料相独立地来选择牙齿接纳结构的材料。因此，例如，牙齿接纳结构可包括软的和/或透明材料，然而牙弓扩张器可以包括硬的和/或非透明材料。而且，牙齿接纳结构自身可以由超过一种材料制成，其中第一组牙齿接纳结构和第二组牙齿接纳结构包括第一材料和第二材料。例如，构造为接纳臼齿的牙齿接纳结构可以被制造成具有与构造成接纳门齿的那些结构的材料不同的材料。
牙齿接纳结构还可被设计为以很多方式接合不同的牙齿。例如，矫治器1110包括覆盖其各颗牙齿的咬合面的牙齿接纳结构1112，而矫治器1120包括大体上在周围延伸且可以围绕其各颗牙齿的外部的牙齿接纳结构1122，且同时离开非覆盖的咬合面。可将这两个选择加以组合：例如，矫治器1130包括两种类型的牙齿接纳结构1132，每个牙齿接纳结构1132结合相应的一组牙齿。牙齿接纳结构可以按照需要被构造成接合并锚固到其相应的牙齿，以通过牙弓扩张器1111、1121和1131实现诸如所施加的牙弓扩张力之类的牙齿移动力。
牙齿的暴露在外的咬合面可促进牙齿的移动，以在相对的牙弓上与相对的牙齿具有更好的咬合。替代性地，咬合面上的材料可以足够薄以推动牙齿，使其与相对的牙弓上的牙齿适当对齐。
图12示出另一个实施例，其中矫治器1200可被制造为具有包括连接部1201的牙弓扩张器，以在远距离的牙齿之间施加力。矫治器1200包括在位置120和1204处联接到连接部1201的聚合物壳体1202，每个位置均接近一个或多个远距离的牙齿接纳结构。例如通过施加弹性力以产生连接部1201的扩张或收缩，连接部1201允许牙齿之间的力在位置1203和1204处或位置1203和1204附近传递。连接部1201可被设计成通过多种方式定制所施加的力。连接部1201的设计选择的示例包括但并不局限于弹簧、杆、可压缩聚合物、或在接触唾液时扩张的聚合物。这些无排他性的选择中的任一个可以通过直接制造相应的结构、使用本文公开的制造技术来实施。在直接制造的情况下，矫治器1200可被整体地制造，其包括聚合物壳体1202、连接部1201、以及聚合物壳体与连接部的连接点1203和1204。连接部1201自身可以被用于提供牙弓扩张力，或者其可与另一个牙弓扩张器(如牙弓扩张器1111、1121或1131)结合，并且这些中的任一个均可以附加地与本领域普通技术人员已知的其它正畸结构相结合。
图13示出矫正器设计，其可被用于与图12所示的连接部协作以引导牙齿移动。矫正器1300包括具有多个牙齿接纳腔1303的正畸矫治器。该矫治器包括施加牙弓扩张力1302的力产生部。力产生部例如可以是图12所示的连接部；在替代性实施例中，力产生部可以是例如图11、或者图15-图16所示的其中一个实施例。矫正器包括柔性的保持部1304，响应于来自力产生部的力，柔性的保持部1304允许所接纳的牙弓的牙齿移动。该矫正器还包括抵抗附近牙齿移动的坚硬的保持部1301，从而抵抗多颗第一牙齿的移动且同时允许多颗第二牙齿的移动。例如，坚硬的保持部1304可被设置成阻止绕牙齿(例如，犬齿)的旋转力。坚硬的保持部还可以抵抗线性平移，使得牙齿移动力能够选择性地分布在牙弓的牙齿上。坚硬的保持部减小了施加于附近牙齿的牙齿移动力，使得不靠近坚硬的保持部的牙齿承受相对较大的力。这允许牙齿牙弓的某些部分以可控的方式移动；例如，臼齿可以沿牙弓扩张力1302的向外方向移动，而犬齿和门齿的移动减小。
图14a示出根据实施例的具有前脊牙弓元件的矫治器的示例。图14a提供了具有壳体1401的矫治器1400，其中脊1405位于壳体1401上以提供附加的刚性和/或腭部扩张力。前脊1405是牙弓的舌侧上的小脊。前脊可被用于增加矫治器沿横向方向在颌的两端之间的结构完整性。例如，前脊牙弓元件可以提供抵抗附近牙齿移动(而同时允许其它牙齿移动)的坚硬的保持部，或者通过提供相应的牙齿接纳腔之间坚硬的连接而使多颗第一牙齿作为一个单元移动。在一些实施例中，舌脊特征可以延伸牙弓的整个跨度的一个或多个部分。舌脊的横截面几何结构可以沿其长度均匀地或非均匀地变化，以提供附加的刚性和/或力来调节腭部。
图14b示出根据实施例的具有肋特征的矫治器的示例。图14b提供了在壳体1402的表面上具有一个或多个肋特征1407的矫治器1400。这些特征是比矫治器本体厚度的其它部分厚的区域，因此提供了附加的刚性和/或力。例如，肋部可被用于提供坚硬的保持部以抵抗局部牙齿移动，同时允许由柔性的保持部所接纳的其它牙齿移动。
此外，这些肋是可沿壳体1402的表面以不同方向定向的长型形状。这使其提供沿特定方向的力来精确控制从矫治器提供给牙齿的力。在图14b所示的实施例中，这些肋可被构造成特殊几何结构以对牙齿矫治器的后部段提供附加的刚性。
例如，在一些实施例中，可在用于牙冠的空腔之间的颊段和/或舌段中设置肋特征，以使矫治器沿横向方向增强，由此各颗牙齿可以作为一个段来移动。在混合齿列的情况下，如果在治疗期间失去主牙齿，则这样的实施例由于后部段被作为一个段来扩张，因此可以辅助保持牙弓扩张力。
在一些实施例中，本文所述的牙齿接合结构和力产生部件可作为单独的部件被直接制造，并且其尺寸可被设定为并且被成形为配合在一起以用于后期使用。例如，矫正器和牙弓扩张器可以作为单独部件被直接制造以在后期使用时配合在一起。牙弓扩张器包括本文公开的力产生连接器部件，而矫正器包括本文公开的牙齿接合结构。这些单独部件可以包括相应的接合结构，所述接合结构允许这些部件配合在一起并使矫正器和连接器部件在被安置在患者口腔中时保持在一起。可以通过很多方式来构造相应的接合结构，并可以包括锁定结构、突出部(其尺寸被设定为延伸到诸如凹陷部的接纳结构中)、嵌入式结构或锁定结构中的一个或多个。矫正器和可移除式连接器部件可包括相应的形状轮廓，这些形状轮廓允许牙弓扩张器的相应的结构相对于矫正器配合在一起并被保持就位。在一些情况下，相应的结构可以被构造为例如用于接合结构轻柔地卡合就位。例如，可为用户提供多个部件以供在牙弓扩张的治疗方案的过程中使用。
本领域普通技术人员应认识到，可响应于牙弓扩张所需的适当的力和来自患者嘴部口腔的扫描的三维形状轮廓数据，来设定图15a、图15b、图15c、图15d和图16所示的力产生连接器部件的尺寸以用于牙弓扩张。图15a、图15b、图15c、图15d和图16的实施例很好地适于与图1、图2、图3和图4的实施例结合、以及与图11、图12、图13、图14a和图14b(例如，如图12所述)的实施例结合。本领域普通技术人员应认识到，图15a、图15b、图15c、图15d和图16的连接器部件能根期望的正畸用途而以多种方式来设定尺寸。
图15a示出被制造成与正畸矫治器配合的可移除式牙弓扩张器1500。牙弓扩张器1500包括连接器部件1501，该连接器部件1501由弹性材料制成以适配于患者的腭部。材料可以被制造成比患者的牙弓区域大，以使其在被佩戴时压缩从而允许向外的力被施加于患者的牙齿。牙弓扩张器1500还包括脊部1502，脊部位于牙弓扩张器的每侧且被设计成与正畸矫治器的表面相符。刚性部1502可包括突出部，所述突出部的尺寸被设定为并且被成形为在接合牙齿接合矫治器的相应结构时朝向牙齿的邻间空间延伸。为了将牙弓扩张器的力产生连接器部固定到正畸矫治器(如矫正器)，可在脊部1502中设置压坑1503，其被构造成与矫治器上的突出部配合。
图15b示出被设计为与图15a所示的连接器部件配合的矫正器1510的一部分。矫正器1510包括多个牙齿接合结构，所述多个牙齿接合结构包括尺寸被设定为并且被成形为接合牙齿以用于牙弓扩张的多个牙齿接纳腔1511。矫正器包括多个牙齿接纳腔1511、以及唇轮廓1512。唇轮廓1512匹配连接器部件的相应的脊部1502。牙齿接合矫正器部件还包括突出部1513，这些突出部1513被构造成与牙弓扩张器1500的压坑150接合(例如，匹配)。突出部1513可位于牙齿的侧边上。牙齿接合矫正器部件可包括接纳结构，这些接纳结构被成形为接纳连接器部件1501的刚性部1502的突出部。这种排列允许将连接器部件1501和矫正器1510保持在一起，例如牢固地配合在一起。矫正器1510可被构造成根据本文所述的治疗方案移动牙齿。连接器部件1501可被构造成根据牙弓扩张方案移动牙弓。
联接到牙齿的牙齿接合结构可通过很多方式来构造。虽然这里示出了矫正器，但本文所述的其它结构也可以被用于接合牙齿和联接到连接器部件，以便接合牙齿。
图15c示出直接制造的正畸矫治器1520的视图，其包括可根据针对牙弓扩张的本公开而改变的腭部扩张器。连接器部件1500包括本文公开的配合结构，并被示出为联接到矫正器1510。连接器部件和矫正器由不同的材料制成，其中连接器部件能够在被佩戴时弯曲以存储弹性能，从而对患者的牙齿施加力。连接器部件包括无载的立式构型，其中接合结构(如突出部)在连接器部件的相对侧上具有一分离距离，其尺寸大于矫正器的牙弓的相对侧的相应结构。
图15d中示出矫治器1520的3d计算机模块1530，其例如可以在根据方法200或300设计正畸矫治器时产生。本领域普通技术人员可使用计算机建模和实验来确定适用于牙弓扩张的、施加于牙齿的力，以及确定本文所述的连接器部件的尺寸、形状和材料。可响应于口腔扫描而产生本文所述的口腔的三维轮廓数据来设定连接器部件的尺寸，以阻止或避免与牙弓的接触。
图16示出包括塑料矫正器部件1601和金属连接器部件1602的正畸矫治器1600的设计。金属材料的使用提供了多个优点，例如较大的可施加力、没有应力松弛、具有耐久性、具有抗腐蚀性和易于消毒。还易于实现生物相容性，因为金属在正畸学中的使用也已被用于牙科产业中，并且适当金属的选择对于本领域普通技术人员来说也是显而易见的。使用如金属激光烧结(dmls)等直接制造技术可有效地制造金属矫正器，并且在一些情况下可连同直接制造的塑料矫正器部件一起进行制造。
还可使用塑料材料的直接激光烧结(dls)来制造本文公开的一种或多种部分。而且，除了塑料和/或金属的激光烧结之外、或者作为替代性方案，还可以使用其它直接制造技术。例如，立体平板印刷、选择性激光烧结、熔融沉积成型、3d印刷、连续直接制造和/或多材料直接制造可被用于制作本文公开的一部分或全部腭部和牙弓扩张器。一部分或全部的所述腭部和牙弓扩张器还可以使用直接制造技术来形成，例如热成型等。在一些情况下，矫治器的第一部分可以使用第一制造工艺来形成，之后与使用第二制造工艺形成的矫治器的第二部分结合。对于包括三个或更多部分的牙弓或腭部扩张器，每一部分可以使用单独工艺形成，或者一些部分或所有部分可以通过相同的工艺形成。第一部分也可以通过第一工艺制成，之后第二部分可以被形成在第一部分周围或上方，例如通过在先前形成的结构上通过3d印刷一个或多个层面来产生包括多个部分和/或材料的组合的矫治器。
在一些情况下，将电子部件或机械部件结合到正畸矫治器中可能是可行的。例如，可使用电子部件测量以下数据：所施加的力、牙齿的移动、口腔内的物理性质或患者在佩戴矫治器时的依从性。例如响应于通过电子传感器对力或移动的测量，可使用机械元件来改变矫治器的力或移动。为了容纳这样的电子部件和机械件，矫治器可被制造成具有空腔，适当的装置可被插入空腔中。在一些情况下，矫治器可围绕电子部件或机械部件而被直接制造，使得这些部件被包含在矫治器中。
在很多实施例中，将本文公开的牙弓扩张器和腭部扩张器结合是可取的，以提供腭部的扩张而将牙弓的其中之一或全部的扩张或者牙齿的其它移动结合。腭部的扩张可引起上牙弓的牙齿的移动，这可以改变上牙弓的形状以及上牙弓和下牙弓的牙齿的矫正。因此，重新排列上牙弓和下牙弓的其中之一或两者以进行补偿可能是可取的。在一些情况下，包括牙弓和腭部扩张器的一系列正畸矫治器被制造以提供患者腭部和牙弓的依次扩张。例如，患者腭部可以通过腭部扩张器来扩张，随后下牙弓可以被扩张以使得上牙弓和下牙弓对齐。在一些情况下，牙弓和腭部扩张器可被设置为同时使用，例如通过腭部扩张器进行腭部和上牙弓的扩张于通过牙弓扩张器进行下牙弓的扩张结合。单个矫治器还可提供两种牙齿移动力，例如牙弓扩张力或其它正畸力(如特定牙齿的重新排列)，以及腭部扩张力。例如，牙弓或腭部的扩张可改变牙弓中牙齿的空间或方向，这可以同时进行或者随后通过适当的正畸矫治器来进行矫正，以便例如闭合间隙或调整牙齿。例如，腭部扩张可导致前齿(如门齿)之间的空间改变，从而导致间隙或其它牙齿的不对齐。本文公开的腭部扩张器还可包括牙齿接纳腔，该牙齿接纳腔被构造成施加力以随着腭部扩张而将患者的牙齿引导为期望的矫正。当设计腭部扩张器时，牙齿和腭部的移动可被建模，并且矫治器的牙齿接纳腔可被设计成通过对患者牙齿施加多个力而引起腭部的合成的扩张，从而使其进行合适的正畸校准。这样的结合力可消除或降低在腭部扩张之后进行进一步正畸矫正的需求。
尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，这样的实施例仅作为示例而被提供。本领域普通技术人员目前在不脱离本发明的情况下会构想到许多变型、更改和替代方案。应理解的是，本文所述的发明的实施例的各种替代方案可在实施本发明时使用。随附的权利要求书旨在限定本发明的范围，并因此覆盖落入这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。
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