一种壳状牙齿矫治器的设计方法及制作方法与流程

1.本发明属于牙齿矫治技术领域，更确切的说涉及壳状牙齿矫治器制造技术，尤其涉及一种具有加强固位效果的壳状牙齿矫治器的设计方法及制作方法。


背景技术：

2.近年来，随着正畸治疗的广泛普及，越来越多的人选择隐形矫正，在接受正畸治疗的过程中兼顾美观和舒适。
3.然而，在隐形矫正中，针对牙冠短小的牙齿固位是目前亟待解决的一大技术难点。短小牙冠的固位不足可能会导致隐形牙齿矫治器无法与牙齿长时间固位，导致矫治器无法长时间提供持续的矫治力，影响矫治疗效和矫治进程。并且，短小牙冠上附件粘结较困难，并且容易产生附件效果表达不充分的问题，通常短小牙冠的人群青少年居多，不仅牙冠短小，依从性也较差，很难长时间的使其保持开口状态并在口内进行附件的粘贴。
4.在传统牙科器械中，功能性矫治装置通常情况下大都采用不锈钢丝制成的邻间钩，主要是通过直角形状的钩深入牙齿邻间隙，利用倒凹起到固位作用，但是其不仅美观不足，还容易造成口内粘膜的损伤。特别是前牙区及前磨牙区的邻间钩，在患者交流过程中，易于暴露，这可能导致患者的社交障碍或社会心理学问题。另外，传统的邻间钩分为两部分：固位沟和连接体；固位沟进入牙齿邻面倒凹区，连接体防止钢丝在基托中旋转。传统的邻间钩这种结构为固定矫治的常见结构，使用隐形矫治时无法达到结合效果。
5.因此研究一种既能佩戴美观舒适，同时能够达到矫治效果的隐形矫治器具有重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提供一种壳状牙齿矫治器的设计方法及制作方法，解决现有壳状牙齿矫治器固位不足，特别是针对牙冠短小的牙齿固位不足的问题，提升壳状牙齿矫治器的矫治疗效，并且在增加短小牙齿固位的同时不影响美观，以期同时达到增加隐形矫治治疗效果及患者满意度的目的。
7.本发明提供的技术方案如下：
8.一种壳状牙齿矫治器的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：
9.数字化牙颌模型的获取：获取一数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙齿模型及数字化牙龈模型；
10.数字化牙颌模型的切割：将所述数字化牙颌模型分割为独立的数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型；
11.矫治计划的虚拟设计：将所述单颗数字化牙冠模型进行虚拟设计，以使所述单颗数字化牙冠模型由初始位置逐渐变化至目标矫治位置，得到一系列中间数字化牙颌模型；
12.壳状牙齿矫治器数字模型的设计：设计壳状牙齿矫治器数字模型，使所述壳状牙齿矫治器包括壳状本体，所述壳状本体具有容纳多颗牙齿的空腔，并且使得所述壳状本体
在容纳相邻两颗牙齿的空腔之间还设有辅助固位部，所述辅助固位部设计为具有提供使所述壳状本体稳固包裹所述多颗牙齿的固位力的几何结构。
13.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部连同所述容纳牙齿的空腔稳固包裹单颗牙齿面积的70％-100％。
14.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设计为向牙齿间隙和/或牙龈方向内凹形成的几何结构。
15.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设于所述壳状本体临近牙龈一侧的部分，和/或临近相邻两颗牙齿之间牙齿缝隙处的部分。
16.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设于所述壳状本体临近相邻两颗牙齿之间牙齿缝隙处时，所述辅助固位部设计为向牙齿缝隙处内凹形成且能够填充所述牙齿缝隙的填充部。
17.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述填充部设计为连接牙齿缝隙之间颊/舌侧或唇/舌侧方向的板状结构，或所述填充部设计为在牙齿缝隙之间沿颊/舌侧或唇/舌侧方向设置的内凹结构，所述内凹结构至少部分覆盖相邻两颗牙齿的近/远中面。
18.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设计为包裹牙龈乳头且形状与牙龈乳头形状吻合的内凹式三角形结构。
19.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部距离牙龈乳头的距离设计为0.1-0.6mm。
20.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设于所述壳状本体的舌侧、或唇/颊侧、或舌侧和唇/颊侧。
21.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部设于所述壳状本体的前牙区、或后牙区、或前牙区和后牙区。
22.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述辅助固位部的弹性模量大于所述壳状本体除所述辅助固位部之外的部分的弹性模量。
23.作为所述的壳状牙齿矫治器的设计方法的一种优选实施方式，所述壳状牙齿矫治器用于增加短小牙冠固位；所述壳状本体设计为具有使牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标矫治位置的几何结构。
24.基于同样的发明构思，本发明还提供一种壳状牙齿矫治器的制作方法，将根据上述任一项所述壳状牙齿矫治器的设计方法得到的壳状牙齿矫治器数字模型采用热压膜成型或者采用增材制造的工艺制作，得到壳状牙齿矫治器。
25.通过本发明提供的壳状牙齿矫治器的设计方法及制作方法，能够带来以下至少一种有益效果：
26.本发明提供的设计方法及制作方法得到的壳状牙齿矫治器在壳状本体容纳相邻两颗牙齿的空腔之间还设有辅助固位部，辅助固位部具有提供使所述壳状本体稳固包裹所述多颗牙齿的固位力的几何结构，给予牙齿更好的固位力，针对牙冠较小的患者可以减少附件的粘贴，提高患者的舒适性，尤其针对青少年患者，减少患者椅旁就诊时间，间接提高患者的依从性。
27.本发明提供的设计方法及制作方法得到的壳状牙齿矫治器还可以直接或间接的
增加牙齿之间的缝隙距离，对于需要保持牙齿间隙的患者，可以进行间隙距离的保持，为后续的矫治提供矫治条件。
附图说明
28.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
29.图1为本发明提供的一种壳状牙齿矫治器的设计方法流程简图；
30.图2为本发明的设计方法提供的一种壳状牙齿矫治器的结构示意图；
31.图3a、图3b为图2沿a-a’的剖面视图，并且重点展示了辅助固位部；
32.图4为本发明的设计方法提供的壳状牙齿矫治器中的另一种辅助固位部的局部视图；
33.图5为本发明的设计方法提供的另一种壳状牙齿矫治器的结构示意图；
34.图6a、图6b为图5中沿b-b’剖面视图，其中两幅视图为两种填充部为板状结构的局部剖面视图；
35.图7为本发明的设计方法提供另一种壳状牙齿矫治器的剖面结构示意图，其中填充部为内凹结构的局部剖面视图。
具体实施方式
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
37.实施例1
38.本实施例提供一种壳状牙齿矫治器的设计方法，所设计的壳状牙齿矫治器用于矫治器佩戴在牙齿上的加强固位，请参见图1，所述设计方法包括如下步骤：
39.s1、数字化牙颌模型的获取：获取一数字化牙颌模型，所述数字化牙颌模型包括数字化牙齿模型及数字化牙龈模型；
40.s2、数字化牙颌模型的切割：将所述数字化牙颌模型分割为独立的数字化牙龈模型和单颗数字化牙冠模型；
41.s3、矫治计划的虚拟设计：将所述单颗数字化牙冠模型进行虚拟设计，以使所述单颗数字化牙冠模型由初始位置逐渐变化至目标矫治位置，得到一系列中间数字化牙颌模型；所述初始位置可以是正畸矫治开始前的牙齿原始布局，或者是矫治过程中的任一阶段，所述目标矫治位置为牙齿矫治后的任一阶段，可以是牙齿原始布局的后一阶段或者后几个阶段；
42.s4、壳状牙齿矫治器数字模型的设计：设计壳状牙齿矫治器数字模型，使所述壳状牙齿矫治器包括壳状本体，所述壳状本体具有容纳多颗牙齿的空腔，并且使得所述壳状本体在容纳相邻两颗牙齿的空腔之间还设有辅助固位部，所述辅助固位部设计为具有提供使所述壳状本体稳固包裹所述多颗牙齿的固位力的几何结构。
43.在本实施例所述的设计方法中，
44.步骤s1中数字化牙颌模型的获取可以采用如下任一的方法：通过层析x射线扫描(cat扫描)、数字化断层x线扫描(ct)、锥束ct扫描(cbct)、核磁共振造像(mri)、口内光学扫描等手段获得表示原始牙齿布局的数字模型；或者，可以先用常规手段制作患者牙齿的石膏铸件，再通过扫描设备比如激光扫描设备、ct扫描设备扫描该石膏铸件，获得表示原始牙齿布局的数字模型；
45.步骤s2中数字化牙颌模型的切割可以采用如下的非限制性实施例：
46.分割方法例如采用如下步骤进行：
47.s200：选取待分割的数字化牙颌模型上的第一类特征点，所述数字化牙颌模型为三角面片模型。
48.s201：根据第一类特征点对所述数字化牙颌模型中第二类特征点进行分类，确定各第二类特征点所属的牙齿。
49.s202：分别合并属于每颗牙齿的所述第二类特征点，获得数字化牙颌模型分割后的各单颗牙齿的数字化牙齿区域；
50.上述的第一类特征点为基于数字化牙颌模型选取的且用于对牙颌中各单颗牙齿的分割进行导向的三角面片顶点，第二类特征点为基于数字化牙颌模型选取的且用于表征数字化牙颌模型整体形状的三角面片顶点；也即是，第一类特征点是用来对牙颌的分割进行导向，而第二类特征点是具体分割牙颌时的特征点；通过第一类特征点的分割导向，能将第二类特征点精确地分类到各个牙齿，进而提高牙颌的分割精度；
51.通过在数字化牙颌模型整体上选取第一类特征点，继而根据第一类特征点对数字化牙颌模型上第二类特征点进行分类再集合，实现单颗牙齿的分割，由于两类特征点是基于数字化牙颌模型整体选取的，特征点的分类信息涵盖了数字化牙颌模型整体的分类特征，所以即使模型存在噪声数据，也会将噪声数据均摊至全局数据中，使得整个分割方法的容错率高，单颗牙齿得以分割得更为准确，确保每颗牙齿的完整性。
52.在步骤s3中，将所述单颗数字化牙冠模型进行虚拟设计，以使所述单颗数字化牙冠模型由初始位置逐渐变化至目标矫治位置，得到一系列中间数字化牙颌模型；其中，所述初始位置可以是正畸矫治开始前的牙齿原始布局，或者是矫治过程中的任一阶段，所述目标矫治位置为牙齿矫治后的任一阶段，可以是牙齿原始布局的后一阶段或者后几个阶段；目标矫治位置可以为经过医生及医学设计人员根据患者诉求及口内情况进行最终矫治效果的位置，也可以根据口内数字化设计软件，根据相似病例进行目标矫治位置的推荐，也可以根据推荐结果进行对患者治疗更加有针对性的调整。
53.在步骤s4中，壳状本体上容纳两颗相邻牙齿的空腔之间的部分具有多个，可以在一个或多个所述部分上设置辅助固位部。所述的稳固包裹包括辅助固位部能够产生固位力的所有情况，更进一步的可以以牙齿的被包裹面积来衡量，例如以单颗牙齿来计算，单颗牙齿的被包裹面积是70％-100％即定义为稳固包裹，而常规壳状本体包裹单颗牙齿的面积通常在60％-65％。
54.请参见图2，展示了本实施例的设计方法提供的一种壳状牙齿矫治器的结构，图2提供的一种壳状牙齿矫治器100，包括壳状本体11，所述壳状本体11具有容纳多颗牙齿的多个空腔110；所述壳状本体11在容纳相邻两颗牙齿的空腔之间，例如是容纳相邻两颗牙齿的空腔110a和110b之间，设有辅助固位部(例如位于图2中所指向的111处)，所述辅助固位部
具有提供进一步的固位力的几何机构，所述固位力使所述壳状本体11稳固包裹所述多颗牙齿。
55.对于壳状牙齿矫治器100而言，壳状本体11也能够提供部分牙齿固位力，但是当牙冠较短小时，仅由壳状本体11包裹牙齿表面产生的固位力不足以保证壳状本体与牙齿之间的固位效果，而辅助固位部提供的固位力是对壳状本体的固位力的进一步强化和补充。对于具体的壳状牙齿矫治器的结构而言，可以设计壳状本体与辅助固位部为一体式结构，也可以是分体式结构，两种结构制作均较简单，且固位效果较佳。
56.在其中一种实施方式中，在壳状本体11上的一个或多个或全部的包裹牙齿的相邻空腔110之间的位置可以对应分别设置一个或多个辅助固位部。更进一步地且具体地说，辅助固位部可以设置在壳状本体11的舌侧面或唇/颊侧面、或舌侧面和唇/颊侧面均设置，具体的设置形式和个数可以根据实际病例的矫治需求进行设置，如对于儿童矫治患者，可以在壳状本体11上的包裹牙齿的相邻的空腔110之间间隔设置，不仅佩戴舒适，还能够具有很好的固位效果。
57.所述辅助固位部可以有多种实现形式或结构。
58.在其中一种结构中，所述辅助固位部211为向牙齿间隙内凹形成的几何结构，更具体地，所述辅助固位部211临近相邻两颗牙齿之间牙齿缝隙处，如图3a所示。或，所述辅助固位部311为向牙龈方向内凹形成的几何结构，更具体地，辅助固位部311设于所述壳状本体临近牙龈一侧的部分，如图3b所示。其中，当辅助固位部211为向牙齿间隙内凹形成的几何结构时，其中一种方式可以为内凹式的半圆柱型，如相邻两颗牙齿之间存在缝隙时，两颗牙齿的咬合端和龈缘端形成与牙齿近远中面沿牙冠延伸方向的高度相匹配的缝隙，此时辅助固位部为填充或部分填充此缝隙的内凹式的半圆柱体，且唇/颊、舌侧可以均设置，也可以单侧设置。当辅助固位部311为向牙龈方向内凹形成的几何结构时，其中一种方式可以为内凹式的三角形结构，如与牙龈乳头形状相匹配的内凹式三角形结构，或与相邻两颗牙齿之间临近牙龈处形成的黑三角区域相匹配的内凹式三角形结构。或者还可以是，所述辅助固位部由上述所述的两种形状共同形成。在进一步优选的结构中，所述辅助固位部距离牙龈乳头的距离为0.1-0.6mm。也就是说，辅助固位部的形状与牙龈乳头的形状吻合，但是与牙龈乳头之间存在一定的距离，使得形成的结构不对牙龈软组织造成压迫，形成不必要的口内损伤。在另一种实施方式中，所述辅助固位部211为向牙齿间隙内凹形成和向牙龈方向同时内凹形成的几何结构，此种设置方式能够更好的对牙齿进行固位，对于相邻两颗牙齿之间的间隙较大且黑三角区域较大的患者更好的实现固位效果。
59.更具体地，在所述辅助固位部设于所述壳状本体临近牙龈一侧时，如图4所示，所述辅助固位部411包括第一连接部411a、第二连接部411b和过渡连接部411c，所述第一连接部411a与所述壳状本体11包裹一颗牙齿的空腔110连接，所述第二连接部411b与所述壳状本体11包裹所述一颗牙齿的相邻牙齿的空腔110连接，所述过渡连接部411c连接所述第一连接部411a和第二连接部411b。更具体地，所述辅助固位部411中的过渡连接部411c可以为弧形过渡结构，使得形成的结构能够具有较平缓的过渡，不会由于形成棱角结构而对患者的口内造成损伤。
60.辅助固位部还可以有另一种设置位置，具体地，所述辅助固位部设于所述壳状本体临近相邻两颗牙齿之间牙齿缝隙处时，所述辅助固位部为向牙齿缝隙处内凹形成且能够
填充所述牙齿缝隙的填充部。此种设置形式形成的结构尤其适合于缺失牙或者替牙期的情况，其中对于缺失牙患者，其辅助固位部不仅具有固位的效果，同时还能够保持缺失牙的间隙，防止相邻的两颗牙齿向缺失处倾斜，导致牙根倾斜。而对于替牙期的患者而言，尤其是临近替牙期的患者，由于恒牙牙齿较乳牙的数量增多，乳牙在替牙时会逐渐排列产生间隙，为恒牙的萌出预留空间，此时需要将自然形成的预留空间保持，采用在相邻的两颗牙齿之间形成填充部能够很好的维持间隙距离，防止在替牙过程中由于间隙不足，导致替牙后的牙齿拥挤。
61.进一步地，所述填充部511为连接牙齿缝隙之间唇/舌侧方向或颊/舌侧方向的板状结构511a、511b，如图5、图6a和图6b所示；或所述填充部611为在牙齿缝隙之间沿颊/舌侧或唇/舌侧方向设置的内凹结构，所述内凹结构至少部分覆盖相邻两颗牙齿的近/远中面，如图7所示。更具体地说，当填充部为连接牙齿缝隙之间唇/舌侧方向或颊/舌侧方向的板状结构时，填充部511a、511b可以为与壳状本体11一体成型或分体成型的板状结构，更具体地，如图6a和图6b中分别所示的511a和511b，板状结构填充在相邻两颗牙齿之间的缝隙处，来维持缝隙距离，同时，板状结构均与相邻两颗牙齿的近/远中面接触，增大了壳状牙齿矫治器与牙齿的接触面积，从而进一步地增加与牙齿的固位效果。当填充部为在牙齿缝隙之间沿颊/舌侧或唇/舌侧方向设置的内凹结构，所述内凹结构至少部分覆盖相邻两颗牙齿的近/远中面时，如图7中填充部611，适用于相邻两颗牙齿间隙较大的情况，此种设置方式也具有增加与相邻两颗牙齿近/远中面的接触的作用，与此同时根据实际的矫治需求也可以维持相邻两颗牙齿的间隙距离。
62.对于本发明的设计方法设计的壳状牙齿矫治器而言，所述辅助固位部的设置位置可以是所述壳状本体的前牙区或后牙区，或前牙区和后牙区均设置。更具体地，可以根据患者的矫治需求进行相应设置位置的选择。
63.本发明的设计方法还优选，壳状牙齿矫治器的所述辅助固位部的弹性模量大于所述壳状本体除所述辅助固位部之外的部分的弹性模量。上述弹性模量设置的实现方式有多种，例如可以是：
64.一种实施方式为，所述辅助固位部的硬度大于所述壳状本体除所述辅助固位部之外的部分的硬度，如，所述辅助固位部的邵氏硬度为65d-80d，所述壳状本体除所述辅助固位部之外的邵氏硬度为50d-75d；更具体地说，辅助固位部具有较壳状本体除辅助固位部之外更大的硬度，此种设置方式，能够对牙齿产生矫治力的同时，使得包裹牙齿的壳状本体在佩戴的过程中更加舒适，另外辅助固位部的硬度更大还可防止壳状牙齿矫治器在摘戴的过程中发生断裂，增强壳状牙齿矫治器整体的实用性，延长使用周期。
65.另一种实施方式为，使所述辅助固位部为多层结构，所述多层结构包括基础层和加强层，其中至少一加强层至少部分覆盖所述基础层；更具体地说，加强层的弹性模量大于基础层的弹性模量，此时基础层的材料可以为petg(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)、tpu(热塑性聚氨酯)或pc(聚碳酸酯)中的一种、两种或两种以上的组合。需要说明的是，辅助固位部与壳状本体的材料可以相同或不同，当辅助固位部与壳状本体的材料相同时，两者可以是由不同的弹性模量的同种材料制得。
66.上述多层结构中，加强层的弹性模量大于基础层的弹性模量可以根据患者的年龄或口内情况进行针对性的选择，使用不同弹性模量的加强层进行针对性的治疗。
67.更进一步地，可以使所述多层结构形成的辅助固位部的厚度大于所述壳状本体除所述辅助固位部之外的部分的厚度，进一步地例如，所述辅助固位部的厚度为2-5mm，所述壳状本体除所述辅助固位部之外的部分的厚度为0.5-1.5mm；此种形式的设置使得辅助固位部具有较壳状本体更强的强度，不易发生摘戴时的断裂情况，同时在确保矫治力的前提下佩戴舒适。
68.本发明的设计方法设计得到的壳状牙齿矫治器可用于任何需要牙齿进一步固位或不易固位的情况，例如常见的是，所述壳状牙齿矫治器用于增加短小牙冠固位。
69.在一种实施方式中，所述壳状牙齿矫治器还可以具有矫正牙齿的功能，此时，所述壳状本体还具有使牙齿从初始位置逐渐重新定位至目标矫治位置的几何结构，例如是，壳状本体与目标矫治位置的牙齿排列接近或相同。其中牙齿的初始位置可以是待矫治的牙齿的初始位置，或者是牙齿矫治过程中的任意一个矫治前的位置，牙齿的目标矫治位置可以是比初始位置更接近矫治目标的任意一个位置。当患者佩戴壳状牙齿矫治器时，壳状本体11不仅具有包裹牙齿的作用，还有对牙齿进行移动矫治的作用，如在具有增加固位力的同时，对于牙齿还具有移动矫治效果，不仅阶段性的矫治效率提升，对于整体矫治方案来讲，矫治效率也有所提升。
70.实施例2
71.本实施例提供一种壳状牙齿矫治器的制作方法，将根据实施例1所述壳状牙齿矫治器的设计方法得到的壳状牙齿矫治器数字模型采用热压膜成型或者采用增材制造的工艺制作，得到壳状牙齿矫治器。
72.例如，当采用所述热压膜成型工艺制作时，具体的制作方法包括：基于所述数字化牙颌模型及一系列中间数字化牙颌模型进行3d打印，制作出实体的牙颌模型，之后在所述实体的牙颌模型上热压成型的方式得到包含牙齿形状的壳状牙科器械，之后在所述包含牙齿形状的壳状牙科器械上沿牙龈线或邻近牙龈线处切割得到能够容纳牙齿的壳状牙齿矫治器。
73.例如，当采用增材制造的工艺制作时，具体的制作工艺为采用3d打印的方法对设计出来的壳状牙齿矫治器数字模型进行打印制作。
74.应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。