[发明专利]牙齿正畸矫治器的数字化制作方法及其固定矫治器

摘要

牙齿正畸矫治器的数字化制作方法，包括CT数据采集及口内扫描；口腔组织三维模型重建得到骨骼及牙齿；口内扫描数据重建得到牙龈和精确牙齿；两个模型复合后得到复合模型；测算出包括牙齿移动量、所需的正畸力和力矩、加力的方式等关键参数，并排出经过治疗后的目标牙列；精确计算出每颗牙移动的方式和移动距离或角度，并计算出所需要的力和力矩；计算出所需的SMP施力机构的形状和尺寸参数，进而设计出施力单元；根据每颗牙的三维模型，以其表面为基础，生成固持结构；根据一些特殊的移动设计附件，并得到一体式矫治器的整体结构；用多种材料一次成型的三维立体打印制作出一体式矫治器，提供给医生临床使用；临床使用时，将一体式矫治器加热到相变温度使施力单元变得柔软，非常方便地粘接固定在牙齿表面。所述的方法制作得到的一体式固定矫治器，包括：施力单元、固持单元、附件。

主权项

本发明所述的牙齿正畸矫治器的制作方法，包括以下制作步骤：1）CT数据采集：拍摄患者口腔部位的CT图像，CT扫描可以利用螺旋CT在不大于1毫米的扫描间隔进行,也可以利用中视野及以上的牙科锥束状CT(CBCT)进行,以保证能够扫描到患者眶下缘到完整下颌的区域。将扫描的结果用标准的医学图像格式DICOM文件保存。2）口腔组织三维模型重建：将CT扫描的医学图像输入到医学图像处理和三维重建软件如MIMICS,重建患者口腔模型，重建模型包括牙齿和牙槽骨。为了得到每一颗独立的牙齿，在图像处理时将牙根从整个图像中进行分离，以得到包括牙冠和牙根的完整牙齿，在牙根和牙槽骨之间的间隙为牙周膜组织。3）扫描并重建口腔表面：由于通过CT图像重建的模型只包括硬组织即牙齿和骨骼,而且CT图像对牙齿有放大误差。因此为了得到牙龈表面数据和精确的牙齿，利用口内扫描仪扫描患者口腔，得到口腔表面数据用STL格式保存，然后利用逆向重建软件如Geomagic对扫描数据进行处理，重建出口腔表面的三维模型，将该模型与基于CT重建的模型重合，得到包括牙齿、牙槽骨和牙龈表面的复合模型。4）在复合模型上，根据患者的牙齿错位情况，制订出牙齿移动的步骤，并排出经过治疗后的目标牙列，制订正畸治疗方案。根据目标牙列和原始牙列的对比，测算出包括牙齿平移量、转动量、所需的矫治力和力矩及其比例、加力的步骤等关键参数。5）根据牙齿移动所需的力和力矩，通过SMP材料的热力学模型，计算出每一段SMP施力机构的形状和尺寸参数，进而设计出施力单元几何结构， 得到其三维模型。6）以牙齿移动所需的力和力矩为参数，利用三维静力计算公式，计算出每颗牙上所需的固持力，进而得到固持单元上与牙冠表面贴合部分的面积大小。然后根据每颗牙的三维模型，以其表面为基础，通过曲面加厚的方法生成固持结构的基本形状。由于每颗牙齿表面都具有复杂的曲面形状，因此可以通过贴合实现自身定位，而无需另外设计间接粘贴的导板。7）根据牙齿的一些特殊移动如拔牙后的间隙关闭，设计专门的附件如曲。8）将两两相邻的施力单元、固持单元及附件的三维几何模型之间搭接形成无缝接触，同时在搭接面间设计搭扣增加连接力，得到一体式矫治器的整体结构，该整体结构包含的几何模型个数为施力单元个数与固持单元个数以及附件个数的总和，每一个几何模型都用STL数据格式保存。9）将一体式矫治器的所有几何模型的STL数据输入到三维立体打印机如Objet公司的Connex350型的控制电脑中，用多种材料一次成型的三维立体打印技术制作出来，提供给医生临床使用。打印时，一体式矫治中的每一个几何模型的空间位置与原设计保持一致，不能更改，以保证打印后相互位置关系不变。由于一体式矫治器所有几何模型中相邻两两模型是无缝搭接，同时增加了搭扣结构，因此打印后两种材料的实体天然固接且通过搭扣强化连接，形成一体式矫治器的整体。其中施力单元和附件的材料均为SMP材料，可以采用已经被证实具有形状记忆功能和良好生物相融性的聚氨酯（Polyurethane,PU)材料，固持单元采用高强度的高分子材料。10）临床使用时，将一体式矫治器加热到相变温度（50°C左右）使施力单元变得柔软，非常方便地粘接固定在牙齿表面。在口腔温度环境下，施力单元中的软质相逐渐发生软化逆变，恢复到一次成型的初始形状，提供持续稳定的正畸矫治力。