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CN110072488A - 三维的畸齿矫正的保持器以及用于制造三维的畸齿矫正的保持器的方法 - Google Patents

三维的畸齿矫正的保持器以及用于制造三维的畸齿矫正的保持器的方法 Download PDF

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CN110072488A
CN110072488A CN201780071755.2A CN201780071755A CN110072488A CN 110072488 A CN110072488 A CN 110072488A CN 201780071755 A CN201780071755 A CN 201780071755A CN 110072488 A CN110072488 A CN 110072488A
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retainer
tooth
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orthodontia
raw material
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约纳斯·霍斯泰特勒
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Abstract

三维的畸齿矫正的保持器(2)以及用于制造这样的保持器(2)的方法，其中，所述三维的畸齿矫正的保持器(2)适配于相邻的牙齿(3)的确切形状并且由原材料(1)制成，使得原材料(1)在保持器(2)中的剩余部分的材料的物理特性未改变。用于制造三维的畸齿矫正的保持器(2)的方法包括以下方法步骤：建立患者牙齿(3)的结构的三维模型；设计保持器(2)的个性化的精确配合的模型；基于所设计的三维模型通过计算机控制的去除或涂覆材料制造保持器(2)。

Description

三维的畸齿矫正的保持器以及用于制造三维的畸齿矫正的保 持器的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的三维的畸齿矫正的保持器，以及根据权利要求7或10所述的用于制造三维的畸齿矫正的保持器的方法。
背景技术
畸齿矫正的保持器在现有技术中非常好地已知。畸齿矫正的保持器经常在畸齿矫正的处理结束之后被使用，以便将牙齿进一步固定在正确的位置中，并且用于稳定牙齿的位置。保持器通常是一种细长成形的由金属制成、经常由金属丝制成的杆，其中，两个或多个相邻的牙齿被相互连接，如例如在DE20202004419U1中示出的那样。对保持器的主要要求是尽可能好地适配于相邻的牙齿的形状。一方面通过不准确成形的杆存在如下危险，所述杆在将保持器固定在齿上时弹性弯曲。杆从其静止位置的任意弯曲导致机械负荷并且因此可能导致牙齿不希望的运动。这样的弯曲的另一种影响是持久的应力，所述应力在颌骨和牙齿运动时可能导致保持器松脱或断裂且必须被替换。另一方面，对于保持器佩戴者的舒适性特别重要的是，杆从牙齿中尽可能少地突出并且在整个长度上尽可能紧密地贴靠。常规的畸齿矫正保持器由一种单向或多向有弹性的编织线材制成，该线材由牙科技师手动弯曲并且适配于患者全副牙齿的个性化的形状。这是一项复杂的工作，该工作本身在由有经验的牙科技师谨慎加工时通常仅能够以受限制的精确度做成。尤其是，所述线材不能非常精确地被弯曲到牙间隙中，因为否则线材可能断裂。此外使得事情变得困难的是，线材的任意塑性变形在材料中产生内应力以及纳米或微观的结构缺陷和微小裂纹，它们可能削弱材料并且导致保持器过早失效。虽然可以使用热处理来克服上述缺陷，但这意味着额外的时间和能量消耗并且可能为此需要另一个机器。此外，这样的热处理也仅仅可能近似重建材料在变形之前的初始状态。在US2004/0072120中描述一种用于制造畸齿矫正的保持器的方法，其中，三维口腔内结构在使用扫描装置的情况下被检测。所检测的数据然后被转移到三维CAD模型中，在其基础上设计轮廓准确的杆并且借助于线材弯曲机制成该杆。尽管利用所述计算机控制的方法实现保持器的高配合准确度，但不能消除材料塑性变形的缺点。在WO2014140013中已知另一种用于制造畸齿矫正的保持器的方法，其中，口腔内结构同样利用扫描装置被检测以建立全副牙齿的三维模型。为制造所述保持器，规定：将所述保持器由一块金属制成的板材借助激光切割或线材腐蚀切割出。在此要注意，所获得的保持器的至少其中一侧对应于最初的板材平面。因此，由平面的板材仅可以制造具有平面的侧的保持器。这对保持器的功能以及对佩戴者的舒适性不是优化的。首先通过切割在板材中产生的边缘可能突出并且因此必须被再加工并且磨平。其次理想的是，将杆固定在牙釉质的基部与上端部之间规定的高度上，其中，所述高度在每个牙齿中是不同的并且因此并不位于同一平面上。例如有利的是，杆尽可能少地从牙齿突出，使得杆尽可能不干扰佩戴者。这在杆能够沿相应的牙齿表面的局部凹陷延伸并且可靠地不超过突出的区域时可以实现。此外，保持器应尽可能避开咬合接触点，以避免人咬在保持器上。即使在门齿和犬齿中也必须避免保持器阻碍上颌骨齿与下颌骨齿之间的齿接触。也应考虑颌骨限定运动，以确保保持器理想地不会干扰全副牙齿的可能的物理运动。因此，对应的接触点必须被保持器尽可能好地绕开。由于用于布置杆的最有利的位置不在相同的平面上，因此由板材制成的平面保持器不是优化的。更有利的是，保持器以所有三个维度构造，使得保持器可以在所有的方向上优化地适配于牙齿表面。出于这个原因，在WO2014140013中附加地规定将保持器由弯曲的板材切割出，以便以三个维度构造保持器。不过事先弯曲板材意味着额外的方法步骤，为此需要额外的机器，并且对于从弯曲的板材进行切割同样必须使用特殊的方法。此外，通过事先弯曲板材又在材料变形时出现削弱材料的问题。
发明内容
本发明基于的任务是，提供一种三维的畸齿矫正的保持器并且这样改进用于制造三维的畸齿矫正的保持器的方法，使得已知的保持器和用于其制造的方法的优点得到保留，其中，三维的畸齿矫正的保持器的原始材料在没有变形或其它材料特性变化的情况下直接被加工成所希望的最终形状。同时，保持器应尽可能不影响颌骨功能，如吃饭、笑以及牙齿的美观。
一种根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器以及一种具有权利要求7或10的特征的用于制造三维的畸齿矫正的保持器的方法解决所述任务。由从属权利要求得出其它特征和实施例并且在接下来的说明中阐述其优点。
附图说明
在附图中：
图1示出坯料；
图2a-2b示出在上颌骨上已完成的三维的畸齿矫正的保持器；
图3a示出保持器的半圆轮廓；
图3b示出具有细长的收缩的轮廓的保持器；
图4a示出具有固定元件的保持器；
图4b示出具有富有想象力的固定元件的保持器；
图5示出方法流程；
图6示出在坯料中加工出三维的畸齿矫正的保持器。
具体实施方式
为了制造按照本发明的三维的畸齿矫正的保持器(2)，生物相容的材料优选作为原始材料，所述材料此外尽可能不包含过敏原。例如金属、金属合金如Ti-Mo或Ti-6AL-4V(GR5 ELI钛合金，在医疗技术中使用)、陶瓷材料(例如锆)、塑料或这些材料的任意组合是合适的。为避免对于佩戴者的问题，此外可以考虑到原始材料不包含例如镍的材料，所述材料众所周知可能导致过敏反应。当前的保持器(2)由原材料(1)制成，该原材料例如以坯料(1)的形式存在。所述坯料(1)可以具有任意形状，只要它足够大，以便由此加工出保持器(2)。不需要坯料(1)现有的表面对应加工出的保持器(2)的侧面，因为保持器(2)的精确配合的形状单单通过加工就可以实现。优选地，坯料(1)然而是具有预先给定厚度和横向尺寸的标准板，所述厚度和横向尺寸大于已制成的保持器(2)的厚度和横向尺寸(图1)。由坯料(1)制成的三维的畸齿矫正的保持器(2)具有至少一个细长的杆(21)，该杆将两个或更多个相邻的牙齿(3)相互连接和稳定(图2a-2b)。按照本发明规定，保持器(2)的形状和直径个性化地且情况特定地构造，以便保持器至少部分地适配于患者的相邻的牙齿(3)的确切形状。在优选的实施变型方案中，保持器(2)为此具有任意的三维形状并且沿相应牙齿(3)的表面的局部凹陷延伸。这允许将保持器(2)优化地放置在全副牙齿上，这不仅对保持器(2)的功能也对佩戴者的舒适性是重要的。一方面，对于保持器(2)的有效性来说细长的杆(21)必须恰好作用到正确的由牙医确定的牙齿(3)的区域上并且同时也在考虑颌骨限定运动的情况下尽可能避开咬合接触点。另一方面，对于佩戴者的舒适性重要的是，保持器(2)从牙齿(3)尽可能少地突出并且在整个长度上尽可能紧密地贴靠。
上述保持器(2)的附加的主要特征是其纳米或微观结构，所述纳米或微观结构等同于坯料(1)的纳米或微观结构。保持器(2)通常薄于1毫米并且然而必须多年承受口中的化学和物理载荷。口腔环境是潮湿且温暖的，并且在咀嚼时保持器(2)经受大量的压力和应力循环。由于材料特性、尤其是疲劳强度显著与其纳米或微观结构有关，对于保持器(2)的使用寿命重要的是，由坯料(1)的制造者实现的理想的纳米或微观结构在所述制造方法中得以保持。这对于先进的材料例如形状记忆合金而言尤其如此。形状记忆特性基于原子以规则图案的特殊布置，其中，缺陷如晶格的位错和孪晶具有关键的影响。因此按照本发明规定，在上述保持器(2)的制造方法中纳米或微观结构保持不受影响，以便不产生附加的缺陷。
在一种可能的实施变型方案中，保持器(2)的细长杆(21)基本上具有半圆的轮廓，其中，所述轮廓的大致平坦的侧面面向相应的牙齿(3)并且倒圆的侧面面向唇(对于唇保持器(2))或舌(对于舌保持器(2))(图3a)。因此，保持器(2)一方面与牙齿(3)具有稳定的接触面。这一方面允许优化地固定在牙齿上并且另一方面具有保护舌或唇的外表面。在另一种实施变型方案中，保持器(2)的细长杆(21)具有细长轮廓，所述杆形成收缩的导向面(图3b)。因此，保持器(2)与牙齿(3)之间的接触面仍较大并且保持器(2)仍较牢固地锚定在牙齿(3)上。保持器(2)也由于平坦的轮廓而较少地突出，使得保持器对于佩戴者来说感觉更舒服并且食物嵌入到在保持器(2)与牙齿(3)之间的角落中的可能性较小。此外，所述轮廓形状适合例如形成在犬齿上渐缩的导向面。
在保持器(2)的一种可能的实施变型方案中，所述至少一个细长的杆(21)附加地设有一个或多个固定元件(22)，所述固定元件用于将杆(21)固定地锚定在全副牙齿上(图4a)。根据顾客要求或情况要求，这些固定元件(22)可以任意地构造。在保持器(2)的一种特殊的实施变型方案中，所述固定元件(22)是环形的并且围绕臼齿设置。在一种替代的实施变型方案中，固定元件(22)是细长杆(21)的与相邻牙齿(3)具有较大接触面的区域。这允许更好地将杆(21)固定在牙齿上。在另一种实施变型方案中，固定元件(22)为了装饰或开玩笑的目的可以具有富有想象力的形状，例如用于儿童(图4b)。
有利地，上述保持器(2)也可以在牙间隙中具有悬带，该悬带允许患者简单地用洁牙线清洁牙间隙。此外，这可以附加地提供用于粘住的保持力。
保持器(2)根据顾客要求也可以个性化地被染色。在此，鼓励儿童并且使插入保持器(2)不那么“悲惨”的变型方案和“小玩意儿”也是可能的。
本发明的基础是一种方法，该方法允许完全个性化地构造根据上面的描述具有任意三维形状的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其中，坯料(1)不变形、也就是说在坯料(1)中的和在已制成的保持器(2)中的纳米或微观结构保持未改变地相同。按照本发明的方法基本上包括三个步骤(图5)：
1)建立患者牙齿(3)的结构的三维模型；
2)设计用于保持器(2)的个性化的精确配合的模型；
3)基于所设计的三维模型制造保持器(2)
在本发明的可能的实施变型方案中，所述方法针对每个所述步骤可以包括一个或多个子任务。用于步骤1)可能的方法是：
1)建立患者牙齿(3)的结构的三维模型：
a)检测三维口腔内结构；
b)建立全副牙齿的三维模型。
步骤2)可以包括一个或多个以下子任务：
2)设计保持器(2)的个性化的精确配合的模型：
a)将全副牙齿的三维模型输入到CAD软件中；
b)基于全副牙齿的三维模型设计保持器(2)的三维模型；
c)使保持器(2)的所设计的三维模型个性化。
步骤3)也可以包括一个或多个以下子任务：
3)基于所设计的三维模型制造保持器(2)：
a)确定坯料(1)的加工策略；
b)计算机控制地由坯料(1)制造保持器(2)；
c)最终加工。
在第一方法步骤1)中，首先检测、优选借助无接触光学成像方法检测三维口腔内结构(步骤1a，图5)。这可以根据所述方法的实施变型方案在使用口腔外或口腔内扫描装置的情况下进行。在口腔外扫描装置(如X光机)中，全副牙齿的三维结构通过数字容量体层摄影术确定。口腔内扫描装置具有手持探测器，该手持探测器可以直接被引入到患者口中，并且利用该手持探测器例如通过共聚焦显微镜、摄影测量法或干涉测量法检测全副牙齿的空间结构。相对于利用取模勺的常规牙科牙模制作，所述光学方法可以具有显著的优势：所述方法是无接触的、速度更快并且明显更精确。具有在微米范围内精确度的光学牙科牙模在几秒内被检测。如果不能使用口腔内扫描装置，则存在如下可能性:首先用取模勺进行传统牙模制作，并且直接扫描该牙模得到负模，或扫描通过牙模得到的正模(例如石膏制成)。而后这些数据通常利用一起提供的三维可视化软件被转换成患者的牙齿(3)的结构的三维模型(步骤1b，图5)。
在第二方法步骤2)中，所建立的三维模型被输入到CAD软件中(步骤2a，图5)并且用作用于根据牙齿结构和牙科指示在计算机辅助的情况下设计保持器(2)的三维模型的基础，这具有上面提到的有利特征：准确配合的、具有经调整的轮廓、在充分利用相应牙齿(3)的表面凹陷的情况下稍微突出、尽可能不接触咬合接触点等等(步骤2b，图5)。可选地在确定保持器(2)的基本结构之后，所设计的保持器(2)可以根据顾客要求附加地个性化，例如具有杆(21)的或可能的固定元件(22)的富有想象力的造型(步骤2c，图5)。
在第三方法步骤3)中，保持器(2)基于所设计的CAD模型被制造。按照本发明规定，通过计算机控制地从由金属、高性能陶瓷或塑料或另一种生物相容的材料制成的坯料(1)中去除材料加工出最终形状的保持器(2)。替代地，也可以通过合适的适应性方法(例如激光烧结或3D打印)通过计算机控制的利用同种材料对原材料(1)的涂覆得到最终形状的保持器。也可以使用材料组合、所谓的复合材料例如用PEEK(PolyEther Ether Ketone：聚醚醚酮)，其中，根据原材料可以选择不同的加工工具。
在特别有利的方法实施方式中，所述材料去除通过例如借助多轴铣床、水射流切割机或激光切割机对材料件进行的多轴加工实现。为此，首先确定坯料(1)的加工策略(步骤3a，图5)。一方面，在考虑坯料(1)的几何结构的情况下确定坯料(1)的根据CAD模型设置用于形成保持器(2)的区域，而周围的材料应被去除(图6)。坯料(1)的几何结构理想地这样选择，使得在加工保持器(2)期间丢掉尽可能少的材料。另一方面确定加工的准确流程并且相应地对机器编程，尤其是铣削或切割速度、所使用工具的次序、保持点和在保持器(2)与坯料(1)之间的剩余连接点(12)的位置(图6)。重要的是，在加工材料件时剩余的材料未变形，以避免材料中的内应力、缺陷如晶格的位错和孪晶以及微小裂纹。然而由于制成的保持器(2)的较小厚度，这利用常规的铣削策略或切割策略是困难的。因此使用特殊的铣削或切割策略，如它们例如被研发用于制造薄壁的电子构件。这样的策略的原理在MichielGijsbrecht Roeland Popma先生的博士论文(“Computer aided process planning forhigh-speed milling of thin-walled parts”特温特大学，2010年6月2日)中阐述。
按照本发明，所述材料涂覆可以通过适应性方法如3D打印或烧结或激光熔化实现。在这些方法中存在有以粉末或小颗粒形式的原材料(1)，这些粉末或小颗粒具有确定的纳米或微观结构并且通过3D打印或烧结或激光熔化完全地或部分地被熔化在一起。在液相冷却和硬化时，所述材料再次获得其最初的固态纳米或微观结构。所述方法如同在材料去除时具有如下优点：保持器(2)直接以其最终形状被制成。特别重要的是，保持器(2)的材料在所述制造方法中未变形，以避免材料中的内应力以及缺陷如晶格的位错和孪晶以及微小裂纹。特别有利的是选择性激光熔化方法，因为该方法良好地适用于具有较薄厚度的复杂物体的制造。所述方法的原理在DE19649865中阐述。
在计算机控制地由坯料(1)加工出保持器(2)之后(步骤3b，图5)可能需要附加的最终加工(步骤3c，图5)。如果加工出的保持器(2)与坯料(1)仍有连接点(12)(图6)，则必须首先断开所述连接点，并且保持器(2)在所述位置上被抛光。为此可能需要一定的手工操作。为了使保持器(2)的锋利边缘倒圆，在本方法的一种可能的变型方案中整个保持器(2)附加地被抛光，这或者手动地实现或者通过插入到电解槽中电化学地实现。如果保持器(2)由钛合金制成，则在本方法的另一种变型方案中电解槽也可被用于给保持器(2)染色。由此通过适配浸入时间和电流强度，可以获得任意的颜色。
在本方法的一种实施变型方案中，在最终加工之后附加地检查已制成的保持器，以确保保持器对应于所设计的三维模型并且因此满足配合准确度的需求。例如，为此已制成的保持器的几何结构可以在使用扫描装置的情况下被检测，并且与设定的三维模型进行对比。替代地，也可以利用取模勺进行牙齿的传统牙模制作并且由此建立牙齿(3)的例如由石膏制成的模型，以此在插入在患者口中之前可以检测保持器的配合准确度。
按照本发明的制造方法具有许多优点。第一，具有任意三维结构的保持器(2)利用唯一的方法步骤由材料件制成，这比之前已知的方法简单、快速且经济得多。第二，所述方法允许在坯料(1)没有变形的情况下制造三维保持器(2)。因此，保持器(2)可以纯被动地被制造，也就是说保持器仅由不受影响的材料制成，其最初的纳米或微观机构未改变。由此可以避免在保持器(2)中的内应力和纳米或微观结构的缺陷，从而所获得的保持器(2)较稳定并且具有较长的使用寿命。第三，按照本发明的方法允许制造对于佩戴者具有高配合准确度以及舒适性的保持器。第四，也存在如下可能性，根据顾客要求使保持器个性化地并且充满想象力地构造保持器。

Claims (15)

1.一种三维的畸齿矫正的保持器(2)，该保持器适配于相邻的牙齿(3)的确切形状并且由原材料(1)制成，其特征在于，原材料(1)的物理特性在保持器中未改变。
2.根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其特征在于，保持器(2)的纳米和微观结构对应于原材料(1)的最初的纳米和微观结构。
3.根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其特征在于，保持器(2)基本上具有半圆的或平坦的收缩的轮廓，其中，平坦的侧面向牙齿。
4.根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其特征在于，保持器(2)设有一个或多个固定元件(22)，所述固定元件用于将杆(21)牢固地锚定在牙齿上。
5.根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其特征在于，保持器(2)在牙间隙中具有悬带。
6.根据权利要求1所述的三维的畸齿矫正的保持器(2)，其特征在于，保持器(2)是被染色的。
7.一种用于由原材料(1)制造三维的畸齿矫正的保持器(2)的方法，该保持器适配于相邻的牙齿(3)的确切形状，该方法包括以下方法步骤：
1)建立患者的牙齿(3)的结构的三维模型；
2)设计保持器(2)的个性化的精确配合的模型；
3)基于所设计的三维模型制造保持器(2)；
其特征在于，所述原材料(1)以坯料(1)的形式存在，在所述方法步骤3)的范围内坯料(1)在保持器中的剩余部分的材料的物理特性未改变，并且由坯料(1)通过计算机控制的材料去除而加工出保持器。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料去除通过铣削实现。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料去除通过激光加工实现。
10.一种用于由原材料(1)制造三维的畸齿矫正的保持器(2)的方法，该保持器适配于相邻的牙齿(3)的确切形状，该方法包括以下方法步骤：
1)建立患者的牙齿(3)的结构的三维模型；
2)设计保持器(2)的个性化的精确配合的模型；
3)基于所设计的三维模型制造保持器(2)；
其特征在于，在所述方法步骤3)的范围内原材料(1)的物理特性在保持器中未改变，并且保持器由原材料(1)通过计算机控制的材料涂覆而制成。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述材料涂覆通过3D打印或烧结或激光熔化实现。
12.根据权利要求7或10所述的方法，其特征在于，在所述方法步骤3)的范围内保持器(2)被电化学抛光。
13.根据权利要求7或10所述的方法，其特征在于，保持器(2)由钛或钛合金制成。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述钛合金是Ti-6AL-4V(GR5 ELI钛合金)。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述钛合金是形状记忆材料。
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