口腔正畸学包括使用机械力(应力)来移动颌骨内的牙齿，是依赖于应力诱导下的骨重建 来完成的。应力是一个物理量化的力，它包括许多特定的性质，例如强度，方向，作用点 和频率。经科学研究验证，用于正畸矫治的应力，除了频率外的其它性质都可应用于正畸 临床实践中。在正畸治疗中只持续施加静力而不考虑应力频率，这与整形外科长骨的研究 中，使用循环性应力比使用与强度相适应的静力更能引导有效的骨重建有所不同。
目前的正畸治疗技术使用持续的外加静态应力将牙齿移动到预定的位置，来获得美观 的外形的技术显效慢，需要有经验的正畸医生来实施诱导牙齿向预定的方向移动，但结果 可预测。然而，目前正畸技术需要相对长的时间，给病人带来不便和经济上的负担。
快速循环性应力，即随时间快速变换强度的应力，虽然它已被证明比目前使用的持续 应力更能较快地诱导牙齿移动(专利号为6,832,912和6,648,639的美国专利)，但这些装置 的应用性能较差。因此，需要研发一种新的正畸矫治技术。
现就上面提到的问题和需求具体阐述如下。

本发明提供的是一种能使单个或多个牙齿向预定位置移动的正畸学矫正装置。这个矫 正器包括的第一个装置是转导循环应力(力)系统，能启动和促使单个或多个牙齿呈现出 一预备状态；还包括至少一个能促使牙齿移动到预定位置的第二个装置。第一个装置包括 转导材料，将这种材料置于电场或磁场等刺激中能产生一个循环性的应力来促进牙齿的移 动。这种循环性的刺激能够启动牙齿，以促使牙齿呈现预备状态。
这种转导材料可以是任何置于各种刺激(电场或磁场)中能产生循环性应力的材料。 例如，这种材料可以是压电性材料，包括晶体，陶瓷，高分子材料或它们的复合体。在一 些实施方式中，这种能产生循环性应力的材料可以是任何转导材料的合成体。
这种循环性应力系统可以应用在正畸治疗中，能使牙齿移动至任意预定的位置。
发明的具体说明
本发明提供的是一种能使单个或多个牙齿向预定位置移动的正畸学矫正装置。这个矫 正装置包括的第一个装置是转导循环应力系统，能启动和促使单个或多个牙齿呈现出一预 备状态；还包括至少一个能促使牙齿移动到预定位置的第二个装置。
这个第一个装置包括一种转导材料，将这种材料置于电场或磁场等刺激中能产生一个 循环性的应力来促进牙齿的移动。这种循环性的刺激能够启动牙齿，以促使牙齿呈现预备 状态。这种转导材料可以是任何置于各种刺激(电场或磁场)中能产生循环性应力的材料。 这种转导材料可以是压电性材料，包括晶体，陶瓷，高分子材料或它们的复合体。在一些 实施方式中，这种能产生循环性应力的材料可以是任何转导材料的合成体。这种循环性应 力系统可以应用在正畸治疗中，使牙齿移动至任意预定的位置。
第二个装置或随后的装置提供的是使牙齿重新排列的重排力，该装置能够使处于预备 状态下的牙齿移动到预定的位置上。
此处所指的术语“系统”与“装置”是可以互换使用的
I.启动牙齿的转导循环机械应力
应力-应变(Stress-Strain)相关的骨重建
正如Meyer，U等在(Biomechanical and clinical implications of distraction osteogenesis in craniofacial surgery.J Craniomaxillofac Surg 32，140-9(2004))中描述的，在机械应力改变的 环境下，骨骼具有顺应性变化的特点，又称为可塑表现性。特殊的应变依赖性信号被认为 能控制骨组织成骨的适应性。这种适应机制包括骨重建的基本多细胞单位(BMUs)，BMUs 中的效应细胞在功能上是以互相独立的方式表现。人生后骨强度和骨量改变的10％由荷尔 蒙决定的，40％的改变由机械效应引起的。这在大量末端骨量缺失的截瘫病人(大于40％) 中得到证实。骨成形是通过单独成形和吸收推移来重排、增厚、加强骨骼或骨小梁使其从 组织表面移动至组织间隙内来。骨重建也包括骨的再吸收和成形。BMUs将骨组织转化为 小束，通过活化过程引起骨吸收，之后才是成骨。
成骨细胞的力转导
一般认为导致细胞变形的应力通过力转导在细胞染色体留下信息(Meyer，U.et al.J Craniomaxillofac Surg 32，140-9(2004))。力转导或生物物理应力转化为细胞反应，在骨生物 学是一个必需的机制，它使骨细胞对物理环境的改变作出反应。力转导按理想化的方式能 分为(1)力学耦联，转导的机械力作用于组织成为骨细胞能转导的局部力学信号；(2)生 物化学耦联，局部力学信号转化为生物信号，导致基因表达或蛋白质活化的改变；(3)转 导细胞与效应细胞间的信号转导，实际上成骨或破骨；(4)效应细胞反应。
当负荷作用于骨组织，骨组织开始变形，产生局部应变力(一般用微应变来表示。10,000 微应变＝1％的长度改变)。众所周知，成骨细胞和骨细胞就如局部骨应力的感受器，并且 适当地位于骨组织中来具有此功能。
体外机械刺激
活组织对循环性的负荷作出反应而产生的改造能力，也可在体外工程化的组织中见到 这样的适应过程。自从1939年Glucksmann的早期研究[Glucksmann A.Anatomical Record 73：39-56(1939)]到现在，采用大量的矩阵式的刺激装置来作用于负荷细胞，如压缩，拉伸， 弯曲，面外膨胀，面内膨胀，剪切或上述各形式的结合(Brown最近的综述)。大量的研究 表明机械刺激过的组织与正常对照相比，显示出纤维组织的肥大和方向性增强。Fink等研 究胶原质中的细胞经过1.5Hz循环性拉伸，细胞在平行方向的排列得到显著的改变，细胞 的长度和宽度增加，肌肉软骨组织密度增加。功能上，这个组织具有比对照组高2-4倍的收 缩应力(Fink，C；et al.，Faseb Journal 14(5)：669-79(2000))。Buschmann等发现通过将琼脂基 质中的软骨细胞置于0.01-1.0Hz、3％应变力下，能促进细胞外胶原组织的生物合成基质 (Buschmann，MD；et al.，Journal of Cell Science，108(Pt4)：1497-508(1995))Zeichen等发现 通过以1Hz、5％(50,000微应变)应变力循环性拉伸细胞15-60分钟能增加细胞增殖(Zeichen， J；et al.，American Journal of Spots Medicine 2000 Nov-Dec，28(6)：888-92)。类似的，Desrosiers 等报道，以0.1Hz、10％(100，000微应变)应变力拉伸弹性基质20小时，显著增加细胞 增殖，胶原合成和蛋白多糖合成(Desrosiers，E.A.，et al.，Ann.Chir 49，768-774(1995))。
高频效应
很久以来人们就知道，低应变力、高频刺激(e.g.50με@30Hz)能诱导出与高应力、 低频刺激产生的相似或更高的效应(Qin，Y.X.，et al.，J.Orthop.Res.16,482-489(1998)) (Hsieh Y.F.and Turner C.H.，Journal of Bone and Mineral Research 16：918-924(2001))。近来， Rubin等揭示，骨骼经短暂(如10分钟)施加几乎感觉不到的高频振动刺激(e.g.0.25g@ 90Hz)与经相同持续时间的承重刺激相比，骨组织生长的更好(Rubin C，et al.，FASEB J. 15(12)：2225-9)。成骨细胞对低频高负荷的反应随着高频(50Hz)低振幅信号的刺激而敏感 化，又称为随机共振现象，Collins等的报道也证实了，随机共振现象能提高机械转导的敏 感性(Collins J.J.，Imhoff T.T.and Grigg P.Noise-enhanced tactile sensation.Nature 1996， 383：770)。
静态应力
持续施加静态应力已应用于正畸临床研究和实践中。持续施加静态应力已作为牙齿畸 形患者日常治疗。通过日常使用持续施加静态应力在正畸临床上应用，牙齿的正常(畸) 运动已在由橡皮和螺旋弹簧的动物模型中被模拟出来。(文献参考：Reitan，Acta Odont.Scand. Suppl.，6：1-240(1951)；Storey et al.，(1952)Aust.J.Dent.，56：11-18；Pygh et al.，(1982)In Berkivitz et al.(Eds)The Periodontal Ligament in Health and Disease，Pergamon Press，Oxford， England，pp.269-290；Jager et al.，(1993)Histochemistry，100：161-166；Ashizawa et al.，(1998) Arch Oral Biol.，43(6)：473-484；Gu et al.，(1999 Angle Orthod.69(6)：515-522；Melsen(1999) Angle Orthod.，69(2)：151-158；Terai et al.，(1999)J.Bone Miner.Res.，14(6)：839-849；Tsay et al.， (1999)Am.J.Orthod.Dentofacial Orthop.，115(3)：323-330；and Verna(1999)Bone， 24(4)：371-379)
应力装置的施力阈值和持续施力时间是正畸学中的两个基本概念。至少6小时作为持 续时间的阈值，低于这个阈值，正畸牙齿就不会产生移动(Proffit et al.，Mosby Year Book：St. Louis.pp.266-288(1993))。然而，正如其书中第275页图9-12的说明所述，Proffit等提出 的每天最少6小时的方案更多是理论性的。临床经验似乎更多地支持这样的观念—正畸力 的应用必须超过某一确定的每日持续时间以促进牙齿移动，精确的每日最小持续时间值是 不确定的。以现在的正畸治疗技术认为应用应力治疗的总时间的长短比每日计算最小持续 时间的长短更加重要。
牙齿移动需要的应力强度阈值的精确数值至今仍未确定。通常，几百克的应力被当做 使牙齿移动的应力阈值。然而，仍然会有不同观点，如“理论上，持续的轻微应力可使牙齿 产生最有效的移动”(Proffit et al.，(1993)Mosby Year Book：St.Louis.pp.266-288)。经研究 表明，在应力强度相同时，牙周膜细胞的增生在受到持续应力作用时要比间断性的应力作 用时更加剧烈。(Reitan，Acta Odont.Scand.Suppl.，6：1-240(1951).These intermittent forces were static forces applied intermittently over time(Reitan，1951，supra；van Leeuwen et al.，Eur.J. Oral Sci.，107(6)：468-474(1999)).
这种间断性的应力是指静态应力在一段时间间断地施加。
非静态应力
间断性的应力已被用于矫治咬合不正。间断性应力的本质是将静态应力间断性地使用， 例如，使用两小时，停用两小时(Reitan，1951，supra；van Leeuwen et al.，(1999)Eur.J.Oral Sci.，107(6)：468-474)。循环性应力系统同样在美国专利第6,648,639号和第6,832,912号文件 中有描述。然而，使用循环性应力系统不具实用性。应用马达产生循环性应力的循环性应 力系统来矫治牙齿咬合不正，在美国专利第6,832,912号和第6,648,639号文件中描述，这 里将其作为我们的参考。
转导循环性应力
与现有发明有相一致的是，循环性应力由转导器产生的，并用来加速单个或多个牙齿 的重塑。因此，这个发明是通过重排哺乳动物的牙齿来重塑其面部。这些哺乳动物包括人、 猿、猴子、兔子、白鼠、老鼠以及其他实验室动物；包括宠物，如猫、狗；包括家畜，如 猪、山羊、马、牛、绵羊等。
此处的术语“转导器”是指正畸应力系统，包括至少一个转导材料(例如，至少一种压 电晶体或者大量的压电化合物或材料)。应力系统可以采用任何一种适合运用在畸齿矫正中 的形状。具体而言，应力系统可以是正畸矫治中的单颗牙齿的几何形状。这样的应力系统 可以是固定的或者可移动的。
名词“单颗牙齿”或者“多颗牙齿”是可以转换的。
一些应力系统可以通过下述形状生成，比如壳状、环状或牙锁状。更有一些应力系统 可以通过牙齿的几何形状来生成。
某些情况下，应力系统可以是多颗牙齿(整个牙弓或部分牙弓)的刺激，包括但不限 于类似于可以附着在牙齿上的口腔防护装置，上颚扩张，固定装置，退色托盘样装置，或 退色条形装置等。
更为具体的情况下，应力系统可以是单颗牙齿刺激，包括但不仅限于：有色牙齿，牙 套；和透明的或者半透明的牙套。
在某些情况下，应力系统可以是和牙齿结合的非牙形外壳，如果需要，这些系统可以 作为牙齿正畸移动中的杠杆结构使用。这就使得传统的金属丝或者松紧带或者计算机设备 和校准器也能应用在本文描述的转导应力系统。
转导材料
能够用来制作循环应力系统的转导材料或化合物，包括现在已知或将来发现并使用的 任何转导材料。一些转导材料或化合物例如，包括但不限于一般所说的压电水晶体、陶瓷、 高分子化合物、磁致伸缩合金和电致伸缩陶瓷。例如通常的压电水晶体包括石英，钛酸钡、 铌酸锂、罗谢尔盐、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、电气石、闪锌矿、锂钽和锗酸铋氧化物。 常见的压电陶瓷，包括钛酸钡、钛酸铅、锆酸铅、甲尼辛铅(lead metanicbate)和锆钛酸铅。 压电聚合物包括，聚偏二氟乙烯、三氟和四氟乙烯的共聚物、聚酰胺、聚脲、液晶聚合物； 和无定形聚合物，如聚丙烯腈、聚(亚乙烯基二氰醋酸乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、 聚芳醚睛(polyphenylethernitrile)，聚(9，9-二-正-辛基芴基-2，7-次亚乙烯基 (poly9，9-di-n-octylfluorenyl-2，7-vinylene)(PFV)、聚(谷氨酸苄酯)，聚(谷氨酸甲酯)、三 醋酸纤维素，聚(环氧丙烷)，聚(1-双环丁烷腈)poly(1-bicyclobutanecarbonitrile)以及以上 的复合物。电致伸缩陶瓷，包括镁铌酸铅；磁致伸缩材料，包括铽镝铁(Terfenol-D)以及 铽镝也可被用在上述的应用中。
一些压电水晶体、陶瓷材料或组成，包括但不限于LiNbO3、LiTaO3、BaTiO3、PbTiO3、 PbZrO3和Pb2Nb2O6及其复合物。
一些具体的陶瓷可以为二种或多种陶瓷，这些陶瓷包括但不限于Pb(Mg1/3Nb2/3)TiO3- PbTiO3-PbZrO3、Na0.5K0.5NbO3、Pb0.6Ba0.4Nb2O6、Pb(Zr0.55Ti0.45)O3、Pb0.99Ca0.01(Zr0.53Ti0.47)O3、 Pb0.95Ca0.05(Zr0.53Ti0.47)O3、Pb0.92Ca0.08(Zr0.53Ti0.47)O3、Pb0.99Sr0.01(Zr0.53Ti0.47)O3、 Pb0.95Sr0.05(Zr0.53Ti0.47)O3、Pb0.90Sr0.10(Zr0.53Ti0.47)O3、Pb0.85Sr0.15(Zr0.53Ti0.47)O3、 Pb0.80Sr0.20(Zr0.53Ti0.47)O3、Pb0.875Sr0.125(Zr0.56Ti0.44)O3、以及他们的化合物。
一些转导材料可以是转导复合材料。转导材料和非转导材料可组成复合材料。非转导 材料，可以是任何生物相容性材料，可以是聚合物或非聚合物。一些聚合物可以是聚烯烃， 如橡胶、聚酯、环氧聚合物、橡胶等；非聚合物可以是玻璃、碳纤维、玻璃纤维、玻璃微 珠、硅、铝、陶瓷等。例如一些复合材料，包括但不限于Pb(Zr，Ti)O3(PZT)、PZT-环氧、PZT- 橡胶、球状玻璃骨针PZT-环氧、PbTiO3-橡胶以及其复合物。
具体讲，转导材料可以是上面的晶体、陶瓷、聚合物或复合物以外的其他材料。
应力频率
上面述说的装置循环应力频率由所用的转导材料决定。每个转导材料或其复合物都有 一个如本说明书中所指的频率。压电复合物的示范性频率值能在Yuhuan Xu，Ferroelectric Materials and Their Applications，North Holland，1991，Amsterdam，London，New York，Tokyo 中找到。
这里述说的装置循环应力的强度可由装置中所用的转导复合物或材料的数量决定。循 环应力能调整到任何一个X、Y、Z轴方向或者由一组(X、Y、Z)轴定义的平面。例如， 调整循环应力到给定方向或平面，装置相对的方向或平面可固定或锁在一个或多个牙齿上， 这样循环应力就能作用在给定方向或平面上了。在本说明书中的一个普通的技术之一，是 根据所给的说明，选择一定数量的一种或多种转导化合物/材料组成这里所说的装置。
具体讲，这里提供的系统能提供一个有频周期力，其频率约0.001Hz以上，约0.01Hz 以上，约0.1Hz以上，约1Hz以上，约2Hz以上，约10Hz以上，约20Hz以上，约40Hz 以上(例如40.1Hz或大于40.1Hz)，或者约100Hz以上。一些示范性频率范围是从约0.001Hz 到约100,000Hz，从约0.01Hz到约100,000Hz，从约1Hz到约100,000Hz，从约5Hz到约 100,000Hz，从约20Hz到约100,000Hz，从约40Hz(如40.1Hz)到约100,000Hz，从约100Hz 到约100,000Hz，从约0.01Hz到约100Hz，从约1Hz到约100Hz，从约2Hz(如2.1Hz)到约 100Hz，从约5Hz到约100Hz，从约20Hz到约100Hz，从约10Hz到约100Hz，从约40Hz (如40.1Hz)到约100Hz，从约1Hz到约40Hz，从约10Hz到约40Hz，从约20Hz到约40Hz.
在某些具体情况下，这里提及的体系可不包括任何一个上面提及的频率或频率区间。
在某些具体情况下，这里提供的系统能提供一个强度区间为约0.001N到约20N的循环 应力。例如，约0.001N，约0.005N，约0.01N，约0.02N，约0.03N，约0.04N，约0.05N， 约0.06N，约0.07N，约0.08N，约0.09N，约0.1N，约0.2N，约0.3N，约0.4N，约0.5N， 约0.6N，约0.7N，约0.8N，约0.9N，约1N，约2N，约3N，约4N，约5N，约6N，约 7N，约8N，约9N，约10N，或约15N。
在某些具体情况下，这里提供的循环应力系统能产生范围约0.1到1000000微应变的负 荷。例如，循环应力系统能产生的负荷约0.2，约0.5，约1，约5，约10，约50，约100， 约200，约300，约400，约500，约600，约700，约800，约900，约1000，约2000，约 3000，约4000，约5000，约6000，约7000，约8000，约9000，约10000，约15000，约 20000，约25000，约30000，约35000，约40000，约45000，约50000，约55000，约60000， 约65000，约70000，约75000，约80000，约85000，约90000，约95000，约100000，约 250000，约300000，约350000，约400000，约450000，约500000，约550000，约600000， 约650000，约700000，约750000，约800000，约850000，约900000，或约950000微应 变力。
在某些具体情况下，这里提及的矫正牙齿的正畸系统可尤其不包括上面提及的负荷或 力的强度。
在某些具体情况下，当系统用于牙齿矫正性移动，该体系能尤其除外上面提及的任何 频率、强度或负荷。例如，具体讲，当循环应力被按预定排列调整时，系统可特别不包括 以下的一项或两项：循环力频率在0.1Hz到2Hz或0.1Hz到40Hz；或者应力强度可达10N， 或在0.1N到5N之间。
启动装置
牙齿可被置于转导性循环应力下进入预备状态，如以下描述，启动装置是能够产生不 同方向的转导性机械应力。假设一颗牙齿的位置可以被定义在x、y、和z坐标上，循环应 力可以施加在任意一个方向上。假设将被再排的牙齿在z轴上。因为启动装置不提供再排 列应力，该牙齿就不会向预定的位置上移动，也没有向z轴方向的移动。
所以，被启动了的牙齿是处于牙周组织成骨细胞活性激活和/或增强的状态，牙齿发生 根部的松动，使牙齿进入可以被移动和再排的预备状态。进一步，由于牙周围组织的成骨 细胞的活性增高，进入预备状态的牙齿能够以较高速率被固定到新的位置。
II.牙齿的再排列
牙齿的再排列
本发明所提供的系统或装置包括一副或多副能够使牙齿从预备状态移动到预定位置的 装置(即正畸治疗的最终位置)
在某些情况下，本系统要求一位开处方的正畸医生在治疗过程中评估牙齿排列情况， 然后通过所选择的正畸装置来决定施加的最佳应力的大小。这里提到的施加的最佳应力的 大小是根据牙齿移动的效率和病人的舒适度之间的最佳平衡来决定的。从实用的角度出发， 施加的最佳应力的大小是可以通过已知牙齿的位置，最佳装置的几何学形状和应力的综合 结果来取得的。
在某些情况下，本系统包括至少两副具有几何形状的装置，选择这样的装置可将牙齿 从预备位置逐步移动或复位到最终位置。第二副装置的设计是根据预备状态牙齿的数据进 行的，它也可以根据预备状态的牙齿来预测；下一副装置的做成是根据前一副装置中牙齿 排列的数据来设计的。第二副数据非常重要，因为它能发现和降低或减少牙齿实际移动和 预定位置之间的差异。第一副数据可以通过牙印模、口腔扫描仪或其他本领域里已知的技 术而获得。第二副数据(和所有第一副以后的其它副数据)，都可以通过例如临床检查、牙 印模、口腔扫描仪或其他本领域里已知的技术而获得。第二副数据(和所有第一副以后的 其它副数据)根据开处方的正畸医生的判断可以是数字式或非数字式的。
另一方面，本系统的每一副装置中还包括可以缩小和/或增强应力的系统。每一副装置 中至少包括两个可以调节应力大小和几何形状的装置，从该装置中，正畸医生可判定减小 的应力、增强的应力和/或两者的组合是否是最合适的。在某些具体情况下，本系统还可以 包括一系列应力系统将牙齿从最初的排列位置矫正到最后的排列位置。该系统包括一系列 的多元化装置：a)第一副装置，启动牙齿，引起牙齿呈现预备状态；b)第二副是具有几 何学形状的矫正装置，使牙齿从预备状态进入第一个中间排列状态；c)任意一副或多副具 有几何学形状的装置，使牙齿从第一个中间排列状态矫正到进一步的中间排列状态；d)最 后的具几何学形状的装置，使牙齿从进一步的中间排列状态矫正到最终的牙齿排列位置。
本系统的装置可以根据不同的参数例如，但不限于尺寸(如厚度和/或几何形状)和/或材 料的特点进行设计和调整为不同的应力。
本系统的装置还包括一套逐渐改变调节的具有不同几何形状的锁，它可以套在牙齿上 使牙齿从一种排列位置进入进一步的排列位置。该锁可以为任一能容纳牙齿，以致允许所 述装置将牙齿从一个排列位置增量式移动或调整到另一位置的机械装置。这种锁可以例如 是金属、塑料或高分子金属丝、夹子、环、空腔或外壳形状。在一些实施方式中，锁尤其 不包括高分子外壳。
此处描述的系统提供装置说明书，牙齿整形医生可以按照说明书(向使用者)开具装置使 用顺序的处方。说明书包括但不仅仅限于装置尺寸(如应力、厚度和/或几何形状)和/或材 料特性。在一些实施方式中，每套装置的使用顺序可以用记号标明。在另一些实施方式中， 也可以在装置上做标志，牙齿整形医生(向使用者)开处方时就用装置使用顺序号码即可。
牙齿矫正
牙齿矫正是通过一系列装置组成的系统来实现的。该装置将牙齿包在腔隙中，经过至 少3个连续的步骤后，逐渐将牙齿矫正。一般包括至少连续的4个步骤，经常包括至少连 续的10个，有时包括至少连续的25步，少数情况下包括连续的40个甚至更多。虽然在有 的多个牙齿需矫正的复杂情况下，需要连续的40个甚至更多步骤，但较常见的是连续使用 10—25步骤。连续使用多个装置的情况下要求每个装置使单个牙齿移动较小的距离，通常 小于2mm，优选小于1mm，更优选小于0.5mm。由于使用单副装置，这个距离限制是指牙 齿任一点上的最大直线平移距离。对每个特定的牙齿，经一系列装置使用产生的移动通常 不相同。
本系统包括多套连续使用的装置，它们有不同的几何形状，在矫形治疗的各个阶段起 着限定牙齿位置的作用。系统可以仅仅包含一套连续的装置。也可以包含多套连续的装置； 最后一套装置外的其他套装置能将牙齿移动到中间状态位置；最后一套装置将牙齿从最后 一个中间状态位置移动到最终位置。例如含2套装置的系统，第一套装置将牙齿从预备状 态位置(位置1)移动到中间状态位置(位置2)，第二套装置将其从中间状态位置(位置2) 移动到最终状态位置。含三套装置的系统，第一套装置将牙齿从预备状态位置(位置1)移 动到第一中间状态位置(位置2)，第二套装置将其从第一中间状态位置(位置2)移动到 第二中间状态位置(位置3)，第三套装置将其从第二中间状态位置(位置3)移动到最终 位置。
本发明一方面，描述的牙齿矫形系统至少包含2套装置，如约2-约20套装置，约2- 约15套装置，约2-约10套装置，约2-约8套装置，约2-约5套装置，约3-约20套装置， 约3-约15套装置，约3-约10套装置，约3-约8套装置，约3-约5套装置，约4-约20套 装置，约4-约15套装置，约4-约10套装置，约4-约8套装置，约4-约5套装置，约5-约 20套装置，约5-约15套装置，约5-约10套装置，约5-约8套装置，约5套装置。
本装置有一种或多种几何形状，在矫形治疗的初期(预备状态位置)、中期(中间状态 位置)、末期(最终位置)限定牙齿的位置。每个与牙模和应力相适应的装置的尺寸(如： 应力、厚度、和/或几何形状)和/或材料特性是不同的，这样逐步将牙齿从一个位置移动到 另一个位置。
本发明描述的系统至少包含一第一启动装置使牙齿呈现预备状态，牙齿就逐渐地被矫 正了。系统还包含至少一套有几何形状的中间装置，使牙齿逐渐从最初启动位置移动到一 个或多个中间状态位置。系统还包含一个最终装置，通过几何形状改变将牙齿逐步从最后 的中间状态位置移动到理想的最终位置。一些案例中需要最终装置或数个装置来“过度矫 正”牙齿到最终位置，下面将详细讨论。
关于本发明方法的详细描述如下，在治疗的开始，所述系统要计划好，第一套装置的 所有单独装置装配好，这些装置是以单一包装或系统的形式提供给牙齿整形医生。由于装 置几何学形状的连续改变，在装置上可以清楚地标注牙齿实际位置与牙齿的预期位置之间 的差异、还可标注其它重要的尺寸和/或材料特性，便于正畸医生使用。例如：第一套装置 中的第一装置差异预期很小(如接近0)，而第一套装置的最后一装置差异较大(如大于0)。 差异的准确单位表示成(但不仅限于)百分数、公制计量或其他数字系统(如：级别为0-25， 其中25表示最大差异)。差异可以根据变化程度计算，变化程度由所要求的牙齿移动、装 置尺寸、装置材料特性、是否使用固定装置(如牙齿植入体)决定。根据装置使用的固定 顺序，使用者可以按照牙齿整形医生或其他专业人士的建议以一定的频率将所述装置放置 在他/她牙齿上。与矫正架正畸不同的是，当治疗的调整计划已做好时使用者无需每次访问 医生。虽然使用者通常还是会去拜访专业人士以确认治疗是否按原计划进行，但是还是消 除了每次拜访专业人士的必要。当还是减小了个别使用者拜访专业人士的时间的同时，该 做出的调整允许治疗以更多但更小的连续步骤执行。另外，更加舒适、隐形、可移动的高 分子外壳极大地满足了使用者的顺应性、舒适和满意的要求。
每个装置优选包括高分子外壳，其中有牙齿矫正腔，下面介绍典型的塑形方法。每个 装置成形时要保证其矫正腔几何形状与预定的中间或最终牙齿排列一致。也就是说，使用 者首次佩戴矫形器时，装置的矫正腔的形状和某个牙齿之间可能出现不重合。但本装置弹 性非常好，可以顺应未与之重合的牙齿，并使用这种强大的弹力将未重合的牙齿矫正到预 定的中间位置或最终位置。但是这种通过一系列几何形状对未重合牙齿的调整会增加牙齿 实际位置和预定位置间的差异。
由于装置几何学形状的连续改变，在装置上可以清楚地标注牙齿实际位置与牙齿的预 期位置之间的差异、还可标注其它重要的尺寸和/或材料特性，便于正畸医生使用。例如： 第一套的第一个装置的差异被期望很小(如，接近0)，而第一套的最后一个装置差异被期 望较大(如，大于0)。差异的单位表示成(但不仅限于)百分数、公制计量或其他数字系统 (如：级别为0-25，其中25表示最大差异)。差异的计算是根据特定牙齿移动的程度变化、 装置的尺寸、材料的特点以及是否使用固定装置(如牙齿植入体)而定。
这里描述的每个装置也是在牙齿排列上施加不同的应力。当保持相同的弹性模量或改 变材料特性例如弹性模量和刚度时；当不改变厚度或改变任何有关厚度、硬度、弹性模数 和/或材料特性等的任意组合时每个装置不同的应力可以通过增加装置的厚度和硬度来取 得。注意，作用在特定牙齿或一列牙齿上的应力是不同的，尽管部分是取决于装置的材料 和/或机械性能。装置有关的应力与其厚度、硬度、弹性模数及转导材料的性质有关。相比 之下，作用在特定牙齿或一列牙齿上的应力通常是在矫正治疗过程中与牙齿的实际位置和 理想位置、装置的几何形状、材料和/或机械性能有关，还与是否有固定的牙植入体装置有 关。
在一个具体实例中，此系统包括由一套或多套可降低或增强应力的装置(如：从高到 低、低到高、高到高、低到低、高到低到高、低到高到低等)。降低和增强应力组合的系统 仅受每套装置号码的限制。例如，此系统可包括的第一个装置是用来引导牙齿至预备状态； 一个或多个具有具有高一级应力和具几何形状和选择性的减力系统的中间装置，使牙齿逐 渐从预备状态矫正到进一步的中间排列状态；最后一个具有几何形状的应力最小的装置可 逐渐矫正牙齿，使之从中间排列后期过渡到末期排列。如必要的话，可以开始使用新一轮 的应力系统，作用可从先前周期中的末期排列开始直至整个治疗过程结束。
对于每套装置，都会提供对每一个装置进行的说明，建议正畸医生使用每个预先设计 好应力装置的顺序，使使用者的牙齿逐渐矫正到预定的位置。一个包装包括一套装置，其 中这些装置以一单个包装的形式提供给使用者。正畸医生将根据使用者的条件和他的专业 正畸经验，提供给使用者正确地使用本系统装置的顺序。
在某些实施例中，此系统包括一套或多套装置，每套包含一个或多个在之前面叙述过 的具有加减力和/或增强的应力系统。在一些实施方式中，系统中的每一套都可被标记，以 获得每套装置的次序。
每个装置所固有的不同应力是通过改变装置的尺寸和/或材料特性而获得的。如，装置 可被做成不同的厚度而产生不同的应力，装置的厚度范围在约0.01mm，约0.1mm，约 0.2mm，约0.3mm，约0.4mm，约0.5mm，约0.6mm，约0.7mm，约0.8mm，约0.9mm，约 1mm，约1.1mm，约1.2mm，约1.3mm，约1.4mm，约1.5mm，约1.6mm，约1.7mm，约 1.8mm，约1.9mm或约2.0mm。在另一个实施例中，装置的不同应力还可以通过使用不同 材料来完成制作，如在材料中混入加固型材料如纤维、片材、钢材、金属丝、网孔、格子 框架、网状物、穿插型网状物或其组合物，而使装置产生不同的应力。
为达到理想的正畸治疗速度，在一套装置的应力可为满足治疗需求而调整。如每套中， 后一副装置可做成与前一副装置硬度不一样，范围约0.1-8Gpa。在某些实施例中，每套装 置中前一副装置可与后一副的装置的弹性系数不一样，范围约1％-800％。某些具体情况下， 每一套装置中，后一副装置可与前一副装置的厚度不一样，范围约0.1-2mm。
在某些具体情况下，本发明将牙齿从原始位置重置到最终位置的系统包括(1)第一个 装置用来引导牙齿进入预备状态，(2)第二个装置及相继的装置将牙齿从预备状态移动到 预先确定的最终位置。第二个装置具有几何形状，可选择性地移动牙齿从预备状态到最初 的中间排列状态；
(b)任选的一个或多个具有几何形状的中间装置，逐渐地矫正牙齿，使之从最初的中 间排列状态过渡到进一步中间排列状态；
(c)具有几何形状的最终装置逐渐地矫正牙齿，使其从最后的中间排列状态过渡到最 终的牙齿排列位置。
连续使用的牙锁可由金属材料、塑料和/或高分子材料做成。例如，可由金属丝或金属 夹、硬塑料夹、陶瓷夹或有弹性的高分子材料做成的壳或环。在某些具体情况下，名称“锁” 可与“几何形状”互换使用。在某些具体情况下，锁特别要除外高分子外壳。
在某些实施例中，装置可被做成不同的构型来形成不同的应力。如，装置上的外壳或 环至少有一个区域包含两层或多层高分子材料来形成这样的一个应力系统。某些实施例中， 外壳或锁的部分或整体可被做成均匀或者不均匀的硬度、弹性模量和/或厚度，以形成应力 系统。
本系统可按本领域已知的方法来说明，如在一套装置里，每个装置对于有差别的应力 均有说明，如说明一个或多个装置的尺寸，如厚度或装置的直径，或组成装置的材料特性， 如高、中、低差别的应力。这些说明书可标记在每个装置上或者标在标签上或者放在包装 袋里。一套里的部分或全部装置能进一步用数字记号，例如，0-25号表明牙齿现在的位置 和预期(预测)的位置存在的差异，作为装置几何形状连续改变的结果。
在某些实施例中，为增加装置的稳固性，可将这套装置与牙植入体联合使用。植入体 的位置可在颚侧或向颊侧或者臼齿区域。
矫正装置的材料
矫正装置可由弹性材料加工成型，弹性材料包括一种或多种高分子材料。这些高分子 材料应该是惰性和具有生物兼容性。这些高分子材料不仅必须具有可变形性以方便使用者 摘除和佩戴使用；而且需要充分坚硬，能够控制牙齿移动。任何通常运用在牙齿矫治中用 来制作可移动装置的材料都可以被本发明使用。特别的例子是有用的高分子材料包括任何 弹性高分子材料，如通常运用在牙科医学的材料，像链烯烃聚合物或共聚物，例如聚乙烯 (polyethlyene)，聚丁烯，聚异丁烯，聚丙烯，乙烯-乙酸乙烯酯，聚乙烯醇，聚苯乙烯， 包含两种及其以上乙烯基的共聚物，，丙烯，丁烯，异丁烯，戊烯，丁苯(styene)，乙酸乙 烯酯，乙烯醇以及其中的组合或者它们的混合物。高分子材料可以进一步包括能够修饰生 物兼容性的材料。这些能够修饰的生物兼容性的材料包括，聚乙二醇，聚丙二醇，聚氧化 乙烯，或者自然高分子材料，例如纤维物或澡酸盐，胶原质和类似物等等。
在一些实施例中，高分子材料进一步包括可加固材料，例如纤维，石屑，金属丝，玻 璃纤维，碳光纤，片材，带材，网丝，格子框架，以及网状物和穿插型网状物。一些代表 性的加固材料包括，例如微米或纳米氧化铝，碳光纤，等等，或者以上物质的混合物。
矫正装置的成形方法
系统可以通过以下方法成形加工(a)接收需要正畸治疗的使用者的牙齿状况的信息， (b)成形加工由单个装置组成的一副装置，以及(c)成形加工有多副组成的一套器装置。 在一些实施方式中，牙齿矫正装置的形成是根据牙齿的预备状态的初始位置和预定最终的 位置来成形的。牙齿的预备状态可以参考牙齿的原始位置来预测。这种成形加工用于移动 牙齿装置的方法在这个领域中已有文献记载，例如这种方法/过程在美国专利第6,398,548 号，6,544,611号，5,895,893号，6,244,861号，6,616,444号；5,645,420号；以及5,447,432 号中阐述。这里作为参考文献来引用。
从某一方面来说，本装置能通过以下方式成形加工(1)产生/获取最初的数据集，例如 初始数字数据集(IDDS)代表一牙齿的预备状态，(2)生成一个数字数据集(DDS)或者 非数字数据集(NDDS)表示牙齿的中间排列状态，(3)生成一个末期或者最后的数据集例 如DDS或者NDDS，用来表示末期或者最终牙齿的排列状态，以及(4)根据第一个数字 式数据集和最后的数字数据集任意生成一个多元化的连续数字数据集，这些多元化的连续 数字数据集代表从牙齿的中间排列状态的末期到最终牙齿排列状态或最终的牙齿排列位置 的一系列牙齿的改变过程，(5)基于这些数字数据集成形加工一副装置或多副装置。在某 些实施例中，数字数据集可以转化为表示牙齿排列的视觉图像，也可通过视觉图像成形本 装置。获取IDDS和DDS的方法，根据DDS生成视觉图像和根据视觉图像成形加工本装置 的方法，在美国专利第6,398,548号，6,544,611号，5,895,893号，6,244,861号，6,616,444 号，5,645,420号，以及5,447,432号中均有阐述，本文中作为参考文献引用。
初始的数字数据集可以通过在此领域里任何一种公开的技术提供，包括数字化X光图 像技术，计算机辅助X线断层摄影术获取图像技术(CAT扫描)，核磁共振获取图像技术， 照相扫描获取图像技术等等。通过公开的技术，这些图像可以完成三维图形和利用现有技 术进行数字化构建。例如，通过在此领域中的公开技术，生产使用者的牙齿石膏模型(在 治疗前)，再利用激光或者其他扫描设备扫描石膏模型，获取高分辨率的使用者的牙颌模型 的初始数字数据集。
在首选的实施例中，蜡质咬合体使用标准的方法从使用者获取。蜡质咬合体允许使用 者的上下牙颌的石膏模型在中间咬合位置相互间固定。如此，在这个位置的颌的相对位置 的信息就可通过扫描一对模型而获得。这些信息可组合成IDDS用于两个牙弓。
一旦获取数字数据集，图像就可以在装有计算机辅助设计软件的计算机系统上显示和 操作，具体细节描述如下：图像操作通常包括定义至少部分单颗牙齿的边界，取得被移动 的牙齿相对下颌的位置和通过计算机操作获得的其他牙齿的图像。还提供检测牙齿的牙尖 信息的方法。图像操作可以完全凭主观判断进行，也就是使用者可以仅仅基于图像的观测， 简单的根据美学和/或者治疗学上所渴望的风格来重新排列牙齿。也可以，由计算机系统提 供规则和算法来辅助使用者矫正牙齿。在一些实施例中，提供规则和算法来自动地矫正牙 齿也是可以的，也就是说不需要使用者干涉。一旦单颗牙齿被矫正了，牙齿的最终位置的 数字数据集，也就是牙齿排列的理想位置就生成并保存了。
一个决定牙齿最终排列的示范性的方法，是由矫治专家来定义最终牙齿位置，也就是 说写下处方。如何使用处方来定义理想的矫治过程在这个领域中是公开的。当开具一个处 方或者其他最后的指示，就可以根据处方来进行图像操作。在一些实施例中，也可以通过 软件来解释处方，以生成最后得图像，从而使得数字数据集表示最后的牙齿排列状态也是 可行的。
在另一个方面，此处描述的方法是用来生成多元化的数字数据集，它代表了一系列离 散牙齿从初始位置被矫正至最终位置的过程。这些方法包括提供的牙齿初始排列状态数字 数据集(可以通过上述所提到的任何一种技术来完成)；提供的代表最后牙齿排列状态的数 字数据集，也可以通过上面描述的方法来决定；一个多元化的连续数字化或非数字化的数 据集是根据初始数字数据集和最终数字数据集而生成的。通常，通过判断所选牙齿个体的 初始位置和最终位置的位置差异，离散插值这些差异值，来生成连续数字数据集。可以通 过尽可能多的离散步骤来执行插值过程，一般至少三步，常见的是至少四步，更常见的是 至少十步，有时也会是至少二十五步，偶尔也会到四十步或者更多。很多时候，针对一些 部分或所有的位置差异，使用线性插值，或者也可以使用非线性的。
在首选的实施例中，非线性的插值可通过计算机路径规划和碰撞检测技术自动完成来 避免单个牙齿之间的相互干扰。位置差异是对应于牙齿移动的，牙齿上的任意点的最大线 性移动值是2mm左右，通常是1mm左右，经常是0.5mm左右。
通常，使用者会指某些目标中间排列，称之为“关键框架”，这些关键框架直接组成中 间数字数据集。本发明方法就是用上面描述的形式来决定各框架之间的连续数字数据集， 例如在关键框架之间通过线性或非线性进行插值。关键框架可以由使用者决定，例如，个 人可通过计算机上操作觉视图像来产生数字数据集，或者选择通过正畸医生以处方的形式 操作来确定牙齿的最终排列。
另一方面，这里描述的方法规定了一个多元齿科位置移动微调装置的制造。该方法包 括提供一套初始数字数据集、最终数字或非数字数据集，生成一个多元化的连续数字或非 数字数据集，通常如刚才描述地，代表目标牙齿的连续移动过程。牙齿矫治装置是根据代 表连续性的牙齿排列的至少部分数字式数据集构成的。优选地，构建步骤包括成型机的控 制，是根据连续数字式数据集生成通过理想牙齿排列的连续牙齿阳性模具来实现的。通过 使用传统的正压或负压成型技术，将阳性模具作为阴模生产牙齿矫治装置。成型机包括立 体光刻技术(立体平板印刷机)或其类似的设备，它是选择性地硬化未成型的高分子树脂， 通过激光扫描来选择性地硬化基于数字式数据集的树脂，使之成一形状。在本发明中使用 的其他成型设备包括成模设备和蜡沉淀设备。
另一方面，本发明的牙齿矫治装置的制作方法包括提供一套表示使用者修饰后的牙齿 排列的数字式数据集。使用成型机来生成根据数字式数据集产生的阳性模具。牙齿矫治装 置通过作为阳性模具的阴模而生产出来，这个成型机可以是立体光刻机(立体平板印刷机) 或其他上面所述的仪器，阳性模具是通过传统的正压或负压成型技术生产的。
更进一步，这里描述的生产牙齿矫治装置的方法包含提供代表调整后的牙齿排列的第 一组数字数据集。第二组数字数据集由第一组数字数据集产生，第二组数据集代表了调整 后的牙齿排列的阴模。成型机根据第二组数字数据集来生成牙齿矫治装置。成型机通过选 择性地硬化未成形的树脂来生成矫治装置。典型的矫治装置包括一个高分子树脂外壳，该 聚合体外壳具有一腔体形状来容纳被矫治的牙齿，使其从牙齿排列的初始位置调整到重新 排列的位置。
在一些具体实例中，正畸医生通过取得使用者的牙齿压印或者扫描经过一套或多套矫 治装置使用后的最新的中间牙齿排列位置形态，以此来获取前一个阶段治疗的牙齿中间状 态的数字数据集。这样前一阶段治疗后牙齿最后的中间排列状态的数据集被用作产生新一 组数字数据集的起始点，新一组数据集产生的视觉图形代表了一个或更多中间牙齿排列及 最终牙齿排列，并用以制作新的一套矫治装置。
在一些具体的实施例中，最终牙齿排列可以通过两套或更多套的矫治装置的使用来实 现，每一套的矫治装置使牙齿从前一套的矫治装置矫正的位置逐渐地移动。这样，若干套 装置可按照前面描述的法则制造。
使用方法
依照本发明的方法，使用者的牙齿从最初排列到最终排列的矫正是通过在使用者嘴中 放置一系列的启动和起逐渐移位作用的矫正器来实现的。使用者便利的是，该装置不是固 定在牙齿上的，使用使用者在矫治过程中的可以随意安置和取出。该系列中第一个装置将 提供传动循环机械应力使牙齿进入矫治的预备状态，第二个装置将有一个选择性几何形状 使牙齿从最初预备状态矫正到第一个中间排列状态。牙齿进入预备状态所需要的时间可以 是数分钟、数小时甚至几天，比如，大约2小时、约6小时、约10小时、约24小时、约 48小时、约72小时。
在接近或者达到第一个中间排列位置后，一个或者更多的附加的(中间)矫治装置将 依次安装到牙齿上，这些附加的矫治装置具有多个几何形状，选择不同几何形状的装置可 以从第一中间排列位置经由相继的中间排列位置来逐步矫正牙齿。矫正治疗在使用者口中 放入一个最终矫正装置后结束，最终矫正装置是具有一几何形状，使使用者的牙齿从最后 一个中间排列慢慢的重新移动到最终的牙齿排列位置。本系列矫治装置中的最终一个或几 个矫治装置都是具有一个或者多个几何形状，选择这些具几何形状的装置能够对牙齿排列 实现过矫正，即有一个几何形状将(假如完全实现的话)移动单个牙齿直至超出被指定的 最终排列位置。这类过矫正在重排方法已经结束后对抵消潜在的复位是很有必要的，即允 许单个牙齿向矫治前的位置回退移动。过矫正对加速矫治也非常有用，例如将一个具有几 何形状的矫治装置放在超出预期中间排列或者最终排列的位置，能够以更高的速率将各个 牙齿朝指定位置移动。在这类情况下，可以在牙齿到达最终的一个或多个矫治装置预先设 置的位置前结束治疗。本方法通常利用放置至少两个附加的矫治器装置来实现，经常的通 过放置至少10个附加的矫治装置来实现，有时候需要放置至少25个附加的矫治装置，少 数情况需要放置至少40个或者更多的附加的矫治装置。当牙齿接近(在预先设定误差允许 范围内)或者已经到达该阶段治疗最终目标牙齿的排列位置时，后续的矫治装置将被替换 上，典型的以2天到20天的间隔进行替换，通常情况下以5天到10天的间隔进行替换。
通常在理想的情况下，需要在实际到达阶段治疗“最终”牙齿排列位置之前的某个时间 替换矫治装置，值得注意的是，当牙齿逐渐被矫正并接近某个矫治装置限定的几何形状的 时候，作用在各个牙齿上面的应力会显著减小。因此，当牙齿只是部分矫正的时候就将前 面的矫正装置替换成后续的矫正器，这样就可以缩短整体的治疗时间。在早期矫治装置已 经生效某个时间点，就可以使用后续的矫治器将其替换从而减少整个治疗时间。因此，FDDS 方法事实上代表了牙齿最终位置的过矫正，它不仅加快了治疗的速度还能抵消使用者的复 发的几率。
总体而言，从一个到下一个矫治装置替换是由许多因素决定的，最简单的，可以根据 预先拟定的时间表或者固定时间间隔(如每个矫治器用的天数)来替换矫正装置，这些都 是在开始阶段就根据使用者的期待或典型的反应来确定好的。另一种方法，根据使用者的 实际反应，如某使用者的牙齿不再感受到来自现有矫治装置的压力的时候，即使用者一直 佩戴的矫治装置很容易地安装到使用者的牙齿上，并且使用者的牙齿只体验到很小压力或 者体验不到任何压力与不适，此时使用者就可以提前更换下一个矫治器。在某些案例中， 对于某些牙齿反应很快的使用者，正畸医生可以决定跳过一个或者更多中间矫治装置，即 减少矫治装置使用的总数，低于一开始拟定的数目。这样，该使用者的总体治疗时间就会 减少。
另一方面，本发明的方法包括用装置重新排列牙齿(矫正牙齿)，该装置包括拥有空腔 的高分子材料外壳，牙齿被包绕在壳体空腔内灵活地被复位到最终的排列位置。本发明提 供对这类方法的改进，这类方法包括在治疗初期拟定至少三个矫治装置的几何形状，这些 矫治装置将被使用者陆续佩戴用，将牙齿从初始排列重排矫正到最终排列位置。优选地， 在初期至少拟定四副几何形状的矫正装置，通常至少10副，更经常的至少25副，某些时 候40副或者更多。通常情况下，在每个连续的矫正装置的形状中由空腔限定的牙齿位置与 前一副几何形状的差距不超过2mm，最好是不超过1mm，通常不超过0.5mm，如前所述。
本系统可以用来治疗或者预防的口腔正畸症状，如排列不齐、拥挤、间隙、深覆盖、 覆咬合问题，以及上述症状组合出现的状况等。
上述是对本发明优选实施例的详细说明，各种备选方案、修饰和相当的条件都是可以 用。因此，上述说明不能作为对权利要求指定的本发明的范围的限制。