技术领域
[0001] 本
发明涉及一种个性化唇舌侧正畸矫治器的制作方法。
背景技术
[0002] 随着正畸患者对矫治器的美观性要求越来越高，隐形矫治已经越来越多地被正畸医师所关注。为此出现了几种隐形的矫治技术，如陶瓷托槽矫治器、Invisalign矫治器、舌侧矫治器等，但既能做到真正隐形又能
治疗各种错牙合畸形的矫治器只有舌侧矫治器。近十余年来，舌侧矫治技术的倡导者通过大量的临床实践和探索已使舌侧矫治技术成为一种成熟、高效的固定矫治技术，同时也是
口腔正畸临床领域中的一项热
门技术。但是，舌侧矫治器粘接的精确、弓丝弯制
精度以及唇舌侧矫治器本身的制造精度都将直接影响矫治的效果。
[0003] 上个世纪70年代，Fujita与 Kurz等发明的舌侧矫治器 ：将特殊设计托槽粘接于
牙齿舌侧进行正畸治疗，为了弥
补牙体舌面巨大的解剖变异，舌侧技术使用较厚的粘接剂来填补牙面与托槽之间的间隙，从而达到舌侧托槽槽沟的线性化，这就大大的增加了托槽底的厚度，严重影响了患者的舒适性。虽然在八十年代曾经
风靡一时，但很快由于其复杂的操作，难于精确控制牙齿移动等问题被大多数临床医生所放弃。2001年德国Wiechmann在数字化的
牙冠模型上进行了模拟排牙和个性化托槽设计，实现个性化矫治，降低了托槽厚度，提高了患者舒适度，在临床上得到正畸同行的认可，但是该系统没有考虑
牙根位置的信息。
[0004] 上世纪90年代末，锥形束 CT（cone beam computed tomography ，CBCT）的出现及Mozzo 等首次将CBCT机用于口腔领域，克服了二维平片的局限及CT的大
辐射量、高价格的缺点，真正开创了口腔医生从二维时代进入了三维时代的条件。近几年来，CBCT 在正畸领域的应用也日益广泛，作为正畸辅助诊断的重要手段，锥形束CT大大提高了
口腔正畸诊断的精确性及方案制定的正确性，尤其在生长、发育及矫正前后三维评价上已被普遍使用。但是，目前有关整体牙齿的轴倾
角和转矩的测量的相关研究较少，而且还未进行整体牙齿三维空间信息参考值的建立。
[0005] 周晶于2009年建立了包括牙根的三维
牙颌模型重建系统，将牙根与颌骨纳人
计算机系统中排牙以进行正畸矫治器设计，但所采用的手动重叠方法操作复杂，不能避免人为因素对重叠精度的影响。
[0006] 叶年嵩、赖文莉在
专利CN 102113916 B（一种制作个性化托槽的方法）中，虽然使用了CBCT拍摄获取了患者牙列、
牙槽骨和颌骨的三维模型，但是并未对包括牙冠和牙根在内完整的整体牙给予分析和测量，仍然是仅仅依靠对牙齿的牙
冠部分的分析测量来作为牙齿的轴倾度、倾斜度和冠凸度。所定义的轴倾角为牙冠长轴与牙合平面垂线所组成的夹角；所定义的倾斜度是指在牙齿近远中面中牙冠唇面中点的切线与牙合平面垂线的夹角；所定义的牙长轴为
牙尖到根尖的连线，因为后牙为多根牙，非牙根几何中心与牙尖连线所定义的牙长轴，会误导牙齿的矫治，往往会造成矫治后牙齿的不利旋转。另外，还忽视了牙根在牙槽骨中的位置关系，在此
基础上制作的托槽，难以避免骨开窗、骨开裂等并发症的发生，很难保证正畸治疗效果的平衡和稳定。
[0007] 唐敏、郭宏铭、白玉兴、厉松在2012年发表的《三维整合牙颌模型在个性化舌侧托槽
计算机辅助设计中的应用》中，将错牙颌患者的头颅进行锥形束CT扫描，以及牙列
石膏模型的激光扫描，对获取的两种三维模型，采用
软件配准的方法将两种数字化模型重叠，
切除锥形束CT模型牙冠部分，获得三维整合牙颌模型。然后，对三维整合牙颌模型进行数字化排牙，在排牙模型上进行个性化舌侧托槽计算机辅助设计。此时，三维整合牙颌模型中的锥形束CT的牙根仅用于观察在排牙过程中，有无牙根外露于牙槽骨和牙根明显不平行的情况，但是并未完全按照整体牙的实际牙长轴进行调整和校准。
[0008] 真正的个性化舌侧矫治器，应当是基于整个牙体的精确测量、合理的虚拟排牙，不但要考虑牙冠数据，还要考虑牙根数据、牙合平面、颅颌关系以及功能运动等重要因素。目前，国内外学者对牙齿的三维位置进行过研究，试图依据经典直丝弓理论探讨牙齿的转矩及倾斜度。Elslande等应用三元测定器（角度测量的金标准）和锥形束CT（CBCT）研究认为同传统的全景片比，用CBCT扫描后重建的全景片对于牙根近远中倾斜度的测量结果更接近其真实倾斜度。Song等认为CBCT扫描后重建的全景片可作为测量牙根近远中倾斜度的有用工具。然而研究结果均未能实现Andrews定义的关于牙齿转矩及倾斜度测量。
发明内容
[0009] 本发明的目的，是要提供一种个性化唇舌侧正畸矫治器的制作方法，根据患者牙齿的唇舌侧面形态，制作个性化的唇舌侧正畸矫治器，制作出的托槽分为两部分，一部分为托槽的托槽体；另一部分为托槽的个性化托槽
底板。矫治器中托槽的托槽体上含有国人正常整体牙（牙冠、牙根）参考值的三维数据（整体牙轴倾度、整体倾斜度和整体牙凸度）。同时，设计的托槽底板与牙齿的唇舌侧面完全贴合，增强底板与牙齿唇舌侧面的粘结强度。
[0010] 本发明是这样实现的，所述一种个性化唇舌侧正畸矫治器的制作方法，步骤包括：
[0011] 1）利用锥形束CT三维影像技术获得包括患者牙齿、牙列、牙槽骨及颅颌面骨骼结构在内的三维影像信息，其中，定义所述牙齿为包括牙冠和牙根在内完整的整体牙，所述三维影像信息包括每颗牙齿进行
三维重建后的三维牙列模型；
[0012] 2）结合牙槽骨的宽度、长度和高度情况，利用Dolphin Imaging软件，按照国人正常牙合整体牙的三维数据参考值，对步骤1）获得的三维牙列模型的每颗牙齿进行排牙试验，从而得到适合患者的理想正常牙列形态；所述三维数据参考值是指国人正常牙合的整体牙轴倾度、整体牙倾斜度以及整体牙凸度的参考值，包括定义：
[0013] a.实际牙体长轴：是指牙齿的牙冠几何中心点和牙根几何中心点的连线所成的直线，且定义所述牙冠几何中心点和所述牙根几何中心点允许在该连线内或该连线的延长线上移动；
[0014] b.整体牙轴倾度：是指在每颗牙齿的近远中方向平面上，以上或下牙列的两颗中切牙的中线为参考，由后向前的方向为向近中、由前向后的方向为向远中，实际牙体长轴在所述近远中方向平面上的投影与牙合平面垂线所组成的夹角；整体牙轴倾度在实际牙体长轴的根端向远中倾斜时为正值，向近中倾斜时为负值；
[0015] c.整体牙倾斜度：是指在每颗牙齿的唇颊——舌腭方向平面上，实际牙体长轴在所述唇颊——舌腭方向平面上的投影与牙合平面垂线所成的夹角；整体牙倾斜度反映了牙齿的唇颊——舌腭向倾斜度，不同牙齿有不同的整体牙倾斜度；
[0016] d.整体牙凸度：是指在牙合面方向上，上或下牙列的两颗中切牙的近中邻接点、以及一侧尖牙、第二前磨牙和第二磨牙的牙冠唇侧最凸点的代数曲线，经过镜像投影形成对称的对侧曲线，两侧相连的曲线共同组成一条完整的牙列曲线，牙齿牙冠的几何中心点到该牙列曲线的垂直距离；
[0017] 所述排牙试验的步骤包括：
[0018] ①测量患者每颗牙齿的整体牙轴倾度α`，以国人正常牙合的整体牙轴倾度α作为参考值，对测量的整体牙轴倾度α`进行调整，从而排齐牙列；
[0019] ②测量患者每颗牙齿的整体牙倾斜度β`，以国人正常牙合的整体牙倾斜度β作为参考值，对测量的整体牙倾斜度β`进行调整，从而排齐牙齿；
[0020] ③测量患者每颗牙齿的整体牙凸度γ`，以国人正常牙合的整体牙凸度γ作为参考值，对测量的整体牙凸度γ`进行调整，从而排齐牙齿；
[0021] ④根据患者牙槽骨的宽度、长度和高度情况，确定患者理想弓形的宽度、长度和高度，以此来选取合适的标准弓形图，牙槽骨的宽度、长度和高度通过Dolphin Imaging软件在锥形束CT拍摄获得的三维牙列模型上进行测量，选取的标准弓形图为目前临床上的三类标准牙列形态，即尖圆形、卵圆形或方圆形；
[0022] ⑤依据正常牙合六项标准，在排牙试验后，对患者的理想正常牙列形态及咬合关系进行校准，建立尖牙、磨牙的中性关系，以及前牙正常的覆牙合
覆盖关系；
[0023] 3）根据所述三维数据参考值，包括国人正常牙合的整体牙轴倾度、整体牙倾斜度以及整体牙凸度的参考值，在对应牙齿的唇舌侧金属托槽体上预制整体牙轴倾度、整体牙倾斜度和整体牙凸度的三维数据；
[0024] 4）个性化唇舌侧托槽底板和个体化弓丝三维模型的构建：利用计算机辅助设计与
计算机辅助制造CAD/CAM技术，在Pro/Engineer软件中，绘制个性化唇舌侧托槽底板和个体化弓丝，并使个性化唇舌侧托槽底板与唇舌侧金属托槽体的图像数据整合在一起，使得唇舌侧金属托槽体和个性化唇舌侧托槽底板成为一体，有效保证了个性化唇舌侧托槽与每颗牙齿的最适性达到最大，并有利于槽沟三维数据的充分表达；
[0025] 5）根据个体化弓丝的三维模型，弯制个体化弓丝；
[0026] 6）利用粉末
冶金——放电等离子
烧结系统经过生产粉末、
压制成型、烧结及后处理过程完成个性化唇舌侧托槽的制作，并对个性化唇舌侧托槽进行适当的
抛光处理；
[0027] 7）将制作好的个性化唇舌侧托槽逐一安放在原始牙列石膏模型上，采用两次压膜成型法制作个性化粘结托盘；
[0028] 8）将制作完成的个性化唇舌侧托槽连同个性化粘结托盘送至临床，由正畸医师进行粘结操作，进行个性化唇舌侧的正畸治疗。
[0029] 本发明所述步骤 2) 中，将DICOM格式的三维牙列模型中整体牙的三维影像信息导入Dolphin Imaging中，测量患者治疗前每颗牙齿的整体牙轴倾度α`、整体牙倾斜度β`和整体牙凸度γ`，并根据国人正常牙合的整体牙轴倾度α、整体牙倾斜度β以及整体牙凸度γ的参考值进行调整。
[0030] 本发明所述步骤 5) 中，个体化弓丝的弯制是通过连接到电脑上的弯制
机器人完成的，机器人包括一只主动臂和一只从动臂，从动臂握持并
定位弓丝，主动臂根据Pro/Engineer中绘制的弓丝转折点进行逐一弯制，完成个体化弓丝的制作；也可以选择人工手工弯制的方法，根据个体化弓丝设计的弯制点及弯制角度和方向，使用手工器械对弓丝进行弯制成型。
[0031] 国人正常牙合整体牙轴倾度、整体牙倾斜度（单位：度 误差：±10%）、整体牙凸度（单位：毫米 误差：±10%）
[0032]
[0033] 上述国人整体牙凸度数据在参考牙冠唇面轴嵴最凸点到牙齿邻接点垂直距离的基础上，作为制作个性化舌侧托槽底板的参考值，可以恢复良好的弓形弧度。另外，在进行制作个性化唇侧托槽时，需要对上述参考值及牙列代数曲线进行相应的转换。
[0034] 本发明的有益效果是，通过本方法制作的个性化唇舌侧正畸矫治器，可以把整体牙齿移动到一个比较精确的位置，实现牙齿整体位置的高可控性定量的移动，并将牙根置于理想位置。不仅满足了特殊人群的需要，而且降低了矫正后的复发，避免骨开窗、骨开裂等并发症的发生率，实现正畸效果的平衡和稳定。
附图说明
[0035] 图1是本发明所述一种个性化唇舌侧正畸矫治器制作过程示意图。
[0036] 图2是本发明所述托槽粘在整体牙上的侧面示意图。
具体实施方式
[0037] 下面结合附图对本发明进行说明，如图1、2所示，本发明的唇舌侧矫治器制作方法的步骤如下：
[0038] 1）通过三维影像技术获得患者的牙齿、牙列、牙槽骨及颅颌面骨骼的三维影像信息：利用锥形束 CT （NewTom VGi，意大利QR公司），参数（6.2mA、90kvp、pixel 0.03mm~0.4mm、40~135 uSv）投照颌面部，获取颌骨及牙列的
断层图像，选择使用空间
分辨率不小于
0.5mm的
体素，以 DICOM 格式保存。再利用Dolphin Imaging(美国FDA认证的Ⅱ类医疗器械)软件从断层图像上对每颗牙进行三维重建，将每颗牙的三维文件以 STL 格式保存。
[0039] 2）模拟排牙，排列出适合患者的理想牙列形态：使用Dolphin Imaging(美国FDA认证的Ⅱ类医疗器械)，依据Andrews 正常牙合六项标准对患者每颗整体牙（含牙根）的排列进行校准，特别注意避免矫治后骨开窗、骨开裂问题的发生，获得适合患者的理想弓形。
[0040] ①确定每颗牙齿的整体牙轴倾度：即在每颗牙齿近远中方向平面上（以上或下牙列的两颗中切牙的中线为参考，由后向前的方向为向近中、由前向后的方向为向远中），实际牙长轴在近远中平面上的投影与牙合平面垂线所组成的夹角(α`)，按照国人正常整体牙轴倾度（α）参考值，对测量患者的每颗牙齿的整体牙轴倾度α`进行调整排齐牙列。
[0041] ②确定每颗牙齿的整体牙倾斜度：即在每颗牙唇颊——舌腭方向平面上，实际牙长轴在唇颊——舌腭平面上的投影与牙合平面垂线所成的角（β`），按照国人正常整体牙倾斜度（β）参考值，对测量患者的每颗牙齿的整体牙倾斜度β`进行调整排齐牙列。
[0042] ③从牙合面方向上，依据国人正常牙合整体牙凸度(牙列中两中切牙近中邻接点、一侧尖牙、第二前磨牙和第二磨牙的牙冠唇侧最凸点所形成的代数曲线，经过镜像投影形成对称的对侧曲线，两侧相连的曲线共同组成一条完整的牙列曲线，牙冠的几何中心点到牙列曲线的垂直距离γ`，按照国人正常牙合理想牙列形态中每颗整体牙凸度γ，对实际测得的患者的每个牙齿的整体牙凸度γ`进行调整排齐牙列；
[0043] ④根据患者牙槽骨的宽度、长度和高度情况，确定患者理想牙列的宽度、长度和高度，以此来选取合适的标准弓形图，牙槽基骨的宽度、长度和高度通过Dolphin Imaging(美国FDA认证的Ⅱ类医疗器械)软件可在锥形束CT（NewTom VGi，意大利QR公司）拍摄获得的三维影像模型上进行测量，选取的标准弓形图为目前临床上通用的三类牙列形态（尖圆形、卵圆形、方圆形）。
[0044] ⑤依据正常牙合六项标准，虚拟排列后患者的理想牙列形态及咬合关系进行校准，建立尖牙、磨牙中性关系及正常的覆牙合覆盖关系。
[0045] 经过以上步骤，获得适合患者个体的理想牙列形态，使得正畸矫治方法和过程更加科学合理，牙齿的牙根排列在牙槽骨内，达到了治疗后平衡和稳定的目标，有效地避免了骨开窗、骨开裂问题的发生。
[0046] 3) 根据测得的国人整体牙（牙冠和牙根）三维数据（整体牙轴倾度、整体牙倾斜度和整体牙凸度）的正常参考值，在相对应牙的个性化唇舌侧金属托槽体上预制整体牙三维数据的轴倾度和倾斜度。
[0047] 4）个性化唇舌侧托槽底板和个体化弓丝三维模型的构建：
[0048] ①以颌内双侧第一磨牙临床冠中心点、中切牙临床冠中心连线的中点确定平面。此平面为矫治结束时的目标平面，从而保证个性化唇舌侧托槽在矫治后所有槽沟处在同一平面上。
[0049] ②在Pro/Engineer软件中，利用计算机辅助设计与计算机辅助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技术，绘制个性化唇舌侧托槽底板和个体化弓丝的数字化图像信息。
[0050] ③将个性化唇舌侧托槽体逐个定位于弓丝上，使每个个性化唇舌侧托槽体的槽沟与弓丝完全吻合。在CAD中将个性化唇舌侧托槽底板与个性化唇舌侧托槽体的图像数据融合在一起，使个性化唇舌侧托槽底板和个性化唇舌侧托槽体成为一个整体，有效保证了托槽与每个牙的最适性达到最大。
[0051] 5）根据个体化弓丝的三维模型，弯制个体化弓丝。
[0052] 个体化弓丝的弯制是通过连接到电脑上的弯制机器人完成的，机器人包括一只主动臂和一只从动臂，从动臂握持并定位弓丝，主动臂根据Pro/Engineer中绘制的弓丝转折点进行逐一弯制，完成个体化弓丝的制作；也可以选择人工手工弯制的方法，根据个体化弓丝设计的弯制点及弯制角度和方向，使用手工器械对弓丝进行弯制成型。
[0053] 6）利用
粉末冶金技术——
放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）系统完成整体托槽的制作，对个性化托槽进行适当的抛光处理。
[0054] ①生产粉末：包括粉末的制取、粉料的混合，为改善粉末的成型性和可塑性通常加入机油、
橡胶或
石蜡等
增塑剂。
[0055] ②压制成型：粉末在15-600MPa压
力下，压成所需形状。
[0056] ③烧结：在一定保护条件下的高温炉或
真空炉中进行，烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、
熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。
[0057] ④后处理：对于尺寸要求精度高并且有高的硬度、
耐磨性的托槽，还要进行烧结后处理，包括精压、滚压、
挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
[0058] 7）将制作好的个性化唇舌侧托槽逐一安放在原始模型上，采用两次压膜成型法制作个性化托盘。为了实现临床粘结托槽时的准确，快速和高效，将制作好的个性化唇舌侧托槽逐一安放在原始模型上，两次成型法，在安放有托槽的石膏模型上制作压膜式个性化托盘。
[0059] 8）上述制作的个性化舌侧矫治托槽连同个性化粘结托盘送至临床，由正畸医师进行间接粘结，进行正畸治疗。
[0060] 上述技术方案优先用于制造个性化舌侧矫治器，也可用于个性化唇侧矫治器的制作。
[0061] 本发明由于采用了以上的技术方案，首先运用高分辨率锥形束CT成像技术获取包含牙根的牙、牙列、牙槽骨及颅颌面骨骼的三维影像学信息，在计算机中，利用功能强大的
图像处理软件Dolphin Imaging(美国FDA认证的Ⅱ类医疗器械)，依据国人正常牙合的三维数据设定每颗整体牙轴倾度、倾斜度和凸度来进行排牙，本发明中的排牙方法可以准确的定位正畸治疗后牙根的位置，而且可以精细地调整咬合关系和覆牙合、覆盖关系。排牙完成后再利用计算机辅助设计和加工技术（CAD/CAM）为上、下牙列设计个体化弓丝图，为每颗牙单独制作贴合度极高的个体化唇舌侧托槽底板，利用粉末冶金技术——放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）系统完成整体托槽的制作，并对个性化托槽进行适当的抛光处理，SPS系统在制作过程中加热均匀，升温速度快，烧结
温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，符合
生物相容性的要求。最后，利用个性化托盘实现临床上唇舌侧托槽准确、方便快速地粘结。每颗托槽的底板则包含了第一、第二、第三序列弯曲，个体化的矫治弓丝配合槽沟进行矫治三维数据的表达。运用此方法设计制作的个性化唇舌侧正畸矫治器，可以把整体牙科学地移动到一个比较精确的位置，实现了牙整体位置的高可控性定量的移动，并将牙根置于理想位置，不仅满足了特殊人群的使用需要，而且降低了矫正后的复发率，避免骨开窗、骨开裂等并发症的发生率，实现正畸效果的平衡和稳定。
[0062] 目前，粉末冶金技术——放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，简称SPS）是制备功能材料的一种全新技术，它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，可用来制备金属材料、陶瓷材料、
复合材料，也可用来制备纳米
块体材料、非晶
块体材料、梯度材料等。SPS的工艺优势十分明显：加热均匀，升温速度快，烧
结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致
密度的材料，可以烧结梯度材料以及复杂
工件，完全可以满足托槽的制作需要。
[0063] 未经正畸治疗的正常牙合群体中牙可能存在着某些差异，但却都符合正常牙合六项标准，偏离其中任何一项或几项，即会造成牙合关系异常。正常牙合六项标准是牙合的最近自然状态，是正常牙合的静态的、形态学标准，也是正畸治疗的目标。
[0064] 治疗样板病例：应用本发明专利制作的托槽进行个性化正畸治疗，依据国人正常牙合整体牙轴倾度、整体牙倾斜度、整体牙凸度进行排牙试验，分别测量治疗前后三个数据的指标，从结果上看，均取得了有利的变化。
[0065] 治疗前整体牙轴倾度、整体牙倾斜度、整体牙凸度测量值
[0066]
[0067] 治疗后整体牙轴倾度、整体牙倾斜度、整体牙凸度测量值
[0068]
[0069] 以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。
