CN103889364A - 正畸装置 - Google Patents

Abstract

一种正畸矫正器(10)，该矫正器当安装在患者的牙齿(12)上时可以从初始形状变形到变形后的形状以在牙齿上施加载荷，以便将牙齿移动到牙矫正术中想要的位置，该矫正器由聚合物材料制成，该材料在持续变形一段时间，例如超过一天和直至或超过两星期，之后，可以产生促使其恢复至初始形状的持续的弹性恢复应力。在这段时间加在牙齿上的弹性应力载荷比已知的矫正器材料更大幅度地使与牙齿根部相邻的骨骼(24，26)重新成型。

Description

正畸装置

技术领域

该发明涉及一种正畸装置，尤其涉及一种正畸校正器。

背景技术

正畸装置代表了所有致力于改善患者咬合的矫正性牙矫正术的主要部件。在传统的牙矫正术中，整牙医生或助手将正畸装置，例如正畸托架，固定在患者的牙齿上，并使弓丝结合到每个托槽的槽内。弓丝施加迫使牙齿移动到正畸术意义上的正确位置的矫正力。传统的绑扎线，例如小的人造橡胶0形环或细金属线，被用于将弓丝保持在各个托槽的槽中。由于在各个托槽单独绑定时所遇到的困难，已经开发出来了自锁正畸托槽，正畸托槽无需通过依靠可移动的闩扣或滑块将弓丝保持在托槽的槽内就能实现绑扎。传统的正畸托架一般由强度较高、无吸收性、可焊接并相对容易成形和机加工的不锈钢制成。然而，接受使用金属正畸托架的牙矫正术治疗的患者可能会因为可以看到影响美观的金属而感到尴尬。为了实现金属托架的不可见性，一些传统的正畸托架包括透明或半透明非金属材料的托架主体，例如清澈或半透明的聚合物或者清澈或半透明的陶瓷，所述聚合物或陶瓷呈现出与其下方牙齿相同的颜色或明暗。

正畸托架的替代方案包括不需要固定在患者牙齿上的装置。这些装置包括在矫正过程中可由患者互换的所谓的“矫正器”。由此，临床医生可以开一系列矫正器的处方，这些矫正器一般放置在患者的牙齿上，而不是粘附固定或者以其他方式附着在牙齿上，以便将一个或多个牙齿从其初始位置移动到较美观的位置。典型的是完全治疗一个患者需要一系列矫正器，因为每个矫正器的移动幅度都有限。照这样，在按顺序使用矫正器时，序列中的每个矫正器被设计用来完成一部分治疗过程或者使一个或多个牙齿移动到达目标位置的整个距离的一部分。

有一种矫正器系统是Align技术股份有限公司的的Invisalign

系统。Invisalign

系统包括可移除的、由患者戴着的矫正器。一般而言，这些矫正器是清澈或透明的聚合物正畸装置，这些装置布置在上颌骨的牙齿和／或下颌骨的牙齿上并可去掉。在该系统中，作为治疗过程，患者佩戴第一个有专门处方的矫正器几天或几星期，然后去掉第一个矫正器并用第二个有第二个不同处方的矫正器来代替第一个矫正器。每个矫正器负责使牙齿朝着它们最终的预定位置或矫正术意义上正确的位置移动。

接受这些类型的系统治疗的患者经常经历未按临床医生开始预计的那样进展的治疗过程。特别是在治疗过程中的某个时候，患者不能将在系列中的下一个矫正器安装到他／她的牙齿上。这一般是因为先前的一个或多个或每个矫正器未能成功地将牙齿移动到处方规定的位置上。当先前的一个矫正器不能引起牙齿的预定定向时，后来的矫正器可能无法按照计划与牙齿准确配合。从而，后来的矫正器可能无法将牙齿移动到其最终的预定位置。牙齿所在的位置因此位于与根据其治疗计划所应达到的位置不同或者被错放位置。这些单次错位误差的累积经常妨碍系列中下一个矫正器的放置。典型的是，当这种情况发生时，治疗过程必须“重启”。也就是，整牙医生可能需要通过制作牙齿的模型或者扫描牙齿来确定牙齿的实际位置。一旦牙齿的实际位置已知，就能确定错位误差并开一个或多个额外矫正器的处方来纠正先前矫正器所未矫正的误差。以此方式，新的、额外的矫正器可使患者重回原来治疗过程的正轨。纠正原来治疗过程中牙齿移动的误差是不希望看到的，因为这样需要额外去牙矫正医生的办公室，并且延长治疗时间和增加治疗成本。

因此需要能够将牙齿移动到预定位置但较少需要纠正误差的正畸装置。同时也需要能够承受口腔环境中的生化环境，但力学和美学特性都不会有显著劣化，并且在治疗过程中不会对患者牙齿产生其他有害作用的聚合物正畸装置。

发明内容

根据本发明的原理能满足以上提到的需求，该发明的原理一方面勾画出一种正畸装置，如矫正器，或者任何其他由连续聚合材料制成有两个或两个以上的牙齿顺应腔(tooth-conforming cavity)的装置，在使用中，当所述装置安装在患者的牙齿上之后就从开始形状弹性变形到变形后的形状，这样，聚合物材料产生初始弹性恢复应力。与现有技术中所用的材料不同，该装置材料如此选择，使其能够产生驱动聚合物材料从变形后的形状变回至初始形状的连续弹性恢复应力，尽管聚合物材料已经连续变形到所述变形后的形状超过一天，在一些实施例中甚至超过两星期或者更长。

在一个实施例中，一种根据发明一方面的装置产生初始的、连续和不断进行的弹性恢复应力，该应力足够在两星期之后导致齿根附近的骨骼重新定型，因而能比在短时间使用后就塑性变形的弹性材料制成的装置产生更大的和更精确的牙齿运动。

在此介绍的实施例中，识别出合适的聚合物材料，所述材料的特征在于具有粘弹性材料的特性和足够长的应力释放时间，该应力释放时间长到可以产生连续的压力，以在最初安装该装置20天后使与被接合的牙齿相邻的骨骼重新成型。

在其他方面，该发明勾画出一种移动患者牙齿的方法，该方法包括将以上描述的装置应用在患者的牙齿上，从而该装置弹性变形并产生初始弹性恢复应力以及超过一天的持续弹性恢复应力，在一些实施例中持续弹性恢复应力会持续超过两星期或更长。

附图说明

结合到本说明书中并构成本说明书组成部分的附图示出了本发明的实施例，并与后续给出的详细说明一起对本发明的各个方面更好地进行解释。

图1是本发明的一个实施例的透视图；

图2是用于测试各种市售聚合物材料的测试固定器的照片；

图3是示出了通过使用图2中所示测试固定器中的聚合物材料条而得到的变形或构造在两星期(14天)，5天和2天后的照片；

图4示出了人类牙齿和周围组织的解剖结构；

图5示出了图4所示牙齿在其上放置矫正器以后的定向。

具体实施方式

一般来说，本发明的一个实施例包括能够根据预定治疗方案来移动牙齿的正畸装置。具体地，正畸装置有可使一个或多个牙齿从一个方位移动到另一个方位，这推进牙齿的整个定向向着它们的最终美学位置移动。

在本发明的一个实施例中，可将一系列的单个正畸装置用于完全的正畸治疗。相应地，该系列中的每个装置可以使一个或多个牙齿移动既定的量。这些单个移动量的累积就可以完全治疗患者的咬合不正。

仅仅作为例子，在一个实施例中，正畸装置可包括矫正器。这样的矫正器可与美国专利第6,450,807号中的矫正器相似，但制作矫正器的聚合物材料不同，这在下面有详尽描述，该专利通过引用而整体包括在本文中。该矫正器可以构造来配合到在下颌骨或者上颌骨上的多个牙齿或者封装这些牙齿。已知这样的矫正器不能例如使用粘接剂或者扣件来固定在患者的牙齿上。反之，这些矫正器可以设计成根据矫正器本身的形状来耦合到一个或多个牙齿上。就此而言，患者在治疗过程中能够在没有整牙医生帮助的情况下拿掉或者重新安装矫正器。

参见图1，在一个实施例中，矫正器10可以是一系列矫正器中的一个或其中的一部分，所述一系列矫正器的处方通过将患者下颌骨14上一个或者更多牙齿12从它们的错位位置移动到正畸术中正确的位置来治疗患者咬合不良。例如，根据本发明一个实施例，矫正器10可以使牙齿12从一个方位移到另一个方位。该移动可以根据包括开始方位和最终方位的治疗方案预先确定。开始方位可以是治疗开始前的初始方位或者由先前的矫正器或者其他正畸装置确定的中间的牙齿方位。一系列矫正器中的任何矫正器10的最终方位可包括在开始方位和最终方位之间的中间位置或者可以是在治疗结尾阶段观察到的美学上的正确位置。就此而言，在本发明的一个实施例中，治疗咬合不良的系统可包括一系列矫正器10，它们构造各不相同，足以实现预定的治疗方案。相应地，每个矫正器可以递增地使一个或多个偏移的牙齿从它们的错位位置向着它们的美学上正确的或者最终的位置移动或移动到所述正确或最终的位置。本发明的实施例包括可以不用粘接剂或此类物品固定在患者牙齿上的矫正器，但可以理解，根据本发明的实施例，该装置包括粘接固定在患者牙齿上的正畸装置。具体地，本装置的实施例在治疗过程中可以粘接连接到另一个正畸装置上和／或患者的牙齿上。此外，虽然没有显示在图中，但可以意识到该装置可替代地使用在下颌骨上或者在上、下颌骨上。

例如，矫正器10可与美国专利第6,450,807号中的矫正器在形状上相似。就此而言，矫正器10可以大致对应于颌骨14上的一个或多个牙齿12的形状，矫正器置于这些牙齿12上。矫正器10可以封装或者几乎复制各个牙齿12的逆转形状。然而，也有牙齿12与矫正器10接触但与矫正器10不配对或者不符合矫正器10的形状。相应地，在一个或多个牙齿12与矫正器10之间可能有未对齐的情况。由于所有牙齿和矫正器10之间未完全对齐，矫正器10的一部分可能变形或弹性绷紧并产生弹性应力。该应力性质可能是张力，剪力或者压力。该应力典型地在各个牙齿上产生反向的载荷。在治疗期间，至少一个牙齿会移动以至少部分缓解这个相反的载荷。这样就能得到期待的牙齿移动。

为了更好地理解矫正器的操作模式和当前矫正器的制造材料，测试了一些制作市售矫正器的市售聚合物，以确定它们在近似的模拟口腔环境中对在拉伸变形下的塑性变形的抗性。就此而言，从真空成型的矫正器类似物上切下的每种材料的直条(未显示)初始厚度是0.030英寸(0.75mm)。测试的聚合物是1)可从加利福尼亚Bay Materials LLC获得的Zendura

，2)可从Great Lakes实验室获得的Biocryl，和3)从Adell Polymers获得的Triplast。参见照图2，设计了正弦曲线(以得到连续的形变)的测试固定器16用于检测这三种矫正器材料(如上)的材料特性。固定器16包括30个直径为0.125英寸的不锈钢销18，销18在0.5英寸的中心压入塑料块。固定器16由6排、每排5个销18组成。图2是在销之间系有材料条的固定器16的照片(每种材料有2条)。加载后的测试固定器16放在37℃的水浴中(未显示)。

典型的，以上所述材料的矫正器的推荐磨损期大概是2星期。照这样，对于初始的测试，每根材料条20置于水浴中并系在销18之间达两星期。如图3中所示，两星期以后，每根材料条20都接受了“设定”。换句话说，每个聚合物材料条20呈现出测试固定器16所赋予的塑性变形的形状并在两星期后本质上永远符合该构造。当把材料条20从固定器16取下以后，没有可观察到的变回至初始直线构造的弹性恢复。

图3中还可看到，在把测试时间减少到5天之后，也可以观察到同样的结果。并且如图所示，2天的测试产生与5天和14天一样的测试结果。1天或者24小时的测试(未显示)也产生相同的结果。总之，每个聚合物材料条20在指示的时间周期后塑性变形至由测试固定器决定的设定位置。可以观察到在固定器16中短短24小时后，没有测试条产生视觉上可察觉的向其初始直线形状的恢复。申请人观察到市场上所用材料的这一特征是有问题的，并对正畸治疗具有显著影响。例如但不受任何理论的约束，作为矫正器材料快速塑性变形的结果，认为在这几种聚合物制造的矫正器所施加的弹性应力载荷在使用最初的24小时后会迅速减小。就此而言，尽管开始施加的弹性应力足够高，可以重塑骨骼，在体外24小时之后，人们怀疑只有很小的应力，如果有的话，会由这些材料施加在牙齿上。也就是，市售矫正器在患者口中24小时之后就会就几乎失效。然而，现在都知道这些聚合物材料的矫正器可以矫正牙齿，虽然市售的治疗系统有以上提到需要重启它们的问题。

就此而言，牙齿和周围的支撑骨骼的解剖结构可以用于解释尽管现在确定的现有矫正器材料限制但仍然能观察到的牙齿移动，还可以解释上述现有矫正器和使用它们进行的治疗所存在的问题。参见图4，可知牙齿22的齿根28位于硬骨板24的牙槽内，该硬骨板是极其坚硬、大部分无血管的皮质骨的相对较薄的一层。皮质骨由许多柔软、海绵状、无血管的松质骨26包围。牙齿22的齿根28通过牙周韧带(PDL)30附着在骨骼24上。典型地，牙周韧带(PDL)30在齿根28的中间三分之一处最窄(0.15mm)，在根尖32处咬合最宽(0.38mm)。

现在参见图5，当矫正器34置于牙齿22上时，它将使牙齿22移动，直到牙周韧带30挤压在硬骨板上，例如，在36和38上。因为牙周韧带30有类似粘弹性材料的特性，它在矫正器34施加的负载下屈服。粘弹性是一种材料特性，用来描述有类似流体或者黏性以及类似固体或弹性特征的材料变形。骨骼24，26也被认为有类似粘弹性材料的特性，虽然牙周韧带30比相邻的骨骼24，26更像流体并且相应地更不像固体。矫正器34的聚合物在口腔环境中也可以有粘弹性材料的特性。

现在参照在上面图5中测试的聚合物矫正器材料，可以观察到测试的聚合物有粘弹性材料的特性，它们的弹性特性介于牙周韧带30和骨骼24，26之间。基于这一观察，由于牙周韧带30在矫正器34的初始载荷下屈服，最终是矫正器34在骨骼24明显重新成型之前屈服。换句话说，在口腔环境所发现的条件下，初始变形的聚合物矫正器34所产生的初始弹性应力足够高，高到可以压缩牙周韧带30。然而，矫正器34中的初始弹性应力会被滞流减小。并且，应力减小的速度也高到在一天以后应力的等级可能会低于维持牙周韧带30压缩所需要的应力。因此，矫正器34施加的载荷在治疗开始一天以后不足以引起进一步的牙齿移动。

更具体地，考虑以上的描述，继续参见图5，以上提到的聚合物的矫正器34压缩牙周韧带30，直到抵靠骨骼24为止。在24小时之后，矫正器34塑性变形至上面描述的新的设定位置。照这样，矫正器34在骨骼24有机会重新成型之前就接受设定位置。可以意识到，由于血管分布不断增加，硬骨板需要约20到约40天从松质骨一侧再吸收。

一旦矫正器34设定好，矫正器34施加的载荷与初始载荷或者一共消失的载荷相比就显著减小。照这样，在矫正器34设定后就不会有额外的可觉察到的牙齿移动。然而，塑性变形的矫正器可以将牙齿22保持在重新定位的位置，尽管骨骼24远离牙齿22重新成型。这样，认为由以上提到的材料制作的矫正器可以移动牙齿，尽管移动限定在与牙周韧带30的厚度相关的距离之内。因此，在这一点上，这些材料制作的矫正器使用受限。可以得到以下结论，即需要上述聚合物的矫正器来使牙齿移动超过牙周韧带30厚度所允许的距离的治疗方案容易导致失败和“重启”，如上所述。

考虑以上，在本发明的一个实施例中，矫正器10可以由一种聚合物制成，该聚合物的特征在于，随着温度变化，它在口腔环境中的弹性模量足以在置入口腔环境以后超过24小时的时间里移动牙齿。比如，矫正器10能够施加足以在骨骼在几天时间里重新成型时挤压牙周韧带的载荷。例如这有可能是在矫正器10置入口腔环境之后的第20天或者20天之后。根据本发明的实施例，矫正器10因此能够使牙齿移动不受牙周韧带的厚度所限制的距离。根据本发明的实施例，有益的是，治疗得以以更快的速度进行，患者可能就不需要“重启”治疗。此外，可能需要更少的系列矫正器，这使得治疗成本更低。

在本发明的一些实施例中，预计矫正器的聚合物可能会表现出以前现有技术的矫正器中看到的粘弹性材料特性。然而，与上面测试过的聚合物相比，这种聚合物的特征在于具有相对较高的释放时间。聚合物的释放时间定义为应力下降到初始应力的0.37倍所需要的时间。应力随着时间的指数衰减由σ=σ₀e^-t/T给出，其中σ₀是初始应力，t是时间，T是释放时间。应力释放是一种阿列纽斯现象，它可以用方程1／T=Ce^-Q/RT来描述，其中C是预指数常数，Q是滞流的活化能，R是通用气体常数，T是绝对温度。

例如，根据本发明，矫正器在体外的释放时间至少是在上面测试的聚合物的释放时间的两倍。通过其他的例子，根据本发明的一个实施例，矫正器在体外的释放时间可以比在上面测试过的聚合物高一个数量级。照这样，这个矫正器在口腔环境中可以在至少两星期时间内维持安装时初始应力的至少37％。可以预测，初始应力的37％可以大于使牙齿移动，即在这整个时间范围内压缩牙周韧带并使骨骼重新成型，所需的应力。

为此，矫正器可以使用玻璃态转变温度等于或超过30℃的聚合物制作，例如，大约37℃，大约70℃，或者大约100℃。作为替代方案的例子，矫正器可以由聚合物制作，例如一种或更多种适用于人类口腔的热塑性或者热固性的聚合物或者树脂。可作为示例的聚合物可包括聚氨酯、离子交联聚合物或者聚碳酸酯。其他的可作为示例的聚合物包括聚砜，丙烯酸树脂，聚酰胺，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，或者聚对苯二甲酸乙二醇酯。在其他例子中，矫正器可能是聚氧乙烯，丙烯腈，苯乙烯丙烯晴，丁苯橡胶，聚醚醚酮，或者聚芳基甲酮中的至少一种。

可以意识到，矫正器可以完全用一种或者多种以上提到的聚合物制成。即，矫正器可以是100％聚合物或者聚合物混合物。作为替代，矫正器可以是分层的。即两个或多个以上列出的聚合物可以层叠以减少下面直接暴露在口腔环境中的流体之下的聚合物层的性能退化。此外，矫正器可以含有增强剂，例如玻璃颗粒或者纤维或者聚合物纤维。

尽管通过对各种实施例的说明阐述了本发明，并且已经较为详细地说明了这些实施例，但本发明人并无意将所附权利要求的范围限制或以任何方式限定在如此细节的程度。因此，其他优势和修改对于本领域其他技术人员而言是容易想到的。根据使用者的需求和喜好不同，本发明的各种特征可以单独使用或组合使用。

Claims (16)

1.一种用于移动牙齿的正畸装置，所述正畸装置为聚合物材料制成并具有初始形状，该初始形状定义两个或两个以上的三维腔，各个所述腔对应于患者上颌骨或下颌骨的单个牙齿的牙冠形状，其中所述聚合物材料具有以下特性：在使用所述装置一天以后，所述装置会从被安装在患者的牙齿上所发生的变形恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

2.如权利要求1所述的正畸装置，其特征在于，所述正畸装置是矫正器，并且所述聚合物材料为患者上颌骨或下颌骨的至少8颗牙齿限定三维腔。

3.如权利要求1所述的正畸装置，其特征在于，在所述装置因使用而变形超过10天以后，所述装置将恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

4.如权利要求1所述的正畸装置，其特征在于，在所述装置因使用而变形超过两周以后，所述装置将恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

5.如权利要求3所述的正畸装置，其特征在于，所述装置从所述初始形状被变形而产生的应力足够大，以使与牙齿的齿根相邻的骨骼在装置因使用而变形超过两周时重新成型。

6.一种重新定位牙齿的方法，该方法包含：

将正畸装置运用到患者的牙齿上，该装置包括具有初始形状的聚合物材料，所述初始形状限定两个或两个以上的三维腔，各个所述腔对应于患者上颌骨或下颌骨的单个牙齿的牙冠形状，以及

通过将所述装置安装到患者的牙齿上而使所述聚合物材料变形，以产生重新定位患者牙齿的力，

其中所述聚合物材料具有以下特性：在使用所述装置一天以后，所述装置会从被安装在患者的牙齿上所发生的变形恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述装置是矫正器，并且所述聚合物材料为患者上颌骨或下颌骨的至少8颗牙齿限定三维腔。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述装置在因使用而变形十天以后，所述装置恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述装置在因使用而变形两周以后，所述装置恢复到与所述初始形状基本上相近似的形状。

10.一种用于移动牙齿的正畸装置，该正畸装置包含：

具有初始形状的聚合物材料，所述聚合物材料限定两个或两个以上的三维腔，各个所述腔对应于患者上颌骨或下颌骨的单个牙齿的牙冠形状，

其中(i)当安装在患者牙齿上时，所述聚合物材料可以从所述初始形状变形到变形后的形状，所述聚合物材料在变形到所述变形后的形状时产生初始弹性恢复应力，该初始弹性恢复应力促使所述聚合物材料从所述变形后的形状恢复至所述初始形状；(ii)所述聚合物材料能够产生持续弹性恢复应力，所述持续弹性恢复应力促使所述聚合物材料从所述变形后的形状向所述初始形状恢复，在所述聚合物材料因使用而变形到所述变形后的形状一天以后，所述持续弹性恢复应力至少是所述初始弹性恢复应力的25％。

11.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，所述装置是矫正器，所述聚合物材料为患者上颌骨或下颌骨的至少8颗牙齿限定三维腔。

12.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，在因使用而变形至所述变形后的形状十天以后，所述聚合物材料能够产生持续弹性恢复应力，促使所述聚合物材料从所述变形后的形状向所述初始形状恢复。

13.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，在因使用而变形至所述变形后的形状二十天以后，所述聚合物材料能够产生持续弹性恢复应力，促使所述聚合物材料从所述变形后的形状向所述初始形状恢复。

14.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，在因使用而变形至所述变形后的形状两星期以后，牙冠上的聚合物材料所产生的弹性恢复应力足以导致牙根周围的骨骼重新成型。

15.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，所述聚合物材料具有粘弹性材料的特性，且所述聚合物材料的应力释放时间满足或超过在10天或10天以后使口腔环境中骨骼重新成型所需要的时间。

16.如权利要求10所述的正畸装置，其特征在于，所述聚合物材料具有粘弹性材料的特性，且所述聚合物材料的应力释放时间满足或超过在20天或20天以后使口腔环境中骨骼重新成型所需要的时间。

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