專利名稱：一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個(gè)性化正畸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種正畸方法。
背景技術(shù)：
口腔固定正畸是針對(duì)牙齒排列畸形或錯(cuò)牙合(牙合為一個(gè)字，下同)，利用弓絲、托槽等組成的矯治器械，對(duì)牙齒施加機(jī)械矯治力和力矩，調(diào)整顏面骨骼、牙齒和頜面肌肉三者間的平衡和協(xié)調(diào)，經(jīng)過一段時(shí)間的矯治后改善面型、排齊牙列并提高咀嚼效能。20世紀(jì)初，被譽(yù)為現(xiàn)代正畸學(xué)之父的美國牙醫(yī)Edward Angle開始設(shè)計(jì)牙齒矯治器，到1928年推出了方絲弓矯治技術(shù)，奠定了現(xiàn)代口腔正畸學(xué)的基礎(chǔ)。1970年美國正畸醫(yī)生Andrews提出了最佳自然牙合的六條標(biāo)準(zhǔn)，并在方絲弓矯治器的基礎(chǔ)上發(fā)明了直絲弓矯治器，使用更加方便。目前，應(yīng)用自鎖托槽的直絲弓矯治已經(jīng)成為口腔正畸的主流技術(shù)，其關(guān)鍵在于用對(duì)應(yīng)于不同牙位的特定參數(shù)的托槽來補(bǔ)償每顆牙與咬合線之間的尺寸差異，而無需再象方絲弓一樣對(duì)弓絲進(jìn)行彎制。我國直到上世紀(jì)80年代才引入方絲弓矯治技術(shù)，30多年來主要以消化吸收和應(yīng)用為主，目前主要的正畸器械如自鎖托鎖仍然依賴進(jìn)口，價(jià)格高昂。每年正畸的就診病人只有幾十萬，而有數(shù)據(jù)顯示我國青少年錯(cuò)牙合畸形的發(fā)病率在50%左右，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，我國對(duì)正畸治療的需求將快速增長，迫切需要具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的正畸器械。口腔正畸中，弓絲的主要作用是通過與托槽配合，對(duì)需要移動(dòng)的牙齒和牙弓施加相應(yīng)的力和力矩，實(shí)現(xiàn)牙齒的移動(dòng)。傳統(tǒng)的金屬弓絲由于施加的力衰減較快，力學(xué)性能不夠穩(wěn)定，已經(jīng)逐步被具有形狀記憶功能的合金弓絲代替。鎳鈦合金等形狀記憶材料制作的口腔正畸弓絲所能提供的力學(xué)特性比傳統(tǒng)的合金材料更加優(yōu)良，可以持續(xù)釋放的較小且穩(wěn)定的矯治力。其工作原理是將人體口腔的正常牙弓根據(jù)尺寸大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和分組，根據(jù)該分組制作一組標(biāo)準(zhǔn)大小的弓絲，其形狀與正常牙弓形狀一致，是正畸患者牙列排齊后的理想形狀；臨床應(yīng)用時(shí)，正畸醫(yī)生根據(jù)患者實(shí)際的牙弓大小從標(biāo)準(zhǔn)的弓絲中選擇形狀和尺寸最接近的一根弓絲；該弓 絲經(jīng)過醫(yī)生操作使其變彎、扭轉(zhuǎn)等固定在患者牙上標(biāo)準(zhǔn)托槽中，在口腔溫度環(huán)境下，弓絲會(huì)緩慢變形恢復(fù)到初始的標(biāo)準(zhǔn)形狀，與托槽配合提供牙齒移動(dòng)的載荷，實(shí)現(xiàn)牙齒的移動(dòng)。目前的弓絲及存在的問題目前，基于標(biāo)準(zhǔn)的形狀記憶弓絲和直絲弓托槽的正畸中的最大問題在于弓絲和托槽都是標(biāo)準(zhǔn)的形狀和尺寸，通過不同牙位上的標(biāo)準(zhǔn)托槽的尺寸改變來補(bǔ)償不同牙位與正常咬合線間的位置差異，而每個(gè)人的牙齒大小存在差別，咬合線也會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)不同。因此目前的直絲弓矯治器并沒有考慮個(gè)體差異，其提供的矯治力并不精確，容易造成牙齒不必要的位移，需要在治療過程不斷調(diào)整治療方案并調(diào)校矯治器來補(bǔ)償和修正，延長了治療時(shí)間并增加了治療風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有形狀記憶合金弓絲個(gè)性化成型困難、鎳材料不安全的不足，本發(fā)明提供一種能有效實(shí)現(xiàn)個(gè)性化成型、消除安全隱患的基于形狀記憶聚合物的個(gè)性化正畸方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個(gè)性化正畸方法，所述正畸方法包括以下步驟1) CT數(shù)據(jù)采集及牙模制作拍攝患者口腔部位的CT圖像，并制作患者石膏牙模；2) 口腔組織三維模型重建利用三維重建軟件基于CT數(shù)據(jù)重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和牙槽骨；3)掃描并重建牙模利用三維掃描儀掃描石膏牙模，然后利用逆向重建軟件重建出牙模的三維模型，將該模型與基于CT重建的模型重合，得到了包括牙齒、牙槽骨和牙齦表面的復(fù)合模型；4)在復(fù)合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯(cuò)位情況，制訂出牙齒移動(dòng)的步驟，得到正畸方案，測(cè)算出關(guān)鍵參數(shù)，所述關(guān)鍵參數(shù)包括牙齒移動(dòng)量、所需的正畸力和力矩以及加力的方式，并排出經(jīng)過治療后的目標(biāo)牙列；5)根據(jù)目標(biāo)牙列為每顆牙選擇自鎖托槽，并確定托槽在牙上的位置；6)根據(jù)每個(gè)托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構(gòu)制出弓絲，該弓絲與目標(biāo)牙列及托槽的位置匹配，具有個(gè)性化的形狀；7)根據(jù)該弓絲形狀設(shè)計(jì)出成型模具；8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術(shù)SLM制造出來；9)利用形狀記憶聚合物材料在模具中成形出SMP弓絲；10)臨床使用時(shí)，將弓絲加熱到相變溫度變得柔軟，固定在托槽中，在口腔溫度環(huán)境下，弓絲中的軟質(zhì)相逐漸發(fā)生軟化逆變，恢復(fù)到一次成形的初始形狀，提供持續(xù)穩(wěn)定的正畸矯治力。進(jìn)一步，所述步驟9)中，SMP弓絲材料采用聚氨酯材料。當(dāng)然，也可以選用其他具有形狀記憶功能和良好生物相容性的材料。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為如果將具有形狀記憶功能的弓絲根據(jù)患者自身牙列數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)托槽制作成個(gè)性化形狀將可以改善目前直絲弓矯治中存在的問題，但形狀記憶合金的形狀成形溫度在500°C以上，成形非常困難。更大的問題在于，大量實(shí)驗(yàn)證明，鎳鈦等具有形狀記憶功能的合金材料的安全性存在一定問題。該類材料在口腔內(nèi)的腐蝕不僅降低合金的強(qiáng)度，腐蝕產(chǎn)物(合金中析出的有害金屬離子)還會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不良反應(yīng)，如過敏、牙齒著色及毒性作用。大量實(shí)驗(yàn)證明，鎳離子具有毒性，而且會(huì)引起過敏反應(yīng)，因此大量鎳金屬離子的釋放，對(duì)人體健康存在著較大的潛在威脅。國內(nèi)也有學(xué)者通過體外毒性實(shí)驗(yàn)證明鎳鈦形狀記憶合金絲的細(xì)胞毒性升高具有一定的普遍性，對(duì)人體健康存在危害。近年來有學(xué)者提出一種具有形狀記憶功能的聚合物材料(SMP, Shape memory ploymer)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其原理在于SMP是由固定硬質(zhì)相和逆變軟質(zhì)相組成的，當(dāng)溫度達(dá)到軟質(zhì)相的逆變相變溫度Ttrans范圍，會(huì)導(dǎo)致其分子重新排列到原來的位置，使形狀得到恢復(fù)，恢復(fù)到變形前的初始形狀，在變形過程中可以提供持續(xù)的變形力。SMP材料具有良好的生物相容性和良好的力學(xué)性能，為正畸矯治器提供了一類新材料。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在用具有形狀記憶功能的SMP材料制作與患者自身牙齒排列相匹配的個(gè)性化形狀的正畸弓絲，配合通用的自鎖托槽，通過弓絲在口腔溫度環(huán)境下的形狀回復(fù)提供穩(wěn)定、持續(xù)的正畸矯正力，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的正畸治療，減少患者佩戴矯治器的治療時(shí)間和醫(yī)院回訪次數(shù)。


圖1是牙齒和牙槽骨的示意圖。圖2是復(fù)合模型的示意圖，其中，I為石膏模型，2為三位重建骨骼。圖3是目標(biāo)牙列的示意圖。圖4是確定托槽在牙上的位置的示意圖。圖5是個(gè)性化弓絲的示意圖。圖6是弓絲的成型模具示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1 圖6，一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個(gè)性化正畸方法，通過患者CT數(shù)據(jù)重建出包括骨骼、牙齒的三維口腔模型后，與患者牙模的掃描重建后的數(shù)據(jù)重合，根據(jù)患者的牙齒排列及骨骼條件，制訂出正畸治療方案，得到治療后的最終牙列排列；在此基礎(chǔ)上，選擇托槽并確定每顆牙上的托槽位置；根據(jù)托槽位置設(shè)計(jì)正畸弓絲，其形狀即與經(jīng)過正畸治療后的牙列和托槽位置相匹配， 是SPM弓絲需要恢復(fù)的記憶中的形狀；臨床操作時(shí)，將弓絲置于一定的溫度環(huán)境中使其變軟，即可方便的固定于患者口腔中牙上的托槽內(nèi)。主要的步驟I) CT數(shù)據(jù)采集及牙模制作拍攝患者口腔部位的CT圖像，并制作患者石膏牙模。2) 口腔組織三維模型重建利用三維重建軟件基于CT數(shù)據(jù)重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和牙槽骨，如圖1所示。3)掃描并重建牙模利用三維掃描儀掃描石膏牙模，然后利用逆向重建軟件重建出牙模的三維模型，將該模型與基于CT重建的模型重合，得到了包括牙齒、牙槽骨和牙齦表面的復(fù)合模型，如圖2所示。4)在復(fù)合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯(cuò)位情況，制訂出牙齒移動(dòng)的步驟，得到正畸治療方案，測(cè)算出包括牙齒移動(dòng)量、所需的正畸力和力矩、加力的方式等關(guān)鍵參數(shù)，并排出經(jīng)過治療后的目標(biāo)牙列，如圖3所示。5)根據(jù)目標(biāo)牙列為每顆牙選擇自鎖托槽，并確定托槽在牙上的位置，如圖4所示。6)根據(jù)每個(gè)托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構(gòu)制出弓絲，該弓絲與目標(biāo)牙列及托槽的位置嚴(yán)格匹配，具有個(gè)性化的形狀，如圖5所示。7)根據(jù)該弓絲形狀設(shè)計(jì)出成形模具，如圖6所示，可以根據(jù)需要在一副模具上放置多條不同患者的個(gè)性化弓絲。8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術(shù)SLM (Selective Laser Melting)制造出來。9)利用形狀記憶聚合物材料在模具中成型出SMP弓絲。SMP弓絲材料可以采用已經(jīng)被證實(shí)具有形狀記憶功能和良好生物相融性的聚氨酯(Polyurethane，PU)材料，它是由固定硬質(zhì)相4. 4’亞甲基異氰酸苯酯和逆變軟質(zhì)相聚己內(nèi)酯(poly- ε -caprolactone，PCL)嵌塞共聚合成。作為一種典型的SMP材料，目前市場(chǎng)上可以購買到合成的原材料，然后利用材料制備設(shè)備在不同溫度條件下合成滿足要求的PU材料?？梢栽诩訜嶂?00°C-150°C時(shí)通過模具、擠出、注射等成形，得到一次成形制品。10)臨床使用時(shí)，將弓絲加熱到相變溫度(50°C左右)變得柔軟，非常方便地固定在托槽中。在口腔溫度環(huán)境下，弓絲中的軟質(zhì)相逐漸發(fā)生軟化逆變，恢復(fù)到一次成形的初始形狀，提供持續(xù)穩(wěn)定的正畸 矯治力。
權(quán)利要求
1.一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個(gè)性化正畸方法，其特征在于所述正畸方法包括以下步驟 1)CT數(shù)據(jù)采集及牙模制作拍攝患者口腔部位的CT圖像，并制作患者石膏牙模； 2)口腔組織三維模型重建利用三維重建軟件基于CT數(shù)據(jù)重建患者口腔模型，重建模型包括牙齒和牙槽骨； 3)掃描并重建牙模利用三維掃描儀掃描石膏牙模，然后利用逆向重建軟件重建出牙模的三維模型，將該模型與基于CT重建的模型重合，得到了包括牙齒、牙槽骨和牙齦表面的復(fù)合模型； 4)在復(fù)合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯(cuò)位情況，制訂出牙齒移動(dòng)的步驟，得到正畸方案，測(cè)算出關(guān)鍵參數(shù)，所述關(guān)鍵參數(shù)包括牙齒移動(dòng)量、所需的正畸力和力矩以及加力的方式，并排出經(jīng)過治療后的目標(biāo)牙列； 5)根據(jù)目標(biāo)牙列為每顆牙選擇自鎖托槽，并確定托槽在牙上的位置； 6)根據(jù)每個(gè)托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構(gòu)制出弓絲，該弓絲與目標(biāo)牙列及托槽的位置匹配，具有個(gè)性化的形狀； 7)根據(jù)該弓絲形狀設(shè)計(jì)出成型模具； 8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術(shù)SLM制造出來； 9)利用形狀記憶聚合物材料在模具中成形出SMP弓絲； 10)臨床使用時(shí)，將弓絲加熱到相變溫度變得柔軟，固定在托槽中，在口腔溫度環(huán)境下，弓絲中的軟質(zhì)相逐漸發(fā)生軟化逆變，恢復(fù)到一次成形的初始形狀，提供持續(xù)穩(wěn)定的正畸矯治力。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于形狀記憶聚合物的個(gè)性化正畸方法，其特征在于所述步驟9)中，SMP弓絲材料采用聚氨酯材料。
全文摘要
一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個(gè)性化正畸方法，通過患者CT數(shù)據(jù)重建出包括骨骼、牙齒的三維口腔模型后，與患者牙模的掃描重建后的數(shù)據(jù)重合，根據(jù)患者的牙齒排列及骨骼條件，制訂出正畸治療方案，得到治療后的最終牙列排列；在此基礎(chǔ)上，選擇托槽并確定每顆牙上的托槽位置；根據(jù)托槽位置設(shè)計(jì)正畸弓絲，其形狀即與經(jīng)過正畸治療后的牙列和托槽位置相匹配，是SPM弓絲需要恢復(fù)的記憶中的形狀；臨床操作時(shí)，將弓絲置于設(shè)定的溫度環(huán)境中使其變軟，即可方便的固定于患者口腔中牙上的托槽內(nèi)。本發(fā)明能有效實(shí)現(xiàn)個(gè)性化正畸、消除潛在的安全隱患。
文檔編號(hào)A61C7/00GK103054651SQ20121055229
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者劉云峰, 董星濤, 姜獻(xiàn)峰, 彭偉 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)