壳状牙科器械、牙齿矫治系统及其设计方法和制备方法
阅读说明：本技术 壳状牙科器械、牙齿矫治系统及其设计方法和制备方法 (Shell-shaped dental appliance, tooth correcting system and design method and preparation method thereof ) 是由 赵晓磊 姚峻峰 于 2021-01-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种壳状牙科器械,包括至少部分容纳上颌牙齿的第一壳状本体和至少部分容纳下颌牙齿的第二壳状本体,所述第一壳状本体在尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向凸出设有引导调整上下颌位关系的第一凸起部,所述第二壳状本体在尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向凸出设有配合调整上下颌位关系的第二凸起部；所述第一凸起部上设有第一加强构件,所述第二凸起部上设有第二加强构件,所述第一加强构件外表面与第二加强构件外表面具有凹凸匹配的结构；所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时,所述第一加强构件与所述第二加强构件相对滑动导引上下颌至预设的咬合位置,本发明还提供了一种牙齿矫治系统、牙科器械设计方法和制备方法。(The invention provides a shell-shaped dental instrument, which comprises a first shell-shaped body and a second shell-shaped body, wherein the first shell-shaped body at least partially contains upper jaw teeth and the second shell-shaped body at least partially contains lower jaw teeth, the first shell-shaped body is provided with a first bulge part which guides and adjusts the relation between the upper jaw position and the lower jaw position in a protruding manner towards the jaw direction in a region between canine teeth and molar teeth, and the second shell-shaped body is provided with a second bulge part which is matched with the regulation between the upper jaw position and the lower jaw position in a protruding manner towards the jaw direction in a region between canine teeth and molar teeth; the first bulge part is provided with a first reinforcing member, the second bulge part is provided with a second reinforcing member, and the outer surface of the first reinforcing member and the outer surface of the second reinforcing member are of a concave-convex matching structure; when the first shell-shaped body and the second shell-shaped body interact, the first reinforcing member and the second reinforcing member slide relatively to guide the upper jaw and the lower jaw to a preset occlusion position.)
技术领域
本发明属于牙科正畸技术领域，更确切地说涉及牙科隐形正畸技术，尤其 是一种壳状牙科器械、牙齿矫治系统、牙科器械设计方法和制备方法。
背景技术
目前，在牙齿正畸矫治技术领域，功能性牙齿矫治是一种对儿童及少年乳 牙期、替牙期的错颌症状的常规治疗手段。双颌板(Twin-Block)矫治技术就 是一种常规治疗手段，相较于传统功能矫治器的“平导”作用，双颌板矫治技 术通过两个凸起的实心颌垫将一定的咬合力传递到牙列以及颌骨上，进而达到 调整上下颌相对位置的目的。
隐形牙齿矫治器自发展以来，由于其佩戴舒适摘带方便，并且美观的优点， 被越来越多的人选择。随着隐形矫治技术的不断提高，功能性隐形矫治也随之 出现在人们的视野当中，譬如隐形Twin-Block矫治器的问世。其中，隐形 Twin-Block矫治器通过在患者咬合时两个凸起颌垫的近远中斜面引导下颌前 伸。反式隐形Twin-Block矫治器通过在患者咬合时两个凸起颌垫的近远中斜面 引导下颌后缩。
目前，现有的隐形Twin-Block矫治器大多是压膜成型，凸起颌垫多数为空 腔结构，这样，在患者使用的过程中，一方面，会导致两个颌垫在多次咬合后， 因刚度不够而发生形变，如果患者继续使用已经变形的隐形Twin-Block矫治器 会导致：(1)矫治力度不够，无法达到预设的咬合位置，之后的矫治步骤也 无法正常进行；(2)预定力的方向会被改变，不被期望的力导致牙齿向不被 期望的方向移动，最后破坏整个矫治计划。另一方面，两个空腔结构的凸起颌 垫可能在使用过程中被患者直接咬坏而无法继续使用，这时需要重新压膜制作 此步骤患者所需要的隐形矫治器，这种情况下，会导致矫治成本增加并且治疗周期被拉长，同时，在患者等待新的隐形矫治器制作期间，由于治疗中断，牙 齿没有受到应有矫治力的约束可能会发生不被期望的移动，之后的隐形矫治器 也无法与已经发生移动的牙齿相匹配，最终可能会导致矫治重启。再者，鉴于 存在不可预期的不期望的力产生，在使用过程中，颌垫之间会发生颊舌方向的 滑动，上下颌无法精准的达到预设的咬合位置，这又会引发偏颌问题。
因此在功能性隐形矫治器研究一种既具备隐形矫治器舒适、便捷的特点又 不减损功能性矫治的矫治力度的牙科器械具有重大的意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，提供一种颌垫不易变 形且矫治精度较高的壳状牙科器械及牙齿矫治系统，以及所述壳状牙科器械的 设计方法和制备方法。
本发明是通过以下技术方案来解决上述技术问题：
一种壳状牙科器械，包括至少部分容纳上颌牙齿的第一壳状本体和至少部 分容纳下颌牙齿的第二壳状本体，所述第一壳状本体在尖牙至磨牙之间的区域 内向对颌方向凸出设有引导调整上下颌位关系的第一凸起部，所述第二壳状本 体在尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向凸出设有配合调整上下颌位关系的 第二凸起部；所述第一凸起部上设有第一加强构件，所述第二凸起部上设有第 二加强构件，所述第一加强构件外表面与所述第二加强构件外表面具有凹凸匹 配的结构；所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时，所述第一加强 构件与所述第二加强构件相对滑动导引上下颌至预设的咬合位置。上述第一加 强构件和上述第二加强构件的凹凸匹配结构不仅能够通过增加其接触面积的方法增加其接触刚度，而且还能够相互滑动精准的导引上下颌至预设的咬合位 置，避免在颊舌方向发生不被预期的偏移。
进一步地，所述第一凸起部在近中面或远中面设有第一外表面，所述第二 凸起部在近中面或远中面设有第二外表面，同时，所述第一加强构件设置在所 述第一外表面上，所述第二加强构件设置在所述第二外表面上。
进一步地，所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时，所述第一 加强构件与所述第二加强构件位于所述第一凸起部和所述第二凸起部之间，同 时，所述第一加强构件外表面与所述第二加强构件外表面相互接触。
进一步地，所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时，所述第一 凸起部引导所述第二凸起部向近中或者远中方向运动，同时，所述第二凸起部 运动至预设位置使所述第一凸起部与所述第二壳状本体上的咬合面稳定接触。
进一步地，所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时，所述第一 加强构件以所述第二加强构件为参考按给定方向做往复直线滑动。
进一步地，所述直线平行于所述第一凸起部的第一外表面和所述第二凸起 部的第二外表面。
进一步地，所述第一加强构件外表面上包括凸出几何形状，且所述第二加 强构件外表面上形成与相对设置的所述第一加强构件外表面上凸出几何形状 相配合的凹入几何形状。
进一步地，所述第二加强构件外表面上包括凸出几何形状，且所述第一加 强构件外表面上形成与相对设置的所述第一加强构件外表面上凸出几何形状 相配合的凹入几何形状。上述凸出几何形状和上述凹入几何形状不仅能够通过 增大所述第一加强构件和所述第二加强构件表面积的方法增大其刚度，而且还 能够提高第一凸起部和第二凸起部接触的稳定度，能够保证矫治过程中提供稳 定的矫治力，进而提高矫治效果。
进一步地，所述凸出几何形状的表面和所述凹入几何形状的表面为曲面。
进一步地，所述凸出几何形状和所述凹入几何形状在水平方向上的横截面 为多边形。
进一步地，所述的凸出几何形状在冠状面上的横截面的最大宽度小于所述 的凹入几何形状在冠状面上的横截面的最小宽度。使上述凸出几何形状与上述 凹入几何形状之间存在较小的间隙，能够使第一加强构件与第二加强构件之间 的相对滑动更加顺畅，从而减小第一加强构件与第二加强构件之前的摩擦，提 高其耐磨损性。
进一步地，所述第一加强构件和所述第一凸起部一体成型或各自独立成 型；所述第二加强构件和所述第二凸起部一体成型或各自独立成型，通过一体 成型设计不仅减少了工艺过程，而且还提高了工艺加工效率，并且通过一体化 设计还可以保证连接的稳固性。通过独立成型的分体设计可以灵活选择第一加 强构件和所述第一凸起部，不仅提高了第一加强构件和所述第一凸起部之间的 适配性同时也提高了矫治的灵活性以及适用性。
进一步地，当所述第一加强构件与所述第一凸起部一体成型时，所述第一 加强构件的壁厚度大于或等于所述第一凸起部的壁厚度；当所述第二加强构件 与所述第二凸起部一体成型时，所述第二加强构件的壁厚度大于或等于所述第 二凸起部的壁厚度。同样地，可以通过增加壁厚的方法增加第一加强构件和第 二加强构件的刚度也同时增加了其耐磨损性。
进一步地，当所述第一加强构件与所述第一凸起部各自独立成型时，所述 第一加强构件的刚度大于或等于所述第一凸起部的刚度；当所述第二加强构件 与所述第二凸起部各自独立成型时，所述第二加强构件的刚度大于或等于所述 第二凸起部的刚度。
进一步地，所述第一加强构件与所述第一凸起部设置为不可拆卸固定连接 或可拆卸固定连接；所述第二加强构件与所述第二凸起部设置为不可拆卸固定 连接或可拆卸固定连接。可拆卸固定连接可以根据不同的矫治需求更换不同的 加强构件，可以解决更多的不同矫治方案。
进一步地，所述不可拆卸固定连接为粘接固定连接、焊接固定连接、铆接 固定连接中的至少一种。
进一步地，所述第一凸起部从第一壳状本体的颊侧到第一壳状本体的舌侧 的区间内表面延伸；所述第二加强构件从第二壳状本体的颊侧到第二壳状本体 的舌侧的区间内表面延伸。
进一步地，所述第一凸起部和所述第二凸起部均从壳状本体的颊侧到壳状 本体的舌侧的区间内表面延伸包括：从颊侧表面延伸、从咬合表面延伸、从舌 侧表面延伸、从颊侧表面和咬合表面延伸、从舌侧表面和咬合表面延伸、从颊 侧表面和舌侧表面和咬合表面延伸中的任一种延伸方式。
进一步地，在所述第一凸起部和/或所述第二凸起部的颊侧面、舌侧面、近 中面、远中面至少一个面上设有至少一个加强嵴。
进一步地，所述加强嵴和所述第一凸起部一体成型，所述加强嵴和所述第 二凸起部一体成型。
进一步地，所述加强嵴由所述颊侧面、舌侧面、近中面、远中面凸出或内 凹形成。同样地，加强嵴的形成能够增加凸起部的表面积进而增大凸起部的刚 度。
进一步地，当所述加强嵴设置在所述凸起部的近中面或远中面时，所述加 强嵴的外表面曲率小于或等于所述加强构件的外表面曲率。其目的在于加强嵴 不影响第一加强构件和第二加强构件的稳定接触且不改变第一加强构件与第 二加强构件之间的间隙大小。
本发明还提供一种牙齿矫治系统，包括多组壳状牙科器械，其中所述多组 壳状牙科器械包括至少一组如上所述的壳状牙科器械。
进一步地，不同矫治阶段对应的壳状牙科器械上设置的所述第一凸起部向 对颌方向的凸起高度及所述第二凸起部向对颌方向的凸起高度与矫治阶段相 关联设置。
进一步地，不同所述多组壳状牙科器械上设置的所述第一凸起部的所述第 一加强构件的力学参数与所述第二凸起部的所述第二加强构件的力学参数根 据不同的矫治阶段对应设置的矫治目标参数不同进行修正。
进一步地，所述力学参数的改变包括：强度、硬度、刚度、弹性特征中至 少一种参数的改变。
与现有技术相比，本发明提供的一种壳状牙科器械及牙齿矫治系统，通过 在壳状牙科器械上的凸起部相互接触并滑动的近中面和远中面上设置相互配 合的加强构件，增强了凸起部的刚度，同时还使所述加强构件具有滑动导引功 能，大幅降低甚至避免了凸起部在相互滑动导下颌向前或者下颌回缩时在颊舌 方向发生的不被预期的偏移现象，从而使所述第一加强构件与所述第二加强构 件相对滑动时精准地导引上、下颌至预设的咬合位置。本发明能够打开咬合的 同时还能够精准的诱导上下颌到正确的咬合位置且不发生颊舌方向的滑动，具 体的可以整平spee曲线并重新建立后牙咬合对接，所述加强构件能够提高凸起 部的刚度和/或硬度，可以防止第一凸起部和第二凸起部在咬合过程中变形和磨损，从而达到更好的治疗效果。
本发明还提供一种壳状牙科器械的设计方法，包括如下步骤：
获取第一初始牙颌数字模型；
在所述第一初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设计 第一凸起部模型，其中在所述第一凸起部的近中面或远中面设计第一加强构件 模型，具体包括获取所述第一凸起部和第一加强构件的特征信息；其中，所述 第一凸起部的特征信息包括所述第一凸起部的尺寸及预设位置，所述第一加强 构件的特征信息包括第一加强构件的尺寸、形状及预设位置；
基于所述第一初始牙颌数字模型、所述第一凸起部模型和第一加强构件模 型，生成具有第一凸起部和第一加强构件的第一牙颌数字模型；
获取第二初始牙颌数字模型；
在所述第二初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设计 第二凸起部模型，其中在所述第二凸起部的近中面或远中面设计第二加强构件 模型，具体包括获取所述第二凸起部和第二加强构件的特征信息；其中，所述 第二凸起部特征信息包括所述第二凸起部的尺寸及预设位置，所述第二加强构 件的特征信息包括第二加强构件的尺寸、形状及预设位置；
基于所述第二初始牙颌数字模型、所述第二凸起部模型和第二加强构件模 型，生成具有第二凸起部和第二加强构件的第二牙颌数字模型；
利用第一牙颌数字模型和第二牙颌数字模型设计第一壳状本体和第二壳 状本体；
其中，所述第一壳状本体与第二壳状本体分别为如上所述的至少部分容纳 上颌牙齿的第一壳状本体和至少部分容纳下颌牙齿的第二壳状本体；
所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互作用时，所述第一加强构件外 表面与所述第二加强构件外表面凹凸匹配，并且第一加强构件与所述第二加强 构件相对滑动导引上下颌至预设的咬合位置。
本发明还提供一种壳状牙科器械的制备方法，包括：基于如上所述设计方 法设计出的第一牙颌数字模型及第二牙颌数字模型，采用热压膜成型工艺制备 壳状牙科器械。
本发明还提供另一种壳状牙科器械的制备方法，包括：基于如上所述设计 方法设计出的第一牙壳状本体及第二壳状本体，采用增材制造的方式直接制备 壳状牙科器械。
本发明还提供另一种壳状牙科器械的设计方法，包括如下步骤：
获取第一初始牙颌数字模型；
在所述第一初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设计 第一凸起部模型，具体包括获取所述第一凸起部的特征信息；所述第一凸 起部的特征信息包括所述第一凸起部的尺寸及预设位置；
基于所述第一初始牙颌数字模型和所述第一凸起部模型，生成具有第一凸 起部的第一牙颌数字模型；
获取第二初始牙颌数字模型；
在所述第二初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设计 第二凸起部模型，具体包括获取所述第二凸起部特征信息；所述第二凸起部特 征信息包括所述第二凸起部的尺寸及预设位置；
基于所述第二初始牙颌数字模型和所述第二凸起部模型，生成具有第二凸 起部的第二牙颌数字模型；
利用第一牙颌数字模型和第二牙颌数字模型设计第一壳状本体和第二壳 状本体；在所述第一壳状本体的所述第一凸起部的近中面或远中面设置第一加 强构件，在所述第二壳状本体的所述第二凸起部的近中面或远中面设置第二加 强构件；所述第一凸起部与所述第一加强构件之间为固定连接，所述第二凸起 部与所述第二加强构件之间为固定连接；其中，
所述第一壳状本体和所述第一加强构件与所述第二壳状本体和所述第二 加强构件分别为如上所述的至少部分容纳上颌牙齿的第一壳状本体和至少部 分容纳下颌牙齿的第二壳状本体；所述第一壳状本体与所述第二壳状本体相互 作用时，所述第一加强构件外表面与所述第二加强构件外表面凹凸匹配，并且 第一加强构件外表面与所述第二加强构件外表面相对滑动导引上下颌至预设 的咬合位置。
通过本发明提供的壳状牙科器械、牙齿矫治系统、牙科器械设计方法和制 备方法，能够带来以下至少一种有益效果：提高凸起部的刚度和/或硬度，及能 够精准的引导上下颌至预设的咬合位置。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技 术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1为根据本发明公开的第一实施例中一种壳状牙科器械的示意图；
图2为图1中牙科器械的第一壳状本体与第二壳状本体在咬合时相互位置 关系的示意图；
图3为图1中牙科器械的第一凸起部和第二凸起部在咬合过程的相互位置 关系的示意图；
图4为为根据本发明公开的第一加强构件与第二加强构件的凹凸匹配结构 的可选方案的示意图。
图5和图6为根据本发明公开的多个实施例的凸起部示意图；
图7为图5和图6中不同凸起部互相组合匹配的示意图；
图8为根据本发明公开的具有加强嵴的凸起部示意图；
图9为根据本发明公开的具有第一凸起部和第一加强构件的上颌以及具 有第二凸起部和第二加强构件的下颌的示意图；
图10为根据本发明公开的一种壳状牙科器械第一壳状本体与第二壳状本 体在咬合时相互位置关系的示意图；
图11为根据本发明公开的一种壳状牙科器械第一壳状本体与第二壳状本 体在咬合时相互位置关系的示意图；
图12为根据本发明公开的一种壳状牙科器械的设计方法的流程图；
图13为根据本发明公开的一种壳状牙科器械的设计方法的流程图；
图14为根据本发明公开的一种壳状牙科器械的另一种实施例的结构 示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附 图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
参照图1与图2，在一个实施例中，本发明提供一种壳状牙科器械，包括 至少部分容纳上颌牙齿11的第一壳状本体1和至少部分容纳下颌牙齿21的第 二壳状本体2，所述第一壳状本体1在尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向凸 出设有引导调整上下颌位关系的第一凸起部3，所述第二壳状本体2在尖牙至 磨牙之间的区域内向对颌方向凸出设有配合调整上下颌位关系的第二凸起部 4；所述第一凸起部3上设有第一加强构件31，所述第二凸起部4上设有第二 加强构件41，所述第一加强构件31外表面与第二加强构件41外表面具有凹凸 匹配的结构；所述第一壳状本体1与所述第二壳状本体2相互作用时，所述第 一加强构件31与所述第二加强构件41相对滑动导引上下颌至预设的咬合位 置。上述第一加强构件和上述第二加强构件的凹凸匹配结构不仅能够通过增加 其接触面积的方法增加其接触刚度，而且还能够相互滑动精准的导引上下颌至 预设的咬合位置，避免在颊舌方向发生不被预期的偏移，从而达到更好的治疗 效果。
在一些实施例中，所述第一凸起部3在近中面或远中面设有第一外表面32， 所述第二凸起部4在近中面或远中面设有第二外表面42，同时，所述第一加强 构件31设置在所述第一外表面32上，第二加强构件41设置在所述第二外表 面42上。当所述第一壳状本体1与所述第二壳状本体2相互作用时，所述第 一加强构件31与所述第二加强构件41位于第一凸起部3和第二凸起部4之间， 同时，所述第一加强构件31外表面与所述第二加强构件41外表面相互接触。 具体地说，如图1以及图2中的2a所示，患者在使用隐形Twin-Block矫治器时，第一加强构件31设置在第一凸起部3的近中面上，第二加强构件41设置 在第二凸起部4的远中面上，当所述第一壳状本体1与所述第二壳状本体2相 互作用时，所述第一凸起部3的第一加强构件31和第二凸起部4的第二加强 构件41通过其相对滑动的导引运动，使得所述第一凸起部3引导所述第二凸 起部4向近中方向运动，引导下颌前伸运动至预设位置且所述第一凸起部3与 所述第二壳状本体2上的咬合面稳定接触，如图2中的2a所示，箭头方向为 下颌运动方向。如图1以及图2中的2b所示，患者在使用反式隐形Twin-Block 矫治器时，第一加强构件31设置在第一凸起部3的远中面上，第二加强构件 41设置在第二凸起部4的近中面上，当所述第一壳状本体1与所述第二壳状本 体2相互作用时，所述第一凸起部3的第一加强构件31和第二凸起部4的第 二加强构件41通过其相对滑动的导引运动，使得所述第一凸起部3引导所述 第二凸起部4向远中方向运动，引导下颌后移运动至预设位置且所述第一凸起 部3与所述第二壳状本体2上的咬合面稳定接触，如图2中的2b所示，箭头 方向为下颌运动方向。
图3为本发明中隐形Twin-Block矫治器的一种实施例示意图，如图2以及 图3所示，患者咬合过程中第一壳状本体1与第二壳状本体2相互作用，所述 第一凸起部3以所述第二凸起部4为参考在上下颌方向做直线滑动。参考图1 以及图4，第一加强构件31外表面与第二加强构件41外表面为凹凸匹配的形 状，第一凸起部3的第一加强构件31和第二凸起部4的第二加强构件41的凹 凸匹配结构的相对滑动运动可看做导轨运动，保留一个方向的移动自由度。进 一步阐述，所述移动方向为图3中x轴的方向，所述x轴建立在第一凸起部3的第一外表面32的上下颌方向。进一步地说，第一加强构件31和第二加强构 件41的凹凸匹配结构可形成圆柱面导轨或棱柱面导轨。图4中34a为圆柱面 导轨、34b和34c为棱柱面导轨。除图4中所示的导轨形状，在其他实施例中， 棱柱面导轨还包括：对称三角形棱柱面导轨、不对称三角形棱柱面导轨、矩形 棱柱面导轨、燕尾形棱柱面导轨等。第一加强构件31和第二加强构件41的直 线滑动结构其结构简单并且由于两者之间接触面积的增大从而接触刚度增大。
在一些实施例中，第一加强构件外表面上包括凸出几何形状，且所述第二 加强构件外表面上形成与相对设置的所述第一加强构件外表面上凸出几何形 状相配合的凹入几何形状。
在一些实施例中，第二加强构件外表面上包括凸出几何形状，且所述第一 加强构件外表面上形成与相对设置的所述第一加强构件外表面上凸出几何形 状相配合的凹入几何形状。上述的凸出几何形状与上述的凹入几何形状在患者 咬合过程中相互匹配增加了第一凸起部与第二凸起部的接触稳定性，避免患者 的上下颌在治疗过程中在颊舌方向发生不被预期的偏移。
在一些实施例中，凸出几何形状在冠状面上的横截面的最大宽度小于凹入 几何形状在冠状面上的横截面的最小宽度，具体地，所述凸出几何形状的凸出 部分在冠状面上的横截面的最大宽度小于凹入几何形状的凹入部分在冠状面 上的横截面的最小宽度，使上述凸出几何形状与上述凹入几何形状之间存在较 小的间隙，能够使第一加强构件与第二加强构件之间的相对滑动更加顺畅，从 而减小第一加强构件与第二加强构件之前的摩擦，提高耐磨损性延长壳状牙科 器械的使用寿命。
参考图5和图6，在一些实施例中，第一加强构件31和第一凸起部3一体 成型或各自独立成型；第二加强构件41和第二凸起部4一体成型或各自独立 成型。具体地，凸起部与凸起加强构件51-1一体成型为一体凸起凸起部5-1； 凸起部与凹入加强构件61-1一体成型为一体凹入凸起部6-1；凸起部与凸起加 强构件51-2各自独立成型为非一体凸起凸起部5-2；凸起部与凹入加强构件 61-1各自独立成型为非一体凹入凸起部6-2。参考图7示意图为4种不同的凸 起部配合方式的排列组合：一体凸起凸起部5-1和一体凹入凸起部6-1相配合、非一体凸起凸起部5-2和非一体凹入凸起部6-2相配合、非一体凸起凸起部5-2 和一体凹入凸起部6-1相配合、一体凸起凸起部5-1和非一体凹入凸起部6-2 相配合。
在一些实施例中，第一加强构件31壁厚度大于或等于第一凸起部3的壁 厚度；所述第二加强构件41壁厚度大于或等于所述第二凸起部4的壁厚度。 其目的在于增大第一加强构件31和第二加强构件41的刚度，防止两者相互作 用时产生的挤压形变及减少两者相互作用时的磨损。具体地，第一凸起部3的 壁厚度和第二凸起部4的壁厚度为0.1mm-0.2mm，第一加强构件31外表面厚 度为第一凸起部3的第一外表面32的厚度的1.0倍-1.5倍；第二加强构件41 外表面厚度为第二凸起部4的第二外表面42的厚度的1.0倍-1.5倍，其中壁厚度为第一加强构件和第二加强构件的内表面与外表面之间的厚度。
在一些实施例中，第一加强构件31与第一凸起部3各自独立成型时，第 一加强构件31的刚度大于或等于第一凸起部3的刚度；当第二加强构件41与 第二凸起部4各自独立成型时，第二加强构件41的刚度大于或等于第二凸起 部4的刚度。优选地，加强构件采用比凸起部刚度更大的材料，例如其他聚合 物材料，陶瓷或金属。
在一些实施例中，第一加强构件31与第一凸起部3设置为不可拆卸固定 连接或可拆卸固定连接；第二加强构件41与第二凸起部4设置为不可拆卸固 定连接或可拆卸固定连接。具体地，不可拆卸固定连接包括：粘接固定连接、 焊接固定连接、铆接固定连接等；可拆固定连接包括：销连接、插接等。可拆 卸固定连接可以根据不同的矫治需求更换不同的加强构件，可以解决更多不同 的矫治方案，譬如医生可以根据不同的病例或者不同的患者需要使用不同的加 强构件，或者针对同一个患者可以在不同的矫治步骤根据不同的矫治步骤需求 更换不同的加强构件，从而提高了第一壳状本体和第二壳状本体的使用率，节 约了矫治成本。
在一些实施例中，凸起部可设置从壳状本体颊侧表面延伸、从咬合表面延 伸、从舌侧表面延伸、从颊侧表面和咬合表面延伸、从舌侧表面和咬合表面延 伸、从颊侧表面和舌侧表面和咬合表面延伸。
参考图8和图9，在一些实施例中，第一凸起部3和/或第二凸起部4的颊 侧面、舌侧面、近中面、远中面至少一个表面上设有至少一个加强嵴7。具体 地，加强嵴7和第一凸起部3一体成型和/或加强嵴7和第二凸起部4一体成型。 其数量根据对矫治力的需求不同可在不同组的壳状本体上进行增减。进一步 说，加强嵴7与眶耳平面(水平面)相交或平行。在这些实施例中，加强嵴7 的表面曲率超出所述凸起部外表面曲率，同时加强嵴7的表面曲率还需要满足 当其设置在所述凸起部的近中面或远中面时，所述加强嵴7外表面曲率小于或等于所述加强构件的外表面曲率。其目的在于加强嵴7不影响第一加强构件31 和第二加强构件41的稳定接触且不改变第一加强构件与第二加强构件之间的 间隙大小。
在其他实施例中，第一凸起部3和第二凸起部4还设有填充部(未示出)， 填充部可设置在第一凸起部3和第二凸起部4的空心部分，加强构件与填充部 和/或加强嵴7共同防止第一凸起部3和第二凸起部4在咬合时发生磨损挤压变 形，更好的调整上下颌位关系。
参考图9，第一凸起部3和第二凸起部4不与隐形矫治器配合使用，单独 固定到患者的牙齿表面，固定位置可设置在牙齿的咬合面、舌侧面或颊侧面上， 固定的方法可以通过结合剂粘接，以便第一凸起部3和第二凸起部4牢固的覆 盖患者的一颗或者多颗牙齿上。
在一些实施例中，参考图10在第一壳状本体1与第二壳状本体2相互作 用时，凸起部与壳状本体之间为平面稳定接触；参考图11在第一壳状本体1 与第二壳状本体2相互作用时，凸起部面对对颌咬合面的表面与壳状本体的后 牙区咬合面表面解剖特征相同，患者在咬合过程中，凸起部的咬合面表面与壳 状本体的后牙区咬合面表面凹凸匹配或咬合匹配稳定接触。在另一些实施例 中，凸起部为独立成型的实心凸块，可直接固定在患者的牙齿表面，凸起部面 对对颌咬合面的表面与患者的后牙区咬合面表面解剖特征相同，患者在咬合过 程中，凸起部的咬合面表面与后牙区咬合面表面凹凸匹配稳定接触。其中，咬 合面解剖特征是指牙齿咬合面上的牙尖、窝沟组成的凹凸结构。
本发明还提供了一种牙齿矫治系统，包括多组壳状牙科器械，其中，多组 壳状牙科器械包括至少一套如上所述任意一个实施例中提供的壳状牙科器械， 在多组壳状牙科器械的共同作用下可使患者的牙齿从初始位置逐渐重新定位 到目标矫治位置。
在一些实施例中，不同矫治步骤对应的壳状牙科器械上设置的所述第一凸 起部3向对颌方向的凸起高度及所述第二凸起部4向对颌方向的凸起高度与矫 治步骤相关联设置。具体地说，一种牙齿矫治系统在调整颌间关系的同时还可 对错颌畸形牙齿进行同步矫治，一种牙齿矫治系统包括至少一个系列的壳状牙 科器械，一个系列的壳状牙科器械包括至少一组壳状牙科器械，一组壳状牙科 器械包括一个第一壳状本体和一个第二壳状本体。在进行牙齿矫治时，患者需 要佩戴一系列的壳状牙科器械进行矫治，其中一个系列的壳状牙科器械包括多 组壳状牙科器械如上述举例。具体地说，同一系列多组如上述的壳状牙科器械 的第一凸起部3向对颌方向的凸起高度及所述第二凸起部4向对颌方向的凸起 高度随着矫治进程的推进逐渐减少，以达到目标矫治效果。
本发明还提供了一种壳状牙科器械的设计方法，用于获得如上所述任意一 个实施例中提供的第一加强构件31与第一凸起部3一体成型的第一壳状本体 和第二加强构件41和第二凸起部4一体成型的第二壳状本体。
图12为本发明提供了一种壳状牙科器械的设计方法的流程图。
S1：获取第一初始牙颌数字模型；
S2：在所述第一初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设 计第一凸起部模型，在所述第一凸起部的近中面或远中面设计第一加强构件模 型：包括获取所述第一凸起部的特征信息和第一加强构件的特征信息；
S3：基于所述第一初始牙颌数字模型和所述第一凸起部模型和第一加强构 件模型，生成具有第一凸起部和第一加强构件的第一牙颌数字模型；
S4:获取第二初始牙颌数字模型；
S5:在所述第二初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设 计第二凸起部模型，在所述第二凸起部的近中面或远中面设计第二加强构件模 型：包括获取所述第二凸起部的特征信息和第二加强构件的特征信息；
S6:基于所述第二初始牙颌数字模型和所述第二凸起部模型和第二加强构 件模型，生成具有第二凸起部和第二加强构件的第二牙颌数字模型；
S7:利用第一牙颌数字模型和第二牙颌数字模型设计第一壳状本体和第二 壳状本体；
参考图1至图3，其中，所述第一壳状本体与第二壳状本体分别为如上所 述的至少部分容纳上颌牙齿11的第一壳状本体1和至少部分容纳下颌牙齿21 的第二壳状本体2；在所述第一壳状本体1与所述第二壳状本体2相互作用时， 所述第一加强构件31外表面与所述第二加强构件41外表面凹凸匹配，并且第 一加强构件31与所述第二加强构件41相对滑动导引上下颌至预设的咬合位 置。
具体地说，S1至S3的执行可与S4至S6的执行同步进行，或者，S3至 S6可在S1至S3之前执行，换而言之，本发明中所述第一壳状本体和第二壳状 本体的设计不存在设计顺序上限制。
在一些实施例中，在制备过程中，可根据患者所需要的矫治力度增加第一 加强构件31的外表面和第二加强构件41的外表面的厚度，例如在使用热压成 型的制备方法时使用厚度不均匀的膜片，或直接在3D打印的过程中根据壳状 牙科器械的数字模型直接打印。
本发明还提供了一种壳状牙科器械的设计方法，用于获得如上所述第一加 强构件31与第一凸起部3非一体成型的第一壳状本体和第二加强构件41和第 二凸起部4非一体成型的第二壳状本体。
图13为本发明提供了一种壳状牙科器械的设计方法的流程图。
S1：获取第一初始牙颌数字模型；
S2：在所述第一初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设 计第一凸起部模型，包括获取所述第一凸起部的特征信息；
S3：基于所述第一初始牙颌数字模型和所述第一凸起部模型，生成具有第 一凸起部的第一牙颌数字模型；
S4:获取第二初始牙颌数字模型；
S5:在所述第二初始牙颌数字模型尖牙至磨牙之间的区域内向对颌方向设 计第二凸起部模型，包括获取所述第二凸起部特征信息；
S6:基于所述第二初始牙颌数字模型和所述第二凸起部模型，生成具有第 二凸起部的第二牙颌数字模型；
S7:利用第一牙颌数字模型和第二牙颌数字模型设计第一壳状本体和第二 壳状本体；
S8：在所述第一壳状本体的所述第一凸起部的近中面或远中面设置第一加 强构件，在所述第二壳状本体的所述第二凸起部的近中面或远中面设置第二加 强构件。
参考图1至图3，其中，所述第一壳状本体与第二壳状本体分别为如上所 述的容纳上颌牙齿11的第一壳状本体1和容纳下颌牙齿21的第二壳状本体2； 在所述第一壳状本体1与所述第二壳状本体2相互作用时，所述第一加强构件 31外表面与所述第二加强构件41外表面凹凸匹配，并且第一加强构件31与所 述第二加强构件41相对滑动导引上下颌至预设的咬合位置。同时，第一凸起 部3与第一加强构件31之间为固定连接；第二凸起部4与第二加强构件41之 间为固定连接，所述固定连接包括不可拆卸固定连接或可拆卸固定连接。所述 加强构件的固定位置可在制备过程中标记在凸起部上，根据凸起部的标记位置 进行固定加强构件。
具体地说，S1至S3的执行可与S3至S6的执行同步进行，或者，S3至 S6可在S1至S3之前执行，换而言之，本发明中所述第一壳状本体和第二壳状 本体的设计不存在设计顺序上限制。
本发明还提供一种壳状牙科器械的制备方法，包括：基于如上所述设计方 法设计出的第一牙颌数字模型及第二牙颌数字模型，采用热压膜成型工艺制备 壳状牙科器械。
本发明还提供另一种壳状牙科器械的制备方法，包括：基于如上所述设计 方法设计出的第一牙壳状本体及第二壳状本体，采用增材制造的方式直接制备 壳状牙科器械。
在一些实施例中，制备方法中的制作模块也可以是3D打印设备、压膜设 备、切割设备、抛光设备、及清洗消毒设备，具体制备过程是首先通过3D打 印技术将符合要求的数字化牙颌模型直接打印出来，其次在打印好的3D牙颌 模型上进行压膜操作，最后再对压好膜的壳状牙科器械进行切割、抛光清洗、 消毒等步骤，所述凸起部和加强构件之间的固定连接工序可在压膜工序之后 (不包括压膜工序)消毒工序之前(不包括消毒工序)的任意一道的工序之前 或者之后进行，或者也可以在医生使用过程中对照凸起部的标记位置进行安装 加强构件。
在一些实施例中，参考图14，凸起部在颊侧面和/或舌侧面设有至少一个 加强面，一个加强面上设有至少一个加强构件，同时，加强构件与所述凸起部 一体成型，加强构件由凸起部的颊侧面和/或舌侧面的局部向内或向外弯曲形 成，进一步说，加强构件可向外弯曲形成凸点结构。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明 的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不 脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
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