專利名稱：一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個性化正畸方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種正畸方法。
背景技術：
口腔固定正畸是針對牙齒排列畸形或錯牙合(牙合為一個字，下同)，利用弓絲、托槽等組成的矯治器械，對牙齒施加機械矯治力和力矩，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)過一段時間的矯治后改善面型、排齊牙列并提高咀嚼效能。20世紀初，被譽為現(xiàn)代正畸學之父的美國牙醫(yī)Edward Angle開始設計牙齒矯治器，到1928年推出了方絲弓矯治技術，奠定了現(xiàn)代口腔正畸學的基礎。1970年美國正畸醫(yī)生Andrews提出了最佳自然牙合的六條標準，并在方絲弓矯治器的基礎上發(fā)明了直絲弓矯治器，使用更加方便。目前，應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，其關鍵在于用對應于不同牙位的特定參數(shù)的托槽來補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弓絲進行彎制。我國直到上世紀80年代才引入方絲弓矯治技術，30多年來主要以消化吸收和應用為主，目前主要的正畸器械如自鎖托鎖仍然依賴進口，價格高昂。每年正畸的就診病人只有幾十萬，而有數(shù)據(jù)顯示我國青少年錯牙合畸形的發(fā)病率在50%左右，隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高，我國對正畸治療的需求將快速增長，迫切需要具有自主知識產(chǎn)權的正畸器械?？谇徽?，弓絲的主要作用是通過與托槽配合，對需要移動的牙齒和牙弓施加相應的力和力矩，實現(xiàn)牙齒的移動。傳統(tǒng)的金屬弓絲由于施加的力衰減較快，力學性能不夠穩(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)尺寸大小進行統(tǒng)計分析和分組，根據(jù)該分組制作一組標準大小的弓絲，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；臨床應用時，正畸醫(yī)生根據(jù)患者實際的牙弓大小從標準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準托槽中，在口腔溫度環(huán)境下，弓絲會緩慢變形恢復到初始的標準形狀，與托槽配合提供牙齒移動的載荷，實現(xiàn)牙齒的移動。目前的弓絲及存在的問題目前，基于標準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準的形狀和尺寸，通過不同牙位上的標準托槽的尺寸改變來補償不同牙位與正常咬合線間的位置差異，而每個人的牙齒大小存在差別，咬合線也會與標準數(shù)據(jù)不同。因此目前的直絲弓矯治器并沒有考慮個體差異，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)校矯治器來補償和修正，延長了治療時間并增加了治療風險。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有形狀記憶合金弓絲個性化成型困難、鎳材料不安全的不足，本發(fā)明提供一種能有效實現(xiàn)個性化成型、消除安全隱患的基于形狀記憶聚合物的個性化正畸方法。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個性化正畸方法，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合模型；4)在復合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯位情況，制訂出牙齒移動的步驟，得到正畸方案，測算出關鍵參數(shù)，所述關鍵參數(shù)包括牙齒移動量、所需的正畸力和力矩以及加力的方式，并排出經(jīng)過治療后的目標牙列；5)根據(jù)目標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)每個托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構制出弓絲，該弓絲與目標牙列及托槽的位置匹配，具有個性化的形狀；7)根據(jù)該弓絲形狀設計出成型模具；8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術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，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。進一步，所述步驟9)中，SMP弓絲材料采用聚氨酯材料。當然，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)明的技術構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)和標準托槽制作成個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，大量實驗證明，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度，腐蝕產(chǎn)物(合金中析出的有害金屬離子)還會對機體產(chǎn)生不良反應，如過敏、牙齒著色及毒性作用。大量實驗證明，鎳離子具有毒性，而且會引起過敏反應，因此大量鎳金屬離子的釋放，對人體健康存在著較大的潛在威脅。國內(nèi)也有學者通過體外毒性實驗證明鎳鈦形狀記憶合金絲的細胞毒性升高具有一定的普遍性，對人體健康存在危害。近年來有學者提出一種具有形狀記憶功能的聚合物材料(SMP, Shape memory ploymer)應用于醫(yī)學領域，其原理在于SMP是由固定硬質(zhì)相和逆變軟質(zhì)相組成的，當溫度達到軟質(zhì)相的逆變相變溫度Ttrans范圍，會導致其分子重新排列到原來的位置，使形狀得到恢復，恢復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)境下的形狀回復提供穩(wěn)定、持續(xù)的正畸矯正力，實現(xiàn)個性化的正畸治療，減少患者佩戴矯治器的治療時間和醫(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是個性化弓絲的示意圖。圖6是弓絲的成型模具示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖1 圖6，一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個性化正畸方法，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)托槽位置設計正畸弓絲，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弓絲需要恢復的記憶中的形狀；臨床操作時，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合模型，如圖2所示。4)在復合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯位情況，制訂出牙齒移動的步驟，得到正畸治療方案，測算出包括牙齒移動量、所需的正畸力和力矩、加力的方式等關鍵參數(shù)，并排出經(jīng)過治療后的目標牙列，如圖3所示。5)根據(jù)目標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)每個托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構制出弓絲，該弓絲與目標牙列及托槽的位置嚴格匹配，具有個性化的形狀，如圖5所示。7)根據(jù)該弓絲形狀設計出成形模具，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性化弓絲。8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術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，目前市場上可以購買到合成的原材料，然后利用材料制備設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，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。
權利要求
1.一種基于形狀記憶聚合物弓絲的個性化正畸方法，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合模型； 4)在復合模型上，根據(jù)患者的牙齒錯位情況，制訂出牙齒移動的步驟，得到正畸方案，測算出關鍵參數(shù)，所述關鍵參數(shù)包括牙齒移動量、所需的正畸力和力矩以及加力的方式，并排出經(jīng)過治療后的目標牙列； 5)根據(jù)目標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)每個托槽上的弓絲槽的位置，用掃掠的方式構制出弓絲，該弓絲與目標牙列及托槽的位置匹配，具有個性化的形狀； 7)根據(jù)該弓絲形狀設計出成型模具； 8)將弓絲模具用金屬粉末快速成型技術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，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.如權利要求1所述的一種基于形狀記憶聚合物的個性化正畸方法，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)托槽位置設計正畸弓絲，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弓絲需要恢復的記憶中的形狀；臨床操作時，將弓絲置于設定的溫度環(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)明能有效實現(xiàn)個性化正畸、消除潛在的安全隱患。
文檔編號A61C7/00GK103054651SQ20121055229
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權日2012年12月18日
發(fā)明者劉云峰, 董星濤, 姜獻峰, 彭偉 申請人:浙江工業(yè)大學