專(zhuān)利名稱(chēng)：逐漸移位牙齒的方法和裝置的制作方法
本申請(qǐng)是1997年10月8日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.08/947,080的后續(xù)申請(qǐng)，而后者又要求了1997年6月20日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.60/050,342的優(yōu)先權(quán)。以上兩個(gè)申請(qǐng)所公開(kāi)的全部?jī)?nèi)容都被引入作為本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)。發(fā)明背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及正牙學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種使牙齒從原始牙齒布局逐漸移位到最后牙齒布局的方法和裝置。
為了美觀(guān)或其他理由而重新定位牙齒通常是用戴上一般稱(chēng)為“牙托”的用具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種牙托包括各種器械，例如托架、拱形鋼絲、連線(xiàn)和O形圈。把這些器具安裝在患者的牙齒上是冗長(zhǎng)而費(fèi)時(shí)的事情，需要多次會(huì)見(jiàn)主治的牙醫(yī)。因此，傳統(tǒng)的正牙治療限制了正牙醫(yī)生治療患者的數(shù)量，并且正牙治療的費(fèi)用十分昂貴。
在把牙托固定在患者的牙齒上之前，一般至少要與正牙醫(yī)生、牙醫(yī)和/或X光照相室約見(jiàn)一次，以便取得患者牙齒和顎部的X光透視和相片。在初次會(huì)見(jiàn)時(shí)，或者也可能在以后會(huì)見(jiàn)時(shí)，一般還要制作一付患者牙齒的蛋白藻蛋白酸鹽模子。這種模子提供了患者牙齒的模型，正牙醫(yī)生可以將X光透視和照相與這種模型結(jié)合起來(lái)提出一個(gè)治療方案。然后，在把牙托安裝到患者的牙齒上期間，正牙醫(yī)生一般還要診治一次或多次。
在第一次安裝牙托的診治中，最初要用弱酸處理牙齒的表面。這種酸要選擇的最主要性能是要粘結(jié)在牙齒上的托架和箍圈與牙齒表面的粘結(jié)性能。上述托架和箍圈的作用是用作以后增加上去的器械的緊固件。在酸處理步驟之后，用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)材料把托架和箍圈粘結(jié)在患者的牙齒上。在粘結(jié)固化之前，不要施加產(chǎn)生力量的器具。因此，正牙醫(yī)生通常要安排一次以后的預(yù)約，以保證托架和箍圈能良好地粘結(jié)在牙齒上。
在一組傳統(tǒng)的牙托上施加力量的主要器械是拱形鋼絲(archwire)。這種拱形鋼絲是有彈性的，利用托架上的窄縫固定在托架上。這種拱形鋼絲把許多托架聯(lián)系在一起，并對(duì)其施加力量，以便經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后使牙齒移位。扭轉(zhuǎn)鋼絲或者合成橡膠的‘O’形圈常常用于加強(qiáng)拱形鋼絲在托架上的固定。在正牙技術(shù)領(lǐng)域中，把拱形鋼絲固定在托架上常常稱(chēng)為“綁扎”，而在這種工序中所使用的鋼絲則稱(chēng)為“綁扎線(xiàn)”。合成橡膠‘O’形圈則稱(chēng)為“塑料”。
拱形鋼絲就位后還要定期到正牙醫(yī)生處就診，這時(shí)，要安裝各種具有能產(chǎn)生不同力量的性能的拱形鋼絲，或者更換或拉緊已有的綁扎線(xiàn)。一般，這種就診是預(yù)約的，每3-6周一次。
如上所述，使用傳統(tǒng)的牙托是很漫長(zhǎng)而費(fèi)時(shí)的過(guò)程，需要多次到正牙醫(yī)生處就診。此外，從患者的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，使用牙托既難看又不舒服，有感染的危險(xiǎn)，還使得刷牙、剔牙和其他牙科衛(wèi)生處理做起來(lái)很困難。
為此，就很需要提供其它的可替換的牙齒重新定位的方法和裝置。這種方法和裝置應(yīng)該是經(jīng)濟(jì)的，特別是應(yīng)該減少正牙醫(yī)生在為每一個(gè)患者進(jìn)行策劃和照料時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間。這些方法和裝置還應(yīng)該更容易為患者所接受，特別是應(yīng)該做到就診的次數(shù)較少，比較舒服，感染的可能性少，并且更便于日常的牙齒衛(wèi)生保養(yǎng)。以下描述的本發(fā)明的方法和裝置至少能達(dá)到以上所述的目的中的一部分。
2.背景技術(shù)凱斯令(Kesling)在Am.J.Orthod.Oral.Surg.31297-304(1945)&32285-293(1946)中公開(kāi)了用于完全正牙治療的牙齒定位器。瓦倫克(Warunek)等人在(1989)J.Clin.Orthod.23694-700中描述了全面調(diào)整患者牙齒的位置用的硅樹(shù)脂定位器。路易斯安娜州70125，新奧爾良市的Raintree Essix公司和明尼蘇達(dá)州55902，羅切斯特市的Tru-Tain塑料公司推出了市售的用于精整和保持牙齒布局的透明塑料保持器。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,186,623；5,059,118；5,055,039；5,035,613；4,856,991；4,798,534；4,755,139中描述了正牙定位器的制造方法。
其他描述制造和使用牙科定位器的出版物有克里曼(Kleemann)和強(qiáng)生(Janssen)的(1996)J.Clin.Orthodon.30673-680；庫(kù)爾頓(Cureton)的(1996)J.Clin.Orthodon.30390-395；切龐(Chiappone)的(1980)J.Clin.Orthodon.14121-133；希立戴(Shilliday)的(1971)Am.J.Orthodontics59596-599；威爾斯(Wells)的(1970)Am.J.Orthodontics 58351-366；以及科廷豐(Cottingham)的(1969)Am.J.Orthodontics 5523-31。
庫(kù)羅達(dá)(Kuroda)等人在(1996)Am.J.Orthodontics110365-369中描述了一種用激光掃描石膏澆鑄件以產(chǎn)生該澆鑄件的數(shù)字影象的方法。亦見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利No.5,605,459。
授予奧莫科(Ormco)公司的美國(guó)專(zhuān)利No.5,533,895；5,474,448；5,454,717；5,447,432；5,431,562；5,395,238；5,368,478；5,139,419中描述了為設(shè)計(jì)正牙器械用的處理數(shù)字影象的方法。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,011,405描述了一種用數(shù)字顯示牙齒影象，并為正牙治療確定最佳托架定位的方法。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,338,198中公開(kāi)了用激光掃描模制的牙齒以產(chǎn)生立體模型的技術(shù)。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,452,219中描述了用激光掃描牙齒模型和研磨牙齒模型的方法。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,607,305和5,587,912中描述了牙齒外形的數(shù)字計(jì)算機(jī)處理法。在美國(guó)專(zhuān)利No.5,342,202和5,340,309中公開(kāi)了用計(jì)算機(jī)顯示顎部的數(shù)字影象的技術(shù)。其他有關(guān)的美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)有5,549,476；5,382,164；5,273,429；4,936,862；3,860,803；3,660,900；5,645,421；5,055,039；4,798,534；4,856,991；5,035,613；5,059,118；5,186,623；4,755,139。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的，用于將牙齒從原始牙齒布局重新定位到最后牙齒布局的方法和裝置。重新定位是用這樣一種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種裝置有一系列設(shè)計(jì)成能把牙齒容納在一個(gè)空腔內(nèi)的器械，并用一系列步驟逐漸使各個(gè)牙齒重新定位。以上所述的一系列步驟至少是三個(gè)逐次的步驟，一般包括至少四個(gè)逐次的步驟，常常包括至少十個(gè)步驟，有時(shí)要包括至少25個(gè)步驟，而且偶然可能包括40個(gè)或更多的步驟。最經(jīng)常的是，這種方法和裝置用10個(gè)到25個(gè)逐次的步驟來(lái)使牙齒重新定位，雖然在復(fù)雜的情況下有許多患者的牙齒要用40個(gè)或者更多的步驟。逐次使用一系列器械可以把每一種器械設(shè)計(jì)成以很小的移位量移位每一顆牙齒，一般小于2mm，優(yōu)選是小于1mm，最好是小于0.5mm。這些限制是利用單獨(dú)一種器械時(shí)，在一顆牙齒上的任何一點(diǎn)上的最大線(xiàn)性移位量。當(dāng)然，由逐次的器械所形成的移位對(duì)于任何一顆特定的牙齒來(lái)說(shuō)常常是不相同的。因此，由于使用一種器械的結(jié)果，一顆牙齒上的某一點(diǎn)可以移位一個(gè)特定的距離，然后，用下一個(gè)器械再使這一點(diǎn)在相同或不同的方向上移位不同的距離。
單個(gè)器械通常是一個(gè)具有能在內(nèi)部容納牙齒的空腔的聚合物殼體，一般用下述的方法模制而成。每一個(gè)單個(gè)器械通常是這樣設(shè)計(jì)的，即，它的容納牙齒的空腔的幾何形狀與該器械所要達(dá)到的牙齒的中間布局或最后位置相適應(yīng)。這就是說(shuō)，當(dāng)患者第一次戴上這個(gè)器械時(shí)，全部牙齒中的某些牙齒將與該器械空腔的未變形的幾何形狀錯(cuò)位。但是，這種器械有足夠的彈性去適應(yīng)或符合錯(cuò)位的牙齒，并且將對(duì)這顆錯(cuò)位的牙齒施加足夠的彈性力量，以便使這顆牙齒重新定位到這個(gè)治療步驟所要達(dá)到的中間布局或最后位置。
按照本發(fā)明的裝置包括至少一個(gè)第一器械，該第一器械具有選定的、使患者的牙齒從原始牙齒布局重新定位到各牙齒要逐漸重新定位到上面的第一中間布局上的幾何形狀。這種裝置還包括至少一個(gè)中間器械，它具有選定的、逐漸使牙齒從上述第一中間布局重新定位到一個(gè)或幾個(gè)逐次的中間布局上的幾何形狀。這種裝置還包括一個(gè)最后的器械，它具有選定的，逐漸使牙齒從最后的中間布局重新定位到所要求的最后牙齒布局上的幾何形狀。在有些情況下，需要把最后的一個(gè)或幾個(gè)器械做成使得最后的牙齒布局“矯枉過(guò)正”，這一點(diǎn)下面還要詳細(xì)討論。
如將要在下面結(jié)合本發(fā)明的方法更詳細(xì)地描述的，這種裝置是可以設(shè)計(jì)的，而且全部單個(gè)器械在治療一開(kāi)始就制造好，這樣，就能把這些器械作為單獨(dú)的一套器械或一套裝置提供給患者。器械的使用次序要清楚地標(biāo)明(例如用逐次的數(shù)字)，這樣，患者就能夠按照正牙醫(yī)生或其他治療專(zhuān)業(yè)人員所規(guī)定的頻率把這些器械套在牙齒上。與使用牙托不同，這種患者不需要每次都到專(zhuān)業(yè)治療人員那里去，就能夠進(jìn)行治療上的調(diào)節(jié)。雖然患者一般還需要周期性地去專(zhuān)業(yè)治療人員那里，以確認(rèn)治療是按照原來(lái)的計(jì)劃進(jìn)行著，但確不需要每次都到專(zhuān)業(yè)人員那里去進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就能以更多但更小的連續(xù)的步驟進(jìn)行治療，同時(shí)還減少了專(zhuān)業(yè)治療人員為每一個(gè)患者所花費(fèi)的時(shí)間。此外，由于患者有能力自己使用這種更舒服、看不見(jiàn)、并且可以拆卸的聚合物的外殼器械，因而大大改進(jìn)了患者的配合、舒適和滿(mǎn)意的程度。
按照本發(fā)明的一種方法，在患者的嘴里放置了一系列逐漸定位的調(diào)節(jié)器械，以使患者的牙齒從原始的牙齒布局重新定位到最后的牙齒布局。非常方便，這種器械不是固定的，患者可以在治療過(guò)程中隨時(shí)放置或重新放置器械。在一系列器械中的第一個(gè)器械要選擇這樣的幾何形狀，它能把牙齒從原始的牙齒布局重新定位到第一中間布局上。在接近或者到達(dá)第一中間布局之后，再逐次地把一個(gè)或多個(gè)附加的(中間的)器械放置在牙齒上，此時(shí)，這種附加的器械所選擇的幾何形狀要能逐漸使牙齒從第一中間布局逐次重新定位到若干個(gè)中間布局上。當(dāng)把最后一個(gè)器械放入患者的嘴里時(shí)，治療就可以結(jié)束了，此時(shí)，這個(gè)最后的器械所選定的幾何形狀能逐漸把牙齒從最后一個(gè)中間布局重新定位到最后的牙齒布局上。在一系列器械中的最后一個(gè)器械或者最后幾個(gè)器械要選擇這樣的形狀，使得牙齒的位置過(guò)度地矯證，即，要有一個(gè)使各個(gè)牙齒移位到超出選定的“最后”位置的幾何形狀(如果完全到位的話(huà))。為了在重新定位的方法終止之后抵消潛在的反彈，這種過(guò)度矯正是必要的，也就是說(shuō)，允許各個(gè)牙齒會(huì)向著矯正之前的位置稍稍移位。過(guò)度矯正還有利于加快矯正的速度，即，使一個(gè)器械的幾何形狀的位置超過(guò)所要求的中間或最后位置，各顆牙齒就會(huì)以更快的速度向這個(gè)位置移位。在這種情況下，可以在牙齒到達(dá)由這個(gè)或這幾個(gè)最后的器械所確定的位置之前就結(jié)束治療。上述方法一般包括放置至少兩個(gè)附加的器械，常常要放置至少10個(gè)附加器械，有時(shí)要放置至少25個(gè)附加器械，偶爾要放置至少40個(gè)或更多的附加器械。當(dāng)牙齒接近(在預(yù)先選定的公差范圍內(nèi))或者已經(jīng)到達(dá)這一治療階段的最后目標(biāo)位置時(shí)，就要更換為后續(xù)的器械，一般是在2-20天的間隔范圍內(nèi)更換，經(jīng)常是在5-10天的間隔范圍內(nèi)。
有可能常常需要在牙齒實(shí)際上到達(dá)該治療階段的“最后”位置之前就更換器械。應(yīng)該理解，當(dāng)牙齒逐漸重新定位，并接近由一個(gè)特定的器械所確定的幾何形狀時(shí)，在這顆牙齒上的重新定位的力將大大地減小。因此，及早在牙齒還只有被前一個(gè)器械部分定位時(shí)，就用后一個(gè)器械來(lái)更換前一個(gè)器械，就能縮短整個(gè)治療的時(shí)間。因此，F(xiàn)DDS實(shí)際上能代表最后牙齒布局的過(guò)度矯正。這樣，既加快了治療，又能抵消患者的反彈。
一般，轉(zhuǎn)換到下一個(gè)器械要根據(jù)很多因素。最簡(jiǎn)單的方式是可以按照預(yù)定的日程表或按照固定的時(shí)間間隔(即每個(gè)器械的天數(shù))來(lái)更換，這個(gè)間隔是在一開(kāi)始根據(jù)預(yù)期的要求或者典型患者的反應(yīng)確定的。換一種方式，也可以把具體患者的反應(yīng)考慮在內(nèi)，例如，當(dāng)患者不再感覺(jué)到目前這個(gè)器械施加在牙齒上的壓力時(shí)，即，患者很容易把這個(gè)器械戴在他的牙齒上，而且牙齒上沒(méi)有受到什么壓力或者不舒服時(shí)，就可以換用下一個(gè)器械。在有些情況下，對(duì)于那些牙齒的反應(yīng)很快的患者，專(zhuān)業(yè)治療人員也可以決定跳過(guò)一個(gè)或者幾個(gè)中間器械，即，減少使用的器械的總數(shù)，使它少于最初確定的數(shù)量。這樣，就能縮短特定患者所需要的整個(gè)治療時(shí)間。
另一方面，本發(fā)明的方法是利用若干器械來(lái)重新定位牙齒，這種器械包括帶有空腔的聚合物外殼，空腔的形狀做成能容納牙齒，并彈性地重新定位牙齒，從而產(chǎn)生最后的牙齒。本發(fā)明還提供了這種方法的改進(jìn)型，它在治療一開(kāi)始就確定至少三個(gè)上述器械的幾何形狀，患者要逐次戴這三個(gè)器械，以便把牙齒從原始的牙齒布局重新定位到最后的牙齒布局上。優(yōu)選地，在開(kāi)始時(shí)至少確定四個(gè)幾何形狀，常常是至少10個(gè)幾何形狀，經(jīng)常是至少25個(gè)幾何形狀，有時(shí)候是40個(gè)或更多的幾何形狀。如上所述，一般，由每一個(gè)后續(xù)幾何形狀的空腔所確定的牙齒布局與由前一個(gè)幾何形狀的空腔所確定的牙齒布局的差別不大于2mm，優(yōu)選不大于1mm，最好是不大于0.5mm。
本發(fā)明的又一個(gè)方面是提供用來(lái)產(chǎn)生一組代表最后的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組的方法。這種方法包括提供一組代表原始牙齒布局的原始數(shù)據(jù)組，并呈現(xiàn)出根據(jù)這一組原始數(shù)據(jù)的可視影象。然后，處理這個(gè)可視影象，在該可視影象中重新定位各個(gè)牙齒。然后，產(chǎn)生一組最后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，這一組數(shù)據(jù)代表具有在可視影象中顯示出來(lái)的重新定位的牙齒的最后牙齒布局。原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集可以很方便地用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)提供，包括數(shù)字化X射線(xiàn)影象，由計(jì)算機(jī)輔助的層析X射線(xiàn)掃描(CAT掃描)所產(chǎn)生的影象，由磁諧振造象(MRI)所產(chǎn)生的影象等等。優(yōu)選地，這種影象是立體影象，而數(shù)字化則可以用常規(guī)技術(shù)來(lái)完成。一般，原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集是借助于用常規(guī)技術(shù)制作一個(gè)患者在治療之前的牙齒的石膏鑄件。然后，對(duì)所制成的石膏鑄件用激光或其他掃描設(shè)備進(jìn)行掃描，產(chǎn)生一個(gè)患者牙齒的石膏鑄件的高分辨率的數(shù)字圖像。使用石膏鑄件是最佳選擇，因?yàn)樗槐刈尰颊弑┞对赬射線(xiàn)下，或者讓患者忍受不愉快的MRI掃描。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，也可以用標(biāo)準(zhǔn)的方法取得一個(gè)患者的蠟咬印。這種蠟咬印能讓患者的上、下牙齒形狀的石膏鑄件放在互相咬合的中心位置上。然后，對(duì)這一對(duì)鑄件掃描，以提供在這個(gè)位置上的顎部相對(duì)位置的信息。然后，把這種信息合并入兩個(gè)拱形的IDDS中。
一旦獲得了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，就能在裝備有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的合適的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上顯示并處理影象。這一點(diǎn)下面還要更詳細(xì)的描述。影象的處理通常包括確定各個(gè)牙齒中的至少一些周?chē)倪吔?，并借助于通過(guò)計(jì)算機(jī)處理上述影象，使牙齒的影象相對(duì)于顎部和其他牙齒移位。本發(fā)明還提供了用于檢測(cè)牙齒齒尖的信息的方法。影象的處理可以完全憑主觀(guān)進(jìn)行，即，使用者可以單憑對(duì)影象的觀(guān)察，以一種審美和/或治療所要求的方式，簡(jiǎn)單地重新定位牙齒?；蛘?，上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以設(shè)置一些規(guī)則和算法，來(lái)幫助使用者重新定位牙齒。在有些情況下，有可能提供以完全自動(dòng)的方式，即不用使用者介入的方式，來(lái)重新定位牙齒的規(guī)則和算法。一旦各個(gè)牙齒重新定好位之后，就會(huì)產(chǎn)生一組代表所要求的最后的牙齒布局的最后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，并儲(chǔ)存起來(lái)。
對(duì)于專(zhuān)業(yè)治療人員而言確定最后的牙齒布局的優(yōu)選方法是確定最后牙齒的布局，例如，寫(xiě)出一個(gè)治療方案。使用治療方案來(lái)確定正牙程序所要求的結(jié)果在本技術(shù)領(lǐng)域是公知的。當(dāng)形成了一個(gè)治療方案或者其他最后的目標(biāo)時(shí)，然后就能處理上述影象以符合這個(gè)方案。在有些情況下，有可能提供能夠翻譯這種治療方案的軟件來(lái)產(chǎn)生最后的影象，從而也就產(chǎn)生了代表最后牙齒布局的這一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。
按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了用于產(chǎn)生許多組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的方法，這許多組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集代表了一系列離散的牙齒布局從一個(gè)原始牙齒布局過(guò)度到最后牙齒布局。這種方法包括提供一組代表原始牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集(可以按照以上所述的任何一種技術(shù)來(lái)完成)。還提供了一組代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。這最后一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集可以由上面描述的各種方法來(lái)確定。然后，在上述原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集和最后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出許多組逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。一般，這些逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集是通過(guò)確定選定的各個(gè)牙齒在原始數(shù)據(jù)集與最后數(shù)據(jù)集之間的位置差，并內(nèi)插上述位置差而產(chǎn)生的。這種內(nèi)插可以在所要求那樣多的許多離散階段中完成，一般至少三個(gè)，常常是至少四個(gè)，更經(jīng)常是至少10個(gè)，有時(shí)候至少25個(gè)，偶爾是40個(gè)或更多。這種內(nèi)插對(duì)于某些，或者所有的位置差往往是線(xiàn)性?xún)?nèi)插。反之，這種內(nèi)插也可以是非線(xiàn)性的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，非線(xiàn)性?xún)?nèi)插是利用路徑安排和碰撞檢測(cè)技術(shù)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出來(lái)的，以避免各個(gè)牙齒之間的干涉。上述位置差與牙齒的移動(dòng)相對(duì)應(yīng)，此時(shí)，牙齒上任何一點(diǎn)上的最大線(xiàn)性移動(dòng)是2mm或更小，通常是1mm或更小，常常是0.5mm或更小。
使用者常常要規(guī)定一些稱(chēng)為“主框”的目標(biāo)中間牙齒布局，這些位置要直接包括在上述中間的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集內(nèi)。然后，本發(fā)明的方法按照上面所描述的方式，即，在這些主框之間用線(xiàn)性或非線(xiàn)性的內(nèi)插確定這些“主框”之間的逐次數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。這些主框可以由一個(gè)使用者來(lái)確定，例如由處理用于產(chǎn)生上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)上的可視影象的個(gè)人來(lái)確定，或者，也可以由專(zhuān)業(yè)治療人員以與最后的牙齒布局的治療方案同樣的方式，作為一種治療方案來(lái)提供。
按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了用于制造逐漸調(diào)節(jié)牙齒布局的器械的方法。上述方法包括提供一組原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，一組最后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；以及產(chǎn)生許多代表如剛才所描述的，逐次的目標(biāo)牙齒布局的，逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。然后，根據(jù)代表這些逐次牙齒布局的至少一部分?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，制造這些牙科器械。優(yōu)選地，這種制造步驟包括控制一臺(tái)根據(jù)逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集產(chǎn)生所要求的牙齒布局的逐次的正模型的制造機(jī)器。然后，利用常規(guī)的正向壓力或者真空制造技術(shù)，制造出作為這種正模型的負(fù)模型的牙科器械。上述制造機(jī)器可以包括一臺(tái)立體石版印刷機(jī)或者其他類(lèi)似的機(jī)器，這種用于有選擇地使一塊未硬化的聚合物樹(shù)脂硬化的機(jī)器，它根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集有選擇地把樹(shù)脂硬化成一種形狀。其他可用于本發(fā)明的方法的制造機(jī)器包括機(jī)床和石蠟沉積機(jī)。
在本發(fā)明又一個(gè)方面中，本發(fā)明的用于制造牙科器械的方法包括為患者提供一組代表經(jīng)過(guò)修正的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。然后，用一臺(tái)制造機(jī)器根據(jù)這組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集制造出一個(gè)經(jīng)過(guò)修正后的牙齒布局的正模型。然后，再根據(jù)這個(gè)正模型制成負(fù)模型的牙科器械。這種機(jī)器可以是上面提到的石版印刷機(jī)或其它機(jī)器，而正模型可以用現(xiàn)有的加壓技術(shù)或真空模制技術(shù)來(lái)制造。
在本發(fā)明又一個(gè)方面中，按照本發(fā)明的制造牙科器械的方法包括提供第一組代表一個(gè)患者的經(jīng)過(guò)修正的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。然后，從這第一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集產(chǎn)生第二組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，其中，這第二組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集代表經(jīng)過(guò)修正的牙齒布局的負(fù)模型。然后，根據(jù)第二組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集控制上述制造機(jī)器，以產(chǎn)生上述牙科器械。這種制造機(jī)器一般依靠有選擇地使未硬化的樹(shù)脂硬化來(lái)制成這種器械。這種器械一般包括一個(gè)聚合物外殼，外殼上有形狀能容納牙齒的空腔，并且能彈性地使牙齒從原始牙齒布局重新定位到修正后的牙齒布局上。
下面，參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中

圖1A是一個(gè)患者的顎部，并且一般地指出了牙齒是如何用本發(fā)明的方法和裝置來(lái)移動(dòng)的；圖1B表示圖1A中的一顆牙齒，并且指出了牙齒的移動(dòng)距離是如何確定的；
圖1C表示圖1A中的顎部和一個(gè)逐漸調(diào)節(jié)位置的器械，該器械是按照本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)的；圖2的框圖表示本發(fā)明用于制造一組逐漸調(diào)節(jié)位置的器械的各步驟；圖3的框圖給出了處理一組代表原始牙齒布局的原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，以產(chǎn)生一組與所要求的最后牙齒布局相對(duì)應(yīng)的最后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟；圖4A是表示一種用于本方法的消除手段的流程圖；圖4B表示被圖4A中的程序消除了的空間的量；圖5是表示在處理圖3中的數(shù)據(jù)集時(shí)，用于匹配高分辨率分量與低分辨率分量的程序的流程圖；圖6A是表示用于完成牙尖檢測(cè)算法的“檢測(cè)”階段的程序的流程圖；圖6B是表示用于完成牙尖檢測(cè)算法的“舍棄”階段的程序的流程圖；圖7表示用于產(chǎn)生多組中間數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的方法，這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集用于制造本發(fā)明的調(diào)節(jié)器械；圖8A是表示由設(shè)計(jì)路徑的算法所完成的各步驟的流程圖；圖8B是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于完成“可視性”功能的各步驟的流程圖；圖8C是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于完成“產(chǎn)品”功能的各步驟的流程圖；圖8D是表示完成圖8A中的設(shè)計(jì)路徑的步驟128的各步驟的流程圖；圖9A是表示用于完成在碰撞檢測(cè)的過(guò)程中的循環(huán)碰撞測(cè)試的各步驟的流程圖；圖9B是表示在按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的碰撞檢測(cè)的過(guò)程中完成的節(jié)點(diǎn)拆分過(guò)程的流程圖；圖9C是表示向上述碰撞檢測(cè)過(guò)程提供附加移動(dòng)信息的各步驟的流程圖10表示按照本發(fā)明的方法，利用代表中間和最后的器械構(gòu)造的許多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集來(lái)制造多個(gè)器械的可替換的方法；圖11是在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用的一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化了的框圖。
按照本發(fā)明，提供了利用許多離散的器械來(lái)逐漸移動(dòng)牙齒的方法和裝置，其中，每一個(gè)器械以相當(dāng)小的移動(dòng)量逐次移動(dòng)患者的一顆或多顆牙齒。牙齒的移動(dòng)方式是在正牙治療中通常使用的方式，包括相對(duì)于垂直中心線(xiàn)的全部三個(gè)正交方向的平移，牙齒中心線(xiàn)在兩個(gè)正牙方向(“根角”和“扭轉(zhuǎn)”)的轉(zhuǎn)動(dòng)，以及繞著中心線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
請(qǐng)看圖1A，一個(gè)代表性的顎部100包括16顆牙齒102。本發(fā)明的目的是要把這些牙齒中的至少若干顆從原始牙齒布局移動(dòng)到最后牙齒布局。為了說(shuō)明牙齒是如何移動(dòng)的，畫(huà)出了一根通過(guò)牙齒102的任意的中心線(xiàn)(CL)。以這根中心線(xiàn)(CL)為基準(zhǔn)，能在用軸線(xiàn)104、106和108(其中104是中心線(xiàn))表示的三個(gè)正交方向上移動(dòng)這些牙齒。上述中心線(xiàn)可以繞著軸線(xiàn)108(根角)和104(扭轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)動(dòng)，分別如箭頭110和112所指示。此外，牙齒還可以如箭頭114所指示繞著中心線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，能完成牙齒的所有可能的自由形式的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在請(qǐng)看圖1B，用本發(fā)明的方法和裝置所能達(dá)到的任何牙齒運(yùn)動(dòng)的幅度將以牙齒102上任何一點(diǎn)P的最大線(xiàn)性平移來(lái)確定。當(dāng)牙齒以圖1A中的任何一個(gè)正交或旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)時(shí)，每一點(diǎn)Pi的平移量都要累計(jì)起來(lái)。即，雖然一般情況下這一點(diǎn)將循著一條非線(xiàn)性路徑移動(dòng)，但在治療過(guò)程的任何兩個(gè)時(shí)間確定牙齒布局時(shí)，在牙齒的任何點(diǎn)之間都會(huì)有一個(gè)線(xiàn)性距離。因此，任意一點(diǎn)Pi可能在事實(shí)上作如箭頭d1所示的真正的左右平移時(shí)，另一個(gè)任意的一點(diǎn)P2可能沿著一條弧線(xiàn)移動(dòng)，其造成的最終平移為d2。本發(fā)明的許多情況要由在任何特定的牙齒上用本方法所引起的一點(diǎn)Pi的最大容許移動(dòng)量來(lái)確定。這種最大牙齒移動(dòng)量又由牙齒上點(diǎn)Pi的最大線(xiàn)性平移量來(lái)確定，該點(diǎn)Pi在該牙齒的任何一個(gè)治療步驟中經(jīng)受最大移動(dòng)量。
請(qǐng)看圖1C，按照本發(fā)明的系統(tǒng)包括許多逐漸調(diào)節(jié)位置的器械。這種器械能用以上所描述的方法逐漸使顎部上各個(gè)牙齒重新定位。廣義的說(shuō)，本發(fā)明的方法能使用任何公知的定位器、保持器，或者任何其他可移動(dòng)的器械，這些器械都是普通的正牙治療中為修正和保持牙齒布局所公知的。本發(fā)明的系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備和系統(tǒng)相反，它將提供許多要由患者逐次戴上的器械，以便達(dá)到以上所述的逐漸重新定位牙齒布局的目的。一種優(yōu)選的器械100包括一個(gè)具有一空腔的聚合物外殼，該空腔的形狀能容納牙齒，并以彈性的方式使牙齒從一個(gè)牙齒布局重新定位到下一個(gè)牙齒布局上。通常，但不是必須，這種聚合物外殼能套在上下顎部的所有牙齒上。常常是只有一顆或幾顆牙齒要重新定位，而其他的牙齒都是為在重新定位的器械對(duì)將要重新定位的牙齒施加彈性的重新定位力時(shí)，為它提供固定用的基礎(chǔ)。但是，在情況復(fù)雜時(shí)，在治療過(guò)程中有許多或者大多數(shù)牙齒要重新定位到某個(gè)點(diǎn)上。這時(shí)，被移動(dòng)的牙齒也能夠起固定重新定位的器械的基礎(chǔ)的作用。此外，齒齦和/或底板也能夠起固定部位的作用，因此，能讓所有的或幾乎所有的牙齒都同時(shí)重新定位。
圖1C中的聚合物器械100通常是用一種合適的合成橡膠聚合物的薄板形成的，例如Tru-Tain的0.03英寸的熱成形牙科材料，明尼蘇達(dá)州55902，Rochster市的Tru-Tain塑料。一般為了在牙齒上固定這種器械，不需要鋼絲或其他手段。但，在有些情況下，就需要或必須在牙齒上設(shè)置單獨(dú)的緊固件，并且在器械100上要有相應(yīng)的插孔，這樣器械才能夠?qū)ρ例X施加向上的力，但如果沒(méi)有這種緊固件，就將無(wú)法施加。下面，描述制造這種器械100的具體方法。
請(qǐng)參閱圖2，下面將描述本發(fā)明用于制造逐漸調(diào)節(jié)位置的器械的整個(gè)方法，患者用這種器械來(lái)使患者的牙齒重新定位。第一步，獲得代表原始牙齒布局的一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，以下稱(chēng)之為IDDS。這種IDDS可用各種不同的方式獲得。例如，可以對(duì)患者的牙齒進(jìn)行掃描，或者使用公知的技術(shù)進(jìn)行造影，諸如X射線(xiàn)，立體X射線(xiàn)造影，計(jì)算機(jī)輔助的層析X射線(xiàn)攝影法，或者數(shù)據(jù)集、磁共振造影法等等。把這種普通的影象數(shù)字化以產(chǎn)生在本發(fā)明中使用的數(shù)據(jù)集的方法是公知的，公開(kāi)在專(zhuān)利和醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中。但是，本發(fā)明常常依賴(lài)公知的技術(shù)來(lái)首先獲得患者牙齒的石膏鑄件，例如格拉勃(Graber)公開(kāi)的“正牙學(xué)原理與實(shí)踐”，1969年，第二版，401-415頁(yè)，費(fèi)城，桑德斯。獲得牙齒鑄件之后，就能夠用普通的激光掃描器或者其他測(cè)距裝置進(jìn)行數(shù)字掃描來(lái)產(chǎn)生IDDS。當(dāng)然，由測(cè)距裝置所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集可以轉(zhuǎn)換成與用于處理該數(shù)據(jù)集范圍內(nèi)的影象的軟件相兼容的其他格式，這一點(diǎn)還要在下面詳細(xì)說(shuō)明。一般用于制造牙齒的石膏鑄件的技術(shù)，和利用激光掃描技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字模型的技術(shù)，公開(kāi)在諸如美國(guó)專(zhuān)利No.5,605,459中，該文獻(xiàn)的全部?jī)?nèi)容都可作為本申請(qǐng)的參考。
測(cè)距裝置有很多種類(lèi)，通常根據(jù)測(cè)距過(guò)程是否需要與所測(cè)立體物體接觸來(lái)分類(lèi)。接觸式測(cè)距裝置利用一個(gè)具有多級(jí)平移和/或旋轉(zhuǎn)自由度的測(cè)頭。借助于記錄測(cè)頭在掃過(guò)樣品表面時(shí)的實(shí)際位移，就能得到一個(gè)目標(biāo)樣品的計(jì)算機(jī)可讀表示。非接觸式測(cè)距裝置或者是一種反射式的，或者是一種透射式的裝置。正在使用的有各種各樣的反射裝置，其中的一些是利用非光學(xué)的入射能源，例如微波雷達(dá)或聲納。其他的則利用光能。那些靠反射的光能工作的非接觸式裝置還裝有專(zhuān)門(mén)的儀器，這種儀器設(shè)計(jì)成能完成一定的測(cè)量技術(shù)(例如影象的無(wú)線(xiàn)電定位，三角測(cè)量和干涉測(cè)量)。
一種優(yōu)選的測(cè)距裝置是光學(xué)的、反射的非接觸式掃描儀。非接觸式掃描儀的優(yōu)點(diǎn)在于其固有的無(wú)損性(即，不損壞樣品目標(biāo))，它的總的特征是拍攝物較高的分辨率和能在較短的時(shí)間內(nèi)掃描一個(gè)樣品。加州，蒙特里爾的Cyberware公司制造的Cyberware15型掃描儀是其中的一種。
無(wú)論是非接觸式還是接觸式掃描儀，都有一個(gè)有色攝象頭，它在具有掃描功能的同時(shí)能以數(shù)字格式拍攝樣品物體的彩色表示。這種不僅能拍攝樣品物體的形狀，還能拍攝出它的顏色，其重要性將在下面說(shuō)明。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還要從患者得到一個(gè)蠟咬印。這種蠟咬印使得能在中央咬合位置上掃描上下牙齒的相對(duì)位置。其實(shí)現(xiàn)方法是，首先把下部鑄件放在掃描器的前面，并使牙齒朝上，然后把蠟咬印放在下部鑄件的頂上，最后，把上部鑄件放在下部鑄件的頂上，牙齒朝下，擱在蠟咬印上。然后對(duì)處在相對(duì)位置上的上、下鑄件進(jìn)行圓柱形掃描。掃描所得的數(shù)據(jù)形成一個(gè)代表物體的中間分辨率的數(shù)字模型，其是位于和嘴里的相對(duì)位置一樣的位置上的患者的拱形的組合。
這種數(shù)字模型起引導(dǎo)上述兩個(gè)單獨(dú)的數(shù)字模型(每一個(gè)拱形一個(gè))放置的樣板作用。更精確的說(shuō)，利用軟件，例如Cyberware的對(duì)準(zhǔn)軟件，使每一個(gè)數(shù)字拱形逐次對(duì)準(zhǔn)該成對(duì)掃描。然后，把單個(gè)模型定位在與患者嘴里的拱形對(duì)應(yīng)的相對(duì)位置上。
本發(fā)明的方法是依靠在具有適當(dāng)?shù)膱D形用戶(hù)界面(GUT)和適合于觀(guān)看和修改影象的軟件的計(jì)算機(jī)或工作站上處理上述IDDS。下面將詳細(xì)描述這種軟件的特定性能。雖然這種方法是依靠計(jì)算機(jī)來(lái)處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，本發(fā)明的包括具有逐漸改變幾何形狀的多種牙科器械的裝置可以用非計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)制造。例如，用上述方式獲得的石膏鑄件可以用刀子、鋸或者其他切削工具切開(kāi)，以便能讓各個(gè)牙齒在該鑄件中重新定位。然后，切開(kāi)的牙齒可以用軟蠟或其他可熔化的材料固定，這樣，利用這種經(jīng)過(guò)修正的患者牙齒的石膏鑄件，能夠設(shè)計(jì)出許多中間牙齒布局。不同的位置可以用于準(zhǔn)備許多組器械，其一般是采用以下所描述的加壓和真空模制技術(shù)。雖然一般都不太愿意采用這種手工制作的器械，但是，用這種方式制作出來(lái)的裝置也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
請(qǐng)?jiān)倏磮D2，在獲得了IDDS之后，要把數(shù)字信息輸入計(jì)算機(jī)或其他工作站進(jìn)行處理。在這種優(yōu)選的方法中，各個(gè)牙齒和其他元件將被“切開(kāi)”，以便能使其單獨(dú)重新定位，或者從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集中去除。經(jīng)過(guò)這樣的元件“自由化”之后，使用者就要經(jīng)常遵照專(zhuān)業(yè)治療人員提供的治療方案或其他書(shū)面說(shuō)明?；蛘撸褂谜呖梢愿鶕?jù)可視的外觀(guān)或利用在計(jì)算機(jī)中編好程序的規(guī)則和算法對(duì)它們重新定位。一旦使用者對(duì)最后的位置滿(mǎn)意了，這個(gè)最后的牙齒布局便組成一組最后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集(FDDS)。
根據(jù)IDDS和FDDS這兩者，就能產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于一系列中間布局的許多中間數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集(INTDDS)。
圖3表示一種用于處理上述IDDS以便在計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生FDDS的有代表性的技術(shù)。一般從數(shù)字掃描儀輸送來(lái)的數(shù)據(jù)是高分辨率的。為了減少計(jì)算機(jī)為產(chǎn)生影象所需要的時(shí)間，要形成一組平行的以低分辨率表示IDDS的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。使用者將處理這個(gè)低分辨率的影象，而計(jì)算機(jī)則將按照需要適時(shí)更新高分辨率數(shù)據(jù)集。如果在該模型中的附加的細(xì)節(jié)是有用的，使用者還可以觀(guān)看/處理這個(gè)高分辨率的模型。上述IDDS還可以轉(zhuǎn)換成四邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果還沒(méi)有用這種型式表現(xiàn)的話(huà)。四邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種標(biāo)準(zhǔn)的拓樸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它是在1985年四月出版的ACM圖解學(xué)報(bào)的第四卷第二期，74-123頁(yè)中的“Primitives forthe Manipulation of General Subdivisions and the Computation of VoronoiDiagrams”提出來(lái)的。其他的拓樸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如翼邊緣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也可以使用。
作為一個(gè)最初的步驟，當(dāng)使用者看到患者的包括牙齒、齒齦和其他口部器官的顎部的立體影象時(shí)，他一般將把那些對(duì)于影象處理和/或最后制造器械來(lái)說(shuō)不需要的結(jié)構(gòu)刪去。模型上這些不需要的部分可以用一種擦除工具將其消除，以完成一種實(shí)體建模減法。這種工具可由一種圖形框來(lái)代表。要擦除的量(尺寸、位置和框的方位)由使用者用GUI設(shè)定。一般，不需要的部分包括外部的齒齦區(qū)域和原始掃描所得鑄件的底部。這種工具的另一種應(yīng)用是促進(jìn)牙齒的拔掉，以及牙齒表面的“修整”。當(dāng)為了要移動(dòng)的牙齒的最后定位需要顎部中的額外空間時(shí)，這樣做是必需的。治療專(zhuān)業(yè)人員可以選擇確定那些牙齒要修整和/或那些牙齒要拔掉。當(dāng)只需要少量空間時(shí)，修整能讓患者保持他們的牙齒。當(dāng)然，一般說(shuō)來(lái)，只有在按照本發(fā)明的方法開(kāi)始重新定位之前，當(dāng)實(shí)際患者的牙齒要拔掉和/或修整時(shí)，才在治療方案中使用拔牙和修整。
去除模型上不需要和/或不必要的部分，加快了數(shù)據(jù)處理的速度，改善了顯示效果。不必要的部分包括那些在制造牙齒重新定位器械時(shí)不需要的部分。去除這些不需要的部分減少了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的復(fù)雜性和大小，從而加速了數(shù)據(jù)集的處理和其他操作。
在使用者定位好擦除工具并規(guī)定了它的大小，并且指令軟件把不需要的部分擦除之后，由使用者設(shè)定的框內(nèi)的所有的三角形都要被除掉，而要對(duì)邊緣上的三角形進(jìn)行修正，以得到平滑的直線(xiàn)邊界。上述軟件刪除了框內(nèi)部所有的三角形，并且剪裁與框的邊界交叉的所有三角形。這需要在框的邊界上產(chǎn)生新的頂點(diǎn)。在模型上，在框表面上形成的孔要重新組成三角形，并利用新形成的頂點(diǎn)將其封閉。
上述鋸切工具用于確定要移動(dòng)的各個(gè)牙齒(或者也可能是成組牙齒)的輪廓。這種工具將掃描所得的影象分成單獨(dú)的圖形分量，使得軟件能移動(dòng)這顆牙齒或其他影象分量，而不影響模型上的其余部分。在一個(gè)實(shí)施例中，這種鋸切工具確定了一條用兩條放在空間的三次B樣條曲線(xiàn)(有可能限制在平行的平面內(nèi)，或者敞開(kāi)的，或者封閉的)來(lái)切割圖像的路徑。一組線(xiàn)條把這兩條曲線(xiàn)連接起來(lái)，并向使用者顯示出總的切割路徑。使用者可以編輯在三次B樣條上的控制點(diǎn)，鋸切厚度，以及所用的擦除器的數(shù)量。這些將在下面說(shuō)明。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，用鋸作為一種“核心”裝置，從上方以垂直的鋸切來(lái)分開(kāi)牙齒。牙齒的齒冠，還有緊靠齒冠下方的齒齦組織從這種幾何形狀的其余部分分離開(kāi)來(lái)，并作為稱(chēng)為牙齒的一個(gè)單獨(dú)的單元來(lái)處理。當(dāng)這個(gè)模型移動(dòng)時(shí)，齒齦組織便相對(duì)于齒冠移動(dòng)，形成在患者的口內(nèi)改造齒齦的途徑上的第一級(jí)近似值。
也可以把每一顆牙齒從原始修正后的模型上分離開(kāi)來(lái)。此外，可以通過(guò)切掉牙齒的齒冠，從原始修正后的模型制造出一塊底板。所得模型可以用作移動(dòng)牙齒的底板。這樣方便了從上述幾何模型制造出最終實(shí)體模型來(lái)，這還要在下面說(shuō)明。
厚度當(dāng)用一個(gè)切口把一顆牙齒分開(kāi)時(shí)，使用者通常希望切口盡可能的薄。但是，使用者也許需要較厚的切口，例如，在下面說(shuō)到的修整周?chē)难例X時(shí)。在圖像上，這個(gè)切口好象一條曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)的一側(cè)以切口的厚度為界。
擦除器的數(shù)量一個(gè)切口包括許多一個(gè)挨一個(gè)排列的擦除器框，好象鋸切工具曲線(xiàn)路徑的分段線(xiàn)性近似。使用者選擇擦除器的數(shù)量，這決定了所形成的曲線(xiàn)的完善程度，即，分段的數(shù)量越多，隨著曲線(xiàn)的切割就越精確。擦除器的數(shù)量以圖像的方式用連接上述兩條三次B樣條曲線(xiàn)的平行線(xiàn)的數(shù)量來(lái)表示。一旦鋸切切口完全確定，使用者就可以在模型上加上這個(gè)切口。這個(gè)切口是以逐次的擦除來(lái)完成的。圖4A中列出了一種常用的算法。圖4B表示上述切口在用于開(kāi)端B樣條曲線(xiàn)的算法中描述的單個(gè)擦除累積法。對(duì)于一條垂直的切口來(lái)說(shuō)，這兩條曲線(xiàn)是用PA[O]和PA[S]相同的點(diǎn)來(lái)封閉的，而PB[O]和PB[S]是相同的點(diǎn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)使用者輸入的平滑度的程度把鋸切工具隔成一組擦除器。鋸切還能夠再細(xì)分，直到誤差度量計(jì)測(cè)量出從理想的圖像到近似的圖像的偏差小于由設(shè)定的平滑度所規(guī)定的閾值。通常使用的誤差度量計(jì)是把細(xì)分的曲線(xiàn)的線(xiàn)性長(zhǎng)度與理想的樣條曲線(xiàn)的弧長(zhǎng)相比較。當(dāng)差別大于從設(shè)定的平滑度計(jì)算出來(lái)的閾值時(shí)，便沿著這條樣條曲線(xiàn)增加細(xì)分點(diǎn)。
還可以在上述軟件上設(shè)置預(yù)顯功能。這種預(yù)顯功能以可視的方式以代表切口的相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)表面顯示出一條鋸切的切口。這樣，就能讓使用者在對(duì)模型的數(shù)據(jù)集加上切口之前考慮最后的切口。
在使用者已經(jīng)用上述鋸切工具完成了全部需要做的切割工作之后，存在著許多圖像實(shí)體。但是，此時(shí)軟件還沒(méi)有確定哪一些四角邊緣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的三角形是屬于哪一些分量的。軟件在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中選擇一個(gè)隨機(jī)的開(kāi)始點(diǎn)，并利用鄰接的信息遍歷這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來(lái)找到所有互相連接的三角形，確定一個(gè)單獨(dú)的成分。這個(gè)過(guò)程從分量還沒(méi)有確定的三角形開(kāi)始，反復(fù)進(jìn)行。一旦遍歷了整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有的分量也就確定了。
對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，對(duì)高分辨率模型所作的改變似乎同時(shí)就在低分辨率的模型中發(fā)生了，反之亦然。但是，在不同分辨率的模型之間并不是一對(duì)一的關(guān)系。因此，計(jì)算機(jī)盡可能使高分辨率與低分辨率的成分“匹配”在它能夠做到的限度內(nèi)。這種算法示于圖5。
齒尖的檢測(cè)在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，軟件具有檢測(cè)牙齒齒尖的能力。齒尖是凸出在牙齒的咀嚼表面上的尖頂。齒尖的檢測(cè)可以在切割階段完成之前，也可以在完成之后。用于齒尖檢測(cè)的算法包括兩個(gè)階段(1)“檢測(cè)”階段，在該階段中，確定牙齒上的一組點(diǎn)作為齒尖位置的候選點(diǎn)；(2)“剔除”階段，在這個(gè)階段中，從這一組候選點(diǎn)中剔除那些不滿(mǎn)足齒尖所要求的一組標(biāo)準(zhǔn)的候選點(diǎn)。
圖6A中列出了“檢測(cè)”階段所常用的算法。在這種檢測(cè)階段中，把可能的齒尖看作在牙齒表面上的一個(gè)“島”，而候選的齒尖在這個(gè)島上的最高點(diǎn)。“最高”是相對(duì)于模型的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量的，但是，如果檢測(cè)是在治療的切割階段之后完成的，也可以比較容易地相對(duì)于每一顆牙齒的局部坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)測(cè)量。
一組全部有可能的齒尖是通過(guò)在牙齒模型上尋找所有的局部最大值來(lái)確定的，這些最大值在模型的界限框頂部一個(gè)特定的距離之內(nèi)。首先，將模型上的最高點(diǎn)指定為第一候選齒尖。一個(gè)平面通過(guò)這一點(diǎn)，垂直于測(cè)量出一點(diǎn)的高度的方向。然后將這個(gè)平面沿著Z軸線(xiàn)降低一個(gè)預(yù)定的很小的距離。接著，所有的與這顆牙齒連接的頂點(diǎn)，以及那些高于上述平面并且在一些連接起來(lái)的成分上的頂點(diǎn)，都和上述候選齒尖一起作為齒尖。這個(gè)步驟也稱(chēng)為“溢出填充”步驟。在每一個(gè)在這個(gè)步驟中訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的模型的頂點(diǎn)做上記號(hào)，作為相應(yīng)的候選齒尖的“一部分”，就能夠根據(jù)每一個(gè)候選的齒尖點(diǎn)完成向外的“溢出”。完成了溢出填充步驟之后，校驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系拿恳粋€(gè)頂點(diǎn)。任何高于上述平面，并且還沒(méi)有被上述一次溢出填充訪(fǎng)問(wèn)過(guò)的頂點(diǎn)都加在候選齒尖的表中。重復(fù)進(jìn)行這些步驟，直到上述平面移動(dòng)規(guī)定的距離。
雖然這種反復(fù)的尋找方法可能要比尋找局部最大值花費(fèi)更多的時(shí)間，但是這種方法卻能導(dǎo)致候選齒尖的表比較短。由于上述平面在每一個(gè)步驟中只降低有限的距離，所以由于噪聲數(shù)據(jù)而可能發(fā)生的很小的局部最大值都被跳過(guò)去了。
在“檢測(cè)”階段之后，齒尖檢測(cè)算法進(jìn)行“剔除”階段?！疤蕹彪A段常用的算法示于圖6B中。在這個(gè)階段，分析圍繞著每一個(gè)齒尖候選點(diǎn)的局部幾何形狀，以確定它們是否擁有“不象齒尖的特征”。從齒尖候選點(diǎn)的表中去除那些表現(xiàn)出“不象齒尖的特征”的齒尖候選點(diǎn)。
可用作確定“不象齒尖的特征”的準(zhǔn)則有很多。按照一種測(cè)試，圍繞著齒尖候選點(diǎn)的表面的局部弧度可用來(lái)確定該候選點(diǎn)是否擁有不象齒尖的特征。如圖6B所示，在大致確定了圍繞著齒尖候選點(diǎn)的局部弧度之后，分析并確定它是否太大(非常尖的表面)或者太小(非常平坦的表面)，在后一種情況下，就從齒尖候選點(diǎn)的表中去除這個(gè)候選點(diǎn)。對(duì)于這種最大和最小的弧度值要使用保守值，以保證不會(huì)因?yàn)椴铄e(cuò)而剔除真正的齒尖。
按照另一種測(cè)試，根據(jù)圍繞著這個(gè)齒尖候選點(diǎn)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)的平均法向計(jì)算出平滑的量度。如果這個(gè)平均法向偏離該齒尖的法向而超出規(guī)定的量，就剔除這個(gè)候選齒尖。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，法向矢量N偏離齒尖法向CN的值用下式來(lái)估算1-Abs(N*CN)當(dāng)沒(méi)有偏離時(shí)，這個(gè)值是零，當(dāng)N垂直CN時(shí)，這個(gè)值是1。
一旦被分離開(kāi)來(lái)之后，就能從IDDS形成FDDS。上述FDDS是按照正牙醫(yī)生的把牙齒移動(dòng)到最后位置的治療方案形成的。在一個(gè)實(shí)施例中，把這種治療方案輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)便按照算法計(jì)算牙齒的最后位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，使用者可以在滿(mǎn)足治療方案的限制下獨(dú)立地處理一個(gè)或幾個(gè)牙齒，使這些牙齒移動(dòng)到它們最后位置上。應(yīng)該理解，以上所描述的技術(shù)的各種組合也可以用來(lái)達(dá)到最后的牙齒布局。
用于形成FDDS的優(yōu)選方法在于使牙齒按照規(guī)定的逐次移動(dòng)。首先，使每一顆牙齒的中心對(duì)準(zhǔn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的拱形。然后，轉(zhuǎn)動(dòng)牙齒，一直到讓牙根處于合適的垂直位置上。然后沿其垂直軸將牙齒旋轉(zhuǎn)至合適的方向。然后，從側(cè)面觀(guān)察牙齒，并沿垂直方向?qū)⑵淦揭频胶线m的垂直位置。最后，把兩個(gè)拱形放在一起，并稍微移動(dòng)牙齒，以保證上下拱形正確地嚙合在一起。上下拱形的嚙合可利用沖突檢測(cè)算法來(lái)顯示，用紅色來(lái)突出牙齒的接觸點(diǎn)。
在牙齒和其他成分已經(jīng)安置好或去除掉之后，就能產(chǎn)生出最后的牙齒布局，如圖7所示，這時(shí)必須制訂一個(gè)治療計(jì)劃。如上所述，這個(gè)治療計(jì)劃將最終產(chǎn)生一系列INTDDS和FDDS。為了產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)集，必須確定或規(guī)劃出所選定的各個(gè)牙齒從原來(lái)的位置通過(guò)一系列逐次的步驟向最后的位置的移動(dòng)。此外，為了在這個(gè)治療方案中形成所要求的特點(diǎn)，還必須在這些數(shù)據(jù)集中增加其它特征。例如，為了形成用于特殊目的的空腔或凹槽，可能需要在圖像上增加蠟制補(bǔ)丁。例如，可能需要在器械與牙齒或顎部的特定區(qū)域之間保持一個(gè)空間，以便減小齒齦的疼痛，避免周期性的問(wèn)題，容許戴上罩子，等等。此外，可能常常需要提供一個(gè)用于容納緊固件的插孔或小孔，這種緊固件是用于安放在一顆牙齒上，以便牙齒能用這個(gè)緊固件來(lái)處理，例如相對(duì)于顎部向上提高。
有些制造牙齒重新定位的器械的方法要求分開(kāi)的重新定位的牙齒和其他部分統(tǒng)一在一個(gè)單一的連續(xù)的構(gòu)件中，以便進(jìn)行制造。在此情況下，可使用“蠟制補(bǔ)丁”來(lái)固定上述INTDDS的否則會(huì)斷開(kāi)的部分。這些補(bǔ)丁加在牙齒下方和齒齦上方的數(shù)據(jù)集上，于是它們就不會(huì)影響牙齒重新定位的器械的幾何形狀。應(yīng)用軟件為在模型上增加蠟制補(bǔ)丁提供了多樣性，包括具有可調(diào)尺寸的框和球形。上述加上去的蠟制補(bǔ)丁由軟件處理為與所有其他幾何形狀一樣的幾何形狀附加成分。因此，這種蠟制補(bǔ)丁能在處理路徑上和牙齒及其他成分一樣重新定位。如上所述，這種優(yōu)選的利用垂直核心分離牙齒的方法去除了對(duì)大多數(shù)“蠟制補(bǔ)丁”的需要。
在上述依靠產(chǎn)生正模型來(lái)制成重新定位的器械的制造過(guò)程中，在圖像模型中加入蠟制補(bǔ)丁將產(chǎn)生一個(gè)具有同樣的加入蠟制補(bǔ)丁的幾何形狀的正模具。因?yàn)檫@種模具是牙齒的正性，而上述器械則是牙齒的負(fù)性，當(dāng)這種器械在上述模具上形成時(shí)，它將也能在加入這個(gè)模具的蠟制補(bǔ)丁的周?chē)纬?。?dāng)把器械放入患者的口內(nèi)時(shí)，這種器械就會(huì)在該器械的內(nèi)空腔表面與患者的牙齒或齒齦之間讓出一個(gè)空間來(lái)。此外，這種蠟制補(bǔ)丁還可以用于在該器械內(nèi)部形成一個(gè)與放入口內(nèi)的緊固件配合的凹槽或孔，以便使牙齒向各方向移動(dòng)，要不然就做不到這一點(diǎn)。
在這種蠟制補(bǔ)丁之外，單獨(dú)的一個(gè)元件，通常是一顆牙齒，還可以按照比例放大或縮小尺寸，這樣，所制成的器械就能相應(yīng)地具有較緊或較松的配合。
治療計(jì)劃在確定牙齒和其他元件的移動(dòng)方面是非常靈活的。使用者可以改變治療階段的數(shù)量，并且可以個(gè)別控制元件的路徑和速度。
治療階段的數(shù)量使用者可以改變牙齒從原始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)所需要的治療階段的數(shù)量。任何不移動(dòng)的元件都被認(rèn)為是固定不動(dòng)的，因此，假定它的最后位置和它的原始位置相同(對(duì)于所有的中間布局也同樣，除非為那個(gè)元件確定了一個(gè)或多個(gè)主框)。
關(guān)鍵框架使用者還可以通過(guò)選定一個(gè)中間狀態(tài)和對(duì)元件的位置進(jìn)行改變來(lái)規(guī)定“關(guān)鍵框架”。除非另有指令，軟件將自動(dòng)地在所有使用者規(guī)定的位置(包括原始位置，全部關(guān)鍵框架位置和目標(biāo)位置)之間進(jìn)行線(xiàn)性?xún)?nèi)插。例如，如果為一個(gè)特定的元件僅確定了一個(gè)最后的位置，那么在原始階段之后的每一個(gè)后續(xù)的階段將只顯示該元件一個(gè)逐漸靠近最后位置的等量的線(xiàn)性距離和轉(zhuǎn)動(dòng)(由一個(gè)四元數(shù)規(guī)定)。如果使用者為該元件規(guī)定了兩個(gè)關(guān)鍵框架，這個(gè)元件將從原始位置通過(guò)不同的階段線(xiàn)性“移動(dòng)”到由第一關(guān)鍵框架所確定的位置。然后，該元件有可能以不同的方向線(xiàn)性移動(dòng)到由第二關(guān)鍵框架所確定的位置上。最后，該元件有可能以又一個(gè)不同的方向線(xiàn)性移動(dòng)到目標(biāo)位置。
使用者也可以在各關(guān)鍵框架之間規(guī)定非線(xiàn)性的內(nèi)插。采用一條樣條曲線(xiàn)以常規(guī)的方式來(lái)規(guī)定上述內(nèi)插函數(shù)。
以上這些操作對(duì)于每一個(gè)元件可以獨(dú)立地進(jìn)行，所以，對(duì)于某一個(gè)元件的關(guān)鍵框架將不會(huì)影響另一個(gè)元件，除非這另一個(gè)元件也被使用者規(guī)定在那個(gè)關(guān)鍵框架中移動(dòng)。一個(gè)元件可以沿著一條曲線(xiàn)在階段3和階段8之間加速移動(dòng)，而另一個(gè)元件卻從階段1到階段5作線(xiàn)性移動(dòng)，并且之后突然改變方向，沿著一條線(xiàn)性路徑緩慢地移動(dòng)到階段10。這種靈活性對(duì)于計(jì)劃一個(gè)患者的治療方案給予了很大的自由度。
在一個(gè)實(shí)施例中，軟件自動(dòng)地根據(jù)上述IDDS和FDDS確定治療路徑。這通常是利用一種確定各元件，即一顆牙齒，沿著一條直線(xiàn)的路徑從原始位置移動(dòng)到最后位置的速率的安排路徑的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明所使用的這種安排路徑的算法在確定處理路徑的同時(shí)還避免了“兜圈子”，這是正牙醫(yī)生對(duì)讓牙齒沿著一條比矯正牙齒所絕對(duì)必須的距離更長(zhǎng)的距離移動(dòng)所用的術(shù)語(yǔ)。這種移動(dòng)是非常不希望發(fā)生的，對(duì)患者有潛在的負(fù)面影響。為了避免“兜圈子”，上述安排路徑的算法對(duì)所有牙齒的移動(dòng)，通過(guò)限制它們?cè)谠嘉恢门c最后位置之間的最短直線(xiàn)路徑，按階段排出逐次，同時(shí)還避免了各個(gè)牙齒之間的所有干涉。
這種安排路徑的算法利用一種隨機(jī)搜索技術(shù)，去找到一條通過(guò)一個(gè)構(gòu)位空間的無(wú)障礙路徑，這條路徑描述了可能的治療計(jì)劃。下面描述用于安排兩個(gè)使用者確定的總的關(guān)鍵框架之間的移動(dòng)的算法的優(yōu)選實(shí)施例。安排一段包括中間關(guān)鍵框架的時(shí)間段是這樣來(lái)完成的把時(shí)間段分成不包括中間關(guān)鍵框架的分時(shí)間段，獨(dú)立地安排這些時(shí)間段，然后把所得到的這些安排串聯(lián)起來(lái)。
圖8A中的流程圖120表示一種按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化了的安排路徑的算法。如圖8A所示，第一步驟122涉及“構(gòu)位空間”描述的結(jié)構(gòu)。在本文中，“構(gòu)位”指的是所有考慮要移動(dòng)的牙齒的一組給定的位置。這些位置中的每一個(gè)位置可以通過(guò)許多途徑來(lái)描述。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，位置是用一顆牙齒從其原始位置到最后位置的，規(guī)定位置上的改變的一個(gè)仿射變換和規(guī)定方向改變的一個(gè)旋轉(zhuǎn)變換來(lái)描述的。每一顆牙齒的中間布局用一對(duì)數(shù)字來(lái)描述，這對(duì)數(shù)字規(guī)定在兩個(gè)端點(diǎn)之間內(nèi)插的位置和方向的位置。因此，對(duì)于每一個(gè)要移動(dòng)的牙齒來(lái)說(shuō)，一個(gè)“構(gòu)位”由兩個(gè)數(shù)字組成，而“構(gòu)位空間”是指所有這種數(shù)字對(duì)的空間。因此，這種位空間是一種笛卡爾空間，其中的任何位置能夠轉(zhuǎn)換成對(duì)所有牙齒布局的規(guī)定。
描述每一顆牙齒從其開(kāi)始位置到終端位置的運(yùn)動(dòng)的仿射變換可以分解成平移分量和旋轉(zhuǎn)分量；這些變換是獨(dú)立地用無(wú)矢量參數(shù)內(nèi)插的，這些參數(shù)考慮了上述構(gòu)位空間的二維。因此，整個(gè)構(gòu)位空間由每一顆移動(dòng)牙齒的二維所組成，所有這些在隨后的搜索過(guò)程中都同等對(duì)待。
上述構(gòu)位空間是由“自由空間”和“障礙空間”組成的?！白杂伞睒?gòu)位是那些代表真實(shí)的，實(shí)際上能實(shí)現(xiàn)的牙齒布局的構(gòu)位，而“障礙”構(gòu)位是那些不能實(shí)現(xiàn)的構(gòu)位。要決定一個(gè)構(gòu)位是自由的還是障礙的，要為牙齒的位置創(chuàng)作一個(gè)構(gòu)位描述的模型。然后，應(yīng)用一種沖突檢測(cè)算法來(lái)確定是否有一種幾何形狀描述牙齒表面的相交。如果沒(méi)有障礙，這個(gè)空間就被認(rèn)為是自由的；否則就是障礙的。這種沖突檢測(cè)算法下面還要更詳細(xì)地討論。
在步驟124中，確定了一種“可見(jiàn)度”函數(shù)V(s1，s2)，這個(gè)函數(shù)在構(gòu)位空間中取了兩個(gè)矢量“s1”、“s2”作為輸入并返回一個(gè)真或假的布爾值。只有在一條連接s1、s2的直線(xiàn)路徑整個(gè)穿過(guò)構(gòu)位空間的自由和無(wú)障礙區(qū)域時(shí)，上述可見(jiàn)度函數(shù)才返回一個(gè)真實(shí)值。可見(jiàn)度函數(shù)的一種優(yōu)選的算法示于圖8B。可見(jiàn)度函數(shù)可通過(guò)沿著s1、s2這條線(xiàn)在離散取樣點(diǎn)上測(cè)試牙齒模型近似地計(jì)算出來(lái)。這樣的技術(shù)，例如早期失效終止或通過(guò)遞歸細(xì)分要測(cè)試的區(qū)間來(lái)選擇取樣點(diǎn)的次序，可用于提高可見(jiàn)度函數(shù)的效率。
在圖8A的步驟126中，確定了一種“產(chǎn)物”(children)函數(shù)C(s)，它的輸入?yún)?shù)“s”是構(gòu)位空間中的一個(gè)矢量，并返回一組構(gòu)位空間中的矢量“sc”。圖8C表示計(jì)算產(chǎn)物函數(shù)C(s)所要遵循的步驟的簡(jiǎn)化了的流程圖。在矢量組sc中的每一個(gè)矢量都滿(mǎn)足V(s、sc)是真的特點(diǎn)，并且它的每一個(gè)分量都大于或等于相應(yīng)的分量“s”。這意味著，任何由這樣一個(gè)矢量所代表的狀態(tài)都能從“s”達(dá)到，不會(huì)遇到任何干涉，并且不必完成任何不是在治療方案規(guī)定的方向上的移動(dòng)。每一個(gè)矢量組“sc”中的矢量都是通過(guò)用一些隨機(jī)的，正向的量擾動(dòng)“s”的各個(gè)分量而形成的。然后，計(jì)算出上述可見(jiàn)度函數(shù)V(s、sc)，如果上述可見(jiàn)度函數(shù)返回到一個(gè)為真的布爾值，就把“s”加入到“sc”組中。此外，對(duì)于每一個(gè)如此產(chǎn)生的矢量都要把它的母矢量“s”的指針記錄下來(lái)，以備后用。
在構(gòu)位空間已經(jīng)確定之后，在步驟128中，在原始狀態(tài)“Sinit”與最后狀態(tài)“Sfinal”之間完成路徑的安排。圖8D表示用于完成圖8A中的步驟128的優(yōu)選流程圖。如圖8D所示，在步驟128a中，確定了一組最初只包含了原始狀態(tài)“Sinit”的狀態(tài)“W”。接著，在步驟128b中，調(diào)用可見(jiàn)度函數(shù)來(lái)決定對(duì)于在W中對(duì)于至少一種狀態(tài)si，V(S、Sfinal)是否是真。如果可見(jiàn)度函數(shù)返回到假布爾值，在步驟128c中，對(duì)于W中的所有Si，這一組狀態(tài)“W”就用C(Si)的并集(union)來(lái)代替。重復(fù)步驟128b和128c，一直到V(S、Sfinal)對(duì)于任何屬于W的Si均返回一個(gè)真布爾值。
在步驟128d中，對(duì)于V(S、Sfinal)為真的各Si，通過(guò)從父指針?lè)祷氐絊init建立了一條從Si到Sinit的無(wú)障礙路徑Pi。在步驟128e中，從Sinit到Sfinal的路徑是用從Si到Sfinal的最后的步驟把路徑Pi串聯(lián)在一起而建立起來(lái)的。如果從Sinit到Sfinal有多條路徑，則在步驟128f中計(jì)算每一條路徑的總長(zhǎng)度。最后，在步驟128g中，選擇長(zhǎng)度最短的路徑作為最后的路徑。所選擇的路徑的長(zhǎng)度與治療計(jì)劃所需要的總時(shí)間和階段相對(duì)應(yīng)。
得出的最后路徑由一系列矢量所組成，每一個(gè)矢量代表該移動(dòng)牙齒的變換的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)分量的一組內(nèi)插參數(shù)值。把這些值放在一起，就組成了一個(gè)避免牙齒與牙齒干涉的牙齒移動(dòng)的次序表。
沖突檢測(cè)算法本發(fā)明所用的沖突或干涉檢測(cè)算法是根據(jù)SIGGRAPH論文中所公開(kāi)的算法得來(lái)的，斯蒂芬.高恰爾克(StefanGottschalk)等人，(1996)“OBBTreeA Hierarchical Structure forRapid Interference Detection”。上述SIGGRAPH論文的內(nèi)容作為本申請(qǐng)的參考文獻(xiàn)。
這種算法的中心點(diǎn)是圍繞著被一個(gè)物體所占據(jù)的空間的循環(huán)細(xì)分，其是以類(lèi)似于二叉樹(shù)的方式組織起來(lái)的。三角形用來(lái)代表DDS中的牙齒。樹(shù)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)被認(rèn)為是一個(gè)定向的邊界框(OBB)，包含了在節(jié)點(diǎn)的母體中出現(xiàn)的三角形的子集。母節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)中包含了它們之間所有儲(chǔ)存在母節(jié)點(diǎn)中的三角形數(shù)據(jù)。
一個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊界框是這樣來(lái)定向的，即，使得它緊緊地配合在上述節(jié)點(diǎn)中所有三角形的周?chē)?。?shù)中的葉節(jié)點(diǎn)在理論上包含單獨(dú)一個(gè)三角形，但是也可以包含一個(gè)以上的三角形。檢測(cè)兩個(gè)物體之間的沖突就是要決定這兩個(gè)物體的OBB樹(shù)是否相交。圖9A示出描繪一種循環(huán)沖突測(cè)試的簡(jiǎn)化型式的流程圖，以檢查來(lái)自第一物體的“N1”是否與第二物體的節(jié)點(diǎn)“N2”相交。如果兩顆樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)的OBB重疊，則對(duì)檢查根的子節(jié)點(diǎn)是否重疊。上述算法以一種循環(huán)的方式進(jìn)行，直到到達(dá)葉節(jié)點(diǎn)為止。此時(shí)，使用魯棒性三角形交叉例程，來(lái)確定上述三角形在葉(端節(jié)點(diǎn))處是否沖突。
本發(fā)明對(duì)SIGGRAPH論文中陳述的沖突檢測(cè)的算法進(jìn)行了一些改進(jìn)。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種以緩慢的方式建立OBB樹(shù)的獨(dú)特方法，以節(jié)省存儲(chǔ)器和時(shí)間。這種方法起源于觀(guān)察到模型中有一部分是不會(huì)卷入沖突中的，因此不必計(jì)算模型的這些部分的OBB樹(shù)。如圖9B所示，當(dāng)在確定循環(huán)沖突算法的過(guò)程中必要時(shí)，OBB樹(shù)是借助于拆分樹(shù)的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展的。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，在建立OBB樹(shù)時(shí)，也可以專(zhuān)門(mén)從設(shè)計(jì)中排除模型中不需要沖突數(shù)據(jù)的三角形。如圖9C所示，向沖突算法提供了附加的信息，以規(guī)定運(yùn)動(dòng)中的物體。運(yùn)動(dòng)可以從兩個(gè)層面上來(lái)看?？梢园盐矬w看作全局的“運(yùn)動(dòng)”，或者，也可以看作相對(duì)于其他物體的“運(yùn)動(dòng)”。由于避免了互相靜止的物體之間沖突信息的重復(fù)計(jì)算，上述附加的信息縮短了用于沖突檢測(cè)的時(shí)間，因?yàn)檫@些物體之間的沖突狀態(tài)并沒(méi)有改變。
本發(fā)明的軟件也可以合并，而使用者可以在任何點(diǎn)上利用一種“電影”的特點(diǎn)，以自動(dòng)激活從原始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)。這有助于使整個(gè)治療過(guò)程中的全體部分的運(yùn)動(dòng)都能夠看見(jiàn)。
以上說(shuō)明了用于成分鑒別的優(yōu)選用戶(hù)界面是一種三維的交互的GUI。三維的GUI對(duì)于部分的操作也是常用的。這樣一種界面為專(zhuān)業(yè)治療人員或使用者提供了帶有數(shù)字模型成分的即時(shí)可見(jiàn)的交互作用。這對(duì)于那種只能讓簡(jiǎn)單的，低層的命令來(lái)指示計(jì)算機(jī)操作一個(gè)特定區(qū)段的界面是更優(yōu)選的。換句話(huà)說(shuō)，適合于操作的GUI對(duì)于只能接受這樣的指令，例如“使這個(gè)元件向右平移0.1mm的界面是更優(yōu)選的”。這種低層的命令對(duì)于微調(diào)是有用的，但，如果它們是唯一的界面，元件操作的處理過(guò)程將成為費(fèi)力和耗時(shí)的交互作用。
在操作過(guò)程之前或當(dāng)中，一個(gè)或者多個(gè)牙齒元件可以用牙根的樣板模型來(lái)放大。操作用牙根模板放大的牙齒模型是有用的，例如，在需要關(guān)注在齒齦線(xiàn)以下的牙齒撞擊的情況下。這些樣板模型可以包括患者的牙齒的X射線(xiàn)的數(shù)字化的圖像。
這種軟件還能把注解加在數(shù)據(jù)集中，其包括文本和/或裝置的逐次號(hào)。這種注解是作為凹入文本(即，它是三維的幾何形狀)加上去的，所以將出現(xiàn)在打印的正模型上。如果這種注解能夠放在將被一個(gè)重新定位的器械蓋住的口部的一部分上，但其對(duì)于牙齒移動(dòng)不重要，那么這種注解就可能出現(xiàn)在交付的重新定位的器械上。
以上所描述的元件標(biāo)識(shí)和元件的操作軟件設(shè)計(jì)成以與操作者的訓(xùn)練程度相匹配的復(fù)雜程度工作。例如，操作元件的軟件能通過(guò)提供有關(guān)牙齒的允許的和禁止操作的反饋來(lái)協(xié)助缺乏正牙訓(xùn)練的計(jì)算機(jī)操作者。另一方面，一個(gè)在口腔生理學(xué)和牙齒移位動(dòng)力學(xué)方面技術(shù)非常熟練的正牙醫(yī)生，就能夠方便地用這種元件標(biāo)識(shí)和操作軟件作為工具，而不使用或者忽略提示。
一旦中間的和最后的數(shù)據(jù)集確立之后，就可以用圖10所示的程序制造器械。通常，制造的方法要使用一種快速模型設(shè)計(jì)裝置200，例如一種立體的平版印刷機(jī)。一種特別適用的快速模型設(shè)計(jì)機(jī)械是SLA-250/50型(加利福尼亞州，Valencia，3D裝備公司)。這種快速模型設(shè)計(jì)機(jī)械200將有選擇地把一種液體或者其他未硬化的樹(shù)脂硬化成一個(gè)三維的構(gòu)件，該構(gòu)件能與其余未硬化的樹(shù)脂分離開(kāi)來(lái)，進(jìn)行清洗，直接用作器械，或者間接地用作制造這種器械的模具。這種模型設(shè)計(jì)機(jī)械200將接收個(gè)別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，并制造與每個(gè)需要的器械相對(duì)應(yīng)的一個(gè)構(gòu)件。一般，因?yàn)檫@種快速模型設(shè)計(jì)機(jī)械200可以利用具有非最佳機(jī)械性能的樹(shù)脂，而這種樹(shù)脂一般是不能用于患者的，所以最好是用這種模型設(shè)計(jì)機(jī)械來(lái)制作模具，而實(shí)際上這種模具是治療過(guò)程中每一個(gè)后續(xù)階段的正牙齒模型。準(zhǔn)備好正模型之后，用一臺(tái)普通的壓力模制或真空模制機(jī)械，用更合適的材料，例如0.03英寸的熱成形牙科材料(可從明尼蘇達(dá)州55902，Rochester，Tru-Tain塑料公司購(gòu)得)制成器械。合適的壓力模制設(shè)備是一種商業(yè)名稱(chēng)為BIOSTAR的機(jī)器，它可從紐約的大湖牙科器材公司購(gòu)得。上述模制機(jī)械250直接用正牙齒模型和所需要的材料制造各種器械。合適的真空模制機(jī)械可從Raintree Essix公司購(gòu)得。
制成之后，最好把包括本發(fā)明的裝置在內(nèi)的這許多器械一次都供應(yīng)給治療專(zhuān)業(yè)人員。這些器械可以用某種方式做上記號(hào)，通常是直接在器械上，或者在標(biāo)簽、口袋或者其他固定或包裝在器械上的物件上標(biāo)出器械的逐次號(hào)碼，指明它們的使用次序。可選地，可以在裝置上附上書(shū)面指示，說(shuō)明患者應(yīng)按照器械上或在包裝的其他地方標(biāo)明的次序戴上各個(gè)器械。按照這種方式使用器械將使患者的牙齒逐漸向著最后的牙齒布局進(jìn)行重新定位。
圖11是實(shí)施本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300的簡(jiǎn)化后的框圖。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300通常包括至少一個(gè)處理器302，該處理器通過(guò)總線(xiàn)子系統(tǒng)304與許多外設(shè)連通。這些外設(shè)通常包括一個(gè)儲(chǔ)存子系統(tǒng)306(存儲(chǔ)器子系統(tǒng)308和文件儲(chǔ)存子系統(tǒng)314)；一組用戶(hù)界面輸入和輸出裝置318；以及一個(gè)通向外界網(wǎng)絡(luò)(包括公用電話(huà)網(wǎng)絡(luò))的接口316。這個(gè)接口用“調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)絡(luò)接口”方框316示意地表示，并且通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)接口324與在其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的相應(yīng)的接口裝置聯(lián)結(jié)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300可以是一個(gè)終端，或者一臺(tái)低檔家用電腦或高檔家用電腦，或者工作站或大型機(jī)。
用戶(hù)界面輸入裝置通常包括一個(gè)鍵盤(pán)，還可以包括一個(gè)定點(diǎn)裝置和一臺(tái)掃描器。上述定點(diǎn)裝置可以是一種間接的定點(diǎn)裝置，例如一個(gè)鼠標(biāo)，跟蹤球，接觸墊板，或圖形輸入板，或者一臺(tái)直接定點(diǎn)裝置，例如一塊集成在顯示器上的接觸屏。其他類(lèi)型的用戶(hù)界面輸入裝置，例如語(yǔ)音識(shí)別裝置，也可以使用。
用戶(hù)界面輸出裝置一般包括一臺(tái)打印機(jī)和一個(gè)顯示子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括顯示控制器和連接在該控制器上的顯示裝置。這種顯示裝置可以是陰極射線(xiàn)管(CRT)，諸如液晶顯示器(LCD)之類(lèi)的平板顯示器，或者投影裝置。上述顯示子系統(tǒng)也可以提供非視覺(jué)顯示，例如聲音輸出。
儲(chǔ)存子系統(tǒng)306保持提供本發(fā)明的功能的基本程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。以上討論的軟件模塊通常儲(chǔ)存在儲(chǔ)存子系統(tǒng)306中。儲(chǔ)存子系統(tǒng)306一般包括存儲(chǔ)器子系統(tǒng)308和文件儲(chǔ)存子系統(tǒng)314。
存儲(chǔ)器子系統(tǒng)308一般包括許多存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器包括一個(gè)主隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)310，用于在執(zhí)行程序的過(guò)程中儲(chǔ)存指令和數(shù)據(jù)，以及一個(gè)只讀存儲(chǔ)器(ROM)312，其中儲(chǔ)存固定的指令。如果是Macintosh-兼容家用電腦，上述ROM應(yīng)包括操作系統(tǒng)部分；如果是IBM-兼容的家用電腦，則應(yīng)包括BIOS(基本輸入/輸出系統(tǒng))。
文件儲(chǔ)存子系統(tǒng)314為程序和數(shù)據(jù)文件提供永久的(非易失性)儲(chǔ)存，而且一般包括至少一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和至少一個(gè)軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(具有協(xié)同工作的可拆卸介質(zhì))。還可以有其他的裝置，例如CD-ROM驅(qū)動(dòng)器和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(都具有與其協(xié)同工作的可拆卸介質(zhì))。此外，這個(gè)系統(tǒng)還可以包括帶有可拆卸介質(zhì)的盒式磁帶的驅(qū)動(dòng)器。這種可拆卸介質(zhì)的盒式磁帶可以是硬盤(pán)盒式磁帶，例如由Syquest公司出售的磁帶，和軟盤(pán)盒式磁帶，例如由Iomega公司出售的磁帶?？梢园岩粋€(gè)或多個(gè)這種驅(qū)動(dòng)器放在遠(yuǎn)處，例如放在局域網(wǎng)的服務(wù)器中，或者放在Internet的WWW網(wǎng)站上。
在本文中，術(shù)語(yǔ)“總線(xiàn)子系統(tǒng)”一般用來(lái)包括讓各種不同的元件和子系統(tǒng)互相聯(lián)絡(luò)的任何機(jī)構(gòu)。除了輸入裝置和顯示器之外，其他的元件不需要處在同樣的實(shí)際位置上。因此，例如，文件儲(chǔ)存系統(tǒng)的很多部分可以通過(guò)各種局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)介質(zhì)，包括電話(huà)線(xiàn)來(lái)連接。同樣，上述輸入裝置和顯示器也不需要象處理器那樣處在同樣的位置上，盡管可預(yù)先考慮到本發(fā)明最經(jīng)常是在PC和工作站的范圍實(shí)施。
總線(xiàn)子系統(tǒng)304在圖中用單個(gè)總線(xiàn)來(lái)示意地表示，但是，一個(gè)典型的系統(tǒng)應(yīng)該有多個(gè)總線(xiàn)，例如局域總線(xiàn)和一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展總線(xiàn)(例如，ADB、SCSI、ISA、EISA、MCA、NuBus、或者PCI)，以及串行和平行端口。網(wǎng)絡(luò)連接通常是通過(guò)一種裝置建立起來(lái)的，例如在一個(gè)擴(kuò)展總線(xiàn)上的網(wǎng)絡(luò)適配器，或者在一個(gè)串行端口上的調(diào)制解調(diào)器?？蛻?hù)機(jī)可以是臺(tái)式機(jī)或者便攜機(jī)。
掃描器320負(fù)責(zé)對(duì)從患者或者從牙科醫(yī)生那里獲得的患者的牙齒的鑄件進(jìn)行掃描，并且把掃描所得的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集信息提供給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300進(jìn)行進(jìn)一步處理。在分布式環(huán)境中，掃描器320可以放在遠(yuǎn)處的位置上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口324把掃描得到的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集信息輸送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300。
制造機(jī)械322根據(jù)從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300接收到的中間和最后數(shù)據(jù)集信息制造牙科器械。在分布式環(huán)境中，制造機(jī)械322可以放在遠(yuǎn)處的位置上，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口324從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300接收數(shù)據(jù)集信息。
以上是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的完整的描述，但是，它的各種替換的、改進(jìn)的或者等同的裝置都可以應(yīng)用。因此，以上的描述不應(yīng)該用來(lái)限制本發(fā)明的范圍，而應(yīng)該由權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定其范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于將牙齒從一個(gè)原始牙齒布局重新定位到一個(gè)最后牙齒布局上的裝置，上述裝置包括許多逐漸調(diào)節(jié)牙齒位置的牙科器械，這些器械包括一個(gè)第一器械，它有選定的將牙齒從上述原始牙齒布局重新定位到一個(gè)第一中間布局上的幾何形狀；一個(gè)或多個(gè)中間器械，它有選定的將牙齒從上述第一中間布局逐次重新定位到后續(xù)的中間布局上的幾何形狀；以及一個(gè)最后的器械，它有選定的將牙齒從上述最后一個(gè)中間布局逐次重新定位到最后牙齒布局上的幾何形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述器械包括聚合物外殼，這些外殼具有其形狀能容納牙齒并使牙齒彈性地從一個(gè)布局重新定位到后續(xù)布局上的空腔。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，上述由各后續(xù)的器械中的空腔所確定的牙齒位置，與那些由前一個(gè)器械所確定的牙齒位置的差別不大于2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它至少有兩個(gè)中間器械。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，它至少有10個(gè)中間器械。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，它至少有25個(gè)中間器械。
7.一種用于將牙齒從一個(gè)原始牙齒布局重新定位到一個(gè)最后牙齒布局上的方法，上述方法包括下列步驟把一個(gè)逐漸調(diào)節(jié)位置的第一器械放在患者的口內(nèi)，其中，上述第一器械具有選定的將牙齒從上述原始牙齒布局重新定位到一個(gè)第一中間布局上的幾何形狀；逐次更換一個(gè)或多個(gè)附加的器械，其中，上述附加的器械具有選定的將牙齒從上述第一中間布局逐次重新定位到后續(xù)的中間布局上的幾何形狀；以及把一個(gè)最后的器械放入患者的口內(nèi)，其中，上述最后的器械具有選定的將牙齒逐漸從上述最后一個(gè)中間布局逐漸重新定位到最后牙齒布局上的幾何形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，上述器械包括聚合物外殼，這些外殼具有其形狀能容納牙齒并使牙齒彈性地從一個(gè)布局重新定位到后續(xù)布局上的空腔。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，上述由各后續(xù)的器械中的空腔所確定的牙齒位置，與那些由前一個(gè)器械所確定的牙齒位置的差別不大于2mm。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，上述逐次放置的步驟包括在放置最后的器械之前至少放入兩個(gè)附加的器械。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述逐次放置的步驟包括放入至少10個(gè)附加的器械。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，上述逐次放置的步驟包括放入至少25個(gè)附加的器械。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，上述器械逐次更換的時(shí)間間隔在兩天到20天的范圍內(nèi)。
14.一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的利用器械使牙齒重新定位的方法，這種器械包括聚合物外殼，該外殼具有其形狀能容納牙齒、并且能彈性地使牙齒重新定位到一個(gè)最后的牙齒布局的空腔，其特征在于，改進(jìn)之處在于在治療開(kāi)始時(shí)確定至少三個(gè)器械的幾何形狀，這些器械要逐次由患者戴上，以便將牙齒從一個(gè)原始的牙齒布局重新定位到最后的牙齒布局上。
15.如權(quán)利要求14所述的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法，其特征在于，開(kāi)始時(shí)至少確定四個(gè)幾何形狀。
16.如權(quán)利要求15所述的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法，其特征在于，開(kāi)始時(shí)至少確定10個(gè)幾何形狀。
17.如權(quán)利要求16所述的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法，其特征在于，開(kāi)始時(shí)至少確定25個(gè)幾何形狀。
18.如權(quán)利要求14所述的經(jīng)過(guò)改進(jìn)的方法，其特征在于，上述由每一個(gè)后續(xù)幾何形狀中的空腔所確定的牙齒位置，與前一個(gè)幾何形狀所確定的牙齒位置的差別不大于2mm。
19.一種用于產(chǎn)生代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的方法，上述方法包括提供一組代表原始牙齒布局的原始數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；根據(jù)上述原始數(shù)據(jù)集顯示一個(gè)可視的影象；處理該可視的影象，把上述可視影象中的各個(gè)牙齒重新定位；以及產(chǎn)生一組代表具有在上述影象中所看到的重新定位的牙齒的最后牙齒布局的最后數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，上述提供一組代表原始的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括對(duì)患者牙齒的三維模型進(jìn)行掃描。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，上述處理步驟包括確定圍繞著至少各個(gè)牙齒的某幾顆牙齒的邊界；根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，使該牙齒邊界的至少一些邊界在影象中相對(duì)于其他牙齒移動(dòng)。
22.一種用于產(chǎn)生許多代表一系列離散的牙齒布局從一個(gè)原始布局逐漸過(guò)渡到最后布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的方法，上述方法包括提供一組代表原始牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；提供一組代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；根據(jù)所提供的這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集產(chǎn)生許多逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，其中，上述許多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集代表一系列逐漸從原始牙齒布局到最后的牙齒布局的逐次的牙齒布局。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，上述提供一組代表原始牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括對(duì)患者牙齒的三維模型進(jìn)行掃描。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，上述提供一組代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括確定圍繞著上述各個(gè)牙齒的至少一些牙齒的邊界；以及根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集使上述至少一些牙齒邊界在一個(gè)影象中相對(duì)于其他牙齒移動(dòng)，以產(chǎn)生最后的數(shù)據(jù)集。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，上述產(chǎn)生許多逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括確定上述原始數(shù)據(jù)集與最后數(shù)據(jù)集的位置差別，并內(nèi)插上述差別。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，上述內(nèi)插步驟是線(xiàn)性?xún)?nèi)插。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，上述內(nèi)插步驟是非線(xiàn)性?xún)?nèi)插。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，它還包括在上述原始牙齒布局與最后牙齒布局之間確定一個(gè)或多個(gè)主框，并在這些框之間內(nèi)插。
29.一種用于制造許多逐漸調(diào)節(jié)牙齒位置的牙科器械的方法，上述方法包括提供一組代表原始牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；提供一組代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；根據(jù)所提供的這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集產(chǎn)生許多逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，其中，上述許多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集代表一系列逐漸從原始牙齒布局到最后的牙齒布局的逐次的牙齒布局；以及根據(jù)上述產(chǎn)生的至少一些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集制成器械。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，上述提供一組代表原始牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括對(duì)患者牙齒的三維模型進(jìn)行掃描。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，上述提供一組代表最后牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括確定圍繞著上述各個(gè)牙齒的至少一些牙齒的邊界；以及根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集使上述至少一些牙齒邊界在一個(gè)影象中相對(duì)于其他牙齒移動(dòng)，以產(chǎn)生最后的數(shù)據(jù)集。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，上述產(chǎn)生許多逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集的步驟包括確定上述原始數(shù)據(jù)集與最后數(shù)據(jù)集之間的位置差別，并內(nèi)插上述差別。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，上述內(nèi)插步驟是線(xiàn)性?xún)?nèi)插。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，上述內(nèi)插步驟是非線(xiàn)性?xún)?nèi)插。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，它還包括在上述原始牙齒布局與最后牙齒布局之間確定一個(gè)或多個(gè)主框，并在這些框之間內(nèi)插。
36.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，上述制造步驟包括根據(jù)上述逐次的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集控制一臺(tái)制造機(jī)器，以產(chǎn)生逐次牙齒布局的逐次的正模型；以及把上述牙科器械制成上述正模型的一個(gè)負(fù)模型。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，上述控制步驟包括提供一定體積的非硬化聚合物樹(shù)脂；以及根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集用激光掃描有選擇地硬化在一個(gè)形狀中的樹(shù)脂，以制成上述正模型。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，上述制造步驟包括在上述正模型上模造上述器械。
39.一種制造牙科器械的方法，上述方法包括提供一組代表一個(gè)患者的修整后的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；根據(jù)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集控制一臺(tái)制造機(jī)器，制成一個(gè)上述修整后的牙齒布局的正模型；以及把上述牙科器械制成上述正模型的負(fù)模型。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，上述控制步驟包括提供一定體積的非硬化聚合物樹(shù)脂；以及根據(jù)上述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集用激光掃描有選擇地硬化在一個(gè)形狀中的樹(shù)脂，以制成上述正模型。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，上述制造步驟包括在上述正模型上模造上述器械。
42.一種制造牙科器械的方法，上述方法包括提供第一組代表一個(gè)患者的修整后的牙齒布局的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集；從上述第一數(shù)據(jù)集產(chǎn)生一組第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集，其中，上述第二數(shù)據(jù)集代表上述修整后牙齒布局的一個(gè)負(fù)模型；以及根據(jù)該第二數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集控制一臺(tái)制造機(jī)器，制成上述牙科器械。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，上述控制步驟包括有選擇地硬化一種未硬化的樹(shù)脂，制成上述器械，并把上述器械從其余的液體樹(shù)脂中分離出來(lái)。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于，上述器械包括一個(gè)聚合物外殼，該外殼具有其形狀能容納牙齒并使牙齒彈性地從一個(gè)原始牙齒布局重新定位到上述修整后的牙齒布局上的空腔。
全文摘要
一種重新定位牙齒的裝置,它包括許多單獨(dú)的器械。這些器械設(shè)計(jì)成能逐次放在患者的牙齒上,并且使這些牙齒逐漸從一個(gè)原始牙齒布局,通過(guò)許多中間牙齒布局移動(dòng)到一個(gè)最后牙齒布局。這種器械系統(tǒng)通常在治療開(kāi)始時(shí)設(shè)計(jì)出來(lái),因此,患者不必讓專(zhuān)業(yè)治療人員來(lái)完成治療過(guò)程的每一個(gè)逐次的步驟,自己就能進(jìn)行治療。
文檔編號(hào)A61CGK1260698SQ98806354
公開(kāi)日2000年7月19日 申請(qǐng)日期1998年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月20日
發(fā)明者馬哈馬德·齊蒂, 阿波斯托洛斯·勒里奧斯, 布萊恩·弗賴(lài)伯格, 凱爾西·沃思, 理查德·里奇利, 安德魯·比爾斯, 蔡斯·加芬勒 申請(qǐng)人:矯正技術(shù)公司