專利名稱：力響應(yīng)牙齒矯正支架和系統(tǒng)及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及牙齒矯正領(lǐng)域。在特定優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明涉及包括力響應(yīng)元件的牙齒矯正支架，力響應(yīng)元件可以光學(xué)地確定作用力的大小和/或方向。
背景技術(shù)：
牙齒矯正支架通常固定到單個牙齒上并連接到弧線(archwire)上以在一定時間內(nèi)施加適當(dāng)?shù)牧硎寡例X移動或變直。特別地，牙齒通過作用力而經(jīng)弧線被向支架移動和轉(zhuǎn)動。因此需要定期看牙醫(yī)以能夠檢查和調(diào)整裝置來確保由弧線將適當(dāng)大小和方向的力經(jīng)支架作用于牙齒上。然而，弧線的調(diào)整是非常主觀的行為。因此，牙醫(yī)需獲得用于每個牙齒矯正患者的力的大小和方向的實(shí)踐知識。

發(fā)明內(nèi)容
然而，如果作用于牙齒矯正支架上的力的大小和方向客觀地確定，則更有利。本發(fā)明目的是滿足這一需求。
概括來說，本發(fā)明體現(xiàn)為力響應(yīng)牙齒矯正支架。更具體地，本發(fā)明的牙齒矯正支架考慮了客觀地確定作用于固定有支架的牙齒上的力的大小和/或方向。因此，本發(fā)明優(yōu)選體現(xiàn)為具有彈性部件的牙齒矯正支架，彈性部件允許支架的一部分相對于支架的至少另一部分彈性移動。支架優(yōu)選包括根據(jù)支架部分相對于互相之間的移動而變形的指示器(例如基準(zhǔn)標(biāo)記)，從而指示器變形可以指示作用于支架上的力的大小和/或方向。
在特定優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明包括力響應(yīng)牙齒矯正支架，力響應(yīng)牙齒矯正支架具有下部基體部件、上部支架部件和插入到下部基體和上部支架部件之間的彈性層。因此，彈性層包括允許上部支架部件可相對于下部基體部件彈性移動的彈性部件。
本發(fā)明的牙齒矯正支架有利地用作系統(tǒng)的零件，從而支架包括指示器以用于作用在上部支架部件上且足以導(dǎo)致上部支架部件相對于下部基體部件的彈性移動的力的指示器。光學(xué)檢測器可被提供來光學(xué)檢測指示器并發(fā)出可指示下部基體和上部支架部件之間的相對彈性移動的輸出信號。處理器接收來自光學(xué)檢測器的輸出信號以提供作用于上部支架部件上的力的大小和/或方向的指示。
這些和其它方面及優(yōu)點(diǎn)在仔細(xì)考慮下面的本發(fā)明優(yōu)選示范性實(shí)施例的詳細(xì)描述后將變得更明顯。


下面將參考附圖，其中，各附圖中的相同參考標(biāo)記表示相同結(jié)構(gòu)部件，其中圖1是使用本發(fā)明的力響應(yīng)于支架的系統(tǒng)的示意性透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性力響應(yīng)牙齒矯正支架的透視圖；圖3是圖2中描述的牙齒矯正支架的側(cè)剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的牙齒矯正支架的另一實(shí)施例的部分放大側(cè)剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的牙齒矯正支架的又一實(shí)施例的部分放大側(cè)剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的牙齒矯正支架的再一實(shí)施例的部分放大側(cè)剖視圖；和圖7是根據(jù)本發(fā)明的牙齒矯正支架的另外一實(shí)施例的部分放大側(cè)剖視圖；具體實(shí)施方式
附圖1示意性地描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10，系統(tǒng)10特別適于檢測和顯示與連接到患者口中的各牙齒前表面的牙齒矯正支架12中的每個相關(guān)的力的大小和/或方向。如同將在后面詳細(xì)描述那樣，單個支架12具有基準(zhǔn)標(biāo)記，基準(zhǔn)標(biāo)記可指示通過弧線14而作用于支架12上的力的大小和/或方向。
通常，根據(jù)本發(fā)明，基準(zhǔn)標(biāo)記可通過手持式光學(xué)檢測器16來光學(xué)地檢測，手持式光學(xué)檢測器16可操作地經(jīng)信號線17連接到中央處理器18。因此，中央處理器18經(jīng)信號線17接收由光學(xué)檢測器16產(chǎn)生的輸出信號并用所需運(yùn)算法則編程，運(yùn)算法則將基準(zhǔn)標(biāo)記提供的表示光學(xué)檢測的指示的輸出信號翻譯成可向主治牙醫(yī)顯示的力的大小和/或方向，例如，通過與個人計(jì)算機(jī)22結(jié)合的傳統(tǒng)顯示器20。或者，由光學(xué)檢測器16產(chǎn)生的輸出信號可被無線地傳輸?shù)教幚砥?8，例如，使用RF(無線電頻率)連接。
手持式光學(xué)檢測器16最優(yōu)選包括接近的把手部分16-1和末端的發(fā)光棒16-2。扳機(jī)開關(guān)16-3位于接近的把手部分16-1上以允許牙醫(yī)啟動棒16-2來通過棒端16-2a光學(xué)讀取支架12的特定部分。發(fā)光二極管(LED)16-4、16-5也可位于把手部分16-1上且最好發(fā)出不同顏色(例如紅和綠)來為牙醫(yī)提供可視指示已保證特定支架12的良好光學(xué)讀取。如果適當(dāng)?shù)牧σ炎饔糜谔囟ㄖЪ?2上，則也可使用LED16-4、16-5來指示。為完成此類指示，處理器18將把作用于支架上并由檢測器16檢測的力和/或轉(zhuǎn)矩與儲存在存儲器中并與用于單個病人的特定治療計(jì)劃相關(guān)的力和/或轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較。
根據(jù)本發(fā)明的支架12的一個優(yōu)選實(shí)施例在附圖2和3中描述。在這點(diǎn)上，可觀察到，支架12包括下部基體部件12-1、上部支架部件12-2和中間彈性層12-3，中間彈性層12-3將上部支架部件12-2彈性連接到下部基體部件12-1上從而允許兩者之間微小但卻意義重大的相對彈性移動。事實(shí)上，適用于牙齒矯正應(yīng)用的任何彈性材料均可用于層12-3且可包括但不限于例如EPDM橡膠、硅橡膠和聚酯人造橡膠。足以說明，所使用的特定彈性材料可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員選擇而不用基于相同物理特性的不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)。
通常，上部支架部件12-2包括狹槽24以容納弧線14，并包括牙醫(yī)可用來固定額外的線以施加用于傳遞到連接有支架12的牙齒上的適當(dāng)力的多個柱體26和孔28。下部支架部件12-1最優(yōu)選包括形成于其中的凹部表面12-1a以容納將基體部件12-1牢固地固定在下面的牙齒上的連接材料，從而反過來將支架12牢固地固定于牙齒上。
下部基體部件12-1和上部支架部件12-2包括在其底蓋可視表面上的基準(zhǔn)標(biāo)記30、32，基準(zhǔn)標(biāo)記30、32由彈性層12-3分割以分別形成上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2。因此，在沒有作用力時，基準(zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2將分別相互對齊。就是說，在基準(zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間將不會可視地出現(xiàn)錯位。
響應(yīng)例如通過弧線14而作用在上部支架部件12-2上的力，基準(zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2因而將分別變形(例如錯位)，該變形取決于作用力的大小和方向且依靠允許上部支架部件12-2相對于下部基體部件12-1彈性移動的彈性層12-3?；鶞?zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間的相對錯位可由光學(xué)檢測器16光學(xué)檢測?；鶞?zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間的相對錯位由光學(xué)檢測器16檢測，因而可傳輸?shù)教幚韱卧?8，在處理單元18中計(jì)算作用于特定支架上的力的大小和/或方向。然后，適當(dāng)?shù)男盘柋粋鬏數(shù)絺€人計(jì)算機(jī)22，從而作用力的大小和/或方向可向牙醫(yī)顯示。
基準(zhǔn)標(biāo)記30、32表示為多個不同尺寸的同心圓的形式。因此，此類構(gòu)造允許基準(zhǔn)標(biāo)記30、32的上部和下部標(biāo)記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自中的一個與另一個的對比，來達(dá)到其間的相對錯位。因此，以該方式，可檢測到作用力的大小以及作用力相對于六個自由度的方向，也就是三個互相垂直的軸以及繞該軸的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明的支架12也可帶有唯一的識別標(biāo)記36，該標(biāo)記允許牙醫(yī)電學(xué)地“標(biāo)記”每個支架并將多個力的大小和方向結(jié)合。單個支架12由標(biāo)記36實(shí)現(xiàn)的此類唯一識別還將允許在已進(jìn)行的矯正治療過程中進(jìn)行其單個移動的歷史分析。
基準(zhǔn)標(biāo)記30、32可以是適于由檢測器16進(jìn)行光學(xué)檢測的任一類型。因此，例如，基準(zhǔn)標(biāo)記30、32可以由能夠由光學(xué)檢測器16檢測的任何可視介質(zhì)構(gòu)成，例如，通過在檢測器棒16-2的尖端16-2a中使用小型攝像機(jī)來進(jìn)行影像捕捉?？蛇x擇地或者另外，基準(zhǔn)標(biāo)記可由磷光或熒光介質(zhì)構(gòu)成以在檢測器棒16-2發(fā)出紫外(UV)光進(jìn)行照射時更加可視。因此，在該情況下，檢測器16可進(jìn)行操作(例如，通過操作其扳機(jī)開關(guān)16-3)以用紫外照射來照亮所需支架12，從而導(dǎo)致基準(zhǔn)標(biāo)記30、32如該情況下那樣為磷光或熒光劑，隨后可關(guān)閉來自棒端16-2a的照射。然后，可在基準(zhǔn)標(biāo)記30、32之間根據(jù)其“打開”圖像和其“關(guān)閉”圖像來進(jìn)行光學(xué)對比。再有，可選擇地或者另外，檢測器棒16-2的棒端16-2a可發(fā)出激光照射，激光照射掃描基準(zhǔn)標(biāo)記30、32以檢測其間的錯位。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的支架12’在圖4中表示。根據(jù)描述，支架12’類似于支架12，如上所述，其包括下部基體部件12-1、上部支架部件12-2’和中間彈性層12-3’，中間彈性層12-3’將上部支架部件12-2’彈性連接到下部基體部件12-1’上從而允許兩者之間微小但卻意義重大的相對彈性移動。然而，取代基準(zhǔn)標(biāo)記30、32或除其之外，在下部基體部件12-1’和上部支架部件12-2’上分別提供有一系列相對的凹槽40、42。這些凹槽40-42在沒有力作用于上部支架部件12-2’時對齊，但響應(yīng)于作用在上部支架部件12-2’上的力將相互之間稍微錯位。就是說，上部支架部件12-2’依靠將部件12-1’和12-2’互相連接的中間彈性層12-3’能夠相對于下部基體部件1 2-1’彈性位移。因此，凹槽40、42的此類錯位可由光學(xué)檢測器16以類似于上述的方式光學(xué)檢測。凹槽40、42也在結(jié)構(gòu)上有助于增強(qiáng)彈性層12-3’分別固定到下部基體和上部支架部件12-1’和12-2’上。如圖所示，凹槽40、42是相對的V形元件，但其它幾何形狀例如矩形或半圓形元件也可用于本發(fā)明的目的。
附圖5-7描述根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。在這點(diǎn)上，可以從圖5觀察到，整個支架112由彈性材料構(gòu)成且包括由同心地放置的內(nèi)和外標(biāo)記130-1、130-2分別構(gòu)成的多個基準(zhǔn)標(biāo)記130。在這點(diǎn)上，在圖5中僅看到單個基準(zhǔn)標(biāo)記130，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準(zhǔn)標(biāo)記130?；鶞?zhǔn)標(biāo)記130將印在支架112的可視表面上或物理地嵌入其中。在后一種可能中，構(gòu)成支架112的彈性材料最好是半透明或透明的，從而檢測器16可明顯地檢測嵌入其中的基準(zhǔn)標(biāo)記130。作用于支架112上的力因而將導(dǎo)致支架的一部分可移動或可彎曲，從而使基準(zhǔn)標(biāo)記130變形。然后，此類變形的大小和方向可由檢測器16檢測，以檢測作用力的大小和/或方向。
圖6和7進(jìn)一步描述分別根據(jù)本發(fā)明的支架212和312的其它實(shí)施例。在這點(diǎn)上，圖6的支架212包括由金屬形成的下部基體部件212-1和全部由彈性材料形成的上部支架部件212-2。支架212包括由同心地放置的內(nèi)和外標(biāo)記230-1、230-2分別構(gòu)成的多個基準(zhǔn)標(biāo)記230。在這點(diǎn)上，在圖6中僅看到單個基準(zhǔn)標(biāo)記230，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準(zhǔn)標(biāo)記230。
另一方面，附圖7描述根據(jù)本發(fā)明的支架312，其中，下部基體部件312-1由彈性材料構(gòu)成，上部支架部件312-2由金屬構(gòu)成。支架312包括由同心地放置的內(nèi)和外標(biāo)記330-1、330-2分別構(gòu)成的多個基準(zhǔn)標(biāo)記330。在這點(diǎn)上，在圖7中僅看到單個基準(zhǔn)標(biāo)記330，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準(zhǔn)標(biāo)記330。
因此，在圖6和7中描述的實(shí)施例中，上部支架部件212-2和3 12-2能夠分別相對于下部基體部件212-1和212-2彈性移動。
因此，雖然結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是最可行及優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但可以理解的是本發(fā)明并不限于已公開的實(shí)施例，相反，在所附權(quán)利要求的主旨和范圍內(nèi)可包括有多種變型和等同構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種牙齒矯正支架，包括彈性部件，允許支架的至少一部分響應(yīng)于作用力而相對于支架的至少另一部分彈性移動；和至少一個指示器，能夠響應(yīng)于支架的所述至少一部分和另一部分的移動而可視地變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支架，其全部由彈性材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支架，包括上部支架部件和連接到上部支架部件上的下部支架部件，且其中上部和下部支架部件中至少一個由彈性材料形成。
4.一種牙齒矯正支架，包括下部基體部件、上部支架部件和插入到所述下部基體和上部支架部件之間的彈性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支架，還包括至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記以作為指示器來指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記分別在下部基體和上部支架部件上包括對齊的下部和上部標(biāo)記部分，其中下部和上部標(biāo)記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記由磷光或熒光材料形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記包括形成于下部基體和上部支架部件的相對表面上的對齊的凹槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的支架，其中對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支架，其中上部支架部件包括用于容納弧線的至少一個狹槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的支架，其中下部基體部件包括凹部。
12.一種牙齒矯正支架，包括下部基體部件、上部支架部件和彈性構(gòu)件，彈性構(gòu)件插入到所述下部基體和上部支架部件之間，以允許上部支架部件響應(yīng)于作用在上部支架部件上的力而相對于下部基體部件彈性移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的支架，還包括能指示上部支架和下部基體部件之間的所述彈性相對移動的構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的支架，其中所述移動指示構(gòu)件包括至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記以指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記分別在下部基體和上部支架部件上包括對齊的下部和上部標(biāo)記部分，其中下部和上部標(biāo)記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記由磷光或熒光材料形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的支架，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記包括形成于下部基體和上部支架部件的相對表面上的對齊的凹槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的支架，其中對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
19.一種牙齒矯正系統(tǒng)，包括至少一個牙齒矯正支架，其包括，彈性部件，允許支架的至少一部分響應(yīng)于作用力而相對于支架的至少另一部分彈性移動；和至少一個指示器，能夠響應(yīng)于支架的所述至少一部分和另一部分的移動而可視地變形；光學(xué)檢測器，用于光學(xué)檢測指示器的變形并發(fā)出輸出信號來指示支架的所述至少一部分和另一部分之間的相對彈性移動；處理器，接收來自光學(xué)檢測器的輸出信號以提供作用于牙齒矯正支架上的力的大小和/或方向的指示。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中牙齒矯正支架包括適于貼到牙齒上的下部基體部件、上部支架部件和彈性層，彈性層插入到下部基體和上部支架部件之間，以允許上部支架部件響應(yīng)于作用在上部支架部件上的力而相對于下部基體部件彈性移動。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中檢測器是手持式光學(xué)檢測器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中手持式光學(xué)檢測器包括較近的把手和較遠(yuǎn)的棒，所述棒具有適于當(dāng)牙齒矯正支架貼到牙齒上時放置在至少一個牙齒矯正支架附近的棒端。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中手持式光學(xué)檢測器發(fā)出激光或紫外照射以用于光學(xué)檢測牙齒矯正支架上的指示器。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中指示器包括至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記以指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記分別在下部基體和上部支架部件上包括對齊的下部和上部標(biāo)記部分，其中下部和上部標(biāo)記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記由磷光或熒光材料形成。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記包括形成于下部基體和上部支架部件的相對表面上的對齊的凹槽。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的牙齒矯正系統(tǒng)，其中處理器提供相對于三個相互垂直的軸的作用力和繞這些軸的轉(zhuǎn)矩的指示。
30.一種確定作用于牙齒矯正支架上的力的大小和/或方向的方法，包括固定牙齒矯正支架，該支架包括，彈性部件，允許支架的至少一部分響應(yīng)于作用力而相對于支架的至少另一部分彈性移動；和至少一個指示器，能夠響應(yīng)于支架的所述至少一部分和另一部分的移動而可視地變形；光學(xué)檢測指示器的變形并發(fā)出輸出信號來指示支架的所述至少一部分和另一部分之間的相對彈性移動；處理來自光學(xué)檢測器的輸出信號以提供作用于牙齒矯正支架上的力的大小和/或方向的指示。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，包括提供牙齒矯正支架，該支架包括適于貼到牙齒上的下部基體部件、上部支架部件和彈性層，彈性層插入到下部基體和上部支架部件之間，以允許上部支架部件響應(yīng)于作用在上部支架部件上的力而相對于下部基體部件彈性移動。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，包括將手持式光學(xué)檢測器定位于牙齒矯正支架附近。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，用從光學(xué)檢測器發(fā)出的激光或紫外線來掃描指示器。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括提供至少一個基準(zhǔn)標(biāo)記作為指示器以指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括在下部基體和上部支架部件上提供對齊的下部和上部標(biāo)記部分，其中下部和上部標(biāo)記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的方法，包括形成至少一個磷光或熒光材料的基準(zhǔn)標(biāo)記。
37.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，包括提供形成于下部基體和上部支架部件的相對表面上的對齊的凹槽以作為指示器。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中形成于下部基體和上部支架部件的相對表面上的對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
39.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中處理輸出信號以提供相對于三個相互垂直的軸的作用力和繞這些軸的轉(zhuǎn)矩的指示。
全文摘要
力的大小和/或方向可使用牙齒矯正支架客觀地確定，牙齒矯正支架具有允許支架的一部分可相對于支架的至少另一部分彈性移動的彈性部件。在優(yōu)選實(shí)施例中，支架包括下部基體部件、上部支架部件和插入到下部基體和上部支架部件之間的彈性層。牙齒矯正支架有利地用作系統(tǒng)的一部分，因此支架包括指示器，指示器響應(yīng)于所述至少一部分和另一部分之間的相對移動而變形以提供作用于支架上的力的指示。光學(xué)檢測器可被提供來光學(xué)檢測指示器并發(fā)出可指示下部基體和上部支架部件之間的相對彈性移動的輸出信號。處理器接收來自光學(xué)檢測器的輸出信號以提供作用于上部支架部件上的力的大小和/或方向的指示。
文檔編號A61C19/04GK1964677SQ200580015661
公開日2007年5月16日 申請日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月17日
發(fā)明者羅伯特·斯蒂文·西爾斯, 威廉姆·斯圖爾特·特里默 申請人:萊特弗斯牙齒矯正公司