一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，在獲得原始牙頜數(shù)字化模型后，在原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間，即在待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相適應的空間，即進行涂膜厚度補償，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型，在原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案設計出目標牙頜數(shù)字化模型，然后制作出預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；在目標牙頜實體模型上制作出無痕矯治器，將傳感器安裝在預留傳感器空間的牙頜實體模型上，然后將無痕矯治器佩戴在預留傳感器空間的牙頜實體模型上，并通過傳感器測量出矯治力。該方法不僅測量準確，而且簡單易行，實施成本低。
【專利說明】一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及口腔醫(yī)學中無痕矯治器矯治力測量【技術領域】，特別涉及一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，可用于測量并分析牙齒無痕矯治過程中的受力情況。

【背景技術】
[0002]無托槽隱形矯治器于1997年在美國出現(xiàn)。無托槽隱形矯治器在計算機輔助設計和加工的基礎上，以其隱形、美觀、舒適的特點，受到廣大醫(yī)生和患者的關注。近年來無托槽隱形矯治器發(fā)展迅速，其矯治范圍也得到不斷拓展。
[0003]無托槽隱形矯治技術的整個工作流程為:取牙頜陽?；蛘哧幠！游霁@得數(shù)字化牙模、牙頜畸形計算機輔助診斷、矯正過程計算輔助設計、矯正過程各階段母模設計、矯正過程各階段母模加工、矯正過程各階段矯正器制作。無托槽隱形矯治器的優(yōu)點有:(I)外形美觀，佩戴舒適；(2) 口腔衛(wèi)生易于維護；(3)出現(xiàn)口腔急癥次數(shù)較少；(4)椅旁操作時間相對較短。
[0004]目前，矯正各階段牙齒的平動量和轉動量更多的是依據(jù)醫(yī)師臨床經(jīng)驗確定，由于個體組織特性的差異往往造成在矯治過程中作用力過大，使患者產(chǎn)生疼痛感。因此，通過對隱形矯治器的作用力系以及作用效果的研究，可以使正畸醫(yī)生制定更加合理有效的治療方案，設計人員也可以設計出更完美的個性化無痕矯治器。
[0005]測隱形矯治力最直接的方法就是用力傳感器，將力傳感器置于牙齒和矯治器的接觸面，測量兩者之間的擠壓力。目前有些學者研究隱形矯治力是用了應變片，力傳感器等，但是由于口腔醫(yī)學隱形矯治的矯治力微小，牙齒表面與隱形矯治器接觸面積和接觸間隙緊，測量過程中對傳感器的尺寸、厚度及柔軟度要求高，要直接精確測量隱形矯治力很難做到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，該方法不僅測量準確，而且簡單易行，實施成本低。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是:一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，在獲得原始牙頜數(shù)字化模型后，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間，即在待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相適應的空間，即進行涂膜厚度補償，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案設計出目標牙頜數(shù)字化模型，然后制作出預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；在所述目標牙頜實體模型上制作出無痕矯治器，將傳感器安裝在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，然后將所述無痕矯治器佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，并通過傳感器測量出矯治力。
[0008]進一步的，上述具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，包括如下步驟:
步驟SI通過三維激光掃描患者牙頜石膏模型，獲取原始牙頜數(shù)字化模型；
步驟S2在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間:根據(jù)醫(yī)師制定的矯治方案，利用數(shù)字化正向工程軟件在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型；
步驟S3獲得牙頜實體模型:在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案移動待矯治牙位，得到目標牙頜數(shù)字化模型，然后將預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型和目標牙頜數(shù)字化模型導入快速成型機，利用光固化成型技術獲得預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；
步驟S4在所述目標牙頜實體模型上利用真空成型技術制作出無痕矯治器；
步驟S5通過恒溫箱控制溫度和濕度以模擬人體實際口腔環(huán)境；
步驟S6測量由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力:校準傳感器后，將所述傳感器固定在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型表面上的測試點，連接電路，然后將所述無痕矯治器正確佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，通過所述傳感器實時測量出由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力。
[0009]進一步的，所述步驟S2具體包括如下步驟:
步驟S201根據(jù)測力所需的傳感器的粘貼情況，測量出傳感器涂膜厚度和外形尺寸；步驟S202基于所述原始牙頜數(shù)字化模型，在數(shù)字化正向工程軟件上設計出傳感器的外形尺寸圖；
步驟S203在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒上，將所述傳感器的外形尺寸圖向此牙齒表面的法線方向進行投影；
步驟S204將投影所得的曲面片沿著投影方向移動與傳感器涂膜厚度相同的距離，從而在待移動牙齒表面去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間；
步驟S205填補空洞，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型。
[0010]進一步的，所述傳感器為薄膜單點力傳感器。
[0011]進一步的，所述傳感器的粘貼位置，選擇在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒的舌側或頰側。
[0012]進一步的，預留的傳感器空間為一個形狀、深度分別與所述傳感器的外形尺寸、涂膜厚度相適應，以使所述傳感器可以嵌入其間的空間。
[0013]進一步的，傳感器涂膜厚度包括硅膠片、生物醫(yī)用膠水和傳感器的厚度總和。
[0014]相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果是針對口腔醫(yī)學無痕矯治器矯治力的測量過程中，無痕矯治器佩戴在牙齒表面上接觸間隙緊密，傳感器粘貼在牙齒表面所測的力為牙齒移動量加上傳感器粘貼層厚度的移動量的應力，所導致的測力不準確的問題，提出一種具有涂膜厚度補償?shù)臏y力方法，該方法在數(shù)字化牙齒模型表面去除與傳感器粘貼厚度相同的空間，制作出預留傳感器空間的原始牙頜和目標牙頜三維實體模型，在目標牙頜模型相應牙面上，采用真空成型技術制作出無痕矯治器，最后將此無痕矯治器佩戴在預留傳感器空間的原始牙頜模型上進行矯治力的測量，有效地解決了傳感器涂膜厚度所帶來的測量不準確的問題，且測量方法簡單易行，成本低，具有很強的實用性和廣闊的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明方法的實現(xiàn)流程圖。
[0016]圖2是本發(fā)明方法對應的測量系統(tǒng)的示意圖。

【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，在獲得原始牙頜數(shù)字化模型后，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間，即在待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相適應的空間，即進行涂膜厚度補償，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案設計出目標牙頜數(shù)字化模型，然后分別根據(jù)所述預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型和目標牙頜數(shù)字化模型制作出預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；在所述目標牙頜實體模型上制作出無痕矯治器，將傳感器安裝在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，然后將所述無痕矯治器佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，并通過傳感器測量出矯治力。
[0018]具體的，如圖1所示，上述具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，包括如下步驟:
步驟SI通過三維激光掃描患者牙頜石膏模型，獲取原始牙頜數(shù)字化模型。
[0019]步驟S2在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間:根據(jù)醫(yī)師制定的矯治方案，利用數(shù)字化正向工程軟件在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間，補洞后得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型(圖2)。其中，補洞是指，在原始牙頜數(shù)字化模型上移動表面三角面片，移動后在移動面邊緣上勢必產(chǎn)生空洞，因此需要將此洞補上并做光滑處理。步驟S2具體包括如下步驟:
步驟S201根據(jù)測力所需的傳感器的粘貼情況，測量出傳感器涂膜厚度和外形尺寸。在本實施例中，所述傳感器為薄膜單點力傳感器。
[0020]步驟S202基于所述原始牙頜數(shù)字化模型，在數(shù)字化正向工程軟件上設計出傳感器的外形尺寸圖。
[0021]步驟S203在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒上，將所述傳感器的外形尺寸圖向此牙齒表面的法線方向進行投影。在本實施例中，所述傳感器的粘貼位置，選擇在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒的舌側或頰側。
[0022]步驟S204將投影所得的曲面片沿著投影方向移動與傳感器涂膜厚度相同的距離，從而在待移動牙齒表面去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間。傳感器涂膜厚度包括硅膠片、生物醫(yī)用膠水和傳感器的厚度總和。
[0023]步驟S205填補空洞，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型。預留的傳感器空間為一個形狀、深度分別與所述傳感器的外形尺寸、涂膜厚度相適應，以使所述傳感器可以嵌入其間的空間。
[0024]步驟S3獲得牙頜實體模型:在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案移動待矯治牙位，得到目標牙頜數(shù)字化模型，然后將預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型和目標牙頜數(shù)字化模型導入快速成型機，利用光固化成型技術獲得預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；
步驟S4在所述目標牙頜實體模型上利用真空成型技術制作出無痕矯治器。
[0025]步驟S5通過恒溫箱控制溫度和濕度以模擬人體實際口腔環(huán)境。
[0026]步驟S6測量由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力:校準傳感器后，將所述傳感器固定在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型表面上的測試點，連接電路，得到如圖2所示的測量系統(tǒng)。然后將所述無痕矯治器正確佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，通過所述傳感器實時測量出由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力。
[0027]下面結合一具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0028]本發(fā)明具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，按如下步驟實現(xiàn)無痕矯治器矯治力測量:
(I)牙頜三維數(shù)據(jù)采集。由牙科醫(yī)生提供的患者的牙頜物理模型，利用三維數(shù)字激光掃描設備獲取患者牙頜石膏模型的數(shù)字化幾何模型。
[0029](2)在患者原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間。根據(jù)醫(yī)師制定的個性化矯治方案，利用正向工程軟件在數(shù)字化牙頜模型待移動牙齒表面去掉與傳感器粘貼厚度相同的曲面片空間，補洞后得到預留傳感器空間的原始牙頜數(shù)字化模型。
[0030](2.1)根據(jù)測力所需的薄膜單點力傳感器的粘貼情況，測量出傳感器的涂膜厚度和傳感器外形尺寸，以此為基礎設計傳感器的預留空間。
[0031](2.2)基于原始牙頜數(shù)字化模型，在正向工程軟件上建立草圖平面，設計出傳感器的平面外形尺寸圖。
[0032](2.3)選中待測力牙位的牙面曲面三角面片，求得此曲面的法線方向，將上述傳感器外形平面尺寸圖向沿著法線方向朝著牙面方向進行投影，在牙面上就得到了傳感器的外形尺寸圖。
[0033](2.4)根據(jù)傳感器涂膜厚度，將牙面上投影所得的傳感器曲面外形圖沿著投影方向移動相應的距離，此時在牙面上出現(xiàn)內(nèi)凹的外形形狀，此內(nèi)凹區(qū)域與傳感器粘貼所占的空間相同。
[0034](2.5)填補上述模型的空洞，即可得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型。
[0035](3)牙頜實體模型的獲得。在原始牙頜模型上根據(jù)矯治方案移動待矯治牙位得到目標牙頜數(shù)字化模型，將預留傳感器空間的原始牙頜數(shù)字化模型和目標牙頜數(shù)字化模型導入快速成型機，利用光固化成型技術在計算機的控制下制作出預留傳感器空間的原始牙頜實體模型和目標牙頜實體模型。
[0036](4)以目標牙頜實體模型為母模板，利用真空成型技術制作出矯治器毛坯，根據(jù)使用佩戴要求，對毛坯進行加工和修整制作無痕矯治器。
[0037](5)選擇傳感器及測試系統(tǒng)。根據(jù)實施例待測牙齒表面大小，選擇感應區(qū)域為直徑Imm的薄膜單點力傳感器及其測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)包括薄膜單點力傳感器、數(shù)據(jù)采集處理電路、數(shù)據(jù)連接線等。數(shù)據(jù)采集處理電路主要包括運算放大器、ADC轉換器和數(shù)據(jù)輸出的通訊模塊。
[0038](6)校準薄膜單點力傳感器。根據(jù)不同加載量，用推拉力計在薄膜單點力傳感器上做出F-R圖和F-1/R圖，重復校準多次，直至F-1/R圖呈較好的線性關系，停止校準，保證傳感器精度。
[0039](7)利用恒溫箱模擬人體口腔環(huán)境。在恒溫箱中設置并控制類人體口腔的溫度和濕度，將模型放入此恒溫箱中測試牙齒的無痕矯治力。
[0040](8)測量由無痕矯治器施加給牙齒的微型矯治力。將薄膜單點力傳感器固定在預留傳感器空間的原始牙頜實體模型表面上的測試點，連接電路，將上述無痕矯治器正確佩戴在預留傳感器空間的原始牙頜實體模型上，實時測量出由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力。
[0041](8.1)在薄膜單點力傳感器接觸表面粘貼硅膠片，用生物醫(yī)用膠水將傳感器固定在牙頜實體模型待測試點上，實現(xiàn)隔層接觸測量，保護傳感器。
[0042](8.2)薄膜單點力傳感器的輸出端依次連接運算放大電路、ADC轉換電路，最后通過數(shù)據(jù)輸出的通訊模塊連接到計算機上。
[0043](8.3)將無痕矯治器戴入預留傳感器空間的原始牙頜實體模型，要求無痕矯治器完全就位，此時在計算機上就能夠實時顯示矯治力。
[0044]以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，在獲得原始牙頜數(shù)字化模型后，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間，即在待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相適應的空間，即進行涂膜厚度補償，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型，在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案設計出目標牙頜數(shù)字化模型，然后制作出預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型；在所述目標牙頜實體模型上制作出無痕矯治器，將傳感器安裝在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，然后將所述無痕矯治器佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，并通過傳感器測量出矯治力。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟SI通過三維激光掃描患者牙頜石膏模型，獲取原始牙頜數(shù)字化模型； 步驟S2在所述原始牙頜數(shù)字化模型上預留出傳感器空間:根據(jù)醫(yī)師制定的矯治方案，利用數(shù)字化正向工程軟件在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒表面相應位置去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型； 步驟S3獲得牙頜實體模型:在所述原始牙頜數(shù)字化模型上根據(jù)矯治方案移動待矯治牙位，得到目標牙頜數(shù)字化模型，然后將預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型和目標牙頜數(shù)字化模型導入快速成型機，利用光固化成型技術獲得預留傳感器空間的牙頜實體模型和目標牙頜實體模型； 步驟S4在所述目標牙頜實體模型上利用真空成型技術制作出無痕矯治器； 步驟S5通過恒溫箱控制溫度和濕度以模擬人體實際口腔環(huán)境； 步驟S6測量由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力:校準傳感器后，將所述傳感器固定在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型表面上的測試點，連接電路，然后將所述無痕矯治器正確佩戴在所述預留傳感器空間的牙頜實體模型上，通過所述傳感器實時測量出由無痕矯治器施加給牙齒的矯治力。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括如下步驟: 步驟S201根據(jù)測力所需的傳感器的粘貼情況，測量出傳感器涂膜厚度和外形尺寸；步驟S202基于所述原始牙頜數(shù)字化模型，在數(shù)字化正向工程軟件上設計出傳感器的外形尺寸圖； 步驟S203在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒上，將所述傳感器的外形尺寸圖向此牙齒表面的法線方向進行投影； 步驟S204將投影所得的曲面片沿著投影方向移動與傳感器涂膜厚度相同的距離，從而在待移動牙齒表面去除與傳感器涂膜厚度、形狀相同的空間； 步驟S205填補空洞，得到預留傳感器空間的牙頜數(shù)字化模型。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，所述傳感器為薄膜單點力傳感器。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，所述傳感器的粘貼位置，選擇在所述原始牙頜數(shù)字化模型待移動牙齒的舌側或頰側。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，預留的傳感器空間為一個形狀、深度分別與所述傳感器的外形尺寸、涂膜厚度相適應，以使所述傳感器可以嵌入其間的空間。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種具有涂膜厚度補償?shù)臒o痕矯治器矯治力測量方法，其特征在于，傳感器涂膜厚度包括硅膠片、生物醫(yī)用膠水和傳感器的厚度總和。
【文檔編號】A61C7/00GK104127253SQ201410392815
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權日:2014年8月11日
【發(fā)明者】何炳蔚, 呂翱, 劉麗萍, 沈恒華 申請人:福州大學