Натурная модель, представляющая зубную дугу и включающая моделирующие элементы, аппроксимирующие ортодонтические брекеты, и способ изготовления натурной модели
FULL-SCALE MODEL REPRESENTING DENTAL ARCH AND INCLUDING MODELING ELEMENTS, APPROXIMIZING ORTHODONTIC BRACKETS, AND METHOD FOR FULL-SCALE MODEL MANUFACTURE

Область техники
Изобретение относится к способу изготовления физической натурной модели, имеющей форму, сформированную из формы зубной дуги пациента и формы набора моделирующих элементов. Моделирующие элементы аппроксимируют или воспроизводят формы ортодонтических брекетов. Физическая натурная модель, в частности, определяет точное положение брекетов и облегчает изготовление транферной капы для брекетов.
Уровень техники
Ортодонтические брекеты (скобы) применяются при ортодонтических методах лечения для перемещения одного или более зубов из начального положения (иногда именуемого неправильным положением или неправильной окклюзией) в желаемое положение в дентиции пациента. Например, посредством ортодонтического лечения зубы пациента могут быть перемещены таким образом, чтобы их лабиальные стороны были выровнены относительно друг друга для достижения или максимизации эстетически приятного вида всей дентиции. Также в некоторых случаях один или более зубов могут быть перемещены для исправления неправильной окклюзии. Перемещение зубов обычно достигается посредством прикрепляемой с помощью брекетов (скоб) к зубам предварительно смещенной эластичной проволочной дуги, которая прикладывает усилие к зубам в сторону желаемого положения в течение длительного периода времени.
Брекеты обычно прикреплены к зубам пациента, а пружинистая проволочная дуга соединена с брекетами. Проволочная дуга обычно имеет форму, совпадающую с расположением брекетов в желаемом положении зубов, так, чтобы в начальном положении зубов проволочная дуга могла быть соединена с брекетами только благодаря сообщению ей предварительного натяжения. Соответственно, проволочная дуга после ее установки на брекеты является эластично деформированной или предварительно смещенной в начальном положении зубов, и усилие при установке, направленное на возвращение проволочной дуги к недеформированной форме, вызывает принудительное смещение зубов в сторону желаемого положения.
Для определения желаемого положения зубов посредством компьютерного моделирования перед любым фактическим лечением применялись так называемые системы планирования посредством компьютерного моделирования. Например, такая система планирования помогает избежать пересечения зубов и брекетов в положениях зубов, отличных от начального, а также позволяет конструировать и устанавливать брекеты и проволочную дугу в соответствии с множеством клинических случаев, например, при расположении зубов в начальном положении, в желаемом положении и в промежуточных положениях. В частности, такое планирование лечения широко применяется для лингвальных брекетов. Лингвальные брекеты часто имеют индивидуально изготовленную конструкцию для каждого зуба и каждого пациента, поскольку, в отличие от вестибулярных поверхностей зуба, лингвальные поверхности сильно отличаются друг от друга по форме, и, таким образом, обычно нельзя использовать одну универсальную форму брекета. Некоторые системы планирования лечения также позволяют конструировать индивидуально изготовленные брекеты, в точности соответствующие поверхности зуба и конкретным клиническим случаям пациента. Соответственно, индивидуально изготовленные брекеты обычно требуют точной установки в предварительно определенных в ходе планирования лечения положениях на зубах. Для обеспечения точной установки брекетов на зубы пациента и в помощь врачу-ортодонту брекеты часто выполняют предварительно размещенными на гипсовой модели, воспроизводящей зубы пациента.
Гипсовая модель, на которую устанавливают брекеты, иногда применяется в ортодонтии для изготовления так называемой трансферной капы для обеспечения установки брекета на зуб пациента. Трансферная капа обычно выполнена с возможностью удерживания полного набора брекетов в предопределенном положении для возможности установки брекетов и прикрепления их к зубам за один подход.
Например, в патенте США 7,020,963 раскрыто устройство для опосредованного прикрепления, выполняемого путем начального расположения промежуточного материала поверх слепка структуры зуба пациента. Затем капу формируют поверх промежуточного материала и отверждают. Далее, промежуточный материал удаляют со слепка зуба и устанавливают ортодонтические приспособления на слепок в соответствующих местах. Связующий материал располагают между капой и слепком и отверждают. Капу и брекеты (утопленные во внутреннюю стенку капы) затем отделяют от гипсовой модели.
В другом примере, описанном в публикации WO 01/80761, программное обеспечение для планирования лечения виртуальным образом накладывает брекеты на зубы для получения трехмерной модели, содержащей трехмерные объекты, относящиеся к зубу, плюс виртуальные брекеты в предусмотренных для них местах. Такая трехмерная модель подается на устройство для стереолитографии (SLA) для изготовления гипсовой модели зубов с установленными на них брекетами. Термопластичную пленку располагают поверх модели SLA, а модель и пленку помещают в камеру высокого давления. В камеру нагнетают давление таким образом, чтобы пленка охватывала дентицию и брекеты. Таким образом, на пленке образуются небольшие впадины в тех местах, где должны располагаться брекеты.
Несмотря на множество различных решений для достижения точного расположения брекетов все еще существует потребность в обеспечении решения, способствующего максимизации точности расположения и минимизации стоимости ортодонтического лечения.
Сущность изобретения
В одном аспекте изобретение относится к способу изготовления физической натурной модели согласно пункту 1 формулы изобретения. Физическая натурная модель имеет форму, образованную позитивной формой зубной дуги пациента и позитивной формой набора моделирующих элементов. Позитивную форму зубной дуги пациента и позитивную форму набора моделирующих элементов предпочтительно аддитивно накладывают друг на друга, например без перекрывания, и располагают непосредственно смежным образом. Форма зубной дуги и набор моделирующих элементов предпочтительно вместе образуют одну сплошную деталь, которая, например, не может быть собрана из моделирующих элементов промежуточной готовности, с одной стороны, и готовой зубной дуги, с другой стороны.
Способ содержит этапы:
- обеспечения виртуальной зубной дуги, воспроизводящей по меньшей мере часть зубной дуги пациента;
- обеспечения виртуального набора ортодонтических брекетов для виртуальной зубной дуги;
- обеспечения виртуального набора моделирующих элементов, при этом каждый аналог связан с виртуальным брекетом из виртуального набора брекетов, при этом один или более виртуальных моделирующих элементов аппроксимируют формы связанных с ними виртуальных брекетов;
- при этом каждая из форм указанных одного или более моделирующих элементов отличается от форм соотносящихся с ними брекетов;
- обеспечения виртуальной натурной модели, в которой объединены виртуальная зубная дуга и набор виртуальных моделирующих элементов; и
- изготовления физической натурной модели на основе виртуальной натурной модели.
Изобретение может быть полезным при изготовлении трансферной капы для брекетов. В частности, предпочтительно изобретение позволяет обеспечить трансферную капу, на которой брекеты могут быть съемным образом установлены и размещены без существенного повреждения транферной капы. Преимуществом изобретения также является то, что брекеты предпочтительно могут быть легко установлены в капу. В частности, пользователь, устанавливающий брекет в капу, может почувствовать ощутимую ответную реакцию в виде "защелкивания", когда брекет установлен в надлежащее положение. Также, трансферная капа, изготовленная с использованием изобретения, предпочтительно способствует точному позиционированию брекетов и при этом может быть удалена с относительно небольшим усилием. Таким образом, такая капа после использования для прикрепления брекетов во рту пациента может быть легко удалена, при этом риск отрыва (открепления) брекетов может быть минимизирован. Также, физическая натурная модель, получаемая способом согласно настоящему изобретению, обычно позволяет стоматологу или ортодонту изготовить трансферную капу. Таким образом, может быть устранена необходимость в получении транферной капы от зуботехнической лаборатории. Это позволяет, например, повторно изготавливать капу, или частичную капу, в случае отрыва брекетов от зуба пациента. Также, изобретение позволяет обеспечить физическую натурную модель, в которой расположение брекетов относительно зубной дуги не имеет погрешностей, возникающих при ручной сборке. Таким образом, трансферная капа, воспроизведенная на основе натурной модели, предпочтительно выполнена с возможностью точного расположения брекетов относительно зубов пациента. Особое преимущество изобретения заключается в том, что при изготовлении брекетов и трансферной капы оно позволяет осуществлять связь между ортодонтом и изготовителем брекетов посредством "цифровой технологии". В частности, у ортодонта не возникает необходимости передавать гипсовую модель неправильного положения зубов пациента изготовителю брекетов. Также, изготовление физической натурной модели может способствовать минимизации времени, требуемого на изготовление, поскольку нет необходимости в этапе сборки при установке моделирующих элементов или брекетов на физическую модель зубной дуги вручную.
В целях настоящего описания термин "виртуальный" относится к трехмерному компьютерному представлению объекта, предпочтительно основанному на математическом представлении трехмерной формы в виде данных и обрабатываемому посредством компьютера. Такие виртуальные объекты в виде данных, включая их визуализацию (например, проволочные каркасы или цифровой рендеринг), широко известны в области автоматизированного проектирования (CAD).
В целях настоящего описания термин "набор" относится к понятию "множество". В одном воплощении один или более из набора виртуальных моделирующих элементов имеют форму соотносящегося с ними виртуального брекета, тогда как остальные виртуальные моделирующие элементы из того же набора виртуальных моделирующих элементов всего лишь аппроксимируют форму соотносящегося с ними виртуального брекета. В этом воплощении форма моделирующего элмента, имеющего форму соотносящегося с ним виртуального брекета, предпочтительно в сущности точно соответствует форме соответствующего связанного с ним виртуального брекета. Термин "в сущности точно" в этом случае означает, что формы являются в точности идентичными, за исключением возможного наличия погрешностей, которые могут возникать при изготовлении моделирующих элементов. Также, в этом воплощении форма моделирующего элемента, аппроксимирующая форму соотносящегося с ним виртуального брекета, предпочтительно отличается от формы соответствующего соотносящегося с ним виртуального брекета. Предпочтительно, форма моделирующего элемента, аппроксимирующая форму соотносящегося с ним виртуального брекета, выходит за границы формы соотносящегося с ним виртуального брекета.
В одном воплощении способ содержит выполнение снимка формы зубной дуги пациента и обеспечение, таким образом, виртуальной зубной дуги. Снимок формы зубной дуги пациента может быть выполнен путем интраорального сканирования по меньшей мере части дентиции пациента, включающей зубы, или посредством сканирования физической модели, например гипсовой модели зубов пациента. Сканирующие устройства, позволяющие осуществлять получение виртуальной зубной дуги в виде данных, например, доступны под торговыми знаками Lava™ ScanST и Lava™ Chairside Oral Scanner C.O.S, оба принадлежат 3M Deutschland GmbH.
В одном воплощении способ также включает этап позиционирования виртуальных брекетов относительно виртуальной зубной дуги. Существуют системы планирования лечения, позволяющие конструировать и/или располагать виртуальные брекеты относительно виртуальной зубной дуги с помощью компьютера. Такая система, например, описана в патенте США 7,811,087. Виртуальные брекеты могут быть по меньшей мере частично сконструированы и/или смоделированы на основе базы данных. Каждый брекет может быть автоматически и/или вручную позиционирован относительно виртуального зуба, содержащегося в виртуальной зубной дуге.
В еще одном воплощении способ содержит этап модификации формы по меньшей мере одного виртуального брекета для формирования по меньшей мере одного виртуального моделирующего элемента. Такую модификацию предпочтительно выполняют с помощью компьютера, например с применением технологии CAD. Соответственно, специалисту в данной области будут понятны различные возможности модификации формы, например, посредством изменения существующей формы, добавления или удаления формы, виртуального копирования, вырезания, увеличения, уменьшения или другого подходящего метода. Исходную форму любого модифицируемого моделирующего элемента предпочтительно сохраняют в компьютере. Таким образом, исходный виртуальный брекет может быть доступен для изготовления физического брекета.
Набор моделирующих элементов может быть обеспечен посредством принятия измененных и не измененных виртуальных брекетов для формирования набора моделирующих элементов посредством обеспечения виртуальной копии любого измененного брекета и принятия любого неизмененного виртуального брекета в качестве моделирующего элемента или обеспечения виртуальной копии измененных и неизмененных виртуальных брекетов для создания моделирующих элементов. Специалист в данной области будет способен создать набор моделирующих элементов любым подходящим способом, например посредством доступной в CAD системы, для обеспечения набора моделирующих элементов, в котором форма по меньшей мере одного из моделирующих элементов отличается от формы соотносящегося с ним брекета.
В одном воплощении этап модификации включает увеличение трехмерного объема, моделируемого виртуальной дугой, посредством выборочной модификации только одной части брекета. Например, этап модификации может включать сглаживание или уменьшение впадины, присутствующей в форме брекеты. Этап модификации также может включать по меньшей мере частичное заполнение пространства между частями формы брекета или добавление к форме брекета виртуальной конструкции. Таким образом, поднутрения, которые могут препятствовать установке брекетов в капу или иногда удерживать трансферную капу при ее удалении, могут быть минимизированы. Также, этап модификации может включать опциональное уменьшение трехмерного объема посредством выборочной модификации другой части брекета. Например, этап модификации может включать скругление кромки с учетом абразивной обработки физического брекета в ходе этапа поверхностной обработки (например, в ходе зачистки или полировки). Кроме того, этап модификации может включать сохранение в сущности по меньшей мере части исходной формы виртуального брекета. Таким образом, форма каждого виртуального моделирующего элемента может в сущности соответствовать по меньшей мере частично форме одного виртуального брекета из виртуального набора брекетов.
В одном воплощении физическая натурная модель выполнена посредством аддитивного изготовления, например быстрого макетирования или метода наслоениния. Такое аддитивное изготовление иногда также именуется стереолитографией (SLA) или трехмерной печатью.
В еще одном воплощении способ содержит этап обеспечения трансферной капы для набора брекетов. Трансферная капа предпочтительно обеспечивается посредством физического моделирования негативной формы по меньшей мере части физической натурной модели. Этап обеспечения трансферной капы может включать обеспечение отверждаемого жидкого или пастообразного материала, например способного к затвердеванию материала. Подходящие материалы могут быть выбраны из числа таковых.
Предпочтительно, отверждаемый материал является прозрачным или в сущности прозрачным по меньшей мере после отверждения.
В одном воплощении способ содержит этапы:
- обеспечения эластичного покрова на физической натурной модели для покрытия по меньшей мере части зубной стороны натурной модели указанным покровом;
- обеспечения пластичного покрова на натурной модели при расположении эластичного покрова между пластичным покровом и натурной моделью;
- деформирования пластичного покрова поверх натурной модели таким образом, чтобы он плотно охватывал по меньшей мере заданную сторону зубов натурной модели с эластичным покровом, находящимся между пластичным покровом и натурной моделью;
- замещения эластичного покрова отверждаемым жидким или пастообразным материалом; и
- отверждения отверждаемого материала.
В отдельном аспекте изобретение направлено на способ изготовления установочного лотка, содержащий этапы:
- обеспечения физической натурной модели с формой, подобной или соответствующей позитивной форме зубной дуги пациента, оснащенной набором брекетов;
- обеспечения эластичного покрова на физической натурной модели для покрытия по меньшей мере части заданной стороны зубов натурной модели указанным покровом;
- обеспечения пластичного покрова на натурной модели при расположении эластичного покрова между пластичным покровом и натурной моделью;
- деформирования пластичного покрова поверх натурной модели таким образом, чтобы он плотно охватывал по меньшей мере заданную сторону зубов натурной модели таким образом, чтобы он заключал эластичный покров между пластичным покровом и натурной моделью;
- замещения пластичного покрова отверждаемым жидким или пастообразным материалом; и
- отверждения отверждаемого материала.
Эластичный покров может быть получен из материала, выбранного из стоматологического слепочного материала, предпочтительно имеющего после отверждения твердость по Шору А, составляющую приблизительно 20, и возможную толщину в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 5 мм. Эластичный покров предпочтительно имеет размер (площадь), подходящий для охватывания по меньшей мере части лабиальных сторон, окклюзионных сторон и по меньшей мере части лингвальных сторон зубов, моделируемых в физической натурной модели. Также эластичный покров может иметь размер для охватывания всей физической натурной модели или нескольких физических натурных моделей. Таким образом, эластичный покров может иметь U-образную форму вдоль контура, который аппроксимированно соответствует контуру, вдоль которого расположены окклюзионные стороны зубов в натурной модели. Альтернативно, эластичный покров может иметь размер, предусмотренный для полного покрытия по меньшей мере проекции одной или более физических натурных моделей на плоскости, аппроксимированно параллельной окклюзионным сторонам зубов в натурной модели.

Пластичный покров (или покров, подлежащий пластической деформации, или, например, термопластической деформации) может быть получен, например, из материала под торговой маркой Duran, от ScheuDental, Германия и может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5 мм. Пластичный покров может иметь размер (или площадь), соответствующий размеру эластичного покрова, но предпочтительно больший размер.
Пластичный покров предпочтительно подлежит деформации посредством давления газа, например, при прикладывании давления или вакуума только к одной стороне покрова для получения разницы в давлении относительно другой стороны и способствования, таким образом, деформации поверх натурной модели. Пластичный покров может быть нагрет до и/или во время процесса деформации для размягчения материала, из которого получен пластичный покров. Таким образом, посредством использования устройства для термоформования, например, такого как доступное под наименованием 508DT от Formech Inc., Чикаго, Иллинойс, США, может быть выполнено так называемое термоформование.
Предпочтительно, пластичный покров подлежит деформации таким образом, чтобы вместе с эластичным покровом он охватывал зубы, моделируемые в натурной модели. Таким образом, эластичный покров предпочтительно действует как промежуточный слой, способствующий формованию пластичного покрова вокруг зубов на определенном расстоянии, определяемом толщиной эластичного покрова.
При замещении эластичного покрова отверждаемым жидким или пастообразным материалом пластичный покров, в случае термоформования, предпочтительно охлаждают. Таким образом, пластичный покров предпочтительно приобретает достаточную жесткость для работы с ним. Пластичный покров и эластичный покров могут быть удалены с физической натурной модели, а эластичный покров может быть удален с пластичного покрова. После деформации пластичный покров может иметь в целом желобообразную впадину, аппроксимирующую пропорционально увеличенную в трехмерном пространстве форму зубов (включая моделирующие элементы), воспроизводимых в физической натурной модели. Впадина может быть заполнена отверждаемым материалом, который может быть выбран из материалов под торговыми знаками Kanisil  и Odontosil™. Натурная модель может быть совмещена с деформированным пластичным покровом, заключая, таким образом, отверждаемый материал между натурной моделью и покровом. Количество отверждаемого материала предпочтительно выбирают таким образом, чтобы во время совмещения натурной модели и покрова отверждаемый материал обтекал зубы (предпочтительно с погружением их соответствующих частей) и моделирующие элементы, представленные в натурной модели. Для минимизации пустот или пузырьков между зубами и отверждаемым материалом совмещаемая натурная модель, отверждаемый материал и покров могут быть подвергнуты воздействию давления или вакуума, например, с помощью камеры высокого давления или камеры нагнетания. Отверждаемый материал впоследствии может быть отвержден или приведен в застывшее состояние. Отвержденный текучий материал предпочтительно является эластичным, имеет твердость по Шору А от 50 до 70, предпочтительно твердость по Шору А приблизительно 60. Предпочтительно отвержденный жидкий материал и деформированный покров вместе формируют трансферную капу.
Натурная модель и трансферная капа в сопряженном друг с другом положении предпочтительно образуют одну или более осей координат вдоль направления, в котором трансферная капа может быть по меньшей мере частично удалена с натурной модели. Различные участки (например, участок одного зуба) натурной модели и трансферной капы могут образовывать различные (или слегка отличающиеся) оси координат, однако далее описание ссылается только на одну ось координат с целью упрощения. Модификация формы одного или более брекетов предпочтительно включает уменьшение или исключение поднутрений, образованных по меньшей мере одним из брекетов, и способных блокировать трансферную капу или препятствовать ее перемещению вдоль оси координат. Иными словами, по сравнению с формой брекета форма соотносящегося с ней моделирующего элемента может способствовать более слабому удержанию трансферной капы, сопряженной с физической натурной моделью.
В одном воплощении трансферная капа воспроизводит негативную форму только части физической натурной модели, например форму только одного моделирующего элемента и форму по меньшей мере части зуба в зубной дуге. Частичная трансферная капа, например, может позволять осуществлять повторное прикрепление или замену брекета во рту пациента. Натурная модель может быть выполнена таким образом, чтобы трансферная капа содержала одну или более разделительных отметок в предопределенных положениях. Пользователь трансферной капы может разделять (например, разрезать) капу по разделительной отметке и, таким образом, получать частичную трансферную капу. Следовательно, натурная модель может быть обеспечена таким образом, чтобы она содержала одну или более выпуклостей или ребер, моделирующих соответствующие впадины или пазы в капе. Вместо разделительной отметки или в дополнение к ней на натурной модели может быть предусмотрена отметка позиционирования в виде выпуклого или утопленного структурного элемента, такого, как, например, отметка позиционирования, указывающая на центр зуба. Также, натурная модель может быть выполнена содержащей выпуклые или утопленные цифры, указывающие номер зуба и/или номер квадранта. В еще одном воплощении способ содержит этап установки одного или более брекета в соответствующее одно или более гнезд, при этом каждое гнездо соответствует негативной форме моделирующего элемента, соотносящегося с этим брекетом. Это может быть выполнено вручную с каждым брекетом или путем выбора набора брекетов, предварительно установленных на физическую натурную модель зубов пациента, с этой целью пустую трансферную капу (без брекетов) совмещают с физической моделью зубов пациента, содержащей брекеты, и отделяют трансферную капу от модели зубов пациента. На дальнейшем этапе брекеты предпочтительно удерживают в установочном лотке и снимают с модели. Это может быть достигнуто путем относительно легкого временного скрепления брекета и модели.
В еще одном аспекте изобретение относится к физической натурной модели, получаемой способом по любому из предшествующих этапов.
В еще одном аспекте изобретение относится к комплекту, содержащему:
- набор брекетов, выполненный с возможностью установки на зубную дугу пациента, и
- физическую натурную модель, воспроизводящую форму, состоящую из позитивной формы зубной дуги пациента и позитивной формы набора моделирующих элементов, каждый из которых соотносится с формой брекета из набора брекетов, и
- при этом формы одного или более моделирующих элементов аппроксимируют формы связанных с ними брекетов; и
- при этом каждый из указанных одного или более моделирующих элементов имеет форму, отличную от формы соотносящихся с ними брекетов.
В одном воплощении комплект содержит трансферную капу для установки набора брекет на зубную дугу пациента. Такая трансферная капа может быть использована для доставки брекетов от изготовителя брекетов стоматологу или ортодонту, и/или для прикрепления брекетов к зубам пациента в положении, предопределенном трансферной капой.
В еще одном воплощении комплект дополнительно содержит одну или более проволочных дуг для соединения с набором брекетов.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе физической натурной модели согласно одному воплощению изобретения;
Фиг. 2 - частично увеличенный вид Фиг. 1;
Фиг. 3 - схематический вид в поперечном сечении виртуальной натурной модели согласно одному воплощению изобретения; и
Фиг. 4-11 - схематические виды в поперечном сечении, иллюстрирующие способ изготовления трансферной капы согласно одному воплощению и аспекту изобретения.
Подробное описание изобретения
На Фиг. 1 показана физическая натурная модель 1, представляющая форму, состоящую из позитивной формы зубной дуги 2 пациента и позитивной формы набора моделирующих элементов 3 (для большей ясности не каждый из показанных моделирующих элементов указан на фигуре линиями со ссылками). Моделирующие элементы 3 моделируют или аппроксимируют ортодонтические брекеты в применении, совместно с проволочной дугой, для перемещения зубов пациента из неправильного положения в желаемое положение. В физической натурной модели 1 зубы пациента смоделированы в неправильном положении, как более подробно показано на Фиг. 2.
Физическая натурная модель 1 может быть использована для физического формирования трансферной капы (не показана на этой фигуре) для закрепления брекетов на зубах пациента в предопределенном положении, обеспечиваемом трансферной капой. Трансферная капа образует негативную реплику по меньшей мере части физической натурной модели 1. Такая трансферная капа, например, может быть получена путем выполнения оттиска физической натурной модели 1 путем формования поверх физической натурной модели 1 или посредством другой технологии, при которой позитивная физическая натурная модель 1 используется предпочтительно непосредственно для формирования негативной точной копии. Физическая натурная модель 1 предпочтительно выполнена с возможностью обеспечения предопределенных поднутрений, которые, с одной стороны, позволяют удерживать ортодонтические брекеты или закреплять их внутри трансферной капы, а, с другой стороны, облегчают удаление трансферной капы с физической натурной модели 1 или зубов пациента без разрушения трансферной капы или отрыва брекета от зубов пациента. Поскольку форма ортодонтических брекет часто образует поднутрения, которые могут препятствовать неразрушающему удалению трансферной капы или приводить к ее блокировке, брекеты смоделированы в физической натурной модели 1 посредством моделирующих элементов 3, которые могут не образовывать точных реплик брекет, а только аппроксимировать форму брекетов для регулирования поднутрений до желаемого уровня. Однако следует отметить, что брекет, соответствующий желаемому уровню поднутрений, может быть смоделирован моделирующим элементом, образующим точную реплику указанного брекета, тогда как брекет, образующий нежелательное поднутрение, может быть смоделирован моделирующим элементом, имеющим форму, аппроксимирующую форму такого брекета. Соответственно, трансферная капа, смоделированная из физической натурной модели, предпочтительно имеет форму с уровнем поднутрений, позволяющим удерживать брекеты и неразрушающим образом осуществлять ее снятие с зубов пациента.
Физическая натурная модель 1 в данном примере выполнена посредством аддитивного изготовления, и, таким образом, зубная дуга 2 и моделирующие элементы 3 сформированы в виде единой детали в физической натурной модели 1. Физическая натурная модель 1, в частности, не обязательно может быть получена путем соединения моделирующих элементов 3 с зубной дугой 2 и может не состоять из них. Соответственно, положение моделирующих элементов 3 относительно зубной дуги 2 может быть определено с помощью компьютера, и погрешности, возникающие при ручной сборке, могут быть исключены.
Изготовление физической натурной модели в этом примере основано на виртуальной натурной модели, выполненной в компьютерной системе. Такая виртуальная натурная модель предпочтительно соответствует математическому представлению трехмерной формы, которая может быть выполнена с помощью компьютера, например, посредством системы CAD (автоматизированного проектирования). Также, виртуальная натурная модель предпочтительно доступна в виде компьютерных данных, которые могут быть использованы для управления устройством аддитивного изготовления для изготовления физической натурной модели с формой, определяемой виртуальной натурной моделью. Виртуальная натурная модель может быть сконструирована или сгенерирована путем наложения или слияния виртуальной зубной дуги пациента с набором виртуальных моделирующих элементов, как дополнительно показано на Фиг. 3.
На Фиг. 3 показан вид в поперечном сечении виртуальной натурной модели 10. Виртуальная натурная модель 10 объединяет в себе форму виртуальных моделирующих элементов (на этом виде представленных виртуальным моделирующим элементом 12) и форму виртуальной зубной дуги 11. Виртуальный моделирующий элемент 12 и виртуальная зубная дуга 11 могут быть получены из отдельных независимых виртуальных деталей или путем обеспечения зубной дуги 11 и добавления виртуального моделирующего элемента 12 к зубной дуге 11 с помощью компьютера, например, путем аддитивного конструирования или модификации зубной дуги 11. Специалист в данной области сможет применить и другие технологии, например, известные в области автоматизированного проектирования, для обеспечения виртуальной натурной модели 10 и для объединения форм виртуальных моделирующих элементов и виртуальной зубной дуги.
В данном примере виртуальный аналог 12 получен на основе виртуального брекета 13 (например, посредством его модификации). В примере речь идет о лингвальном брекете, обычно сконструированном и изготовленном индивидуально для каждого зуба и пациента. Однако специалисту в данной обрасти будет понятно, что, несмотря на то, что настоящее изобретение может обеспечить определенные преимущества применительно к лингвальным брекетам, оно подобным образом также может быть использовано совместно с вестибулярными брекетами или с комбинацией лингвальных и вестибулярных брекетов. Один из возможных способов обеспечения виртуального брекета раскрыт, например, в патенте США 7,811,087. Конструирование брекета может осуществляться на компьютере, в котором сохранена трехмерная виртуальная зубная дуга пациента. Виртуальная зубная дуга может быть получена посредством сканирования зубов пациента или физической модели зубов пациента. Таким образом, форма зубной дуги пациента, включая форму зубов и их расположение относительно друг друга, может быть обеспечена в виде изображения, выполненного с возможностью компьютерной обработки. Компьютер может быть оснащен так называемым программным обеспечением для планирования лечения, позволяющим перемещать зубы в виртуальной модели в желаемые конечные положения. Важным элементом брекета является установочная площадка, посредством которой брекет прикрепляют к зубу. Геометрия обращенной к зубу установочной площадки может быть получена непосредственно из геометрических параметров зуба, смоделированных в виртуальной зубной дуге, таким образом, чтобы указанная площадка имела трехмерную поверхность, которая по сути точно совпадает с соответствующей поверхностью зуба. Это позволяет осуществлять относительно точную установку брекета на зуб и способствует максимизации скрепляющего усилия. Другая часть брекета, корпус брекета, содержащий паз для вмещения проволочной дуги и другие элементы, позволяющие фиксировать проволоку в пазе, также могут быть доступными на компьютере в виде предопределенных виртуальных моделей, например в виде каталога корпусов брекетов. Для обеспечения набора виртуальных брекетов для виртуальной зубной дуги могут быть выбраны конкретные предопределенные виртуальные корпусы. Корпусы брекетов предпочтительно выровнены относительно друг друга в зависимости от их паза, например, таким образом, чтобы через пазы всех брекетов могла проходить виртуальная проволочная дуга в сущности U-образной формы. Когда положение паза в корпусах брекетов определено, корпусы брекетов и соответствующие площадки брекетов могут быть соединены, например виртуально слиты в одно целое из набора виртуальных брекетов. Стандартные программы автоматизированного проектирования (CAD) обладают средствами (например, логические операции) для соединения существующих форм друг с другом. Опционально, конструкция виртуальных брекетов или частей брекетов может быть подобрана с учетом обеспечения хорошей артикуляции, гигиенических требований и других необходимых аспектов.
Виртуальные брекеты применяются для обеспечения на их основе набора моделирующих элементов. Каждый аналог связан с виртуальным брекетом из набора виртуальных брекетов. В данном примере виртуальный моделирующий элемент 12 и виртуальный брекет 13 соотносятся друг с другом и имеют одинаковую форму на первых участках 12а, 13а, но различную форму на вторых участках 12b, 13b. В частности, вторые участки 12b виртуального моделирующего элемента 12 содержат поднутрения, уменьшенные по сравнению с поднутрениями, присутствующими на вторых участках 13b виртуального брекета 13. В данном примере эти поднутрения являются структурными элементами (в физической натурной модели), которые препятствуют отделению воображаемой реплики 20 от виртуальной натурной модели 10 в направлении R. Таким образом, уменьшенные поднутрения на вторых участках 12b моделирующих элементов 12 имеют размеры, обеспечивающие более слабое удерживание, чем размеры на вторых участках 13b брекетов 13. Соответственно, по сравнению с формой брекета 13 форма моделирующего элемента 12 приспособлена для облегчения удаления трансферной капы, выполненной на основе формы моделирующего элемента. Как было упомянуто, один или более виртуальных моделирующих элементов могут в сущности точно соответствовать форме виртуального брекета, хотя в большинстве случаев форма виртуальных моделирующих элементов и форма виртуальных брекетов могут отличаться по меньшей мере на участках, содержащих поднутрения.
Виртуальные моделирующие элементы могут быть выполнены путем виртуального замещения виртуальных брекетов и при необходимости повторного конструирования одного или более частей моделируемой формы виртуального брекета. Компьютер может иметь средства для определения виртуального усилия удерживания в зависимости от поднутрений, присутствующих в еще одном или всех моделирующего элементах. Например, существенное и/или большое количество поднутрений, присутствующих в наборе моделирующих элементов, может приводить к относительно высокому виртуальному усилию удерживания, тогда как менее существенное и/или меньшее количество поднутрений может приводить к более низкому виртуальному усилию удерживания. Соответственно, компьютер может быть выполнен с возможностью отображения виртуального усилия удерживания и, опционально, верхнего и нижнего пределов желательного для пользователя виртуального усилия удерживания. Пользователь может соответственно регулировать поднутрения моделирующих элементов при конструировании. Таким образом, усилие удерживания трансферной капы относительно физической модели может быть определено в ходе виртуального конструирования, что может минимизировать необходимость в физической подгонке физической натурной модели и/или трансферной капы.
Для обеспечения виртуальной натурной модели виртуальная зубная дуга и набор виртуальных моделирующих элементов могут быть совмещены, например слиты в одно целое или наложены друг на друга с помощью компьютера. Виртуальная натурная модель, которая предпочтительно выполнена в виде подлежащих компьютерной обработке трехмерных данных, может быть передана на устройство аддитивного изготовления для изготовления физической натурной модели на основе виртуальной натурной модели.
На Фиг. 4 показана физическая натурная модель 20, содержащая набор моделирующих элементов, при этом на фиг. 4  показан моделирующий элемент 22. Физическая натурная модель 20 также моделирует зубную дугу 21 пациента, которая представлена зубом 21'. Аналог 22 и зуб 21' выполнены в виде единой детали, в частности не являются сборными, а выполнены из сплошного объема материала. Хоть это и не показано в данном примере, весь набор моделирующих элементов и зубная дуга также выполнены в виде единой детали. Моделирующий элемент 22 имеет участок 22b поднутрения, который является уменьшенным по сравнению с участком 23b поднутрения (показан пунктирной/штрихпунктирной линиями) соотносящегося с ним воображаемого брекета. Следует отметить, что физическая натурная модель 20 в данном случае не содержит брекетов и только часть брекета показана на фиг. 4 для иллюстрации разницы в геометрии моделирующего элемента 22 и соотносящегося с ним брекета.
Физическая натурная модель 20 в данном примере выполнена из легкого материала, способного к затвердеванию, но в других примерах она может быть выполнена из пластичного материала (например, выплавлена из пластикового волокна), металла, гипса, цемента или других отверждаемых химическим путем материалов.
На Фиг. 5 показана физическая натурная модель 20 с эластичным покровом 24 и пластичным покровом 25. Эластичный покров 24 расположен поверх окклюзионной стороны зубов, смоделированной посредством физической натурной модели 20, а поверх эластичного покрова 24 помещен пластичный покров. Эластичный покров с пластичным покровом деформируют, предпочтительно воздухом под давлением Р, прикладываемым к эластичному и пластичному покровам 24, 25 по направлению к физической натурной модели 20. Это может быть достигнуто посредством вакуума, сгенерированного под эластичным и пластичным покровами 24, 25 или посредством давления над эластичным и пластичным покровами 24, 25. По меньшей мере пластичный покров 25 может быть нагрет до и/или во время процесса деформации. В результате эластичный и пластичный покровы 24, 25 оказываются деформированными, как показано на Фиг. 6.
На Фиг. 6 показана физическая натурная модель 20, охватываемая эластичным покровом 24 и пластичным покровом 25. Пластичный покров 25 предпочтительно является прозрачной термопластичной пленкой, соответствующей внешней поверхности эластичного покрова 24. Пластичный покров 25 предпочтительно отверждают путем охлаждения с целью придания ему достаточной жесткости для возможности осуществления с ним манипуляций. Как показано на фиг. 6, эластичный покров 24 отделяет пластичный покров 25 от физической натурной модели 20.
В еще одном примере (не показан) вместо эластичного покрова может применяться промежуточное покрытие. Такое промежуточное покрытие может быть получено путем нанесения отверждаемого жидкого или пастообразного материала на физическую натурную модель 20 и отверждения этого материала. Это может быть выполнено путем покрытия с окунанием или покрытия вручную с применением распылителя или кисти. В отвержденном состоянии материал покрытия предпочтительно является эластичным или хрупким, таким образом, чтобы он мог быть удален с физической натурной модели на более позднем этапе. Пластичный покров может быть подвергнут деформации через нанесенное на натурную модель покрытие, как описано выше.
В еще одном примере промежуточное покрытие может применяться в устройстве аддитивного изготовления в ходе построения физической модели. В процессе такого построения относительно твердый и относительно мягкий материал может быть использован для выполнения трехмерной литографии, при этом физическая натурная модель будет сформирована из твердого материала, а промежуточное покрытие будет сформировано из мягкого материала. Мягкий материал может быть так называемым опорным материалом, который обычно используют для послойной вертикальной литографии разнесенных в вертикальном направлении структур и удаляют после выполнения литографии. Устройство аддитивного изготовления для выполнения такого процесса литографии, например, доступно под торговым наименованием Projet™ Series компании 3D Systems, США.
На Фиг. 7 показано отделение эластичного листового материал 24 от физической натурной модели 20 и пластичного покрова 25. Эластичный покров 24 может быть помещен на физическую натурную модель 20, а пластичный покров 25 может применяться для формирования трансферной капы для брекетов, как описано далее.
На Фиг. 8 показан пластичный покров 25, содержащий полость, выполненную в пластичном листовом материале 25 посредством физической натурной модели с нанесенным покрытием, как описано выше. Предпочтительно, прозрачный отверждаемый материал 26' помещают в полость пластичного покрова 25. Физическую натурную модель 20 совмещают с пластичным покровом 25 и при этом окунают в отверждаемый материал 26', который при этом предпочтительно распределяют между внешней поверхностью физической натурной модели и внутренней поверхностью полости, как показано на Фиг. 9. Опционально, совмещенные физическую натурную модель 20, отверждаемый материал 26' и пластичный покров 25 подвергают воздействию давления, превышающего нормальное атмосферное давление для минимизации пустот или пузырьков в отверждаемом материале 26', в частности между внешней поверхностью физической натурной модели 20 и внутренней поверхностью отверждаемого материала 26'. Отверждаемому материалу 26' позволяют затвердеть для обеспечения слоя 26 позиционирования брекетов. Слой 26 позиционирования совместно с пластичным покровом 25 формирует трансферную капу 27. Слой 26 позиционирования предпочтительно выполнен с возможностью позиционирования и удерживания брекетов, а также с возможностью деформации для вмещения в нем брекетов и их удаления из него. Соответственно, слой 26 позиционирования может быть выполнен из относительно эластичного и мягкого (после отверждения) материала. Таким образом, трансферная капа 27 содержит пластичный покров 25, предпочтительно придающий капе требуемую механическую жесткость и стабильность, и слой 26 позиционирования, предпочтительно обеспечивающий трансферную капу гнездами, в которых может с точностью и съемным образом удерживаться брекет. Слой 26 позиционирования приближенно соответствует форме описанного выше эластичного покрова, однако предпочтительно выполнен из иного материала.
Размер слоя 26 позиционирования и пластичного покрова 25 может быть откорректирован для соответствия только части зубной дуги пациента или для удобного размещения трансферной капы во рту пациента. Для применения трансферной капы 27, как показано на Фиг. 10, брекеты (представленные брекетом 30) помещают в соответствующие им гнезда в слое 26 позиционирования. Затем слой 26 позиционирования и пластичный покров совмещают. Совмещенную трансферную капу 27, содержащую брекеты 30, помещают в слой 26 позиционирования, как показано на Фиг. 11. На поверхность 31 плоскости брекетов (и остальных брекетов, присутствующих в лотке) может быть нанесен адгезив, и трансферная капа может быть установлена на зубы пациента во рту пациента, при этом адгезив отверждают или позволяют ему затвердеть для достижения скрепления между брекетами в лотке и зубами пациента. Когда скрепление достигнуто, пластичный покров 25 может быть удален с оставлением на месте слоя 26 позиционирования на зубах пациента. Таким образом, слой 26 позиционирования, благодаря своим эластичным свойствам и отсутствию опоры со стороны пластичного покрова 25, может быть легко отделен от зубов пациента и прикрепленных на них брекетов. Как показано на фиг. 11, на участках поднутрений брекета 30 присутствуют промежутки между слоем 26 позиционирования и брекетом 30, облегчая, таким образом, отделение слоя 26 позиционирования от брекета 30. Соответственно, усилия, действующие на брекеты, прикрепленные к зубам пациента, и, таким образом, риск отрыва или повреждения скреплений при удалении трансферной капы минимизируются.
Благодаря применению прозрачных материалов облегчается надлежащее позиционирование слоя 26 позиционирования и пластичного покрова 25 трансферной капы 27 на зубах пациента. Также прозрачный материал позволяет визуально определять надлежащее позиционирование брекетов в трансферной капе.