專利名稱：力響應牙齒矯正支架和系統及其使用方法
技術領域：
本發明總體涉及牙齒矯正領域。在特定優選實施例中，本發明涉及包括力響應元件的牙齒矯正支架，力響應元件可以光學地確定作用力的大小和/或方向。
背景技術：
牙齒矯正支架通常固定到單個牙齒上并連接到弧線(archwire)上以在一定時間內施加適當的力來使牙齒移動或變直。特別地，牙齒通過作用力而經弧線被向支架移動和轉動。因此需要定期看牙醫以能夠檢查和調整裝置來確保由弧線將適當大小和方向的力經支架作用于牙齒上。然而，弧線的調整是非常主觀的行為。因此，牙醫需獲得用于每個牙齒矯正患者的力的大小和方向的實踐知識。
發明內容
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。本發明目的是滿足這一需求。
概括來說，本發明體現為力響應牙齒矯正支架。更具體地，本發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，本發明優選體現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。支架優選包括根據支架部分相對于互相之間的移動而變形的指示器(例如基準標記)，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。
在特定優選實施例中，本發明包括力響應牙齒矯正支架，力響應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。
本發明的牙齒矯正支架有利地用作系統的零件，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。光學檢測器可被提供來光學檢測指示器并發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點在仔細考慮下面的本發明優選示范性實施例的詳細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記表示相同結構部件，其中圖1是使用本發明的力響應于支架的系統的示意性透視圖；圖2是根據本發明的示范性力響應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剖視圖；圖4是根據本發明的牙齒矯正支架的另一實施例的部分放大側剖視圖；圖5是根據本發明的牙齒矯正支架的又一實施例的部分放大側剖視圖；圖6是根據本發明的牙齒矯正支架的再一實施例的部分放大側剖視圖；和圖7是根據本發明的牙齒矯正支架的另外一實施例的部分放大側剖視圖；具體實施方式
附圖1示意性地描述根據本發明的系統10，系統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中的每個相關的力的大小和/或方向。如同將在后面詳細描述那樣，單個支架12具有基準標記，基準標記可指示通過弧線14而作用于支架12上的力的大小和/或方向。
通常，根據本發明，基準標記可通過手持式光學檢測器16來光學地檢測，手持式光學檢測器16可操作地經信號線17連接到中央處理器18。因此，中央處理器18經信號線17接收由光學檢測器16產生的輸出信號并用所需運算法則編程，運算法則將基準標記提供的表示光學檢測的指示的輸出信號翻譯成可向主治牙醫顯示的力的大小和/或方向，例如，通過與個人計算機22結合的傳統顯示器20。或者，由光學檢測器16產生的輸出信號可被無線地傳輸到處理器18，例如，使用RF(無線電頻率)連接。
手持式光學檢測器16最優選包括接近的把手部分16-1和末端的發光棒16-2。扳機開關16-3位于接近的把手部分16-1上以允許牙醫啟動棒16-2來通過棒端16-2a光學讀取支架12的特定部分。發光二極管(LED)16-4、16-5也可位于把手部分16-1上且最好發出不同顏色(例如紅和綠)來為牙醫提供可視指示已保證特定支架12的良好光學讀取。如果適當的力已作用于特定支架12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/或轉矩與儲存在存儲器中并與用于單個病人的特定治療計劃相關的力和/或轉矩進行比較。
根據本發明的支架12的一個優選實施例在附圖2和3中描述。在這點上，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。事實上，適用于牙齒矯正應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域普通技術人員選擇而不用基于相同物理特性的不適當實驗。
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的牙齒上的適當力的多個柱體26和孔28。下部支架部件12-1最優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標記30、32，基準標記30、32由彈性層12-3分割以分別形成上部和下部標記部分30-1、32-1和30-2、32-2。因此，在沒有作用力時，基準標記30、32的上部和下部標記部分30-1、32-1和30-2、32-2將分別相互對齊。就是說，在基準標記30、32的上部和下部標記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間將不會可視地出現錯位。
響應例如通過弧線14而作用在上部支架部件12-2上的力，基準標記30、32的上部和下部標記部分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。基準標記30、32的上部和下部標記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間的相對錯位可由光學檢測器16光學檢測。基準標記30、32的上部和下部標記部分30-1、32-1和30-2、32-2各自之間的相對錯位由光學檢測器16檢測，因而可傳輸到處理單元18，在處理單元18中計算作用于特定支架上的力的大小和/或方向。然后，適當的信號被傳輸到個人計算機22，從而作用力的大小和/或方向可向牙醫顯示。
基準標記30、32表示為多個不同尺寸的同心圓的形式。因此，此類構造允許基準標記30、32的上部和下部標記部分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矩。
本發明的支架12也可帶有唯一的識別標記36，該標記允許牙醫電學地“標記”每個支架并將多個力的大小和方向結合。單個支架12由標記36實現的此類唯一識別還將允許在已進行的矯正治療過程中進行其單個移動的歷史分析。
基準標記30、32可以是適于由檢測器16進行光學檢測的任一類型。因此，例如，基準標記30、32可以由能夠由光學檢測器16檢測的任何可視介質構成，例如，通過在檢測器棒16-2的尖端16-2a中使用小型攝像機來進行影像捕捉。可選擇地或者另外，基準標記可由磷光或熒光介質構成以在檢測器棒16-2發出紫外(UV)光進行照射時更加可視。因此，在該情況下，檢測器16可進行操作(例如，通過操作其扳機開關16-3)以用紫外照射來照亮所需支架12，從而導致基準標記30、32如該情況下那樣為磷光或熒光劑，隨后可關閉來自棒端16-2a的照射。然后，可在基準標記30、32之間根據其“打開”圖像和其“關閉”圖像來進行光學對比。再有，可選擇地或者另外，檢測器棒16-2的棒端16-2a可發出激光照射，激光照射掃描基準標記30、32以檢測其間的錯位。
根據本發明的另一實施例的支架12’在圖4中表示。根據描述，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，取代基準標記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檢測器16以類似于上述的方式光學檢測。凹槽40、42也在結構上有助于增強彈性層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明的目的。
附圖5-7描述根據本發明的另一實施例。在這點上，可以從圖5觀察到，整個支架112由彈性材料構成且包括由同心地放置的內和外標記130-1、130-2分別構成的多個基準標記130。在這點上，在圖5中僅看到單個基準標記130，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準標記130。基準標記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標記130。作用于支架112上的力因而將導致支架的一部分可移動或可彎曲，從而使基準標記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進一步描述分別根據本發明的支架212和312的其它實施例。在這點上，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和外標記230-1、230-2分別構成的多個基準標記230。在這點上，在圖6中僅看到單個基準標記230，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準標記230。
另一方面，附圖7描述根據本發明的支架312，其中，下部基體部件312-1由彈性材料構成，上部支架部件312-2由金屬構成。支架312包括由同心地放置的內和外標記330-1、330-2分別構成的多個基準標記330。在這點上，在圖7中僅看到單個基準標記330，可以理解的是，將以上述方式提供幾個此類基準標記330。
因此，在圖6和7中描述的實施例中，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，雖然結合當前被認為是最可行及優選的實施例描述了本發明，但可以理解的是本發明并不限于已公開的實施例，相反，在所附權利要求的主旨和范圍內可包括有多種變型和等同構造。
權利要求
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.根據權利要求1所述的支架，其全部由彈性材料形成。
3.根據權利要求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.根據權利要求4所述的支架，還包括至少一個基準標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.根據權利要求5所述的支架，其中至少一個基準標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記部分，其中下部和上部標記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
7.根據權利要求5或6所述的支架，其中至少一個基準標記由磷光或熒光材料形成。
8.根據權利要求4所述的支架，其中至少一個基準標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.根據權利要求8所述的支架，其中對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
10.根據權利要求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.根據權利要求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件，彈性構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.根據權利要求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件。
14.根據權利要求12所述的支架，其中所述移動指示構件包括至少一個基準標記以指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
15.根據權利要求14所述的支架，其中至少一個基準標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記部分，其中下部和上部標記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
16.根據權利要求14或15所述的支架，其中至少一個基準標記由磷光或熒光材料形成。
17.根據權利要求14所述的支架，其中至少一個基準標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.根據權利要求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，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；光學檢測器，用于光學檢測指示器的變形并發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.根據權利要求19所述的牙齒矯正系統，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.根據權利要求19所述的牙齒矯正系統，其中檢測器是手持式光學檢測器。
22.根據權利要求21所述的牙齒矯正系統，其中手持式光學檢測器包括較近的把手和較遠的棒，所述棒具有適于當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.根據權利要求22所述的牙齒矯正系統，其中手持式光學檢測器發出激光或紫外照射以用于光學檢測牙齒矯正支架上的指示器。
24.根據權利要求20所述的牙齒矯正系統，其中指示器包括至少一個基準標記以指示下部基體和上部支架部件之間的相對移動。
25.根據權利要求20所述的牙齒矯正系統，其中至少一個基準標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記部分，其中下部和上部標記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
26.根據權利要求24或25所述的牙齒矯正系統，其中至少一個基準標記由磷光或熒光材料形成。
27.根據權利要求24所述的牙齒矯正系統，其中至少一個基準標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.根據權利要求27所述的牙齒矯正系統，其中對齊的凹槽為V形、矩形或半圓形。
29.根據權利要求27所述的牙齒矯正系統，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；光學檢測指示器的變形并發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.根據權利要求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.根據權利要求30所述的方法，包括將手持式光學檢測器定位于牙齒矯正支架附近。
33.根據權利要求30所述的方法，用從光學檢測器發出的激光或紫外線來掃描指示器。
34.根據權利要求31所述的方法，包括提供至少一個基準標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.根據權利要求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記部分，其中下部和上部標記部分之間的錯位可指示作用于上部支架部件上的力。
36.根據權利要求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標記。
37.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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。在優選實施例中，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的一部分，因此支架包括指示器，指示器響應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。光學檢測器可被提供來光學檢測指示器并發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 優先權日2004年5月17日
發明者羅伯特·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