一种主动式口腔矫正器及其应用方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810487107.1 (22)申请日 2018.05.21 (71)申请人 嘉兴雅宝医疗科技有限公司 地址 314000 浙江省嘉兴市秀洲区上海交 大嘉兴科技园5号楼508室 (72)发明人 谢宝军 朱子才 (74)专利代理机构 北京翔瓯知识产权代理有限 公司 11480 代理人 康云晓 (51)Int.Cl. A61C 7/08(2006.01) A61C 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种主动式口腔矫正器及其应用方法 (57)摘要 本发明涉及一种主动式。

2、口腔矫正器及其应 用方法。 这种主动式口腔矫正器主要由电致变形 高分子材料组成， 可以在较小的电压作用下产生 变形， 并推动错位的牙齿移动到设计位置。 通过 主动和匀速产生矫正力， 可以加速牙齿移动速度 和提高移动精度， 并最终大幅降低口腔正畸的疗 程时间。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 108904079 A 2018.11.30 CN 108904079 A 1.一种主动式口腔矫正器， 其特征在于： 其包括： 薄膜电致变形器件： 由两层电极层和夹在其中的离子膜层组成； 控制器件： 由导线， 控制单元， 电源组成， 提供开关或周期型的电压,与薄膜电致变形器 件耦合， 可以驱动其。

3、产生弯曲形变， 形成可控并持续的矫治力； 弹性保护层： 用于封装薄膜电致变形器件， 起到固定， 定位和保护作用。 2.根据权利要求1所述的主动式口腔矫正器， 其特征在于， 所述电极层由导电材料构 成， 由以下之一或组合制成： 金， 铂， 银， 铜炭黑， 石墨烯、 聚吡咯、 聚苯硫醚、 聚酞菁类化合 物、 聚苯胺、 聚噻吩和聚苯乙烯磺酸。 3.根据权利要求1所述的主动式口腔矫正器， 其特征在于， 所述离子膜层由含有羧酸， 磺酸根的氟塑料和吸附其中的含碱金属离子、 碱土金属离子， 胺基离子的水溶液组成。 4.根据权利要求1所述的主动式口腔矫正器， 其特征在于， 所述离子膜层的厚度为0.1 5.0m。

4、m。 5.根据权利要求1所述的主动式口腔矫正器， 其特征在于， 所述弹性保护层由弹性高分 子材料组成， 包括硅胶， 聚酯， 聚氨酯， 聚氯乙烯。 6.根据权利要求1所述的主动式口腔矫正器， 其特征在于， 所述薄膜电致变形器件产生 的的矫治力的范围为50150g。 7.一种基于权利要求1、 2、 3、 4、 5或6所述的主动式口腔矫正器的应用方法， 其特征在 于， 一、 通过口内三维扫描或口外三维扫描石膏代型得到牙列组织数字三维模型； 二、 根据扫描得到的牙列数字三维模型和设计参数数据， 进行虚拟牙齿移动， 并得到最 佳的牙齿排列， 然后输出为目标牙列数字三维模型， 并将最初三维模型和目标三维模。

5、型进 行对比， 得到错位牙齿的目标移动量和移动方向； 三、 将整体牙列正畸的目标移动分解为数个阶段， 生成每个阶段的中间牙列数字三维 模型， 并获取每个移动阶段的每个牙齿的移动方案， 包括所需的力矩大小和力矩方向， 固定 位置的指定， 辅助固定附件的参数， 并根据获得的参数规划薄膜电致变形器件的形状， 厚 度， 电压， 位置参数； 四、 利用直接或间接快速成型的方法制备具有贴合患者牙列的特殊三维结构的主动式 口腔矫正器， 将主动式口腔矫正器与控制器件耦合， 进行相应的测试， 以确认在相关设计参 数下， 矫治器封装的数个薄膜电致变形器件可以在控制器件的控制下产生预期的矫治力。 8.根据权利要求7。

6、所述的主动式口腔矫正器的应用方法， 其特征在于， 步骤四中包括以 下几个步骤： 首先制备离子膜层， 裁剪成相应的形状， 在其表面制备电极层形成薄膜电致变形器件； 然后用弹性保护层利用热压或浸渍的方法对其进行封装， 接下来利用SLS/DLP/LCD光固化 三维打印机和光敏树脂成型中间牙列实体模型， 以此为模板， 通过真空吸塑热压成型的方 法， 形成贴合牙列的三维形状， 最后裁剪多余材料形成需要的形状； 或者先制备离子膜层， 然后利用SLS/DLP/LCD光固化三维打印机和光敏树脂成型中间 牙列实体模型， 以此为模板， 通过真空吸塑热压成型的方法， 形成贴合牙列的三维形状； 然 后制备电极层， 形。

7、成具有预定三维形状的薄膜电致变形器件， 接下来利用SLS/DLP/LCD光固 化三维打印机和光敏树脂成型中空的注塑模具， 放置器件入模具， 然后注塑或浇铸弹性保 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 108904079 A 2 护层材料直接成型最后的形状。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 108904079 A 3 一种主动式口腔矫正器及其应用方法 技术领域 0001 本发明属于医疗器械领域， 具体涉及一种包含有薄膜电致变形器件的主动式口腔 矫正器以及相应的制作和应用方法。 背景技术 0002 在人类的演化过程中， 工具的使用和食物结构的改变造成了咀嚼器官的退化， 而 牙齿的退化。

8、速度远低于肌肉和骨骼。 这种不均衡退化的结果造成了牙齿拥挤， 牙列不齐等 错合畸形， 目前已成为人类的一种进化病。 据相关统计， 我国牙颌畸形的患病率比较高， 城 市调查患病率最高已达48.9%。 如果以理想正常颌为标准的调查统计， 牙颌畸形的发生率为 91.2%。 0003 口腔矫治器是通过对错位牙施加或传导矫治力， 使牙齿移动或扭转， 以矫治错合 畸形的装置。 传统的口腔矫治器可以分为活动式和固定式。 活动式矫治器由固位， 加力和连 接三个部分组成， 可以自行戴上和摘下。 固定式矫治器直接固定在牙列上， 不可摘戴， 但因 为其效果可靠， 已成为目前应用最广泛的矫治器。 方丝矫治器是最早的固。

9、定式矫治器， 由托 槽， 带环， 颊面管， 矫治弓丝以及其他附件组成， 其矫治力主要由矫治弓丝形变复位产生， 起 到移动牙齿， 调节咬合和固定牙弓形态的作用。 0004 方丝弓矫治技术中,在不同阶段弓丝需要弯制三个序列弯曲和各种弹簧曲， 第一 序列弯曲产生水平向的弯曲， 使牙齿内收和外展； 第二序列弯曲产生垂直向的弯曲， 可使牙 升降或前后倾。 第三序列弯曲产生根舌/唇向转矩。 为了达到矫治效果， 通常需要制作高达 76个方丝弯制， 过程非常繁琐。 直丝弓矫治器改进了托槽的设计， 通过托槽底厚度， 槽沟近 远中倾斜度， 槽沟底面唇舌向转距角设计， 消除了方丝的第一， 二， 三序列弯曲， 使牙齿。

10、定位 更准确， 疗程也得以缩短， 因此逐渐取代了方丝弓矫治。 直丝弓矫治器遵从方丝弓矫治器的 治疗程序和原则,但又有自己的特征。 包括1） 强调托槽粘着位置的精确; 2） 高弹弓丝的广 泛应用; 3） 使用弱而持久的矫治力 （50150g） ; 4） 通常利用滑动法关闭拔牙间隙。 0005 传统固定式矫治器的矫治过程包括 1） 利用橡皮圈进行分牙， 约4天完成； 2） 对牙 面进行酸蚀， 粘接托槽和佩戴带环， 然后上弓丝整平牙弓， 每月复诊， 由细到粗， 由软到硬更 换弓丝， 约需四个月左右； 3） 用推簧或者皮圈拉尖牙向远中， 一般三个月左右； 4)用弓丝 拉前牙向远中,每个月加一次力,大概。

11、半年左右关闭间隙； 5)进行颌间牵引， 做咬合精细调 整， 时间三个月左右； 7） 最后矫治完成后， 戴保持器一段时间。 整个矫治周期在一年半左右， 需要经历繁琐的步骤和使用复杂的附件， 因此患者的配合度较差。 0006 虽然传统基于托槽和弓丝的口腔矫治器能够很好的达到治疗效果， 那是大多数患 者都比较在意口腔矫治器的外观和方便性。 虽然舌侧固定矫治和透明陶瓷托槽的发明能够 实现隐形的效果， 但是舌侧的不适感和仍然需要使用可见金属弓丝限制了这些技术的发 展。 为了解决这个问题， 美国专利5975893描述了一种新型的无托槽隐形矫治器， 即以患者 的牙列结构为模板， 通过计算机辅助设计和制作一序。

12、列由透明高分子弹性材料组成的个性 化矫治器， 以矫治器的回弹复位为矫治力， 不断的小范围推动牙移动。 不同的阶段仅某些牙 说 明 书 1/5 页 4 CN 108904079 A 4 齿可以移动， 而另外的牙齿作为支抗， 从而完成牙齿的矫正。 0007 无托槽隐形矫治器具有显而易见的优点1） 由于所用高分子弹性材料透明、 光滑， 所以形矫治器隐蔽性很好， 解决了患者对矫治过程中美观的顾虑； 2） 由于矫治器可以自行 摘戴， 患者的口腔卫生易于维护， 从而杜绝牙损伤与牙病变； 3） 没有托槽与弓丝， 不会造成 食物残留， 更加没有口腔黏膜摩擦的烦恼， 极大程度地减少了不适感、 异物感。 然而目前。

13、的 此种隐形矫治器采用的仍然是被动矫治力， 在矫治过程中矫治力不均匀且不持久， 所以也 有较多的缺点： 1） 不适用于较为复杂的错合畸形。 2） 矫治的疗程与固定矫治周期对比， 一般 要长50%左右， 通常需23年时间。 3） 因为无托槽隐形矫治器是通过透明高分子材料的弹性 形变回弹来产生矫治力， 因此前期的矫治力较大， 佩戴时有较强烈的痛感， 患者舒适感较 差。 而过了数天后， 随着材料的松弛， 弹性变小， 矫治力也越来越小， 因此需要不断的更换矫 治器， 导致矫治费用较高。 因此需要有能够产生可控， 微弱但持久矫治力的无托槽隐形矫治 器。 0008 在中国专利CN10416156中提出了利。

14、用三维打印的形状记忆高分子材料来制作无 托槽隐形矫治器的方法。 这种矫治器通过形状记忆恢复来产生矫治力， 可以在佩戴后再逐 渐产生矫治力， 增加初期佩戴的舒适性。 但是形状记忆的恢复也是在短暂时间内完成的， 无 法提供持久稳定的矫治力。 在中国专利CN101100738中描述了利用表面覆上一层仿生纳米 的TiO2生物陶瓷材料的NiTi形状记忆合金来制作矫治器， 但也存在同样的问题。 0009 在中国专利CN10416156中描述了一种无托槽无痕矫治器矫治力实时检测方法。 矫 治力的大小是通过固定在普通的无托槽隐形矫治器上的薄膜单点力传感器来测量， 矫治力 的测量范围为100g。 通过监控矫治力。

15、， 可以优化矫治器的设计， 改善矫治的效果。 但同样这 个方法无法主动的进行矫治力的控制。 0010 在中国专利CN104083225中描述了利用磁力产生牵引力来达到口腔功能的矫正， 但磁铁的固定需要有设有包绕上颌牙齿套或下颌牙齿套外侧的弹性不锈钢丝来完成， 因此 没法满足隐形的需要。 在中国专利CN 203122640中描述了一种包括振动器、 显示屏及牙托 的正畸微笑加速器， 通过所述振动器来产生正畸所需的振动。 此振动所产生的并非矫治力， 因此无法产生理想的效果。 发明内容 0011 为了解决目前无托槽隐形矫治器治疗周期较长， 初期佩戴舒适性差， 需要经常更 换的问题， 本发明提出了一种包。

16、含有薄膜电致变形器件的主动式口腔矫正器， 通过施加电 压来使矫治器内的薄膜电致变形器件产生可控弯曲变形， 从而主动产生微弱而持久的矫治 力， 来缩短口腔正畸治疗的周期， 提高患者矫治的舒适性。 同时如果薄膜电致变形器件具有 高透明性， 也可以保证矫治器的隐蔽性。 0012 本发明提供了一种主动式口腔矫正器， 其包括： 薄膜电致变形器件： 由两层电极层和夹在其中的离子膜层组成; 控制器件： 由导线， 控制单元， 电源组成， 提供开关或周期型的电压,与薄膜电致变形器 件耦合， 可以驱动其产生弯曲形变， 形成可控并持续的矫治力; 弹性保护层： 用于封装薄膜电致变形器件， 起到固定， 定位和保护作用。。

17、 0013 所述电极层由导电材料构成， 由以下之一或组合制成： 金， 铂， 银， 铜炭黑， 石墨烯、 说 明 书 2/5 页 5 CN 108904079 A 5 聚吡咯、 聚苯硫醚、 聚酞菁类化合物、 聚苯胺、 聚噻吩和聚苯乙烯磺酸。 0014 所述离子膜层由含有羧酸， 磺酸根的氟塑料和吸附其中的含碱金属离子、 碱土金 属离子， 胺基离子的水溶液组成。 0015 所述离子膜层的厚度为0.15.0mm。 0016 所述弹性保护层由弹性高分子材料组成， 包括硅胶， 聚酯， 聚氨酯， 聚氯乙烯。 0017 所述薄膜电致变形器件产生的的矫治力的范围为50150g。 0018 一种基于上述的主动式口腔。

18、矫正器的制作方法， 一、 通过口内三维扫描或口外三维扫描石膏代型得到牙列组织数字三维模型； 二、 根据扫描得到的牙列数字三维模型和设计参数数据， 进行虚拟牙齿移动， 并得到最 佳的牙齿排列， 然后输出为目标牙列数字三维模型， 并将最初三维模型和目标三维模型进 行对比， 得到错位牙齿的目标移动量和移动方向； 三、 将整体牙列正畸的目标移动分解为数个阶段， 生成每个阶段的中间牙列数字三维 模型， 并获取每个移动阶段的每个牙齿的移动方案， 包括所需的力矩大小和力矩方向， 固定 位置的指定， 辅助固定附件的参数， 并根据获得的参数规划薄膜电致变形器件的形状， 厚 度， 电压， 位置参数； 四、 利用直。

19、接或间接快速成型的方法制备具有贴合患者牙列的特殊三维结构的主动式 口腔矫正器， 将主动式口腔矫正器与控制器件耦合， 进行相应的测试， 以确认在相关设计参 数下， 矫治器封装的数个薄膜电致变形器件可以在控制器件的控制下产生预期的矫治力。 0019 步骤四中包括以下几个步骤： 首先制备离子膜层， 裁剪成相应的形状， 在其表面制备电极层形成薄膜电致变形器件； 然后用弹性保护层利用热压或浸渍的方法对其进行封装， 接下来利用SLS/DLP/LCD光固化 三维打印机和光敏树脂成型中间牙列实体模型， 以此为模板， 通过真空吸塑热压成型的方 法， 形成贴合牙列的三维形状， 最后裁剪多余材料形成需要的形状； 或。

20、者先制备离子膜层， 然后利用SLS/DLP/LCD光固化三维打印机和光敏树脂成型中间 牙列实体模型， 以此为模板， 通过真空吸塑热压成型的方法， 形成贴合牙列的三维形状； 然 后制备电极层， 形成具有预定三维形状的薄膜电致变形器件， 接下来利用SLS/DLP/LCD光固 化三维打印机和光敏树脂成型中空的注塑模具， 放置器件入模具， 然后注塑或浇铸弹性保 护层材料直接成型最后的形状。 0020 本发明的有益效果如下： 1. 通过引入薄膜电致变形器件， 矫治器可以通过对器件主动施加电压而产生微弱而 持久的矫治力， 促进目标牙齿持续移动。 不但可以加快矫治的速度， 还可以提高患者的舒适 性， 改善患。

21、者的配合度 2.因为薄膜电致变形器件可以产生较大的形变， 因此无需进行频繁的矫治器更换， 也 减少了医生的复诊次数， 有望大幅度的降低了隐形矫治的费用。 0021 3.因为薄膜电致变形器件的轻薄和透明性， 矫治器可以实现隐形， 所以满足了患 者美观的要求。 附图说明 0022 图1为主动式口腔矫正器的截面图。 说 明 书 3/5 页 6 CN 108904079 A 6 0023 图2为主动式口腔矫正器的俯视图。 0024 图3为主动式口腔矫正器的结构。 0025 其中10为中间牙列实体模型， 11为本发明描述的主动式口腔矫正器。 21和22为薄 膜电致变形器件的电极层， 分别接电源的正负极，。

22、 20为薄膜电致变形器件的离子膜层， 23为 矫治器的弹性保护层。 34和36为支抗牙齿， 起到固定作用， 35为需要移动的牙齿。 42和43为 分布在舌侧和颊侧的薄膜电致变形器件。 41为矫治器的弹性保护层。 具体实施方式 0026 下面结合附图以及具体实施例， 可以更好地说明本发明。 0027 本发明提供了一种主动式口腔矫正器， 其包括： 薄膜电致变形器件： 由两层电极层21/22和夹在其中的离子膜层20组成; 控制器件： 由导线51， 控制单元， 电源52组成， 提供开关或周期型的电压,与薄膜电致变 形器件50耦合， 可以驱动其产生弯曲形变， 形成可控并持续的矫治力; 弹性保护层23： 。

23、用于封装薄膜电致变形器件， 起到固定， 定位和保护作用。 0028 所述电极层由导电材料构成， 由以下之一或组合制成： 金， 铂， 银， 铜炭黑， 石墨烯、 聚吡咯、 聚苯硫醚、 聚酞菁类化合物、 聚苯胺、 聚噻吩和聚苯乙烯磺酸。 0029 所述离子膜层由含有羧酸， 磺酸根的氟塑料和吸附其中的含碱金属离子、 碱土金 属离子， 胺基离子的水溶液组成。 0030 所述离子膜层的厚度为0.15.0mm。 0031 所述弹性保护层由弹性高分子材料组成， 包括硅胶， 聚酯， 聚氨酯， 聚氯乙烯。 0032 列举以下几种实施例去描述如何制作主动式口腔矫正器。 0033 实施例1： 1) 通过口内三维扫描或。

24、口外三维扫描石膏代型得到牙列数字三维模型。 通过CT拍摄 全口曲面断片， 头颅侧面片或者使用CBCT获得颌骨和牙根的测量用影像或数字三维模型作 为设计参考 2） 将扫描得到的初始牙列数字三维模型和相关设计参数数据输入到专用设计软件中， 虚拟移动牙齿， 得到最佳的牙齿排列， 然后输出为目标牙列数字三维模型。 将初始三维数字 模型和目标三维数字模型进行对比， 就可以得到错位牙齿的设计移动方案， 包括移动量和 移动方向。 0034 3） 将牙列矫治的整体设计移动方案分解为数个阶段， 然后生成每个阶段的中间牙 列数字三维模型10， 为了移动牙齿35， 选定支抗位置为34和36， 施力位置为牙齿35中部。

25、， 矫 治力大小设定为50g。 规划得到的薄膜电致变形器件42和43。 0035 4） 通过DLP光固化三维打印机和DSM公司生产的SOMOS 11122光固化树脂将中间牙 列数字三维模型10制作为实体模型， 利用上述模型和真空吸塑热压的方法将厚度2mm的 Flemion片材成型为贴合牙列的结构， 然后裁剪边缘， 将其浸泡在氯化钠水溶液中， 形成最 终的离子膜层。 接下来利用化学镀的方法在离子膜层两侧制备网络状的银电极层， 形成最 终的薄膜电致变形器件。 然后通过DLP光固化三维打印机和DSM公司生产的SOMOS 11122光 固化树脂基于中间牙列数字三维模型10成型中空的模具， 放置入薄膜电。

26、致变形器件和与之 耦合的控制器件， 用医疗级透明TPU聚氨酯通过浇铸的方法进行封装， 形成最终的主动式口 说 明 书 4/5 页 7 CN 108904079 A 7 腔矫正器。 0036 4） 利用直接或间接快速成型的方法制备具有贴合患者牙列的特殊三维结构的主 动式口腔矫正器。 将主动式口腔矫正器与控制器件耦合， 进行相应的测试， 以确认在相关设 计参数下， 矫治器封装的数个薄膜电致变形器件可以在控制器件的控制下产生预期的矫治 力。 0037 5） 在医生的指导下， 患者配戴主动式口腔矫正器。 根据不同的阶段可以重复以上 的步骤， 对正畸方案进行微调， 最终达到预期的效果 实施例2： 1) 。

27、通过口内三维扫描或口外三维扫描石膏代型得到牙列数字三维模型。 0038 2） 将扫描得到的初始牙列数字三维模型和相关设计参数数据输入到专用设计软 件中， 虚拟移动牙齿， 得到最佳的牙齿排列， 然后输出为目标牙列数字三维模型。 将初始三 维数字模型和目标三维数字模型进行对比， 就可以得到错位牙齿的设计移动方案， 包括移 动量和移动方向。 0039 3） 将牙列矫治的整体设计移动方案分解为数个阶段， 然后生成每个阶段的中间牙 列数字三维模型10， 为了移动牙齿35， 选定支抗位置为34和36， 施力位置为牙齿35中部， 矫 治力大小设定为100g。 规划得到的薄膜电致变形器件42和43。 0040。

28、 4） 将厚度1mm的nafion片材浸泡在氯化钠水溶液中， 裁剪成所需的形状， 形成最终 的离子膜层。 然后利用化学镀的方法在离子膜层两侧制备网络状的金电极层， 形成最终的 薄膜电致变形器件。 接下来用医疗级透明PETG聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二 甲醇酯)通过热压的方法将薄膜电致变形器件和与之耦合的控制器件封装。 然后通过DLP光 固化三维打印机和DSM公司生产的SOMOS 11122光固化数值将中间牙列数字三维模型10制 作为实体模型， 利用上述模型和真空吸塑热压的方法将封装好的薄膜电致变形器件成型为 贴合牙列的结构， 最后裁剪多余的部分形成最终的主动式口腔矫正器。 00。

29、41 4） 利用直接或间接快速成型的方法制备具有贴合患者牙列的特殊三维结构的主 动式口腔矫正器。 将主动式口腔矫正器与控制器件耦合， 进行相应的测试， 以确认在相关设 计参数下， 矫治器封装的数个薄膜电致变形器件可以在控制器件的控制下产生预期的矫治 力。 0042 5） 在医生的指导下， 患者配戴主动式口腔矫正器。 根据不同的阶段可以重复以上 的步骤， 对正畸方案进行微调， 最终达到预期的效果 以上所述仅为本发明的一种实施例， 并非用来限制本发明的保护范围； 本发明的保护 范围由权利要求书中的权利要求限定， 并且凡是依发明所作的等效变化与修改， 都在本发 明专利的保护范围之内。 说 明 书 5/5 页 8 CN 108904079 A 8 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 9 CN 108904079 A 9 图3 说 明 书 附 图 2/2 页 10 CN 108904079 A 10 。