CN110547888B - 基于生物力学原理设计制作牙套式清洁工具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于生物力学原理设计及制作个性化牙套式清洁工具的方法，包括：模拟及采集多种牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据；建立牙套式清洁工具的预存牙套模型数据库；采集用户口腔数据；根据用户口腔数据从预存牙套模型数据库中选择一比较适合于用户的牙套模型；根据对用户口腔数据进行生物力学分析的情况对牙套模型的参数进行调整以获得相应于用户口腔数据的用户牙套模型的个性化参数；以及根据用户牙套模型的个性化参数制作个性化牙套式清洁工具。本发明基于生物力学原理进行分析和模拟，可根据患者牙齿情况进行对牙套式清洁工具进行精确设计，使得所制得的牙套式清洁工具更安全、便捷、有效。

Description

基于生物力学原理设计制作牙套式清洁工具的方法

技术领域

本发明涉及口腔清洁领域，尤其是涉及一种基于生物力学原理设计制作牙套式清洁工具的方法。

背景技术

近年来，口腔清洁越来越受到人们的重视，口腔清洁不良是导致牙齿疾病产生的重要原因。日常牙齿清洁，主要是对清洁食物残渣以及附着至牙面、龈沟处的牙菌斑进行清洁。传统式牙刷，是指有刷毛的牙刷，使用者通过改变牙刷的位置分别对需要清洁的部位进行清洁。牙套式牙刷则一般是指将牙套置于牙弓上后，即可对需要清洁的牙齿部位同时进行刷洗，不需要使用者移动牙套。牙套式牙刷通过将牙套带至上下牙弓后对牙齿同时进行洗刷来达到快速清洁牙齿的目的。但实际情况中，由于每个口腔内情况不同，大众化的牙套并不能适用于每个口腔，不能达到很好的清洁效果，更不能达到保护每颗牙齿的目的，因此牙套式牙刷的个性化及定制化是未来口腔清洁领域的发展趋势。另外，目前主流的牙齿清洁工具只采用刷毛式牙刷、冲牙器、声波震动、超声或牙线其中之一的清洁方式，这种单一的清洁方式造成清洁工具很难达到很好的清洁效果。因此，如何实现牙套式清洁工具的定制化及牙套式清洁工具清洁方式的集成化，是目前的技术难点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种根据患者的口腔情况，基于生物力学原理进行个性化设计及制作一种牙套式清洁工具的方法，包括：模拟及采集多种牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据；建立牙套式清洁工具的预存牙套模型数据库；采集用户口腔数据；根据用户口腔数据从预存牙套模型数据库中选择一比较适合于用户的牙套模型；根据对用户口腔数据进行生物力学分析的情况对牙套模型的参数进行调整以获得相应于用户口腔数据的用户牙套模型的个性化参数；以及根据用户牙套模型的个性化参数制作个性化牙套式清洁工具。

采用本发明基于生物力学原理设计制作的个性化牙套式清洁工具，充分考虑了不同个体口腔环境的差异性，并整合了各种清洁方式的优势，可以在提高对每颗牙齿的清洁效果的同时极大地降低了对每颗牙齿的牙周组织的损伤，达到了保护牙齿的目的。

附图说明

图1为本发明基于生物力学原理进行个性化设计制作牙套式清洁工具的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合附图，做详细的说明。本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各步骤及各元件的配置为说明之用，并非用以限制本发明。

图1为基于生物力学设计制作牙套式清洁工具的一种实施方法的流程图，可以包括：步骤S1，建立口腔生物力学数据库；步骤S2，建立牙套模型数据库；步骤S3，采集用户口腔临床数据；步骤S4，选择合适的牙套模型数据；步骤S5，设计个性化牙套；步骤S6，计算机辅助模拟；步骤S7，实物模拟；步骤S8，制作最终牙套；步骤S9，根据用户使用情况对牙套进行优化设计制作。需要注意的是，本发明并不局限于本实施例中所示步骤及各步骤的执行顺序，例如，在一些实施例中，步骤S7可以不被执行，步骤S3可以先于步骤S1执行，步骤S5和S6可以在同一个步骤中执行。各个步骤的实施方式详述如下：

在步骤S1中，模拟及采集多种牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据。在一实施例中，可以通过临床检查、石膏模型、CT扫描、数字化口内扫描或相机拍摄方法等方式采集牙齿模型数据，其中，牙齿模型数据可以包括牙弓形状、牙间隙大小、牙周袋深度、牙龈沟深度及牙齿大小等参数中的一种或几种。举例而言，可用牙齿长度、宽度及高度等参数来表征牙齿大小；可将牙齿拥挤度（用牙间隙大小来表示，是指相邻两个牙齿的宽度之和减去两牙齿所占的宽度）划分成四类，其中，1类拥挤度为牙间隙大小=0mm，2类拥挤度为0mm＜牙间隙大小≤0.4mm，3类拥挤度为0.4mm＜牙间隙大小≤0.8mm，4类拥挤度为牙间隙大小＞0.8mm，但本发明不限于此，例如，可将牙齿拥挤度划分成四类，再判断不同牙位牙齿唇颊侧、舌腭侧、近中侧、远中侧的牙间隙大小属于这四类中的哪一类；可将牙周袋深浅（用牙周袋深度来表示）划分成四类，其中，1类为0mm≤牙周袋深度≤2mm，2类为2mm＜牙周袋深度≤4mm，3类为4mm＜牙周袋深度≤6mm，4类为牙周袋深度＞6mm，但本发明不限于此，例如，可将牙周袋深浅划分成四类，再判断不同牙位牙齿唇颊侧、舌腭侧、近中侧、远中侧的牙周袋深度属于这四类中的哪一类。若将牙间隙大小及牙周袋深浅都分为四类，那么每颗牙齿可有十六种情形，32颗牙齿可有512种情形。牙齿模型数据还可以包括口腔内牙菌斑、食物残渣、牙渍等杂质附着于牙齿不同部位的附着力数据，其中，可用传感器测量不同水压大小对附着于牙齿上的杂质的清洁效果来确定附着力数据。在一实施例中，模拟及采集多种牙齿清洁方式所达到的效果数据可以包括利用水流冲洗、刷毛刷洗、声波或超声等清洁方式所达到的清洁效果数据，各种清洁方式对牙齿组织及或牙周组织所造成的损伤数据，以及一段时间后牙齿组织及或牙周组织的进行自我修复后的修复数据，但本发明不限于此，例如，效果数据可以只包括清洁效果数据、损伤数据或修复数据中的一种。在一实施例中，可以根据不同牙位牙齿拥挤程度、不同牙周袋深度分别模拟及采集每颗牙齿的附着力数据、清洁效果数据、损伤数据或修复数据，并将牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据导入计算机数据处理软件（例如ABAQUS）中以进行后续分析或建模。在一实施例中，口腔数据以stl格式文件的形式导入计算机数据处理软件中进行分析，例如，使用Geomagic软件中的网格医生功能将牙齿划分成网格，以准确地确认牙齿中孔洞的位置。在一实施例中，将牙齿模型中的牙间隙大小、牙周袋深度、牙龈沟深度及或牙齿大小等参数数据添加到有限元分析软件（例如ABAQUS）中后，利用有限元分析软件分别对牙齿模型中的牙龈组织、牙周组织、牙釉质、牙骨质、牙本质等牙齿组织进行生物力学分析，并对在牙齿表面添加部分模块来模拟的食物残渣、牙菌斑等杂质进行生物力学分析。

在步骤S2中，基于生物力学分析的结果建立对应于多种牙齿模型的牙套模型数据库。具体而言，每个牙套模型的参数可以包括牙套内部每个牙位处出水喷头的数量、位置、形状、尺寸及水压，牙套内部水管的走形分布及水管内的水流强度，刷毛的位置、粗细、软硬或长短、刷毛与牙长轴的角度，超声工作头的数量及功率，回水头及回水管的直径、分布，以及回水仓压力等参数中的一种或几种中的一个或多个，但本发明不限于此，例如，牙套模型可有男款和女款两种，可以不同年龄段之分，还可有多种工作模式。在一实施例中，可根据牙齿模型数据中牙周袋深度来设置牙套模型的参数，例如，若牙周袋深度为0-2mm，则将刷毛与牙长轴的角度设置为45度；若牙周袋深度为2-4mm，则将刷毛与牙长轴的角度设置为40度；若牙周袋深度为4-6mm，则将刷毛与牙长轴的角度设置为35度。在一实施例中，可根据牙齿模型数据中牙间隙大小来设置牙套模型的参数，例如，若牙间隙大小为0-0.4mm，则将刷毛长度设置为0.5cm；若牙间隙大小为0.4-0.8mm，则将刷毛长度设置为0.6cm。在一实施例中，牙套模型可能有多种工作模式，包括，刷牙模式、洗牙模式、美白模式、起床模式、睡眠模式或者饭后模式等中的一种或多种工作模式。举例而言，将同一牙位的刷毛、出水喷头、超声工作头设置为第一功能组和第二功能组，其中，当将牙套模型设置在起床模式时，第一功能组启动；当将牙套模型设置在睡眠模式时，第二功能组启动。通过设置第一功能组和第二功能组，以及这两组分别单独工作的方式，可降低相同方向的机械力量反复作用对牙齿造成的损伤，若再考虑到牙齿及牙周组织的自我修复功能，则本发明所披露的牙套式清洁工具可避免在清洁牙齿的过程中对牙齿的损害。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，可将同一牙位的刷毛、出水喷头、超声工作头设置为第一工作组、第二工作组和第三工作组；在一实施例中，可将第一工作组设置在第一牙套模型中，将第二工作组设置在第二牙套模型中，其中，第一牙套模型和第二牙套模型都可适用于同一牙齿模型，用户可通过分别及先后第一牙套模型和第二牙套模型的方式来消除因清洁牙齿所带来的牙齿损伤。

在步骤S3中，收集用户口腔数据以获得用户牙齿模型。例如，可以通过临床检查、石膏模型、CT扫描、数字化口内扫描或相机拍摄方法等方式采集用户口腔内的牙齿模型数据，在一实施例中，可通过临床获取用户上下颌牙模型后进行石膏灌注以获得用户口腔数据所对应的石膏模型，再用数字化扫描仪将石膏模型转化为stl格式文件后导入计算机进行储存与分析，其中，计算机可以包括个人电脑、工作站、平板电脑及智能手机等装置。在一实施例中，收集用户牙间隙大小、牙周袋深度、易塞牙、易牙结石部位等尽可能多的临床资料，以使建立的用户牙齿模型更准确可靠。在一实施例中，可将stl格式文件及用户临床资料添加至Geomagic软件和ABAQUS软件等数据处理软件及有限元模拟分析软件中，以确定相应于用户口腔数据的牙齿模型及其参数。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，用户的临床资料还包括年龄、性别、有无烟史、有无***性疾病、牙弓形状（方圆、椭圆、尖圆）或开口度大小等特征数据。

在步骤S4中，根据用户口腔数据从预存牙套模型数据库中选择合适于用户口腔数据的牙套模型。在一实施例中，将用户口腔数据与牙套模型数据库中存储的口腔数据进行比较，并选择出与用户口腔数据相似度最高的口腔数据所对应的预存牙套模型作为合适于用户的牙套模型。在一实施例中，可以由用户口腔数据与牙套模型数据库中的口腔数据之间的绝对值之和、方差或标准差来确定相似度。例如，若预存牙套模型数据库X中共包含m组口腔数据，每组口腔数据中包括n个参数，Y表示用户口腔数据，则预存牙套模型数据库中第i组第j个口腔参数可表示为Xij（例如牙套模型数据库中第三组口腔数据的牙间隙大小可表示为Y31），用户口腔数据Y中的第j个口腔参数可表示为Yj，（例如用户牙间隙大小可表示为Y1）可用公式来确定与用户口腔数据相似度最高的预存牙套模型数据库中的口腔数据是哪一组（Xij与Yj之间绝对值的和最小的Xi），但本发明不限于此。例如，在一些实施例中，上述相似度的确定还可能包括对口腔参数进行归一化处理。

在步骤S5中，根据用户口腔数据，在从预存牙套模型数据库中选择的比较适合用户的牙套模型的基础上，对牙套模型的参数进行调整，以获得相应于用户口腔数据的用户牙套模型的个性化参数，其中，基于对用户口腔数据进行生物力学分析的结果来对牙套模型的参数进行调整。在一实施例中，还会考虑客户的意见来对用户牙套模型的参数进行调整以及/或者对牙套式清洁工具的主机参数进行设置，其中，用户牙套模型的参数可能包括牙套内部每个牙位处需设计的出水喷头的数量、位置、形状，牙套内部水管的走形分布、水管内的水流强度，刷毛的位置、刷毛与牙长轴的角度、粗细、软硬、长短，声波震动发射器或超声工作头的数量及功率，回水头及回水管的直径、分布以及回水仓压力等中的一种或几种。例如，若从预存牙套模型数据库中选择的比较适合用户的牙套模型中所设置的刷毛与牙长轴的角度为40度（预存牙套模型数据库中中所对应的牙周袋深度为3mm），二用户的牙周袋深度为3.8mm，则可将用户的牙套模型中的刷毛与牙长轴的角度设定为43度。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，若用户口腔数据相同或者及其相近，则可不需要再对从预存牙套模型数据库中选择出的牙套模型的参数进行调整。

在步骤S6中可利用计算机来模拟用户个性化牙套模型的所达到的清洁效果以确定步骤S5中确定的用户牙套模型的个性化参数是否合适。需要注意的是，上述清洁效果是指在不对用户牙齿造成损伤的前提下，对用户牙齿的清洁程度。在一实施例中，可利用有限元分析软件来模拟用户牙齿上附着的牙菌斑、食物残渣及/或牙渍等杂质，以及模拟用户个性化牙套模型对附着于牙齿上的杂质的清洁效果。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，若清洁效果不理想（例如，出现了对杂质的清洁程度不够，对牙齿造成了损伤等情况），则可以跳转到步骤S6以重新确定相应于所述用户口腔数据的用户牙套模型的个性化参数。

在步骤S7中，3D打印制作适用于用户牙齿模型的用户牙套模型。牙套式清洁工具包括牙套模型及相应于牙套模型的主体，主体可能包括回水仓、出水仓、压力泵、充电接口、消毒仓及控制面板等模块，用于支持并配合牙套模型进行工作。在一实施例中，可预设牙菌斑、食物残渣、牙渍等杂质于3D打印而来的用户牙齿模型上，并模拟清洁工具对牙齿模型的清洁效果，若存在对牙齿清洁效果不佳的情况，则对牙套模型进行改进。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，还可3D打印出适用于用户牙套模型的主体，将牙套模型与主体组合成完整的牙套式清洁工具后来验证对3D打印的用户牙齿模型的清洁效果，例如在37℃潮湿环境下的清洁效果。在一实施例中，若牙套模型或牙套式清洁工具的清洁效果欠佳，则回到步骤S5，以重新设计用户的个性化牙套模型；若牙套模型或牙套式清洁工具的清洁效果达到预期，则确定用户牙套模型的最终的个性化参数，甚至确定牙套式清洁工具主体的最终的个性化参数。在一实施例中，若3D打印制作出的用户牙套模型或牙套式清洁工具可达到较好的清洁效果，则用户可以直接使用3D打印制作出的用户牙套模型或牙套式清洁工具。

在步骤S8中，根据用户牙套模型的最终的个性化参数制作个性化牙套式清洁工具。在一实施例中，确定好牙套模型内部的水流管道、超声管道，冲牙器喷头、超声工作头、超声管道、刷毛等核心部件的数量及位置后先固定住核心部件，然后，再用适合的材料对核心部件的周围进行填充以制成适用于用户牙齿模型的用户最终的牙套模型。在一实施例中，还可根据用户口腔情况（例如，用户唇颊沟的深度及唇颊系带的位置），通过数字化切削的方式对填充后的牙套模型进行修改，以增强最终的牙套模型的美观性和舒适性。但本发明不限于此，例如，在一实施例中，除了根据用户牙套模型的最终的个性化参数外，还要根据相应于用户牙套模型的主体的最终的个性化参数来制作牙套式清洁工具，主体的最终的个性化参数可以包括，但不限于主体内回水仓、出水仓、压力泵、充电接口、消毒仓、控制面板等模块的大小及位置等，例如，控制面板可用于控制工作模式的切换，消毒仓可用于对回水仓的液体或者牙套模型进行消毒处理。

在步骤S9中，根据用户使用情况对其牙套模型参数进行更新调整。在一实施例中，通过在牙套式清洁工具内设置超声探测器、影像记录器或内容物检测器来跟踪记录用户使用牙套式清洁工具的使用数据或使用牙套式清洁工具后的口腔数据，例如，使用数据可以包括用户使用牙套式清洁工具的次数和时间点，口腔数据可以包括用户随着年龄增加带来的牙龈萎缩或者内容物检测出的血液含量的变化，该变化可表征用户的牙周疾病是否加重或减轻。在一实施例中，用户的使用数据及或口腔数据可通过牙套式清洁工具内的一数据传输模块传至一服务器，这样，可以随时监控或者获取用户的使用数据及或口腔数据，并可在对使用数据及或口腔数据进行分析（例如生物力学分析）后决定是否要对牙套式清洁工具的参数进行调整，若需要调整牙套式清洁工具的参数，则得出牙套式清洁工具的参数的调整值，并利用调整值对用户的牙套式清洁工具进行个性化调整，并生成一适用于用户的新的牙套模型。在一实施例中，可通过应用程序软件（APP）来查看用户使用牙套式清洁工具的使用数据及或使用牙套式清洁工具后的口腔数据。在一实施例中，可根据用户的更新后口腔数据在从牙套模型数据库中选择相应于用户的更新后口腔数据的牙套模型，然后，在该牙套模型的基础上对用户的牙套式清洁工具进行个性化调整。在一实施例中，将对用户的更新后口腔数据进行分析的结果加入到口腔生物力学数据库。在一实施例中，将生成的新的牙套模型加入到牙套模型数据库。

除非另作定义，在此所有词汇(包含技术与科学词汇)均属本领域技术人员的一般理解。此外，除非明白表示，词汇于一般字典中的定义应解释为与其相关技术领域的文章中意义一致，而不应解释为理想状态或过分正式的语态。

虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。举例来讲，本发明实施例中的步骤S1至S9的顺序可以有所调动，某一或某些步骤可以不执行。因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (11)

1.一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于：

模拟及采集多种牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据；

建立牙套式清洁工具的预存牙套模型数据库；

采集用户口腔数据；

根据所述用户口腔数据从所述预存牙套模型数据库中选择一牙套模型；

将所述用户口腔数据导入有限元分析软件、对牙齿组织进行生物力学分析后，对所选择的牙套模型的参数进行调整，以获得相应于所述用户口腔数据的用户牙套模型个性化参数，并根据上述个性化参数制作所述牙套式清洁工具。

2.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述模拟及采集多种牙齿模型数据及多种牙齿清洁方式所达到的效果数据包括：模拟及采集口腔内杂质附着于牙齿不同部位的附着力数据；以及模拟及采集利用水流冲洗、刷毛刷洗、声波震动或超声清洁方式所达到的清洁效果数据，对牙齿组织、牙周组织的损伤数据，以及一段时间后牙齿组织、牙周组织的自我修复数据，其中，根据不同牙位牙齿拥挤程度、不同牙周袋深度分别模拟及采集所述附着力数据、清洁效果数据、损伤数据或修复数据。

3.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于所述建立牙套式清洁工具的预存牙套模型数据库，包括：基于生物力学原理计算机辅助分析所述多种牙齿模型数据以设置对应于所述多种牙齿模型的所述牙套模型的参数。

4.如权利要求3所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述牙套模型的所述参数包括牙套内部每个牙位处出水喷头的数量、位置、形状、尺寸及水压，牙套内部水管的走形分布、水管内的水流强度，刷毛的位置、粗细、软硬或长短、刷毛与牙长轴的角度，声波震动器或超声工作头的数量及功率，回水头及回水管的直径、分布以及回水仓压力中的一种或几种。

5.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述牙套模型还包括第一工作模式和第二工作模式，所述第一工作模式和所述第二工作模式切换工作，其中，当处于所述第一工作模式时，第一工作组启动，当处于所述第二工作模式时，第二工作组启动，其中，所述第一工作组和所述第二工作组分别包括在同一牙位处设置的刷毛、冲牙器喷头、声波震动器或超声工作尖头。

6.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述采集用户口腔数据包括：通过临床检查、石膏模型、CT扫描、数字化口内扫描或相机拍摄方法采集用户牙间隙大小、牙周袋深度、易塞牙、易牙结石部位的数据资料以建立用户牙齿模型。

7.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，所述根据用户口腔数据从所述预存牙套模型数据库中选择一牙套模型，其特征在于，基于所述牙套模型数据库中的口腔数据与所述用户口腔数据之间的绝对值之差、方差或标准差确定相似度，选择与所述用户口腔数据相似度最高的口腔数据所对应的预存牙套模型作为上述牙套模型。

8.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述用户牙套模型的个性化参数包括牙套内部每个牙位处出水喷头的数量、位置、形状、尺寸及水压，牙套内部水管的走形分布、水管内的水流强度，刷毛的位置、粗细、软硬或长短、刷毛与牙长轴的角度，声波震动器或超声工作头的数量及功率，回水头及回水管的直径、分布、回水仓压力中的一种或几种。

9.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，更包括：利用计算机模拟采用调整后的所述牙套模型的参数的牙套式清洁工具所达到的清洁效果，以确定上述调整后的所述牙套模型的参数是否作为上述用户牙套模型的个性化参数。

10.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，其特征在于，所述根据所述个性化参数制作所述牙套式清洁工具更包括：先固定住所述牙套式清洁工具的核心部件后，再对核心部件的周围进行材料填充以制成适用于所述用户的所述牙套式清洁工具。

11.如权利要求1所述的一种设计制作牙套式清洁工具的方法，更包括：通过在所述牙套式清洁工具内设置一超声探测器、一影像记录器、一内容物检测器来跟踪记录用户使用所述牙套式清洁工具的使用数据、使用所述牙套式清洁工具后的口腔数据，以对所述牙套式清洁工具进行调整，其中，上述使用数据或口腔数据可通过所述牙套式清洁工具内的一数据传输模块传至一服务器，对上述使用数据或口腔数据进行分析后生成所述牙套式清洁工具的参数的调整值，以及基于上述调整值对所述牙套式清洁工具进行调整。

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