TWI805958B - 對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法，其中，該硬質隱形牙套組包括複數個中繼牙套，其製法是先取得患者齒顎的原始齒列圖檔，再由牙技師在排牙軟體上排列出最終齒列圖檔，繼而定義牙齒在每一步需要的位移量與旋轉角度，經該排軟體演算後即可獲得複數個步進齒列圖檔，再用專用軟體來定義各步進齒列圖檔的表面厚度來取得各中繼的殼狀牙套圖檔，該殼狀牙套圖檔再被轉換成數位控制指令，去控制多軸雕刻機，使其在高分子聚合物的硬質模塊上雕刻出硬質隱形牙套，供患者定期依序戴上硬質隱形牙套，其異常齒列即可逐步獲得矯正。

Description

對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法

本發明是有關一種對齒列進行步進式矯正的硬式隱形牙套組之製法，尤其是指使用近似於齒冠琺瑯質硬度之模塊，所雕刻出來的硬質隱形牙套組的製造方法。

最早的齒列矯正的方法是沿著黏在數個牙冠上的托架使用牙弓線（即鋼絲）拉緊固定來對該牙冠形成應力，迫使牙齒緩慢的移動到預定的位置。請參閱第1圖所示，牙齒10露在外面的叫牙冠11，在裡面的叫牙根12，牙冠11的表面是一層硬度很高的琺瑯質13，支撐牙齒10的是象牙質形成的牙根骨14，其上緊貼牙齦肉15，靜脈16、動脈17與牙神經18則經過牙根管19進入齒髓120，牙根骨14與齒槽骨121之間為齒根模122，其間長滿韌帶123，韌帶123是牢牢將牙齒10固定在齒槽內的重要組織。

承上，當牙齒10受應力時，韌帶123也跟著受力，韌帶123被拉緊的部份，齒槽骨121會增生，韌帶123被鬆弛的部份，則噬骨細胞會吞食齒槽骨121，讓受應力而被移動的牙齒10再度被拉力均衡的韌帶123固定在新的齒槽中，其他組織隨後也會慢慢跟上，這是牙齒10能被移動而獲得矯正的原理。採用托架及牙弓線矯正牙齒的方法係應用了前述原理，但是運用前述矯正方法，需要很有經驗且了解牙齒結構的牙齒矯正醫師來執行，才不會出問題。醫師在裝置托架及牙弓線時需要花很長的時間。

茲簡單說明如後，首先，要將需要裝托架的牙齒表面以弱酸蝕刻粗化並清潔後，托架才能被牢固的黏住，托架安置完後再架牙弓鋼絲，牙弓鋼絲有粗有細有彎有直，因此不易安置且患者會感到疼痛難挨，在往後以年來計算的漫長矯正過程中，還需要頻繁的回去診所，以讓醫師進行托架及牙弓鋼絲的調整。再者，裝置托架及牙弓線的口腔不但外觀不雅，且飲食後卡在托架及牙弓鋼絲上的食物殘渣，會很難清理且易滋生細菌，同時牙弓鋼絲很容易刺傷唇舌，這些問題造成生活上長期的不方便，患者都是在萬不得已的情況下，才會接受這種方法來矯正牙齒。

近來隱形牙套是齒列矯正的一個新選擇，自從1997年美國Align Technology公司成立並以Invisalign『隱適美』為名推廣隱形牙套以後，這種以步進式來矯正齒列的方法就慢慢普及開來，除在美國的『隱適美』外，在中國有『時代天使』、『正雅』，在德國有『K Clear』，在日本有『ASO Aligner』等相當具有代表性的品牌，他們在市場上都依個案提供訂製及販售服務，這些隱形牙套的製造方法都大同小異，用的是厚度均勻的片狀軟性透明塑膠為材料，以3D列印的齒列為模，然後一起放入加熱真空抽吸器來形成透明隱形牙套，前述方法應用在很多塑膠材料加工成形上，簡稱熱吸法（Suck Down）。

用這種透明隱形牙套來矯正牙齒的方法，其實都源自於1945年H.D.Kesling先生所提出的步進位移法，他的想法是經過實驗獲得證實，然以當時的牙技工藝要完成一副牙套既費工又費時，想要量產幾乎是不可能。由於這個步進位移法很吸引人，所以一直被鍥而不捨的進行製造方法的改進，盼能商業化，但都難以實現，等到電腦及相關科技快速發展開來，才由Align Technology將該步進位移法在電腦軟硬體的幫助下第一個成功的推向市場，到了Align Technology的專利到期之後，其他品牌就如雨後春筍般的相繼成立，它們除了採用各自研發不同韌度及厚度的軟性透明塑料來產生差異化外，在製造上都是採用熱吸法，步驟則大同小異，基本上有6個步驟。

步驟一，以口掃法取得患者的上牙顎齒列20、下牙顎齒列21(如第2A圖所示)以及上下牙顎齒列適切咬合態樣22(如第2B圖所示)的數位圖檔，做為該患者的原始齒列圖檔30(如第3A圖所示)；

步驟二，以一排牙軟體對該原始齒列圖檔30進行排列成理想的最終齒列圖檔31(如第3B圖所示)；

步驟三，依該患者的年齡及齒顎的健康狀況，在該排牙軟體上定義牙齒在每一階段需要的位移量、旋轉角度以及其它參數，經排牙軟體演算後，即可獲得複數個從該原始齒列圖檔30到該最終齒列圖檔31之間的複數個中繼齒列圖檔；

步驟四，用3D列印機，依各該中繼齒列圖檔用光固化樹酯列印出各中繼實體牙模41；

步驟五，取加熱真空成形塑料膜片40加熱，以實體牙模41為模進行壓合(如第4A圖所示)，在壓合同時佐以強力真空抽吸來成形，等冷卻後取下含牙模的膜片42(如第4B圖所示)，再用熱刀或銳利的剪刀將加工成型的模片42沿牙齦線除去邊材，即可得一顎的軟質隱形牙套43(如第4C圖所示)；

步驟六，其它的各該中繼齒列圖檔會依步驟五相繼成型為各該軟質隱形牙套43，以完成一矯正療程所需使用的牙套組。

由於以熱真空成型塑性材料製成的軟質隱形牙套43，其相較於牙齒的琺瑯質軟而且表面光滑，使得軟質隱形牙套43對牙齒的固持力(retain force)不足，且軟質隱形牙套43跟牙齒之間的摩擦力也不足，使得以軟質隱型牙套43對雙牙根的臼齒的矯正結果不如預期。

因為軟質隱形牙套43的固持力(retain force)不足，軟質隱形牙套43戴幾天後就可能脫落，為了解決前述問題，Aligner Technologyg首先採用了一個叫附連裝置或叫貼片(attachment)的元件，讓它黏貼在牙齒上，聲稱這個附連裝置可以加強矯正能力。然而，黏貼該附連裝置在牙齒上的工藝並不容易，首先，得在排牙前就要在原始齒列圖檔30上放上不同形狀的附連裝置圖檔50(如第5A圖所示)，到3D列印完成各實體牙模時，附連裝置模型就已經在牙模上了，因此在後續完成的每一個牙套外部都可看到凸點，從內部看過去則是附連裝置形狀的凹槽，為了要在牙齒上黏牢附連裝置實體，牙醫必須先輕微酸蝕牙齒表面並清潔之，再在第零步牙套上的各凹槽塗滿光固化環氧樹脂，繼而戴上牙套對環氧樹脂進行光固化，之後取下第零步牙套，臨床附連裝置實體51就留在牙齒上面了(如第5B圖所示)，至此才可以給患者戴上第一步牙套開始進行步進式齒列矯正。

這種軟式的牙套被要求一天至少要戴22個小時以上，只有在咀嚼食物或刷牙時，牙套才能取下來，在施力取下牙套時，若某個附連裝置因鬆脫而掉下來，此時就得再去求助牙醫把該附連裝置再黏上去了。

由於軟式的牙套光滑且硬度不夠，所以牙套跟牙齒之間的摩擦力不足，同時也因為牙套是把塑料先加熱再以真空強力抽吸而成形的，所以牙套的厚度會不均勻，且牙套在牙齒跟牙齒之間的位置經常是呈弧形的，因此減少了牙套對牙齒的包覆面，其矯正應力也跟著降低，這使得軟式的牙套對於雙牙根的臼齒幾乎是無矯正能力。

軟式隱形牙套在門牙的矯正上是很成功，但對於其他單牙根牙齒，如：虎牙、小臼齒的矯正卻常常不如預期，所以經常會在矯正中途還要重新口掃、排牙、3D列印…再次製作新的牙套組，令矯正時間拉長，使患者失去耐心，所以再次製作新的牙套組時，部分廠商會提供免費服務來作為補償。

另外，以3D列印的實體牙模，其原材料是光固化環氧樹脂，不能回收再利用，在用過一次後就成了廢棄物，中繼牙套越多廢棄物越多，是製造軟式隱形牙套無法避免的環保問題。

除了用熱真空成型塑性材料製造牙套的方法外，在美國專利「US2008/0254402A1」用了CNC雕刻法對軟質材料進行牙套的製造，其缺點跟熱真空成型製造的牙套是一樣，而美國專利「US2006/0093982A1」是在取得的牙弓模型後，以CNC製造出牙套模型，再拆解這個牙套模型成數段組件，再以CNC製造出牙套組件，最後再把牙套組件重新連接成的牙齒矯正用的牙套，然此方法太過繁瑣，而且在牙套組件重新連接處已失去應力，無法有效矯正牙齒。

有鑑於此，如何能有效的改善前述隱形牙套(軟式牙套)的缺失，如免除繁瑣及不可預期的貼片作業，還能加強隱形牙套(軟式牙套)對牙齒的固持力、摩擦力以及減少牙套模型的廢棄物等等，使隱形牙套(軟式牙套)的矯正效果能完全如預期，是目前齒列矯正業者亟思改進之一重要課題，亦為本發明想解決的問題。

有鑒於現有的軟式牙套仍有缺失，因此，經過多次反覆研究及測試後，終於開發出本發明之一種對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法，期能藉由本發明有效解決前述問題。

本發明之一目的，係提供一種對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法，該製法會先掃描且建構出一患者的上牙顎齒列、下牙顎齒列以及上下牙顎齒列適切咬合的數位圖檔，以分別作為一原始齒列圖檔；繼而，透過一排牙軟體讀取各該原始齒列圖檔，以分別排列出一最終齒列圖檔，並至少定義出牙齒在每一階段所需要的位移量與旋轉角度，之後，經該排牙軟體演算後即可獲得從各該原始齒列圖檔到各該最終齒列圖檔之間的複數個步進齒列圖檔；然後，再透過一專用軟體來對各該步進齒列圖檔及各該最終齒列圖檔的牙齒表面分別定義其厚度，以分別取得一殼狀牙套圖檔；最後，將各該殼狀牙套圖檔分別轉換成一數位控制指令，以控制一多軸雕刻機，使該多軸雕刻機在高分子聚合物的硬質模塊上雕刻出複數個中繼牙套，以形成一硬質隱形牙套組。如此，透過本發明之製法，即可迅速地製作出該硬質隱形牙套組，且患者只要根據事前規劃的期間，逐一地將各個中繼牙套分別套設至牙齒上，便能夠完成牙齒矯正的功效。

為便 貴審查委員能對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

為使本發明之目的、技術內容與優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，並參照附圖，對本發明所公開有關“對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法”的實施方式進一步詳細說明。本領域之技藝人士可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果，且本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外事先聲明，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸進行描繪。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

發明人憑藉著多年來設計製造用於雕刻義齒、夜磨墊等牙科用品的CNC多軸雕刻機的經驗，以及在牙齒矯正醫師的要求及指導下，選擇用於雕刻義齒的PMMA硬質模塊60(如第6A圖所示)為雕刻牙套的材料來雕刻牙套，經過多次製作、改良以及測試後，終於完成固持力強、摩擦力夠的硬質隱形牙套(即，後續實施例中所稱的中繼牙套62)，且本發明之製法中不需使用3D列印技術先列印出實體牙模。

一般而言，不管是軟式或硬式隱形牙套，都要先取得患者X光的全口照片(俗稱pano片)用於判斷牙齒的健康狀況，不健康的牙齒要先治療好，人造牙根的牙齒，如植牙就不能移動它。本發明之硬質隱形牙套的製造步驟比軟式牙套的製造步驟，少了黏貼附連裝置的繁瑣動作，也不需先用3D列印出所有的實體牙模，也不需要加熱真空成形機來成形牙套，也不需多軸雕刻機來切除邊材。茲就本發明之製法，說明如下，請參閱第7圖所示：

步驟(801)，以3D掃描技術(例如：3D雷射口掃器)掃描患者的齒列，以取得患者的上牙顎齒列20、下牙顎齒列21(如第2A圖所示)以及上下牙顎齒列適切咬合22的數位圖檔(如第2B圖所示)，以分別做為該患者的原始齒列圖檔30(如第3A圖所示)；

步驟(802)，以排牙軟體讀取各該原始齒列圖檔，以對各該原始齒列圖檔30進行排列成理想的最終齒列圖檔31(如第3B圖所示)；

步驟(803)，依患者的年齡及齒顎狀況，在該排牙軟體上定義牙齒在每一階段需要的位移量、旋轉角度以及其它參數，經排牙軟體演算後，即可獲得複數個從該原始齒列圖檔30到該最終齒列圖檔31之間的複數個步進齒列圖檔；

步驟(804)，以專用軟體(如：CAD軟體)在對應上、下齒列之各該步進齒列圖檔的牙齒表面上設定各面向的厚度，即形成各個中繼牙套的殼狀牙套圖檔；

步驟(805)，分別將一中繼牙套的殼狀牙套圖檔以CAM軟體轉換成數位雕刻機可讀取的數位控制指令(如：NC碼)，將之傳送入數位雕刻機的控制器，在數位雕刻機座上放入PMMA硬質模塊60(如第6A圖所示)，令數位雕刻機進行牙套的雕刻，待雕刻完成，取出雕刻完成的模塊61(如第6B圖所示)，剪下牙套，經細加工修飾後，即完成一副中繼牙套62(如第6C圖所示)；

步驟(806)，重複步驟(805)即可完成其它的中繼牙套62，以形成硬質隱形牙套組。

上述步驟中所需的軟體在市面上均可取得，在步驟(801)中所使用的3D雷射口掃器有：3shape公司的Trios，Sirona公司的Omnica，Carestream的CS3600等；在步驟(802)以及步驟(803)所使用的排牙軟體有：3shape公司的Orthe Analyzer，INTEWARE的Orthe Analysis，exocad公司的Orthe等；在步驟(804)所使用的CAD軟體有：3shape公司的Orthedo System，exocad公司的Dental CAD，INTEWARE公司的EZCAD，angelalign公司的iOtho等；在步驟(805)所使用的CAM軟體有：CIMsystem公司的MillBox，Autodesk公司的Power Mill，INTERWARE公司的EZCAM等。

上述步驟中所用的多軸雕刻機為台灣的亞力士電腦機械股份有限公司所生產的臨時假牙雕刻機，其精度為正負20μm。所用的PMMA硬質模塊60為日本YAMAHACHI DENTAL MFG.,CO.在其大陸無錫工廠所製造，其硬度在邵氏硬度75~85之間，接近齒冠琺瑯質的硬度，且具有韌性所以不會破裂成碎片。

綜上所述，本發明之製法能具有後續特徵與功效，首先，PMMA是Poly(Methyl MethAcrylate)的簡稱，中文叫聚甲基丙烯酸甲酯或簡稱有機玻璃，是長鏈的高分子聚合物，這種有機玻璃被子彈擊穿後不會破成碎片，可用作防彈玻璃，它具有高透明度，低價格，易於機械加工等優點，屬於醫療等級的材料，它是有彈性的硬，硬度不會退化可常保固持力(retain force)，拿來雕刻成硬質隱形牙套(中繼牙套62)，可免除在牙齒上黏貼貼片的麻煩與不便。

其次，用雕刻法做硬質隱形牙套，其內面可以雕刻成粗糙面，使硬質隱形牙套對牙冠的摩擦力大幅增加，加上硬度夠，使得硬質隱形牙套可以輕易的移動大臼齒，讓全口的牙齒都可以獲得矯正，不只使作為門面的門牙變得漂亮，還可讓作為咀嚼食物用的臼齒完成正常的咬合，咬得夠碎的食物不但可以減輕消化系統的負擔，還可獲得更好的消化與吸收，身體因而變得更健康。

再者，用雕刻法來製造硬質隱形牙套，則硬質隱形牙套的每一個位置跟牙膜之間的厚薄都可以在電腦軟體(專用軟體)上給予定義，雕刻機就依指令給與雕刻，因此硬質隱形牙套在每顆牙齒跟牙齒之間可以雕刻成鰭片狀，前述鰭片在戴上硬質隱形牙套時會指入牙齒跟牙齒之間，確保了牙套對牙齒的固持力而不容易脫落，同時因為整顆牙齒被更大的面積的硬質隱形牙套所包覆，使得硬質隱形牙套對每個牙冠的施力是面狀的，且應力是均勻的，其結果造成牙根的移動跟牙冠的移動是平行的，如此一來整顆牙齒的移動是可預期的，依牙齒生物力學，若施力不均勻，牙根與牙冠有可能呈反方向的移動，而造成牙根移出齒槽骨的危險。

由於在齒縫之間的鰭片保證了固持力，且因為選用PMMA模塊60為硬質隱形牙套雕刻的材料，所以在硬質隱形牙套(中繼牙套62)配戴期間，硬質隱形牙套的固持力是不會退化，加上硬質隱形牙套粗糙的內面所造成的摩擦力，使每一硬質隱形牙套(即，中繼牙套62)對牙齒的位移，包括大臼齒幾乎都在預期之中，因此只需遠距向牙醫報告配戴的現況，若無異樣即可自行依序定期更換牙套，使得牙齒在矯正期間並不需要去牙科門診，這對偏鄉的患者或常要遠行出差及旅遊的人來說特別方便。

此外，近期的研究指出小朋友在乳牙換成恆牙的混合齒列年齡，是最適合矯正牙齒，當某顆恆牙長的特別快時，可以在該顆牙齒咬合面的硬質隱形牙套(中繼牙套62)上雕空(即形成開孔70，如第8A圖的虛圈處所示)，以讓牙齒無阻礙的自由成長，這是習知軟式牙套在製造時難以辦到的，這種在牙套接合面雕空的做法也適用在其他有需要的時候。另外，成年人在掉了某顆牙齒準備植牙以前，若齒列異常，最好先矯正牙齒，此時硬質隱形牙套(中繼牙套62)可在該顆牙齒的位置(即，前述掉了牙齒的位置)上雕刻出一實體牙位71(如第8B圖的虛圈處所示)，讓隔鄰的兩顆牙齒有支撐而不會往內傾斜，若沒有該實體牙位71則會導致牙套(中繼牙套62)對牙齒喪失矯正能力，這也是軟式牙套在製造時很難辦到。

若患者需要矯正的牙齒只有幾顆，由於硬質隱形牙套的固持力與摩擦力都夠強，所以如果附近的牙齒夠牢固而能當作錨定牙時，則可只雕刻出短版牙套72，例如患者只需矯正門牙，則可以只用小臼齒及虎牙來當矯正時的錨定牙，而將門牙及虎牙上方都雕空的短版牙套72，意即，該短版牙套72不會完全對應到患者之上牙顎齒列或下牙顎齒列的全部牙齒顆數，而是會少於前述上牙顎齒列或下牙顎齒列的牙齒顆數，且該短版牙套72會讓患者在配戴時更為舒適。

最後，用雕刻法做牙套，顯然不需使用到3D列印的實體牙模，塑料熱真空成型機也不必使用，且用一次就丟的大量實體牙模廢棄物自然免除，而用PMMA雕刻下來的屑屑及邊材因為沒有化學作用而帶來的材料變化，所以還可以回收再利用，因此沒有環保問題。

按，以上所述，僅係本發明之較佳實施例，惟，本發明所主張之權利範圍，並不侷限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所揭露之技術內容，可輕易思及之等效變化，均應屬不脫離本發明之保護範疇。

[習知] 10:牙齒 11:牙冠 12:牙根 13:琺瑯質 14:牙根骨 15:牙齦肉 16:靜脈 17:動脈 18:牙神經 19:牙根管 120:齒髓 121:齒槽骨 122:齒根模 123:韌帶 20:上牙顎齒列 21:下牙顎齒列 22:上下牙顎齒列適切咬合態樣 30:原始齒列圖檔 31:最終齒列圖檔 40:加熱真空成形塑料膜片 41:實體牙模 42:膜片 43:軟質隱形牙套 50:附連裝置圖檔 51:臨床附連裝置實體 [本發明] 60:PMMA 模塊 61:雕刻完成的模塊 62:中繼牙套 70:開孔 71:實體牙位 72:短版牙套 801~806:步驟

〔第1圖〕係牙齒之構造示意圖； 〔第2A圖〕係為患者原始的上牙顎齒列與下牙顎齒列之示意圖； 〔第2B圖〕係為患者原始的上下牙顎齒列適切咬合態樣之示意圖； 〔第3A圖〕係原始齒列圖檔的示意圖； 〔第3B圖〕係最終齒列圖檔的示意圖； 〔第4A圖〕係真空成形塑料膜片與實體牙模的示意圖； 〔第4B圖〕係真空成形塑料膜片成型後的膜片之示意圖； 〔第4C圖〕係軟質隱形牙套之示意圖； 〔第5A圖〕係附有附連裝置的附連裝置圖檔之示意圖； 〔第5B圖〕係附有臨床附連裝置實體之牙齒的示意圖； 〔第6A圖〕係硬質模塊的示意圖； 〔第6B圖〕係雕刻完成的模塊示意圖； 〔第6C圖〕係中繼牙套的示意圖； 〔第7圖〕係本發明之製法的流程圖； 〔第8A圖〕係硬質隱形牙套上雕空的示意圖； 〔第8B圖〕係硬質隱形牙套上設有實體牙位的示意圖；及 〔第8C圖〕係短版牙套的示意圖。

801~806:步驟

Claims (5)

1. 一種對齒列進行步進式矯正的硬質隱形牙套組之製法，包括下列步驟：首先，利用3D掃描技術，取得一患者的上牙顎齒列、下牙顎齒列以及上下牙顎齒列適切咬合的數位圖檔，以分別作為一原始齒列圖檔；繼而，透過一排牙軟體讀取各該原始齒列圖檔，以分別排列出一最終齒列圖檔，並至少定義出牙齒在每一階段所需要的位移量與旋轉角度，之後，經該排牙軟體演算後即可獲得從各該原始齒列圖檔到各該最終齒列圖檔之間的複數個步進齒列圖檔；然後，再透過一專用軟體來對各該步進齒列圖檔及各該最終齒列圖檔的牙齒表面分別定義其厚度，以分別取得一殼狀牙套圖檔；及最後，將各該殼狀牙套圖檔分別轉換成一數位控制指令，以控制一多軸雕刻機，使該多軸雕刻機在高分子聚合物的硬質模塊上雕刻出複數個中繼牙套，以形成一硬質隱形牙套組，其中，該高分子聚合物的硬質模塊之硬度為邵氏硬度75~85之間。
2. 如請求項1所述之製法，其中，該高分子聚合物的硬質模塊之材料係為聚甲基丙烯酸甲酯。
3. 如請求項1所述之製法，其中，至少一個中繼牙套上的局部位置為雕空態樣。
4. 如請求項1所述之製法，其中，該等中繼牙套內留有至少一處實體牙位。
5. 如請求項1所述之製法，其中，該等中繼牙套被雕刻成少於該患者的上牙顎齒列或下牙顎齒列之牙齒顆數，以形成短版牙套。

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