利用稳健参数优化方法的自动矫治器设计技术

本文提供了用于生产正畸器具的方法和系统，利用迭代建模技术来提高所述器具的效率和功效。本文进一步公开了由此类方法制造的正畸器具。器具。器具。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用稳健参数优化方法的自动矫治器设计
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求2019年1月3日提交的第62/788,043号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。


[0003]本
涉及牙科器具的设计，更具体地涉及通过根据规定牙科器具的治疗计划的要求优化牙科器具的物理特性来设计牙科器具。

技术介绍

[0004]正畸治疗通常包括解决错位的牙齿的问题，可能包括错位咬合的诊断、预防和/或矫正。许多形式的正畸治疗包括由牙科专业人员(例如，正畸医生，诸如从牙科学院毕业后接受过特殊培训的专业人员，或牙医)对错位的初始咨询和诊断、治疗计划和使用牙科器具(例如，牙套、托槽、线等)以实施治疗计划。一些形式的正畸治疗包括应用一组可移除牙科器具，以通过一组中间布置将患者的牙齿从初始位置逐渐重新定位到最终位置。正畸治疗下的基础治疗计划可以在初始咨询后或在其他时间生成，并且在许多情况下(尤其是那些涉及到牙套、线和托槽的情况)，正畸治疗下的基础治疗计划在检查时和/或整个治疗过程中在不同时间会被改变。
[0005]虽然方便，但可移除器具的系统可能无法尽可能有效地实施治疗计划。在许多情况下，器具的厚度或物理几何形状可能实现使牙齿移动超过预期位置或不完全移动到治疗计划的阶段规定的预期位置的力。此外，器具的物理特性可能在不同区域处易于受到应力或应变，因此可能在它们能够实现的力的类型方面受到限制。使用厚度均匀的可移除器具的系统在某些地方可能太厚或太薄，因此可能会引起不适和/或在它们能够实现的力的类型方面受到过度限制。虽然希望为患者和/或他们的治疗计划个性化定制矫治器，但现有系统使得难以做到这一点。

技术实现思路

[0006]公开了一种确定正畸器具的几何形状的方法。该方法可以包括提供治疗计划，该治疗计划包括：患者牙齿的初始位置、患者牙齿的最终位置、用于将患者牙齿从初始位置向最终位置移动的多个阶段、以及用于移动患者牙齿的多个阶段中的每个阶段的治疗力。该方法还可以包括：生成矫治器的初始3D模型，该初始3D模型包括多个牙齿容纳腔，用于容纳正被定位的患者牙齿以产生治疗力；根据初始3D模型产生包括多个壳体单元的有限元壳体模型；基于有限元壳体模型确定第一建模力；改变有限元壳体模型的至少一个壳体单元，从而生成至少一个中间3D模型，该中间3D模型包括用于将患者牙齿向最终位置移动的第二建模力；将第一建模力和第二建模力中的至少一个与治疗力进行比较以提供相似度值；以及重复改变直到获得阈值壳体单元值、阈值相似度值或它们的组合为止。
[0007]在一些实施例中，改变3D模型的至少一个壳体单元包括：使用拓扑算法来改变离
散单元密度图。改变3D模型的至少一个壳体单元可以包括：使用尺寸调整算法(sizing algorithm)来改变离散厚度图。
[0008]改变3D模型的至少一个壳体单元包括：使用参数化算法来改变参数化厚度图。相似度值可以将第一建模力、第二建模力或其任意组合与治疗力进行比较，并且其中，相似度值大于50％。
[0009]该方法还可以包括生成用于制造正畸器具的指令的步骤。该方法还可包括制造正畸器具的步骤。
[0010]还公开了一种确定正畸器具的几何形状的方法。该方法可以包括提供治疗计划，该治疗计划包括：患者牙齿的初始位置、患者牙齿的最终位置、用于将患者牙齿从初始位置移向最终位置移动的多个阶段、以及用于移动患者牙齿的多个阶段中的每个阶段的治疗力。该方法还可以包括：生成矫治器的初始3D模型，该初始3D模型包括多个牙齿容纳腔，用于容纳正被定位的患者牙齿以产生治疗力；根据初始3D模型产生包括多个壳体单元的有限元壳体模型；基于有限元壳体模型确定第一建模力；改变有限元壳体模型的至少一个壳体单元，从而生成第一中间3D模型，该第一中间3D模型包括用于将患者牙齿向最终位置移动的第二建模力；改变第一中间3D模型的至少一个壳体单元，从而生成第二中间3D模型，该第二中间3D模型包括用于将患者牙齿向最终位置移动的第三建模力；将第一建模力、第二建模力和第三建模力中的至少一个与治疗力进行比较以提供相似度值；以及重复改变直到获得阈值壳体单元值、阈值相似度值或它们的组合为止。
[0011]在一些实施例中，改变3D模型的至少一个壳体单元包括：使用拓扑算法来改变离散单元密度图。在一些实施例中，改变3D模型的至少一个壳体单元包括：使用尺寸调整算法来改变离散厚度图。在一些实施例中，改变3D模型的至少一个壳体单元包括：使用参数化算法来改变参数化厚度图。
[0012]在一些实施例中，相似度值将第一建模力、第二建模力、第三建模力或其任意组合与治疗力进行比较，并且其中，相似度值大于50％。
[0013]在一些实施例中，该方法还可以包括生成用于制造正畸器具的指令的步骤。在一些实施例中，该方法还可包括制造正畸器具的步骤。
[0014]公开了使用本文的方法构造的正畸器具。
[0015]正畸器具可以具有不超过在具有治疗力的可比较的传统正畸器具中使用的材料量的90％的材料量。
[0016]正畸器具可以是多个正畸器具中的一个。
[0017]还公开了一种用于设计牙科器具的方法。该方法可以包括：标识在治疗计划的至少一个阶段结束时患者牙列的至少部分的预期结果，其中，该治疗计划包括用于治疗该牙列的至少部分的计划；标识在该治疗计划的该至少一个阶段期间在牙列的该至少部分上实施的一个或多个力；标识该至少一个阶段的一个或多个临床可接受性标准，该一个或多个临床可接受性标准提供用于评估与预期结果的符合性的标准；收集用于该至少一个阶段的矫治器模型，其中，矫治器模型包括在该至少一个阶段的开始时用于牙列的该至少部分的矫治器的模型，并且该矫治器模型具有用于表示矫治器模型的至少部分的厚度的厚度参数；以迭代地减小的厚度对使用具有厚度参数的矫治器模型在该至少一个阶段的开始时向牙列的该至少部分施加一个或多个力进行迭代地建模，直到找到用于该厚度参数的结果厚
度为止，该结果厚度小于或等于起始厚度，并且该结果厚度与在该至少一个阶段的结束时牙列的该至少部分的满意结果相关联，该满意结果满足一个或多个临床可接受性标准；以及提供使用具有分配给厚度参数的结果厚度的矫治器模型制造牙科器具的指令。
[0018]对在该至少一个阶段的开始时向牙列的至少部分施加一个或多个力进行迭代地建模可以包括：将起始厚度分配给厚度参数；确定在该至少一个阶段的开始时向牙列的至少部分施加一个或多个力是否满足一个或多个临床可接受性标准；以及如果利用具有分配给厚度参数的起始厚度的矫治器模型在该至少一个阶段的开始时向牙列的至少部分施加一个或多个力满足一个或多个临床可接受性标准，则使用起始厚度作为结果厚度。
[0019]对在该至少一个阶段的开始时向牙列的至少部分施加一个或多个力进行迭代地建模可以包括：将起始厚度分配给厚度参数；确定在该至少一个阶段的开始时向牙列的至少部分施加一个或多个力是否满足一个或多个临床可接受性标准；以及如果利用具有分配给厚度参数的起始厚度的矫治本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于设计牙科器具的方法，所述方法包括：标识在治疗计划的至少一个阶段结束时患者牙列的至少部分的预期结果，其中，所述治疗计划包括用于治疗牙列的所述至少部分的计划；标识在治疗计划的所述至少一个阶段期间在牙列的所述至少部分上实施的一个或多个力；标识对于所述至少一个阶段的一个或多个临床可接受性标准，所述一个或多个临床可接受性标准提供用于评估与所述预期结果的符合性的标准；收集用于所述至少一个阶段的矫治器模型，其中，所述矫治器模型包括在所述至少一个阶段开始时用于牙列的所述至少部分的矫治器的模型，并且所述矫治器模型具有厚度参数，所述厚度参数用于表示所述矫治器模型的至少部分的厚度；以迭代地减小的厚度对以下操作进行迭代地建模直到找到对于所述厚度参数的结果厚度为止：使用具有所述厚度参数的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力，所述结果厚度小于或等于起始厚度，并且所述结果厚度与在所述至少一个阶段结束时牙列的所述至少部分的满意结果相关联，所述满意结果满足所述一个或多个临床可接受性标准；以及提供使用所述矫治器模型制造所述牙科器具的指令，所述矫治器模型具有分配给所述厚度参数的结果厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，对在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力进行迭代地建模包括：将所述起始厚度分配给所述厚度参数；确定在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力是否满足所述一个或多个临床可接受性标准；以及如果利用具有分配给所述厚度参数的起始厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力满足所述一个或多个临床可接受性标准，则使用所述起始厚度作为所述结果厚度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，对在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力进行迭代地建模包括：将所述起始厚度分配给所述厚度参数；确定在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力是否满足所述一个或多个临床可接受性标准；以及如果利用具有分配给所述厚度参数的起始厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力不满足所述一个或多个临床可接受性标准，则：将一个或多个中间厚度分配给所述厚度参数，所述一个或多个中间厚度小于所述起始厚度；以及迭代地确定利用具有分配给所述厚度参数的一个或多个中间厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力是否满足所述一个或多个临床可接受性标准。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：如果利用具有分配给所述厚度参数的所述一个
或多个中间厚度中的一个中间厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力满足所述一个或多个临床可接受性标准，则使用所述一个或多个中间厚度中的所述一个中间厚度作为所述结果厚度。5.根据权利要求3所述的方法，还包括：使用所述一个或多个中间厚度中的一个中间厚度作为所述结果厚度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，对在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力进行迭代地建模包括：标识建模操作的最大次数；将所述起始厚度分配给所述厚度参数；确定在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力是否满足所述一个或多个临床可接受性标准；如果利用具有分配给所述厚度参数的起始厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力不满足所述一个或多个临床可接受性标准，则：将一个或多个中间厚度分配给所述厚度参数，所述一个或多个中间厚度小于所述起始厚度；以及迭代地确定利用具有分配给所述厚度参数的一个或多个中间厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力是否满足所述一个或多个临床可接受性标准；如果利用具有分配给所述厚度参数的所述一个或多个中间厚度的矫治器模型在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力不满足所述一个或多个临床可接受性标准，则：标识所述一个或多个中间厚度中最接近的中间厚度，相比于具有所述起始厚度或除所述最接近的中间厚度之外的所述一个或多个中间厚度中的任意一个中间厚度的矫治器模型，具有所述最接近的中间厚度的矫治器模型更接近于满足所述一个或多个临床可接受性标准；以及使用所述最接近的中间厚度作为所述结果厚度。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：收集所述治疗计划；以及标识所述治疗计划的所述至少一个阶段。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述起始厚度包括以下中的一个或多个：0.5毫米(mm)、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm和1.5mm。9.根据权利要求1所述的方法，其中，对在所述至少一个阶段开始时向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力进行迭代地建模包括：模拟将所述矫治器模型放置在牙列的所述至少部分上，并模拟牙列的所述至少部分对虚拟放置的反应。10.根据权利要求1所述的方法，其中，对向牙列的所述至少部分施加所述一个或多个力进行迭代地建模包括：使用有限元技术来求解表示所述一个或多个临床可接受性标准的偏微分方程。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个临床可接受性标准包括表示与
所述预期结果的统计相关的可能性的临床可接受性分数。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个临床可接受性标准指示对于所述至少一个阶段的结束的可接受的生物力学结果。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可接受的生物力学结果包括在所述至...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇翔，安德鲁，
申请(专利权)人：阿莱恩技术有限公司，
类型：发明
国别省市：