CN102871761B - 正畸生物力学特性体内测试实验台 - Google Patents

Abstract

一种正畸生物力学特性体内测试实验台，包括基体、支撑板、左、右支架及测试组件，基体的中心轴两端与左、右支架转动连接，调节基体的调节圆螺母及左、右内齿圈可实现左、右支架的转动及轴向移动，支撑板上设有方孔、左、右球面支座，测试组件位于支撑板的方孔中，左、右支架的一端分别与支撑板两侧连接，支撑板与拉板一端转动连接，在拉板另一端螺母座内设有调节螺母，调节螺母螺纹连有拉杆，在拉杆上转动连接有头箍，测试组件的千分尺与球面套管固连，一端与力传感器连接，球面套管与左、右球面支座构成球副配合，以调节测试组件的方向。本发明结构相对简单，直接用于体内力学测试，避免了头部运动的影响，测试方便、准确性高、成本低。

Description

正畸生物力学特性体内测试实验台

技术领域

本发明属于口腔牙齿正畸中力学测试技术领域，具体涉及正畸牙齿移动生物力学特性体内测试实验台。

背景技术

口腔正畸是指将正畸力直接或间接作用于牙齿及其支持组织上，从而引起一系列的组织生化反应，达到牙齿移动的目的，在这一过程中，正畸力是牙齿移动的外在诱因，牙周组织生物力学响应是引起牙齿移动和牙齿移动速度的决定因素。牙周组织生物力学特性是正确理解正畸牙齿移动、组织响应和制定正畸治疗计划的关键。当前对牙周组织生物力学特性的研究主要是数值模拟和测试实验相结合的方法，准确的数值模拟能够精确地预测正畸中牙周组织生物力学响应，然而良好的模拟预测需要建立准确的生物力学模型，模型的建立离不开牙周组织生物力学材料特性的实验测试数据的支撑和验证。目前，牙周组织生物力学特性的实验测试多基于牙周组织切片试样的拉伸、剪切等传统力学测试方法，另一种是将牙齿组分包埋于树脂块中以近似正畸状态条件进行实验测试，还有一种是直接对人活体进行测试实验(即体内实验)，但由于人体牙周组织的特殊性及口腔空间的局限性，造成体内测试难以精确开展，尤其是测试装置固定于固定平台上的时候，人体头部的轻微运动会严重影响测试精度，因此，国内外真正能够用于体内测试的实验台几乎是空白。相对于第三种体内测试方法，前两种测试方法与实际正畸状态存在差距，难以保证组织的活性，牙周组织切片会影响及甚至改变原有的力学特性。

本发明是牙齿正畸生物力学特性研究体内测试实验台，避免了测试过程的人体运动对实验测试的影响，测试准确性相对较高。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种用于口腔正畸生物力学特性研究的体内测试实验台。

技术方案：一种正畸生物力学特性体内测试实验台，包括：基体、支撑板、左支架、右支架及测试组件，在支撑板上设有方孔、左球面支座及右球面支座，测试组件位于支撑板的方孔中，左支架的一端与右支架的一端分别与支撑板的左右两侧连接，在支撑板上设有拉板且支撑板与拉板的一端转动连接，在拉板的另一端设有螺母座，在螺母座内设有调节螺母，所述调节螺母螺纹连接有拉杆，在拉杆上转动连接有头箍。所述基体包括：支撑牙套及中心轴，在中心轴上固设有螺纹轴套，螺纹轴套设在支撑牙套内且螺纹轴套与支撑牙套之间为轴向滑动连接，在支撑牙套的右端设有圆螺母座，在圆螺母座内设有调节圆螺母，所述螺纹轴套穿过调节圆螺母并与调节圆螺母螺纹连接，在中心轴的右端轴向滑动连接有右内齿圈，在右支架上设有能与右内齿圈配合的右外齿圈，在右内齿圈的端面与中心轴之间设有用于右内齿圈复位的右弹簧，在右弹簧的作用下，右外齿圈嵌入右内齿圈内；在中心轴的左端轴向滑动连接有左内齿圈，在左支架上设有能与左内齿圈配合的左外齿圈，在左内齿圈的端面与中心轴之间设有用于左内齿圈复位的左弹簧，在左弹簧的作用下，左外齿圈嵌入左内齿圈内。所述测试组件包括千分尺、力传感器及推杆，在千分尺的微分筒上固设有球面套管，所述球面套管由左球面支座及右球面支座支撑，并且，球面套管与左球面支座、右球面支座形成球副，千分尺的测微螺纹轴与力传感器的一端连接，力传感器的另一端与推杆的一端连接。

所述千分尺的测微螺纹轴与力传感器的一端之间设有连接套，并且，连接套的一端与千分尺的测微螺纹轴转动连接，连接套的另一端与力传感器的一端连接。所述推杆的另一端上设有导向座，且推杆的另一端与导向座之间为可脱卸式连接。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明是口腔正畸体内测试实验台，直接在人体进行测试，对人体无伤害，测试操作简单，成本低。而现有的技术基本上都是进行的体外测试，不能够对人活体的牙周组织力学进行测试，体内测试实验台由于是在临床状态下进行的活体测试，得到的测试数据可靠性高，更准确反映实际情况。国内外有极少对人体牙周组织进行体内测试的报道，其位移的测试是利用光学仪器进行获得的，且整个实验装置是固定于实验台上的，难以避免人体头部的运动而造成影响测试的准确性，实验设备成本较高，操作复杂，牙齿的移动位移方向和施加力的方向保证一致较为困难。而本实验台将力传感器和千分尺安装在同一轴向上，利用导向结构保证了牙齿的整体移动，且移动方向与力传感器和千分尺的方向一致，简化了其力学测试问题，同时，本体内测试实验台是固定在人体头部的，即测试实验台与头部相对静止，即使是人头部发生运动也不会严重影响测试的精度。本实验台的导向座采用的孔轴配合导向，相比于滑槽导向更容易控制，况且推杆的转动也不会对牙齿产生附加的转矩。

附图说明

图1是测试实验台示意图。

图2是实验台基体的爆炸视图。

图3是实验台基体的剖视图。

图4是实验台的测试组件剖视图。

图5是支撑牙套结构示意图。

图6是支撑牙套剖结构视图示意图。

图7是中心轴结构示意图。

图8是内牙套结构示意图。

图9是螺纹轴套结构示意图。

图10是支架结构示意图。

图11是支撑板结构示意图。

图12是球面支座结构示意图。

图13是球面套管结构示意图。

图14是测微螺纹轴结构示意图。

图15是固定螺纹筒结构示意图。

图16是微分筒结构示意图。

图17是调节棘轮结构示意图。

图18是弹性接头结构示意图。

图19是连接套结构剖视示意图。

图20是U型销结构示意图。

图21是力传感器结构示意图。

图22是推杆结构示意图。

图23是导向座结构示意图。

图24是拉板结构示意图。

图25是拉杆结构示意图。

图26是头箍结构示意图。

图中有：1.支撑牙套，2.螺纹轴套，3.左滑动内牙套，4.左支架，5.轴端顶圈，6.螺钉，7.紧固螺钉，8.固定螺纹筒，9.微分筒，10.调节棘轮，11.千分尺垫片，12.右球面支座，13.螺栓，14.支撑板，15.拉板，16.调节螺母，17.拉杆，18.螺栓，19.头箍，20.调节圆螺母，21.右支架，22.螺钉，23.轴端顶圈，24.右内滑动内牙套，25.销轴，26.弹簧，27.弹簧，28.中心轴，29.球面套管，30.左球面支座，31.测微螺纹轴，32.U型销，33.连接套，34.力传感器，35.推杆，36.导向座，37.弹性接头，38.方孔，39.圆螺母座，40.右外齿圈，41.左外齿圈。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步说明。

本发明的正畸生物力学特性体内测试实验台，包括：基体、支撑板14、左支架4、右支架21及测试组件，在支撑板14上设有方孔38、左球面支座30及右球面支座12，测试组件位于支撑板14的方孔38中，左支架4的一端与右支架21的一端分别与支撑板14的左右两侧连接，在支撑板14上设有拉板15且支撑板14与拉板15的一端转动连接，在拉板15的另一端设有螺母座，在螺母座内设有调节螺母16，所述调节螺母16螺纹连接有拉杆17，在拉杆17上转动连接有头箍19。

所述基体包括：支撑牙套1及中心轴28，所述中心轴28为两端对称的阶梯轴结构，在其中间部分开设有通过并垂直于轴线的圆孔，且中间轴段的圆柱面轴向上设置有键形滑条，中心轴28两端面分别螺纹连接有螺钉6和螺钉22，并在螺钉6和螺钉22与中心轴28两端面之间分别套设有轴端顶圈5和轴端顶圈23；在中心轴28上固设有螺纹轴套2，螺纹轴套2的一端外圆面为外螺纹，其中间开设有与中心轴28通过销轴25进行定位的圆孔，另一端外圆面和内圆面分别设有轴向键形滑条和轴向滑槽，所述螺纹轴套2设在支撑牙套1内且螺纹轴套2与支撑牙套1之间为轴向滑动连接，在支撑牙套1的右端设有带有径向缺口的圆螺母座39，在圆螺母座39内设有调节圆螺母20，在支撑牙套1的外圆面上设有两耳，供两侧牙齿咬着起固定支撑装置的作用；所述螺纹轴套2穿过调节圆螺母20并与调节圆螺母20螺纹连接，在中心轴28的右端轴向滑动连接有右内齿圈24，在右支架21上设有能与右内齿圈24配合的右外齿圈40，在右内齿圈24的端面与中心轴28之间设有用于右内齿圈24复位的右弹簧27，在右弹簧27的作用下，右外齿圈40嵌入右内齿圈24内；在中心轴28的左端轴向滑动连接有左内齿圈3，在左支架4上设有能与左内齿圈3配合的左外齿圈41，在左内齿圈3的端面与中心轴28之间设有用于左内齿圈3复位的左弹簧26，在左弹簧26的作用下，左外齿圈41嵌入左内齿圈3内；右内齿圈24和左内齿圈3均为圆筒状结构，其内圈设置有内齿，外圈设有轴向的滑条，能够与螺纹轴套2配合并在其内进行轴向滑动，在滑条的一端设有径向的方柄，所述左支架4和右支架21均为V字形结构，在其顶端设置有与中心轴配合的轴孔以及与内齿圈配合的外齿圈41、40，在另外两端设有与支撑板14进行螺栓连接的圆孔，在左、右支架4、21的轴孔所在端面分别由轴端顶圈5和轴端顶圈23进行轴向压紧限位。

所述的测试组件包括千分尺、力传感器34及推杆35，在千分尺的微分筒9上固设有球面套管29，所述球面套管29由左球面支座30及右球面支座12支撑，并且，球面套管29与左球面支座30、右球面支座12形成球副，千分尺的测微螺纹轴31与力传感器34的一端连接，力传感器34的另一端与推杆35的一端连接，在推杆35的另一端上设有导向座36，且推杆35的另一端与导向座36之间为可脱卸式连接，推杆35为阶梯轴状结构，与力传感器相连的一端开设有螺纹孔，另一端为细长杆，导向座36底座为一方形平板，平板上设有圆筒，其圆筒的内孔与推杆的细长杆为轴孔配合并可分离；千分尺的测微螺纹轴31与力传感器34的一端之间设有连接套33，并且，连接套33的一端设有圆孔，在颈部开有卡槽，通过U型销32与千分尺的测微螺纹轴31转动连接，测微螺纹轴31与连接套33相连的一端外圆柱面上开有环形槽与U型销32转动配合，连接套33的另一端设有螺纹孔与力传感器34的一端连接；所述千分尺包括固定螺纹筒8、微分筒9、调节棘轮10、千分尺垫片11、测微螺纹轴31及弹性接头37(千分尺在市场上普遍存在，很容易购买到，因此其内部结构及连接关系不作说明了)；所述球面套管29为球体去除两端球缺部分，两平行平面中间开设有通孔与固定螺纹筒8相配合，在球面上开设有一螺纹孔，通过紧定螺钉锁紧固定螺纹筒8，使其固定于球面套管29内；所述左球面支座30和右球面支座12均设有与球面套管29配合的半环球面，在外半球面中间处设有一支撑平板，支撑平板上开有圆孔，通过螺栓与支撑板14相连接，外半球环面上设有与紧固螺钉7螺纹连接的螺纹孔，通过调节紧定螺钉7使得球面套管29在左球面支座30和右球面支座12内定位；所述支撑板14通过螺栓13转动连接拉板15，拉板15一端设置有轴套，另一端为F形的螺母座，螺母座的凹槽两侧板开有圆孔，调节螺母16放置于凹槽中与穿过凹槽两侧板圆孔的拉杆17螺纹连接，旋转调节螺母16可以调整拉杆17在螺母座中的轴向位置，拉杆17的一端为螺纹，另一端为与头箍19通过螺栓18转动连接的轴套。

采用本测试实验台进行测试的操作步骤：

1.实验测试前先将导向座36粘帖在要测试的牙周膜所对应的牙齿(比如中切牙)的牙冠外表面上，然后将实验台的支撑牙套1放入到口腔中，用两边的磨牙咬紧支撑牙套1的两耳，将头箍19套在头上。

2.调整实验台使推杆35顶端对准导向座36的圆柱孔。旋转调节圆螺母15使得螺纹轴套2直接带动中心轴28轴向移动，从而带动左右支架4、21、支撑板14及测试主体(包括千分尺主体、力传感器34和推杆35)移动，使得测试主体所在竖直平面尽量靠近所测牙齿长轴轴线；用两手指轴向向中间压紧左右滑动内牙套3、24，然后调节支架4、21绕着中心轴28转动，同时松开紧固螺钉7，使球面支座30、12与球面套管产生滑动，反复重复上述三种调节，使推杆35对准导向座36圆孔，将头箍19固定在头上，旋转调节螺母16拉紧拉板15和拉杆17。

3.旋转调节棘轮10，使得弹性接头37涨开，撑紧微分筒9，致使弹性接头9、调节棘轮10和测微螺纹轴31固定为一体，旋转微分筒9即可使得测微螺纹轴31发生转动及轴向移动，由于连接套33的作用，使得推杆35插入到导向座36孔内直至力传感器开始有读数(非零)时，记录力传感器34和千分尺显示的示数。

4.继续旋转微分筒9，记录力传感器34和千分尺读数，这样就获得了一些力和位移对应的测试数据，测试结束。

Claims (3)

1.一种正畸生物力学特性体内测试实验台，其特征在于，包括：基体、支撑板（14）、左支架（4）、右支架（21）及测试组件，在支撑板（14）上设有方孔（38）、左球面支座（30）及右球面支座（12），测试组件位于支撑板（14）的方孔（38）中，左支架（4）的一端与右支架（21）的一端分别与支撑板（14）的左右两侧连接，在支撑板（14）上设有拉板（15）且支撑板（14）与拉板（15）的一端转动连接，在拉板（15）的另一端设有螺母座，在螺母座内设有调节螺母（16），所述调节螺母（16）螺纹连接有拉杆（17），在拉杆（17）上转动连接有头箍（19）；

所述基体包括：支撑牙套（1）及中心轴（28），在中心轴（28）上固设有螺纹轴套（2），螺纹轴套（2）设在支撑牙套（1）内且螺纹轴套（2）与支撑牙套（1）之间为轴向滑动连接，在支撑牙套（1）的右端设有圆螺母座（39），在圆螺母座（39）内设有调节圆螺母（20），所述螺纹轴套（2）穿过调节圆螺母（20）并与调节圆螺母（20）螺纹连接，在中心轴（28）的右端轴向滑动连接有右内齿圈（24），在右支架（21）上设有能与右内齿圈（24）配合的右外齿圈（40），在右内齿圈（24）的端面与中心轴（28）之间设有用于右内齿圈（24）复位的右弹簧（27），在右弹簧（27）的作用下，右外齿圈（40）嵌入右内齿圈（24）内；在中心轴（28）的左端轴向滑动连接有左内齿圈（3），在左支架（4）上设有能与左内齿圈（3）配合的左外齿圈（41），在左内齿圈（3）的端面与中心轴（28）之间设有用于左内齿圈（3）复位的左弹簧（26），在左弹簧（26）的作用下，左外齿圈（41）嵌入左内齿圈（3）内；

所述的测试组件包括千分尺、力传感器（34）及推杆（35），在千分尺的微分筒（9）上固设有球面套管（29），所述球面套管（29）由左球面支座（30）及右球面支座（12）支撑，并且，球面套管（29）与左球面支座（30）、右球面支座（12）形成球副，千分尺的测微螺纹轴（31）与力传感器（34）的一端连接，力传感器（34）的另一端与推杆（35）的一端连接。

2.根据权利要求1所述的正畸生物力学特性体内测试实验台，其特征在于，在千分尺的测微螺纹轴（31）与力传感器（34）的一端之间设有连接套（33），并且，连接套（33）的一端与千分尺的测微螺纹轴（31）转动连接，连接套（33）的另一端与力传感器（34）的一端连接。

3.根据权利要求1所述的正畸生物力学特性体内测试实验台，其特征在于，在推杆（35）的另一端上设有导向座（36），且推杆（35）的另一端与导向座（36）之间为可脱卸式连接。