CN103860284B - 牙齿矫治器测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种牙齿矫治器测试装置，其包括能够与牙列模型中感兴趣的牙齿相耦连的力传导部件、以及与所述力传导部件相耦连的测力传感器部件。在进行测试时，待测的牙齿矫治器被佩戴到牙齿模型上，该牙齿矫治器施加给感兴趣的牙齿的矫治力经由所述力传导部件被传导到所述测力传感器部件，以通过所述测力传感器部件对该矫治力的参数进行测量。本申请还提供了一种利用所述牙齿矫治器测试装置对牙齿矫治器进行测试的方法。

Description

牙齿矫治器测试装置及方法

技术领域

本申请涉及一种牙齿矫治器测试装置及方法，其能够对牙齿矫治器进行多维物理参数测量，从而对牙齿矫治器的性能进行评估。

背景技术

为了对患者的牙齿进行医学矫正和治疗，目前已开发出多种牙齿矫治器械。尤其是无托槽的隐形牙齿矫治器，由于其佩戴方便和美观的特点，在高端牙齿矫治领域得到越来越普遍的应用。然而，目前还没有一种标准化的手段，能够在患者实际佩戴前对牙齿矫治器的性能和预计治疗效果进行全方位的测试。由于实际牙齿的形状复杂，且实体尺寸较小，给准确测量矫治器的矫治力数据带来了很大的困难。

因此，希望有一种能够对牙齿矫治器的物理参数进行多维测试的手段，从而为医学工作者探索更为有效的矫治方案提供依据。

发明内容

从上述需求出发，本申请的目的在于提供一种简便地对牙齿矫治器进行测试的装置和方法，其能够全方位地测量牙齿矫治器的力学参数，为改进医学矫治方案、探索新型矫治附件提供帮助，并能有效地评估不同材料和几何形状对牙齿矫治器的性能及使用寿命的影响。

为解决上述问题，根据本申请的一个方面，提供了一种牙齿矫治器测试装置，其包括能够与牙列模型中感兴趣的牙齿相耦连的力传导部件、以及与所述力传导部件相耦连的测力传感器部件。在进行测试时，待测的牙齿矫治器被佩戴到牙齿模型上，该牙齿矫治器施加给感兴趣的牙齿的矫治力经由所述力传导部件被传导到所述测力传感器部件，以通过所述测力传感器部件对该矫治力的参数进行测量。

根据本申请的一种实施方式，所述牙齿矫治器测试装置可包括一牙模安装底板，用于在进行测试时固定牙列模型。

根据本申请的另一实施方式，所述牙齿矫治器测试装置还可包括一安装架，所述牙模安装底板和所述测力传感器部件被支撑在该安装架上。

优选地，本申请所述牙齿矫治器测试装置采用的测力传感器部件可以是六维力传感器。该六维力传感器能够同时测量牙齿矫治器在空间笛卡尔坐标系内产生的3个力分量和3个力矩分量。

根据本申请的一个可选实施方式，所述力传导部件可以是一传力杆，所述传力杆可通过所述感兴趣的牙齿底部的安装孔与之固定。

根据本申请的一种实施方式，所述牙齿矫治器测试装置还可包括数据处理装置，由所述测力传感器部件测得的数据被送入该数据处理装置以供进一步分析，例如在所述数据记录分析装置中被存储和/或显示。

根据另一可选实施方式，本申请所述的牙齿矫治器测试装置还可包括一人工唾液槽，用于模拟口腔环境。

根据本申请的另一个方面，提供了一种用于测试牙齿矫治器的方法，包括以下步骤：将所述牙列模型中感兴趣的牙齿固定在力传导部件上，所述力传导部件耦连到测力传感器部件；将待测的牙齿矫治器佩戴到所述牙列模型上；并且通过所述测力传感器部件测量待测牙齿矫治器施加到所述感兴趣的牙齿上的力学参数。

根据本申请的一个实施方式，所述牙列模型可以是根据患者实际牙齿状态提供的物理牙列模型。

根据本申请的另一可选实施方式，可以在所述感兴趣的牙齿底部形成安装孔，使该牙齿通过所述安装孔被固定到所述力传导部件上。

优选地，该上述方法中所采用的测力传感器部件可以是六维力传感器。该六维力传感器能够同时测量牙齿矫治器在空间笛卡尔坐标系内产生的3个力分量和3个力矩分量。

根据本申请的另一实施方式，可以在测量之前将牙列模型固定到牙模安装底板上。可选的是，所述牙模安装底板和所述测力传感器部件可通过一安装架来支撑。

根据本申请的一个可选实施方式，该方法还可以包括：从所述牙列模型上切割下感兴趣的牙齿，在将切割下的牙齿固定在力传导部件上之后，再将该牙齿和牙列模型固定到牙模安装底板上，从而在该牙齿与相邻牙齿之间形成切割缝隙。这样，在进行测试时避免了感兴趣的牙齿与相邻牙齿发生碰撞，从而提高了测量的准确性。

为了在安装牙列模型的过程中保持上述切割缝隙的宽度，可选的是，在将切割下的牙齿和牙列模型固定到所述牙模安装底板上时，可以在该牙齿与相邻牙齿之间插入填充垫片，该填充垫片的厚度相当于所述切割缝隙的宽度，当安装好之后，再抽除所述填充垫片。

根据本申请的另一可选实施方式，该方法还可以包括：根据所述牙列模型制作一初始矫治器，将该初始矫治器佩戴到牙列模型上，并通过所述测力传感器部件对该初始矫治器进行测量，以便利用该测量结果对测力传感器部件进行校准。例如，可以在测得该初始矫治器的力学参数后使测力传感器的读数清零。

根据本申请的一种实施方式，可以将所述测力传感器部件测得的数据送入到数据处理装置中以供进一步分析，例如在所述数据记录分析装置中被存储和/或显示。

根据本申请的另一可选实施方式，可以将佩戴了牙齿矫治器的牙列模型置于一人工唾液槽中，以模拟口腔环境。

通过上面所述的牙齿矫治器测试装置及方法，能够方便、快速地全方位测量牙齿矫治器的力学参数，并对其进行评估。例如，可以通过模拟患者的真实牙齿状态和口腔环境，对牙齿矫治器的预期矫治力施加效果、抗老化程度、使用寿命等进行准确的分析，从而为改进矫治方案、提高矫治器性能提供可靠的依据。

附图说明

本申请的上述及其他特征将通过下面结合附图及其详细描述作进一步说明。应当理解的是，这些附图仅示出了根据本申请的若干示例性的实施方式，因此不应被视为是对本申请保护范围的限制。除非特别说明，附图不必是成比例的，并且其中类似的标号表示类似的部件。

图1示出了根据本申请的一个示意性实施例的牙齿矫治器测试装置的整体立体图；

图2A示出了图1所示牙齿矫治器测试装置的示意性侧视图；

图2B示出了沿图2A中的A-A线的剖视图；

图2C示出了图2A中C部分的局部放大视图；以及

图3示出了根据一个示例性实施方式所执行的矫治器测试过程。

具体实施方式

以下的详细描述中引用了构成本说明书一部分的附图。说明书和附图所提及的示意性实施方式仅仅出于是说明性的目的，并非意图限制本申请的保护范围。本领域技术人员可以理解，也可以采用许多其他的实施方式，并且可以对所描述实施方式做出各种改变，而不背离本申请的主旨和保护范围。应当理解的是，在此说明并图示的本申请的各个方面可以按照很多不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，这些不同配置都包含在本申请中。

图1示出了根据本申请的一个示意性实施例的牙齿矫治器测试装置的整体视图。图中的牙齿矫治器测试装置具有一安装架，用于装配牙模安装底板和测力传感器部件。如图1所示，该安装架包括大体上成方形的上表面和下表面，在所述上表面和下表面之间由四根支撑立柱来支撑。图1所示的牙模安装底板被设计成一块大体上成平面状的板，其通过四个安装垫块被装配在所述安装架的上表面上。在图1的示意图中，一牙列模型已经被放置在所述牙模安装底板上。在牙模安装底板的上表面可形成有多个凹坑或孔，以便于牙列模型的安装定位。在这个示例性实施方式中，测力传感器部件（图1中未示出）被设置在安装架的上表面与下表面之间。本领域技术人员可以理解，也可以采用其他构型的安装架和/或牙模安装底板，以对各部件进行组装。例如，也可以不设置牙模安装底板和安装架，而是通过另外的托架（图中未示出）来保持牙齿模型与测力传感器之间的相对位置。

如图1所示，该牙齿矫治器测试装置还包括一数据处理装置。该数据处理装置可以是带有数据存储功能的电子设备，由测力传感器部件测得的力学参数可以被转换成电信号，通过有线或无线的耦连方式传送至该数据处理装置，并在其中被存储。该数据处理装置可通过具备分析及处理功能的专用或通用计算机来实现，以根据测得的数据值对牙齿矫治器的性能做进一步分析处理，例如判断矫治力是否达到要求，或者计算出矫治器的预期使用寿命。可选地，该数据处理装置可具有输入/输出操作接口，例如小键盘和/或显示器，操作人员可通过该设备对牙齿矫治器测试装置进行操控，并直观地读取数据。

图2A示出了图1所示牙齿矫治器测试装置的示意性侧视图。如图2A所示，作为测力传感器部件的六维力传感器被设置在安装架的上表面与下表面之间，并由一个固定托架来支撑。

本申请的发明人注意到，牙齿矫治器的性能指标可以通过笛卡尔坐标系中X、Y、Z三个坐标轴上的力和力矩组合来限定。目前已经开发出多种可同时测量3个力分量和3个力矩分量的六维力传感器，其可以通过电阻应变式、压电式、光学式、电容式、电感式等多种原理实现。例如，对于应用较为广泛的电阻应变式六维力传感器而言，其基本工作原理是：在外力作用下，弹性体结构发生形变，使得贴在弹性体上的应变片发生应变，从而引起电阻值的变化，再经电路将电阻值变化转换成电压或电流的变化。而在压电式六维力传感器中，在外部应力作用下使得压电材料产生电荷，当外力变化时，压电材料表面的电荷随之变化，导致输出电压信号的变化。采用六维力传感器能够很好地测量牙齿矫治器在三维立体空间中施加的作用力和转动力矩，从而对人体生理状态进行智能模拟。

另外，如图2A所示，在该牙齿矫治器测试装置中设置有一刚性的传力杆，作为力传导部件。所述传力杆的一端与牙列模型中感兴趣的牙齿固定连接，另一端连接到六维力传感器，用于将待测矫治器施加到感兴趣牙齿的力传递给六维力传感器。

图2B示出了沿图2A中A-A线的剖视图。如图2B所示，待测试的牙齿矫治器、例如由聚合物制成的无托槽隐形牙套被佩戴在牙列模型上，牙列模型中感兴趣的牙齿通过其底部的安装孔被固定到所述传力杆的上端。从而，可以通过传力杆将牙齿矫治器施加到感兴趣的牙齿上的矫治应力传递到下方的六维力传感器，以进行测量。

图2C示出了图2A中C部分的局部放大视图。如图2C所示，牙列模型被安放在牙列安装底板上，由于切割过程，感兴趣的牙齿与相邻牙齿之间形成了宽度为d的切割缝隙。为了使测量更为准确，在将牙列模型定位在牙列安装底板上时，在切割下来的牙齿与相邻牙齿之间插入了厚度为d的填充垫片，固定之后再将填充垫片抽除，这样使得切割缝隙的位置得以保持。在测量矫治力时，由于牙齿矫治器施加的应力使得感兴趣的牙齿发生移动或扭转，在其运动过程中由于间隙d的存在，该牙齿不会与相邻牙齿发生碰撞、挤压，从而避免了对测量精度造成影响。

下面借助图3描述根据本申请的一个示例性实施方式所执行的矫治器测试过程。首先，例如可按照患者在进行矫治之前的初始牙齿状态制备牙列模型。该牙列模型可以通过咬模取得，或者也可以例如通过口腔扫描获得患者牙列的数字模型、再制作出相应的物理牙列模型。

根据该实施例，可以将感兴趣的某颗牙齿从该牙列模型上完整地切割下来，并测量所产生的切割缝隙的宽度d。随后，在切割下来的牙齿底部钻出一安装孔，通过该安装孔使该牙齿与传力杆固定连接。

将切割后的牙列模型与切割下来的牙齿按照原先的位置安装到牙模安装底板上，其中在该牙齿与相邻牙齿之间插入填充垫片，在安装固定之后抽除填充垫片，从而在感兴趣的牙齿与相邻牙齿之间留出相当于切割缝隙宽度d的间距（如参照图2C所做的说明）。这样可以避免在测试时该牙齿与相邻牙齿之间的碰撞。

然后，将待测的牙齿矫治器佩戴到固定好的牙列模型上。例如，可以基于患者按照治疗计划经过一个阶段的矫治后的牙齿状态取得另一牙列模型，该牙列模型代表了患者牙齿的当前状态，并由该牙列模型制作出待测的牙齿矫治器、例如由聚合物压制而成的无托槽透明牙套，其相对于患者牙齿的初始状态具有一定偏移量。当把由此制备的牙齿矫治器佩戴到代表患者牙齿初始状态的牙列模型上时，该牙齿矫治器将对牙列模型中的相应牙齿施加矫治应力。

通过力传导部件将牙齿矫治器所施加的应力传导到六维力传感器，由六维力传感器测量得到在三个坐标轴方向上的力和力矩。所得到的力学参数可以被转换成电信号，由另外的数据处理装置进行存储、显示和/或分析。例如，可以根据测得的六维力学参数对该牙齿矫治器所产生的治疗效果进行评估。

为了进行校准，可预先按照原牙列模型制作出另一校准矫治器（图中未示出）。由于该校准矫治器的形状与原来的牙列模型完全相符，当把其佩戴到牙列模型上时，应当不会对感兴趣的牙齿产生矫治应力。通过六维力传感器对该校准矫治器的测量，可以对传感器进行校准，例如将读数清零。

可选地，也可以将本申请所述的牙齿矫治器测试装置倒置，使安装在其上的待测矫治器的至少一部分浸入到一人工唾液槽（图中未示出）中，从而在充分模拟真实口腔环境的条件下对牙齿矫治器进行测量，进而分析其预期使用寿命。

尽管在此公开了本申请的各个方面和实施例，但其他方面和实施例对于本领域技术人员而言也是显而易见的。在此公开的各个方面和实施例仅用于说明目的，而非限制目的。本申请的保护范围和主旨仅通过后附的权利要求书来确定。

Claims (19)

1.一种牙齿矫治器测试装置，其包括能够与牙列模型中感兴趣的牙齿相耦连的力传导部件、以及与所述力传导部件相耦连的测力传感器部件，在进行测试时，待测的牙齿矫治器被佩戴到牙列模型上，该牙齿矫治器施加给感兴趣的牙齿的矫治力经由所述力传导部件被传导到所述测力传感器部件，以通过所述测力传感器部件对该矫治力的参数进行测量；

所述牙齿矫治器测试装置还包括测力传感器校准装置，其中，所述测力传感器校准装置用于利用所述测力传感器部件对校准矫治器的测量来对所述测力传感器部件进行校准。

2.如权利要求1所述的牙齿矫治器测试装置，其还包括一牙模安装底板，用于在进行测试时固定牙列模型。

3.如权利要求2所述的牙齿矫治器测试装置，其还包括一安装架，所述牙模安装底板和所述测力传感器部件被支撑在该安装架上。

4.如权利要求1所述的牙齿矫治器测试装置，其特征在于，所述测力传感器部件是六维力传感器。

5.如权利要求1所述的牙齿矫治器测试装置，其特征在于，所述力传导部件是一传力杆，所述传力杆通过所述感兴趣的牙齿底部的安装孔与之固定。

6.如权利要求1所述的牙齿矫治器测试装置，其还包括数据处理装置，由所述测力传感器部件测得的数据被送入该数据处理装置以供进一步分析。

7.如权利要求6所述的牙齿矫治器测试装置，其特征在于，由所述测力传感器部件测得的数据在所述数据处理装置中被存储和/或显示。

8.如权利要求1所述的牙齿矫治器测试装置，其还包括一人工唾液槽，以模拟口腔环境。

9.一种用于测试牙齿矫治器的方法，包括以下步骤：

将牙列模型中感兴趣的牙齿固定在力传导部件上，所述力传导部件耦连到测力传感器部件；

通过所述测力传感器部件对校准矫治器的测量，对所述测力传感器部件进行校准；

将待测的牙齿矫治器佩戴到所述牙列模型上，以便向感兴趣的牙齿施加矫治力；

通过所述测力传感器部件测量经由所述力传导部件传导的矫治力的参数，其中所述参数是经校准的所述测力传感器部件测量的参数。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述牙列模型是根据患者实际牙齿状态所提供的物理牙列模型。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在进行测量之前，将所述牙列模型固定到牙模安装底板上。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述牙模安装底板和所述测力传感器部件通过一安装架来支撑。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述感兴趣的牙齿底部形成安装孔，使该牙齿通过所述安装孔被固定到所述力传导部件上。

14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述测力传感器部件是六维力传感器。

15.如权利要求11所述的方法，其还包括：从所述牙列模型上切割下感兴趣的牙齿，在将切割下的牙齿固定在力传导部件上之后，再将该牙齿和牙列模型固定到牙模安装底板上，从而在该牙齿与相邻牙齿之间形成切割缝隙。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在将切割下的牙齿和牙列模型固定到所述牙模安装底板上时，在该牙齿与相邻牙齿之间插入填充垫片，该填充垫片的厚度相当于所述切割缝隙的宽度，当安装好之后，抽除所述填充垫片。

17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述测力传感器部件测得的数据送入数据处理装置，以供进一步分析。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，由所述测力传感器部件测得的数据在所述数据处理装置中被存储和/或显示。

19.如权利要求9所述的方法，其还包括：将佩戴了牙齿矫治器的牙列模型置于一人工唾液槽中，以模拟口腔环境。