CN109009510A - 牙齿咬合应力分布显示装置及方法 - Google Patents

牙齿咬合应力分布显示装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医学实验器材技术领域，具体公开了一种牙齿咬合应力分布显示装置及方法，所述装置包括箱体、偏振光源、起偏镜、玻璃板、检偏镜、牙齿二维模型、滑动机构和压紧机构，偏振光源设在箱体的下部，起偏镜设在箱体的中部且水平布置，玻璃板设在箱体的上端且水平布置，牙齿二维模型放置在玻璃板上，牙齿二维模型的两端通过滑动机构与箱体连接，牙齿二维模型的上牙模型和下牙模型能够通过滑动机构进行水平方向的相对咬合运动，检偏镜放置在牙齿二维模型上，压紧机构设在箱体的上端，压紧机构用于将检偏镜压紧在牙齿二维模型上。本发明能够直观清晰地显示牙齿咬合时的应力分布，且操作简单，大大提高了准确度。

Description

牙齿咬合应力分布显示装置及方法
技术领域
本发明涉及医学实验器材技术领域，尤其涉及一种牙齿咬合应力分布显示装置及方法。
背景技术
目前，大部分医院依然是根据医生的经验来判断患者牙齿的受力情况。在医院进行牙齿矫正或者安装义齿时，通常采用咬合纸来显示牙齿齿面咬合关系。患者需要用牙齿咬住咬合纸，使得咬合纸上的着色剂附着到患者牙齿表面，通过观察患者牙齿表面附着颜色的深浅，医生进而判断患者牙齿在咬合状态下的接触与受力状况。
此外，还有一种咬合电子检查分析系统。该系统的传感器薄膜上有马蹄形的感应区，由多组特殊导线组成，置于牙列咬合面上。患者咬合落在此范围内时，软件窗口中就会动态的给出整个咬合过程中各个位置咬合力的变化记录，该系统可监测咬合接触点的分布、咬合平衡状态以及咬合力的三维动态变化。
现有的利用咬合纸的方法虽然操作简单，但是该法只能显示牙齿齿面咬合的投影关系，反映齿面的高低位置，不能直观显示牙齿齿面的三维咬合关系。由于牙齿齿面形状复杂，医生只能根据行医经验对牙齿的咬合关系进行推测，其准确性较低。此外，牙齿是一个三维实体，应全面考虑牙齿齿面咬合关系，以及牙齿之间空间关系和受力关系。根据不全面的信息，医生无法考虑到所有可能的情况，所以会出现误诊或者治疗不妥等问题。而现有的咬合电子检查分析系统，虽然精度有所提高，但是该系统比较复杂，造价昂贵，无法大规模应用于常规医院。
发明内容
本发明的目的是提供一种牙齿咬合应力分布显示装置及方法，以直观清晰的显示牙齿咬合时的应力分布。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种牙齿咬合应力分布显示装置，包括箱体、偏振光源、起偏镜、玻璃板、检偏镜、牙齿二维模型、滑动机构和压紧机构，所述偏振光源设在所述箱体的下部，所述起偏镜设在所述箱体的中部且水平布置，所述玻璃板设在所述箱体的上端且水平布置，所述牙齿二维模型放置在所述玻璃板上，所述牙齿二维模型的两端通过所述滑动机构与所述箱体连接，所述牙齿二维模型的上牙模型和下牙模型能够通过所述滑动机构进行水平方向的相对咬合运动，所述检偏镜放置在所述牙齿二维模型上，所述压紧机构设在所述箱体的上端，所述压紧机构用于将所述检偏镜压紧在所述牙齿二维模型上。
优选地，所述箱体为立方体结构，所述起偏镜、玻璃板和检偏镜均为矩形结构。
优选地，所述箱体的中部设有第一支撑板，所述起偏镜的边缘通过所述第一支撑板与所述箱体连接，所述箱体的上端设有第二支撑板，所述玻璃板的边缘通过所述第二支撑板与所述箱体连接。
优选地，所述箱体的侧壁设有把手。
优选地，所述滑动机构包括固定杆、滑道和滑动杆，所述上牙模型的两端通过所述固定杆与所述箱体的上端固定连接，所述滑道在所述箱体的上端且沿咬合方向布置，所述滑动杆设在所述滑道中，所述下牙模型的两端通过所述滑动杆与所述滑道滑动连接。
优选地，所述压紧机构包括压杆和弯杆，所述弯杆的一端与所述箱体的上端连接，另一端与所述压杆连接，所述弯杆能够提供向下的弹性力。
优选地，所述牙齿二维模型由双折射材料制成。
优选地，所述偏振光源为平行放置的两个LED灯管。
优选地，所述起偏镜和检偏镜均为偏振光片。
本发明还提供了一种牙齿咬合应力分布显示方法，包括以下步骤：
S1.通过口腔CT扫描机对患者牙齿进行扫描，构建出咬合状态的牙齿三维模型；
S2.通过口腔CT扫描机检测牙齿三维膜型的上下牙齿的接触区域，确定上下牙齿的咬合平面；
S3.以咬合平面为正视面，使用与齿形吻合的马蹄形线垂直于咬合平面进行扫描，获得牙齿立体截面，沿门齿中心将所获得的牙齿立体截面展开在同一平面上，形成牙齿二维截面；
S4.使用激光立体雕刻法按照牙齿二维截面加工双折射材料制成牙齿二维模型；
S5.将牙齿二维模型放置在所述的牙齿咬合应力分布显示装置上，使牙齿二维模型的上下牙齿咬合挤压；
S6.牙齿二维模型在咬合挤压受力变形后，变形位置产生光线的干涉现象，透过检偏镜观察牙齿二维模型表面应力的分布情况。
本发明能够直观清晰地显示牙齿咬合时的应力分布，为医生和患者提供了更加全面的牙齿咬合时的接触关系和受力情况，且操作简单，结构简单，加工方便，制造成本低，同时，大大提高了准确度。
附图说明
图1为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示装置的主视图；
图2为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示装置的左视图；
图3为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示装置的俯视图；
图4为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示方法中牙齿三维模型转牙齿二维模型的过程示意图；
图5为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示方法中牙齿二维模型的受力示意图；
图6为本发明实施例的牙齿咬合应力分布显示方法的流程图。
图中，1：箱体；2：偏振光源；3：把手；4：第一支撑板；5：起偏镜；6：起偏镜框；7：玻璃板；8：牙齿二维模型；9：检偏镜；10：固定杆；11：滑动杆；12：连杆；13：防坠片；14：滑道；15：压杆；16：弯杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1-3所示，本实施例的牙齿咬合应力分布显示装置包括：箱体1、偏振光源2、起偏镜5、玻璃板7、检偏镜9、牙齿二维模型8、滑动机构和压紧机构，偏振光源2设在箱体1的下部，起偏镜5设在箱体1的中部且水平布置，玻璃板7设在箱体1的上端且水平布置，牙齿二维模型8放置在玻璃板7上，牙齿二维模型8的两端通过滑动机构与箱体1连接，牙齿二维模型8的上牙模型和下牙模型能够通过滑动机构进行水平方向的相对咬合运动，如上牙模型固定，下牙模型移动，完成咬合动作，检偏镜9放置在牙齿二维模型8上，压紧机构设在箱体1的上端，压紧机构用于将检偏镜9压紧在牙齿二维模型8上。
箱体1为立方体结构，起偏镜5、玻璃板7和检偏镜9均为矩形结构。箱体1的中部设有第一支撑板4，起偏镜5的边缘通过第一支撑板4与箱体1连接，即起偏镜5的边缘卡放在第一支撑板4上，起偏镜5也可以设有起偏镜框6，起偏镜框6用于保护起偏镜5，箱体1的上端设有第二支撑板，玻璃板7的边缘通过第二支撑板与箱体1连接，即玻璃板7的边缘卡放在第二支撑板上。第一支撑板4和第二支撑板均设置在箱体1内壁的四周。箱体1的侧壁设有把手3，把手3可以设置在箱体1的左右两个侧壁上，且把手3最内侧的部分不阻挡偏振光源2。
滑动机构包括：固定杆10、滑道14和滑动杆11，上牙模型的两端通过固定杆10与箱体1的上端固定连接，上牙模型的两端设有与固定杆10对应的圆孔，固定杆10可以设在箱体1上端相对的两个第二支撑板上，且玻璃板7上设有与固定杆10对应的圆孔，滑道14在箱体1的上端且沿咬合方向布置，滑道14可以为在玻璃板7上设置的凹槽，滑动杆11设在滑道14中，下牙模型的两端通过滑动杆11与滑道14滑动连接，下牙模型的两端设有与滑动杆11对应的圆孔。两个滑动杆11之间可以通过连杆12连接，以保持两个滑动杆11的运动可以同步，每个滑动杆11的在远离固定杆10的一侧可以增设一个滑动杆11，增设的滑动杆11上可以设有防坠片13。
压紧机构包括：压杆15和弯杆16，弯杆16的一端与箱体1的上端连接，另一端与压杆15连接，弯杆16能够提供向下的弹性力，即压杆15始终向下对检偏镜9提供一定的压力，以使检偏镜9始终与牙齿二维模型8压紧，弯杆16可以为弹性材料制成，或者为弹簧结构。
牙齿二维模型8由双折射材料制成，如聚碳酸酯板等。偏振光源2为平行放置的两个LED灯管，最好为超高亮度白光LED灯管。起偏镜5和检偏镜9均为偏振光片，如液晶显示器上的偏振光片。
本实施例的牙齿咬合应力分布显示装置的工作原理为：
当具有双折射效应的材料制成的牙齿二维模型受力后，放置于偏振光场的光路中，就会产生双折射现象，可以观察到模型的彩色条纹，这些条纹反映了模型边界和内部各点的应力状态。当光波沿着垂直方向通过受力模型内的任意一点时，光波只沿这一点的两个主应力方向分解并振动，并且所分解的两束光波在两个主应力平面内通过的速度是不同的，因而其折射率发生了变化，其折射率与内应力成正比，如：
n1-n2＝c(σ1-C)
c＝A-B
式中：n1和n2为两光波的折射率；σ1和σ1为两光波产生的主应力；c为应力光学常数；A和B是模型材料的应力光学常数。
由于两光波通过厚度为d的模型后，会产生一定光程差δ，光程差可以表示为：
δ＝cd(σ1-σ2)
相对光程差n为：
n＝δ/λ＝cd(σ1-σ2)/λ
式中：λ为入射光波长。
则两光波产生的主应力差为：
σ1-σ2＝nσ0＝nλ/(cd)＝nλ/f0
式中：σ0为模型条纹值，N/m2级，f0为材料条纹值，N/m级。
本实施例还提供了一种牙齿咬合应力分布显示方法，如图6所示，大体分为三步：获取牙齿三维模型，三维牙齿模型转二维牙齿模型，显示咬合关系及应力，包括以下步骤：
S1.通过口腔CT扫描机对患者牙齿进行扫描，构建出咬合状态的牙齿三维模型，口腔CT扫描机可以通过多平面重组法(MPR)等方法快速构建牙齿的三维模型。
S2.通过口腔CT扫描机检测牙齿三维膜型的上下牙齿的接触区域，以确定在咬合时牙齿真正受力的范围，从而确定上下牙齿的咬合平面。
S3.以咬合平面为正视面，使用与齿形吻合的马蹄形线垂直于咬合平面进行扫描，获得牙齿立体截面，沿门齿中心将所获得的牙齿立体截面展开在同一平面上，形成牙齿二维截面，如图4所示。
S4.使用激光立体雕刻法按照牙齿二维截面加工双折射材料制成牙齿二维模型，并且上牙模型与下牙模型两边适当加长以满足实验使用要求。
S5.将牙齿二维模型放置在本实施例所述的牙齿咬合应力分布显示装置上，使牙齿二维模型的上下牙齿咬合挤压，具体的，推动滑动杆11使下牙模型向上牙模型移动，进行咬合，如图5所示。
S6.牙齿二维模型在咬合挤压受力变形后，变形位置产生光线的干涉现象，透过检偏镜观察牙齿二维模型表面应力的分布情况。
本发明能够直观清晰地显示牙齿咬合时的应力分布，为医生和患者提供了更加全面的牙齿咬合时的接触关系和受力情况，且操作简单，结构简单，加工方便，制造成本低，同时，大大提高了准确度。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，包括箱体、偏振光源、起偏镜、玻璃板、检偏镜、牙齿二维模型、滑动机构和压紧机构，所述偏振光源设在所述箱体的下部，所述起偏镜设在所述箱体的中部且水平布置，所述玻璃板设在所述箱体的上端且水平布置，所述牙齿二维模型放置在所述玻璃板上，所述牙齿二维模型的两端通过所述滑动机构与所述箱体连接，所述牙齿二维模型的上牙模型和下牙模型能够通过所述滑动机构进行水平方向的相对咬合运动，所述检偏镜放置在所述牙齿二维模型上，所述压紧机构设在所述箱体的上端，所述压紧机构用于将所述检偏镜压紧在所述牙齿二维模型上。
2.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述箱体为立方体结构，所述起偏镜、玻璃板和检偏镜均为矩形结构。
3.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述箱体的中部设有第一支撑板，所述起偏镜的边缘通过所述第一支撑板与所述箱体连接，所述箱体的上端设有第二支撑板，所述玻璃板的边缘通过所述第二支撑板与所述箱体连接。
4.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述箱体的侧壁设有把手。
5.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述滑动机构包括固定杆、滑道和滑动杆，所述上牙模型的两端通过所述固定杆与所述箱体的上端固定连接，所述滑道在所述箱体的上端且沿咬合方向布置，所述滑动杆设在所述滑道中，所述下牙模型的两端通过所述滑动杆与所述滑道滑动连接。
6.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述压紧机构包括压杆和弯杆，所述弯杆的一端与所述箱体的上端连接，另一端与所述压杆连接，所述弯杆能够提供向下的弹性力。
7.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述牙齿二维模型由双折射材料制成。
8.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述偏振光源为平行放置的两个LED灯管。
9.根据权利要求1所述的牙齿咬合应力分布显示装置，其特征在于，所述起偏镜和检偏镜均为偏振光片。
10.一种牙齿咬合应力分布显示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过口腔CT扫描机对患者牙齿进行扫描，构建出咬合状态的牙齿三维模型；
S2.通过口腔CT扫描机检测牙齿三维膜型的上下牙齿的接触区域，确定上下牙齿的咬合平面；
S3.以咬合平面为正视面，使用与齿形吻合的马蹄形线垂直于咬合平面进行扫描，获得牙齿立体截面，沿门齿中心将所获得的牙齿立体截面展开在同一平面上，形成牙齿二维截面；
S4.使用激光立体雕刻法按照牙齿二维截面加工双折射材料制成牙齿二维模型；
S5.将牙齿二维模型放置在权利要求1-9中任何一项所述的牙齿咬合应力分布显示装置上，使牙齿二维模型的上下牙齿咬合挤压；
S6.牙齿二维模型在咬合挤压受力变形后，变形位置产生光线的干涉现象，透过检偏镜观察牙齿二维模型表面应力的分布情况。
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