CN110433004A - 基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置 - Google Patents
基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其包括测力装置和检测系统；所述测力装置包括上底座、下底座、设置于所述上底座下部的多个上颌牙牙根测试组件以及设置于所述下底座上部的下颌牙牙根测试组件；所述检测系统包括数据处理装置和数据采集器；所述柔性传感器连接于所述数据采集器，所述数据采集器连接于所述数据处理装置。本发明能够方便快速同时地全方位测量牙根的受力参数，可以通过在体外模拟患者的真实牙齿状态，精确测量牙根正畸力，从而对牙齿正畸器的预期正畸力施加效果等进行准确的分析，从而为改进侨治方案、提高正畸器性能提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种牙齿牙根受力测试装置及方法，其能够对牙齿牙根受力进行参数测量，从而对牙齿牙根受力情况进行评估。
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正畸器械。传统的畸形正畸方法多采用粘接在牙齿上的固定托槽正畸器，托槽正畸器一般包括固定到单颗牙齿上的托槽支架和用于绑定托槽支架的弹性弓丝。
相对于传统的固定托槽正畸技术而言，新型的隐形正畸技术不需要托槽和钢丝，而是采用一系列隐形正畸器(也称为壳正畸器)。这种隐形牙齿正畸器由安全的弹性高分子材料制成，使正畸过程几乎在旁人无察觉中完成，不会影响日常生活和社交；由于患者可以自行摘戴，口腔卫生可以正常维护，整个正畸过程省时又省力。上述隐形牙齿正畸器是一组具有能够在内部容纳牙齿的空腔的聚合物壳体，它的容纳牙齿的空腔的儿何形状和该正畸器所要达到的牙齿的修正后状态排列相适应，因此能通过使用一系列的牙齿正畸器使得牙齿重新定位。
不管是传统的固定托槽正畸器，还是新型的隐形牙齿正畸器组，均需要在使用者的牙齿上佩戴一段时间，通过正畸器向牙齿施加力使得牙齿逐渐排列整齐。为了能优化正畸效果，希望能体外模拟正畸器对于牙齿的施力情况，并测量牙根的受力参数，从而能优化正畸器的设计。
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在体外对牙齿正畸器的性能和预计治疗效果进行全方位的测试。尤其缺乏一种能同时、精确测量上牙颌和/或下牙颌中的多个牙齿牙根受力情况的装置和相应方法。
发明内容
本发明目的是提供一种基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其能够对上颌和/或下颌的多颗牙齿同时、同步、精确地测量牙齿矫正器对牙根产生的力学参数，并实现多种错颌畸形的模拟分析，为改进医学正畸方案、探索新型正畸附件提供帮助，并能有效地评估不同材料和几何形状对牙齿正畸器的性能的影响。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其包括测力装置和检测系统；
所述测力装置包括上底座、下底座、设置于所述上底座下部的多个上颌牙牙根测试组件以及设置于所述下底座上部的下颌牙牙根测试组件；
所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的结构相同；所述下颌牙牙根测试组件包括牙齿模拟部件、柔性传感器、单牙颌骨模拟部件、第一竖直连接杆、水平连接杆和第二竖直连接杆；
所述牙齿模拟部件的下方固定有柔性传感器，所述柔性传感器的下方固定有单牙颌骨模拟部件，所述单牙颌骨模拟部件通过快换连接件固定于第一竖直连接杆的上端，所述第一竖直连接杆的下端连接有第一连接器，所述水平连接杆的一端也固定于所述第一连接器，所述水平连接杆的另一端固定于第二连接器，并保持所述第一竖直连接杆为竖直状态，所述水平连接杆为水平状态；
所述第二竖直连接杆的下端固定于所述下底座，所述第二竖直连接杆的上端固定于所述第二连接器，并保持所述第二竖直连接杆处于竖直状态；
所述上颌牙牙根测试组件的第二竖直连接杆固定于所述上底座，并使得上颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件与下颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件一一对应设置；
所述检测系统包括数据处理装置和数据采集器；
所述柔性传感器连接于所述数据采集器，所述数据采集器连接于所述数据处理装置。
可选的，所述多个上颌牙牙根测试组件在所述上底座上排列成上颌牙列模型，所述多个下颌牙牙根测试组件在所述下底座排列成下颌牙列模型。
可选的，所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的数量均为14个，所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件按照对应牙颌的牙弓曲线的形状排列。
可选的，所述柔性传感器采用柔性薄膜阵列式压力传感器。
可选的，柔性传感器与牙根通过粘接方式紧密结合。
可选的，所述柔性薄膜阵列式压力传感器型号为ARHRY-25X25，横向30个感应点，纵向80个感应点，共具有2400个阵列式感应点，每个感应点的电阻值随着作用其上的压力增大而减小，从而通过每个感应点的电压的波动反映牙根的受力位置以及受力大小。
本发明具有如下有益效果：本发明的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，能够方便快速同时地全方位测量牙根的受力参数，尤其能测量牙齿正畸器对于牙齿牙根的正畸力参数并对其进行评估，反馈和优化设计，例如，可以通过在体外模拟患者的真实牙齿状态，精确测量牙根正畸力，从而对牙齿正畸器的预期正畸力施加效果等进行准确的分析，从而为改进侨治方案、提高正畸器性能提供可靠的依据。
附图说明
图1为本发明的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置的结构示意图；
图2为本发明的测力装置的结构示意图；
图3为本发明的下颌牙牙根测试组件的结构示意图；
图4为本发明的牙根受力点俯视图；
图5为本发明的牙根受力点正视图；
图6为本发明的下颌牙列模型的结构示意图；
图中标记示意为：7-数据处理装置；8-数据采集器；9-电源适配器；10-上底座；15-下底座；16-牙齿模拟部件；17-柔性传感器；18-单牙颌骨模拟部件；19-快换连接件；20-第一竖直连接杆；21-第一连接器；22-水平连接杆；23-第二竖直连接杆；24-第二连接器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其包括测力装置和检测系统。
本发明中，正畸的目的就是为了让牙齿进行位移，而位移就是让牙槽骨吸收给牙齿产生位移空间。牙根受力能更好的反应正畸丝对牙根产生力的正确程度，牙根受力大的部位会导致相对应牙槽骨受力变大进而牙槽骨吸收，消失，进一步导致牙齿进行位移达到矫正目的，这是与牙齿受力检测截然不同的情况，本实施例很好地达到了这一效果，可以详实反应牙根每一个位置的受力状态。
参考图1，所述测力装置包括上底座10、下底座15、设置于所述上底座10下部的多个上颌牙牙根测试组件以及设置于所述下底座15上部的下颌牙牙根测试组件。
所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的结构相同，以下以下颌牙牙根测试组件为例进行说明，所述下颌牙牙根测试组件包括牙齿模拟部件16、柔性传感器17、单牙颌骨模拟部件18、第一竖直连接杆20、水平连接杆22和第二竖直连接杆23。
所述牙齿模拟部件16的下方固定有柔性传感器17，所述柔性传感器的下方固定有单牙颌骨模拟部件18，所述单牙颌骨模拟部件18通过快换连接件19固定于第一竖直连接杆20的上端，所述第一竖直连接杆20的下端连接有第一连接器21，所述水平连接杆的一端也固定于所述第一连接器21，所述水平连接杆的另一端固定于第二连接器24，并保持所述第一竖直连接杆20为竖直状态，所述水平连接杆为水平状态。
所述第二竖直连接杆的下端固定于所述下底座15，所述第二竖直连接杆的上端固定于所述第二连接器，并保持所述第二竖直连接杆处于竖直状态。
相应地，所述上颌牙牙根测试组件的第二竖直连接杆固定于所述上底座，并使得上颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件与下颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件一一对应设置。
本实施例中，优选地，所述多个上颌牙牙根测试组件在所述上底座上排列成上颌牙列模型，所述多个下颌牙牙根测试组件在所述下底座15排列成下颌牙列模型，更进一步，为了测量上牙颌或下牙颌的整个牙列的14颗牙齿牙根的受力情况，所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的数量均为14个，此时上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件按照对应牙颌的牙弓曲线的形状排列。
并且，考虑到可以将牙齿模拟部件设置在预定的位置，由此本发明的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置能够模拟各种牙列模型，例如可以按照患者当前的牙齿状态来确定牙齿模拟部件的数量和设置位置，例如，可以借助取印模获得牙列排列状态，由此生成物理牙模。也可通过光学扫描、X光成像，超声成像，三维照相、三维摄像或医用CT扫描等方法直接获取牙齿或者牙齿及其周边组织的图像，并在计算机中生成牙齿的虚拟模型，由此可得到牙齿在三维空间内的X、Y、Z坐标，从而根据该坐标来确定和每颗牙齿相对应的牙齿模拟部件的位置，从而使得多个牙齿模拟部件组合成和患者的牙齿排列相一致的牙列模型，此时测试数据会更加准确。
参考图4，以a点受力点为例，详细描述如何真实的反映牙根受力位置及受力大小的过程。当正畸丝对牙齿产生正畸力时，传递到牙根处，由于柔性阵列式传感器17与牙根通过粘接方式结合在一起，以保证可以充分的传递检测牙根所受到正畸力，当a点受力时，通过挤压柔性阵列式传感器上的一个或者多个感应点，进一步使其电阻值随着压力的增大而减小，进而导致其每一个感应点的位置的电压值发生变化，通过数据采集器8传输到计算机进行处理分析。同时由于每个感应点所对应的X，Y，Z坐标值的不同，以a受力点为例，对应的X，Y坐标值为(3.7，1.2)将会在三维模型中标记该点的位置同时以应力图像的形式展示其受力大小情况。
参考图5，以a点受力点为例，详细描述如何真实的反映牙根受力位置及受力大小的过程。当正畸丝对牙齿产生正畸力时，传递到牙根处，由于柔性阵列式传感器17与牙根通过粘接方式结合在一起，当a点受力时，通过挤压柔性阵列式传感器上的一个或者多个感应点，进一步使其电阻值随着压力的增大而减小，进而导致其每一个感应点的位置的电压值发生变化，通过数据采集器8传输到计算机进行处理分析。同时由于每个感应点所对应的X，Y，Z坐标值的不同，以a受力点为例，对应的X，Z坐标值为(1.4，1.7)将会在三维模型中标记该点的位置以及周围临近感应点的受力变化值同时以应力图像的形式展示其受力大小情况。
通过将参考图4与参考图5所获取a受力点的数值坐标以及受力数据进行拟合计算，传输到计算机处理装置7中，通过立体图像的方式实时显示a受力点的三维坐标位置以及a受力点的应力图像。
所述检测系统用于将柔性传感器17所测量的数据传输并存储到计算机设备中，此时，所述检测系统包括数据处理装置7和数据采集器8。
所述数据采集器8可采用国内外许多厂商生产的各种合适的数据采集板卡(或I/0板卡)，并且，还可以在数据处理装置7(例如计算机或计算机组合)中为数据采集器8灵活地搭配数据采集软件，以实现灵活的、用户自定义的测力系统。而数据处理装置7则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正畸器的性能做进-一步分析处理，例如判断正畸力是否达到要求，或者计算出正畸器的预期使用寿命。可选地，该数据处理装置7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测力装置进行操控，并直观地读取数据。
在一种具体实施方式中，检测系统还可以包含电源适配器9以适配测力装置和数据采集器8之间的电源配置。这里，柔性传感器17连接电源适配器9，电源适配器9连接数据采集器8，数据采集器8连接数据处理装置7，并通过设置在数据处理装置7内的数据采集软件控制数据的采集或存储。虽然附图中示意了柔性传感器17、电源适配器9、数据采集器8和数据处理装置7是通过数据线相连接，但是本发明并不局限于数据线连接方式，而是适用包括USB、有线网络无线网络等的各种连接方式。
优选的，本发明中的柔性传感器17采用柔性薄膜阵列式压力传感器。目前已经开发出多种类型的压力传感器，其可以通过电阻应变式原理实现。例如，对于应用较为广泛的电阻应变式柔性传感器而言，其基本工作原理是：当传感器无外界负载时，电路处于高阻状态(一般大于2)。当外界压力施加到传感器上时，电路电阻随之下降(几十或更小)。使用万用表可以直接通过连接到外部两个端读取电阻数值，电阻数值随着外部压力的变化而对应的变化。压力与电阻成反向比率，而压力与电导是呈现线性的关系，因此可以根据电导变换反推出压力变化。采用柔性薄膜式传感器能够很好地测量牙齿矫治器在三维立体空间中对牙根施加的作用力和位置，从而对人体生理状态进行智能模拟。本发明中的传感器17可以采用多种柔性传感器中的任何一种。
本实施例中，所述牙齿模拟部件16可以模拟患者的牙齿来变换形态，通过变换牙齿模拟部件16与单牙颌骨模拟部件18的相对位置关系可以实现多种错颌畸形的排列组合。
优选的，快换连接件19上还可以包括用于容纳定位销的定位孔，相应地，单牙颌骨模拟部件和第一竖直连接杆上也包括用于容纳定位销的定位孔，以和上述快换连接件19的定位孔相连通。通过定位销可以固定连接部和传感器的位置，从而防止安装位置的错误，以精确定位。
当测量正畸力时，待测正畸器将被佩戴在由多个牙齿组成的牙列模型上，正畸器向牙列模型上的每一个牙齿模拟部件16施加力，应用到牙齿模拟部件16的力就传输到了牙根，然后通过牙根传输到了柔性传感器17，柔性传感器17感测到上述力导致的电阻变化后，将其转化为了相应的电信号，并且传输到数据采集器，数据采集器对此进行采集，记录并且传输到数据处理装置中进行存储和分析，并在数据处理装置7上以三维立体的形式实时的显示牙根处最大的压力位置以及范围，为医护工作者提供参考依据。
本发明具有以下有益效果：
1、结合数字模型制造牙冠模拟部件，一方面能够最大程度减少在目前加工及生产水平条件下的加工误差，另一方面能够最大程度减少与隐形矫正单步移动量的偏差；
2、采用上下颌错颌畸形牙列的排布方式，可以实现上颌或/和下颌牙列中多颗牙齿的同时，受力大小以及位置参数的测量；以及
3、通过灵活设计不同形态的牙列模型，实现多种错颌畸形模型的排列组合。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其特征在于，包括测力装置和检测系统；
所述测力装置包括上底座、下底座、设置于所述上底座下部的多个上颌牙牙根测试组件以及设置于所述下底座上部的下颌牙牙根测试组件；
所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的结构相同；所述下颌牙牙根测试组件包括牙齿模拟部件、柔性传感器、单牙颌骨模拟部件、第一竖直连接杆、水平连接杆和第二竖直连接杆；
所述牙齿模拟部件的下方固定有柔性传感器，所述柔性传感器的下方固定有单牙颌骨模拟部件，所述单牙颌骨模拟部件通过快换连接件固定于第一竖直连接杆的上端，所述第一竖直连接杆的下端连接有第一连接器，所述水平连接杆的一端也固定于所述第一连接器，所述水平连接杆的另一端固定于第二连接器，并保持所述第一竖直连接杆为竖直状态，所述水平连接杆为水平状态；
所述第二竖直连接杆的下端固定于所述下底座，所述第二竖直连接杆的上端固定于所述第二连接器，并保持所述第二竖直连接杆处于竖直状态；
所述上颌牙牙根测试组件的第二竖直连接杆固定于所述上底座，并使得上颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件与下颌牙牙根测试组件的牙齿模拟部件一一对应设置；
所述检测系统包括数据处理装置和数据采集器；
所述柔性传感器连接于所述数据采集器，所述数据采集器连接于所述数据处理装置。
2.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其特征在于，所述多个上颌牙牙根测试组件在所述上底座上排列成上颌牙列模型，所述多个下颌牙牙根测试组件在所述下底座排列成下颌牙列模型。
3.根据权利要求2所述的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其特征在于，所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件的数量均为14个，所述上颌牙牙根测试组件和下颌牙牙根测试组件按照对应牙颌的牙弓曲线的形状排列。
4.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的测试装置，其特征在于，所述柔性传感器采用柔性薄膜阵列式压力传感器。
5.根据权利要求4所述的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，其特征在于，柔性传感器与牙根通过粘接方式紧密结合。
6.根据权利要求4所述的基于柔性传感器的牙齿牙根受力测试装置，所述柔性薄膜阵列式压力传感器型号为ARHRY-25X25，横向30个感应点，纵向80个感应点，共具有2400个阵列式感应点，每个感应点的电阻值随着作用其上的压力增大而减小，从而通过每个感应点的电压的波动反映牙根的受力位置以及受力大小。
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