CN111728623A - 一种牙齿咬合力检测传感器、检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种牙齿咬合力检测传感器、检测装置及检测方法，该传感器包括：一基层电容极板；相对设置于所述基层电容极板的至少一个侧面的电容极板阵列；以及填充于所述基层电容极板以及电容极板阵列之间的介质层，所述介质层至少包括一软质介质层，该软质介质层在受到外力的作用下可以发生形变。本发明通过设置有可以发生形变的介质层，使得基层电容极板在受到外界咬合力的情况下，其和电容极板阵列之间的距离的变化，来测量牙齿的咬合力，本发明利用这种柔性的传感器，通过计算电容极板阵列电容场的变化结合介质层形变情况对牙齿咬合面的咬合情况进行还原和计算，实时动态的还原牙齿咬合力情况。

Description

一种牙齿咬合力检测传感器、检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及口腔生物力学领域，具体涉及一种牙齿咬合力检测传感器、检测装置及检测方法。

背景技术

牙齿咬合力又称咬颌力，属于口腔生物力学范畴，是指上下颌牙齿接触时牙齿产生的力量，这种力量由牙传递到牙周组织再传递到颌骨而分散。牙齿咬合力是反应人体功能的一项重要指标，其与面部骨骼、肌肉及神经等组织的健康状况、特别是口腔健康情况密切相关，同时也是反应相关疾病治疗效果的一项关键指标。

现有的咬合力的测量方法有：1、利用复印纸将牙齿咬合状态进行物理位置描述；2、采用特定的光咬合片，经过牙齿咬合后产生一定的形变，再利用偏光镜进行观察，可以得到因为不同咬合力大小产生的形变折光率不同呈现不同的颜色区域，经过运算反推咬合位置和咬合力大小；3、T-SCAN技术方案利用压力传感器阵列实现实现牙齿咬合力的测量；方法1可以描述咬合的受力点反推咬合力状态，但是不能反馈实时的咬合力变化以及牙齿的立体咬合形貌，仅能反应咬合力的受力点；方法2重复性不高，难以对咬合接触进行准确定位，同样也不能进行实时检测；方法3咬合片的硬度很高，与人类咀嚼食物的差异大，只能放映咬合接触点的咬合状况，不能反映牙齿的咬合曲面的咬合状态。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种牙齿咬合力检测传感器、检测装置及检测方法，用这种柔性的传感器，通过计算电容极板阵列电容场的变化结合介质层形变情况对牙齿咬合面的咬合情况进行还原和计算，实时动态的还原牙齿咬合力情况。

本发明的一方面提供一种牙齿咬合力检测传感器，该传感器包括：

一基层电容极板；

相对设置于所述基层电容极板的至少一个侧面的电容极板阵列；以及

填充于所述基层电容极板以及电容极板阵列之间的介质层，所述介质层至少包括一软质介质层，该软质介质层在受到外力的作用下可以发生形变。

优选地，所述电容极板阵列远离所述介质层的一侧设置有一保护层。

优选地，所述介质层还包括一硬质介质层，所述硬质介质层填充于所述软质介质层与基层电容极板之间。

优选地，在所述基层电容极板的一个侧面设置有电容极板阵列。

优选地，在所述基层电容极板的两个侧面设置有电容极板阵列。

本发明的另一方面提供一种牙齿咬合力检测装置，包括上述任意一项所述的牙齿咬合力检测传感器，其中电容极板阵列的每一个电容极板均连接有AD模块。

优选地，还包括一分析模块，与所述AD模块连接，用于将接收到的电容值转化成咬合力。

本发明的另一方面提供一种上述任意一项所述的牙齿咬合力检测装置的检测方法，电容极板阵列以及软质介质层在咬合力的作用下发生形变，使得电容极板阵列与基层电容极板之间的距离发生改变，从而电容值发生改变。

优选地，电容极板阵列中的而每个电容电极均连接有AD模块，用来接收并转化每个电容电极的电容值。

优选地，分析模块通过人工智能算法优化并建立咬合力的模型。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过设置有可以发生形变的介质层，使得基层电容极板在受到外界咬合力的情况下，其和电容极板阵列之间的距离的变化，导致电容发生变化,最终利用电容的变化来测量牙齿的咬合力，本发明利用这种柔性的传感器，通过计算电容极板阵列电容场的变化结合介质层形变情况对牙齿咬合面的咬合情况进行还原和计算，实时动态的还原牙齿咬合力情况。该传感器具有加工简单，能够反映牙齿立体咬合情况，能够实时反映咬合力的情况等特点。

另外，电容极板阵列设置多个电容电极，通过设置多个电容电极来精确获取牙齿咬合的不同部位的形变量；另外可以通过设置多层介质层来增大咬合力量程和增加不同咬合力范围的精确度(即低硬度的介质采集低咬合力范围，高硬度介质采集高咬合力范围)，并且通过改变介质的介电常数来增加测量的精确度；不同介质的介电常数不同，基本原则为介电常数随硬度增加而增加。

附图说明

图1是本发明的牙齿咬合力检测传感器的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的牙齿咬合力检测传感器的另一个实施例的结构示意图；

图3是本发明的牙齿咬合力检测传感器的电容极板阵列的结构示意图；

图4是本发明的牙齿咬合状态下，牙齿咬合力检测传感器形变示意图；

图5是本发明的牙齿咬合状态下，牙齿咬合力检测传感器的电容场的电力线变化示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

本发明提供一种牙齿咬合力检测传感器，该传感器包括：一基层电容极板10；相对设置于所述基层电容极板10的至少一个侧面的电容极板阵列20；以及填充于所述基层电容极板10以及电容极板阵列20之间的介质层30，所述介质层30至少包括一软质介质层301，该软质介质层301在受到外力的作用下可以发生形变。

在传感器工作的过程中，牙齿接触电容极板阵列20，在牙齿的咬合力的作用下，软质介质层301发生形变，并且充分包裹牙齿，形成对牙齿咬合面的跟随；再该过程中，牙齿咬合部位的电容极板阵列20与基层电容极板10之间的距离发生变化，每个电容极板201的电容值发生变化。该传感器利用电容极板阵列20与基层电容极板10之间间距的变化来计算牙齿的咬合力。

进一步地，在本发明的一个具体的实施例中，所述电容极板阵列20远离所述介质层30的一侧设置有一保护层(图中未示出)；为了对电容极板阵列20中的电容极板201进行保护，可以在每个电容极板201表面形成一保护层，也可以在整个电容极板阵列20的表面形成一层整体的保护层，同时对被测牙齿及牙龈有防止被电容极板划伤的防护。

进一步地，在本发明的一个优选的实施例中，所述介质层30还包括一硬质介质层302，所述硬质介质层302填充于所述软质介质层301与基层电容极板10之间，硬质介质层302的硬度大于软质介质层301的硬度。在该实施例中，在软质介质层301与基层电容极板10之间还设置有一层硬质介质层302，在软质层介质层301接受的咬合力过大时，该硬质介质层302发生形变，从而实现电容的进一步变化。

进一步地，在该实施例中，还可以设置多层不同硬度的介质层30，多层不同硬度的介质层30的硬度从外至内依次增大，其中介质层30的硬度在0度到60度之间进行调整。

进一步地，在该实施例中，介质层30以及保护层可以采用硅胶材料，通过设置不同硬度的介质层30即硅胶层，使得其适用不同咬合力的测量。另外，硅胶层与电容极板阵列20、基层电容极板10之间或者不同硬度的硅胶层之间，可以形成固定连接，例如通过涂覆或者通过粘结形成，本申请不对各层材料之间的具体连接关系以及介质层30的材料做出限定，可以根据需要以及环境条件做出具体地选择。

如图1和图3所示，在本发明的一个具体的实施例中，在所述基层电容极板10的一个侧面设置有电容极板阵列20，电容极板阵列20与基层电容极板10之间设置有软性介质层301，且软性介质层301与基层电容极板10之间还设置有一硬质介质层302。

如图2和图3所示，在本发明的又一个具体的实施例中，在所述基层电容极板10的两个侧面设置有电容极板阵列20，在该实施例中，传感器包括一基层电容极板10，所述基层电容极板10上方由外向内依次设置有上电容基板阵列20a、上软性介质层301a、上硬质介质层302a；基层电容极板10下方由外向内依次设置有下电容基板阵列20b、下软性介质层301b、下硬质介质层302b。

以该实施例为例进行说明，图中的上电容基板阵列20a和下电容基板阵列20b分别包含了多个电容电极201，上电容基板阵列20a和下电容基板阵列20b的表面分别设置有保护层，防止电容电极与牙齿表面的接触，既保证了电容电极不受牙齿破坏又保障了传感器的卫生性及可清洗性。紧邻上电容基板阵列20a和下电容基板阵列20b的分别为上软质介质层301a和下软性介质层301b，可以在牙咬合时实现充分的贴合，如图4和图5所示，紧邻上软质介质层301a和下软性介质层301b的分别是上硬质介质层302a和下硬质介质层302b，硬质介质层302提供更大的咬合力形变，同时该硬质介质层302的介电常数大于软质介质层301的介电常数，可以实现小的形变下电容的较大变化，便于后期电容值的探测。上硬质介质层302a和下硬质介质层302b夹着基层电容极板10，该基层电容极板10为上电容基板阵列20a和下电容基板阵列20b的共电位极板，形成电容的参考点位。

本发明通过设置有可以发生形变的介质层，使得基层电容极板10在受到外界咬合力的情况下，其和电容极板阵列20之间的距离的变化，来测量牙齿的咬合力，本发明利用这种柔性的传感器，通过计算电容极板阵列20电容场的变化结合介质层形变情况对牙齿咬合面的咬合情况进行还原和计算，实时动态的还原牙齿咬合力情况。该传感器具有加工简单，能够反映牙齿立体咬合情况，能够实时反映咬合力的情况等特点。

另外，电容极板阵列20设置多个电容电极，通过设置多个电容电极来精确获取牙齿咬合的不同部位的形变量；另外可以通过设置多层介质层来测量不同咬合力，并且通过改变介质的介电常数来增加测量的精确度；不同介质的介电常数不同，基本原则为介电常数随硬度增加而增加。

另一方面，本发明提供一种牙齿咬合力检测装置，包括上述的牙齿咬合力检测传感器，其中电容极板阵列的每一个电容电极均连接有AD模块。

上述咬合力检测传感器咬合力的测试精准度取决于介质层30材料的介电常数的稳定性与电容计算的精度，具体见电容的计算公式。

电容的计算公式为：

由于电容的计算依赖介质层30材料的介电常数，因此介质层30材料的介电常数需要保持稳定才能进行更好的电容采集与后期计算。

介质层30的材料确定的情况下，电容极板阵列20的多个电容电极的测量精度取决于电容的计算精度，因此该咬合力检测传感器在每个电容电极节点连接有高速高精度AD模块，对其进行电容容值的采样。

进一步地，该检测装置还包括一分析模块，与所述AD模块连接，用于将接收到的电容值转化成咬合力。

在本发明的一个具体的实施例中，分析模块建立一个咬合力的模型，模型的建立通过人工智能算法的训练过程，通过带有标准压力传感器的不同形貌的假牙进行训练，通过对计算的咬合力与施加的压力进行对比不断训练模型，得到电容值与极板间间距d的关系，进而通过电容极板阵列拟合得到咬合过程中牙齿咀嚼面形貌空间分布，形成成熟的模型后，并利用不同形貌的假牙进行模型检验，从而完成人工智能算法模型的固化。

本发明的另一方面提供一种牙齿咬合力检测装置的检测方法，电容极板阵列20以及软质介质层301在咬合力的作用下发生形变，使得电容极板阵列20与基层电容极板10之间的距离发生改变，从而电容值发生改变。

进一步地，电容极板阵列中的而每个电容极板均连接有AD模块，用来接收并转化每个电容极板的电容值。

进一步地，分析模块通过人工智能算法建立咬合力的模型。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种牙齿咬合力检测传感器，其特征在于：该传感器包括：

一基层电容极板；

相对设置于所述基层电容极板的至少一个侧面的电容极板阵列；以及

填充于所述基层电容极板以及电容极板阵列之间的介质层，所述介质层至少包括一软质介质层，该软质介质层在受到外力的作用下可以发生形变。

2.根据权利要求1所述的牙齿咬合力检测传感器，其特征在于：所述电容极板阵列远离所述介质层的一侧设置有一保护层。

3.根据权利要求1所述的牙齿咬合力检测传感器，其特征在于：所述介质层还包括一硬质介质层，所述硬质介质层填充于所述软质介质层与基层电容极板之间。

4.根据权利要求1或2或3所述的牙齿咬合力检测传感器，其特征在于：在所述基层电容极板的一个侧面设置有电容极板阵列。

5.根据权利要求1或2或3所述的牙齿咬合力检测传感器，其特征在于：在所述基层电容极板的两个侧面设置有电容极板阵列。

6.一种牙齿咬合力检测装置，其特征在于：包括权利要求1至5中任意一项所述的牙齿咬合力检测传感器，其中电容极板阵列的每一个电容极板均连接有AD模块。

7.根据权利要求6所述的牙齿咬合力检测装置，其特征在于：还包括一分析模块，与所述AD模块连接，用于将接收到的电容值转化成咬合力。

8.一种权利要求6至7中任意一项所述的牙齿咬合力检测装置的检测方法，其特征在于：电容极板阵列以及软质介质层在咬合力的作用下发生形变，使得电容极板阵列与基层电容极板之间的距离发生改变，从而电容值发生改变。

9.根据权利要求8所述的牙齿咬合力检测装置的检测方法，其特征在于：电容极板阵列中的而每个电容电极均连接有AD模块，用来接收并转化每个电容电极的电容值。

10.根据权利要求8所述的牙齿咬合力检测装置的检测方法，其特征在于：分析模块通过人工智能算法建立咬合力的模型。

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