CN112545683A - 一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统 - Google Patents

一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：包括微系统信息采集设备、外设无线充电设备以及信息读取处理设备；其中，所述微系统信息采集设备包括微机械压力传感器、信息处理IC芯片和无线充电接收模块，所述微系统信息采集设备安装在牙齿表面作为牙齿矫治器的安装凸块。采用本发明的微系统，既能够准确的采集佩戴者的矫治器佩戴时间信息，还不会影响矫治器的佩戴舒适度。

Description

一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统
技术领域
本发明涉及一种微电子信息采集系统，尤其涉及应用在牙齿矫治器上的用于采集和监测佩戴信息的处理微系统。
背景技术
在中国专利CN107865663A中公开了一种牙齿附着用可穿戴式设备和牙齿固定用感应设备，并具体公开了：牙齿附着用可佩带式设备包括，感应患者的生物信息的传感部，和把上述传感部上感应的生物信息以数据储存，并发送上述储存的数据的通信控制部。并且，上述传感部，包括接触患者的舌头或者牙龈，或露出在口腔内部，感应唾液或者体温，感应患者的生物信息的传感头，和结合了上述传感头的传感芯片。并且，在上述传感头上，至少配备了热电元件，压电元件，化学物质检测元件，标记传感器中的某一个。并且，上述通信控制部，包括以数据形式储存在上述传感部感应的患者的生物信息的数据存储部，和远程发送上述数据存储部中储存的数据送信部。并且，还包括显示在上述数据送信部发送的数据的监控部。并且，上述监控部，为了显示上述数据，至少台式电脑，笔记本电脑，智能手机，为了远程传输作为显示设备被配备。上述传感部，为了不因为唾液而发生变形，至少一部分以疏水性涂层膜进行涂层处理。并且，本发明的牙齿附着用可穿戴式设备是形成与牙齿的齿形对应的牙齿附着部的牙齿附着用可穿戴式设备，包括与上述牙齿附着部的一面结合后，露出在口腔内，感应患者的体温的传感头，和利用在上述传感头上感应到的体温，测定上述牙齿附着部在牙齿上的附着时间的时间测定部。并且，上述传感头上，配备了热电元件，上述热电元件，只在设定温度发生电，在上述热电元件发生的电可以提供到上述时间测定部。
上述专利中的将感应器的传感头11、传感芯片12以及通信控制部20安装到牙齿附着部上，三者之间采用电线进行电连接(参见专利CN107865663A的说明书附图)。采用可穿戴式设备，比如说透明的矫正设备，采用感应到患者的体温，测定可穿戴设备在牙齿上附着时间。但是，上述方案中是将感应器间接地安装到可穿戴设备上或者通过有创的方式安装到牙床上。若是安装到可穿戴设备如牙齿矫正器上，必然会导致矫正器的结构复杂，并且穿戴之后引起佩戴者的强烈的异物感和不适感。而且，其采用三个部件(传感头11、传感芯片12以及通信控制部20)分离设置且电连接的方式，又是设置在牙齿附着部上，第一会导致患者口腔异物感严重，第二极有可能会因患者口腔湿度较高可能导致电连接失效而无法工作。另外，通过温度检测佩戴时间会收到环境因素影响，导致检测数据不准确。
在中国专利CN108784859A公开了了一种牙齿矫正系统，包括牙齿矫正器(例如隐形牙套)、(无源)射频标签和读卡器；牙齿矫正器和射频标签可被放置在口腔内部，读卡器可被放置在口腔外部。所述射频标签进一步包括IC芯片、供电电路、触点装置和调节电阻；IC芯片、供电电路和调节电阻位于牙齿矫正器内；触点装置贴合置于牙齿矫正器(优选舌侧)接触牙齿的面上，并且与调节电阻并联；所述触点装置包括没有接触连接的第一触点和第二触点，当第一触点和第二触点的全部或部分接触到牙齿表面时，第一、二触点能够形成电连接；所述触点装置和调节电阻用于控制供电电路在接收到读卡器发出的读取信号时向IC芯片供电……且所述读卡器每个固定时间T0(例如每10分钟，也可以非固定时间)读取所述射频标签的信息，记录读取状态信息Si；所述状态信息可用于判断所述牙齿矫正器的佩戴时间T。
上述专利中存在以下技术问题：第一，矫正器佩戴状态信息依赖于口腔外的全天候贴身携带的读卡器装置而持续不断读取射频标签才能达到有效收集完整数据的目的，基于射频技术的射频标签及读卡器的长时间贴身运用，其电磁辐射将直接威胁到佩戴者的人体健康。第二，上述专利中采用无源射频标签，而无源射频标签其体积是厘米量级的，也就是说，上述专利中的无源射频标签体积在10mm以上，至少也是8mm以上。那么上述专利将无源射频标签安装在牙齿矫正器内，且触点安装在牙齿矫正器(优选舌侧)接触牙齿的面。这样一来，必然需要重新设计牙齿矫正器的形状，需在矫正器内为射频标签留下安装腔室的位置，那么进一步地会导致矫正器舌侧具有向外突出的凸起部，造成患者口腔异物感严重，极大地影响了佩戴体验，甚至可能导致患者佩戴时常低而影响矫正效果。另外，由于需要在矫正器内设置用于安装无源射频标签的安装腔室，那么势必要牺牲矫正器与牙齿上的其中一个正畸附件的安装效果，如此可能会导致矫正器的施力效果不如预期进而影响矫正效果。第三，无源射频标签一般用于近距离接触式识别。无源射频标签工作在交低频段125KHz、13.56MHz等，其典型应用包括：公交卡、二代身份证、食堂餐卡等。而上述专利将读卡器即作为无源射频标签的充电设备，又作为信息读取设备。那么必须将读卡器与射频标签近距离设置，距离稍远既无法实现充电又无法实现信息读取。而对比文件中将读卡器设置安装在移动终端，将会导致读卡器无法及时对无源射频标签进行充电而导致其无法采集佩戴信息，还会因距离过远而导致信息采集失败，从而使得最终医生得到的佩戴信息不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微型的牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统。
为了实现上述目的，本发明是这样实现的：一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：包括微系统信息采集设备、外设无线充电设备以及信息读取处理设备；其中，所述微系统信息采集设备包括微机械压力传感器、信息处理IC芯片和无线充电接收模块，所述微系统信息采集设备安装在牙齿表面作为牙齿矫治器的安装凸块。采用上述方式，将信息采集设备作为矫治器的正畸附件(即凸块)安装到佩戴者的牙齿上，当佩戴者佩戴上矫治器之后，矫治器上的原本与正畸附件配合的凹槽与所述信息采集设备配合，信息采集设备上的微机械压力传感器受压并将信号传送到信息处理IC芯片中进行存储。所述外设无线充电设备仅对所述微系统信息采集设备进行无线充电进而保证佩戴矫治器时的实时监测，提高监测信息的准确性。而佩戴者经过一段矫治时间(如二周至八周不等)后，到医院复诊时医生可采用信息读取处理设备读取信息采集设备所采集到的佩戴时间信息，并根据所采集的信息对佩戴者下一周期的矫治进行规划。而且采用上述方式，微系统信息采集设备就如同一般的正畸附件一样粘贴在齿面上，完全不会影响佩戴者的舒适感和美观，能够保证信息采集的准确性和稳定性。
为进一步实现微系统信息采集设备的无线充电，所述无线充电接收模块包括与所述信息处理IC芯片及压力传感器连接的无线充电接收电路，所述无线充电接收电路包括电容C与接收电感。
为进一步能够实时监测佩戴情况，所述信息处理IC芯片内集成有非易失存储器，且所述信息处理IC芯片内部包括实时采集控制模块、实时时钟模块、非易失存储模块和串口模块；所述实时采集控制模块通过key端口实时采集微机械压力传感器感应的牙齿矫正器的佩戴状态信息，并将实时时钟模块的时间信息一起写入非易失存储模块。
为进一步提高监测准确性，所述信息处理IC芯片key端口内部电路带上拉功能。
实现微系统信息采集设备的无线充电，所述外设无线充电设备包括无线充电发射模块，所述无线充电发射模块包括无线充电发射电路，所述无线充电发射电路包括电源和与电源连接的整流电路、以及与所述电源和整流电路连接的发射电感。
优选的，所述信息读取处理设备包括读卡器与PC端。当然也可以为手机端或者其他读取设备、智能设备端。
为进一步提高舒适度，所述信息采集设备的厚度不大于1.5mm。
为进一步提高舒适度，所述信息采集设备的长x宽x厚不大于5mmx4mmx1.5mm。
有益效果：
本发明的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，将微型信息采集设备作为矫治器的正畸附件(即凸块)安装到佩戴者的牙齿上，当佩戴者佩戴上矫治器之后，矫治器上的凹槽与所述信息采集设备配合并通过传感器采集和监测佩戴信息。而所述微系统信息采集设备可通过外设的无线充电设备进行充电，保证佩戴矫治器时的实时监测，提高监测信息的准确性。佩戴者经过一段矫治时间(如二周至八周不等)后，到达医院复诊时医生可采用信息读取处理设备读取信息采集设备所采集到的佩戴时间信息，并可以根据所采集的信息对佩戴者下一周期的矫治进行规划。而且采用本发明的系统，微系统信息采集设备就如同一般的正畸附件一样粘贴在齿面上，完全不会影响佩戴者的舒适感和美观，同时不会影响医生的操作习惯，能够保证信息采集的准确性和稳定性。
另外，人体口腔内空间狭窄，舌头等皮肤敏感，因此过大尺寸的异物在口腔内会引起患者的不适感，而患者可能会因为不适感而减少佩戴时间进而影响矫正效果。本发明的方案相较于现有的牙齿矫治器佩戴时间监测设备而言，采用了内置的信息处理IC芯片(非易失存储器)、压力传感器和无线充电接收电路(小容量小体积的电容C)所构成的集成微系统信息采集设备，使其能够如同正畸附件一般大小(厚度小于1.5mm,长宽均不大于5mm)，真正实现了“微型”的监测处理微系统。使得佩戴者毫无不舒适感，保证患者在矫正周期内的佩戴时长，进而提高矫正效果。而且本发明中的微系统信息采集设备，采用内置的信息处理IC芯片(非易失存储器)，其依靠外部设备进行供电，能够长时地对佩戴信息进行采集，直到回诊时医生采用采用信息读取处理设备读取信息后才能重新改写。因此可长期可靠地存储信息，还避免因在口腔内内置电源或电线导致危险、以及避免因在口腔内设置射频标签产生辐射影响身体健康。
附图说明
图1为实施例中牙齿矫治器佩戴信息实时采集微系统的原理示意图；
图2为实施例中微系统信息采集设备的信息处理IC芯片内部结构框图；
图3为实施例中微系统信息采集设备与的原理示意信息读取处理设备原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例：如图1-3所示，本实施例提供一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，包括微系统信息采集设备、外设无线充电设备以及信息读取处理设备；所述微系统信息采集设备安设到佩戴者齿侧上用于采集牙齿矫治器的佩戴时间信息，所述外设无线充电设备用于对所述微系统信息采集设备进行无线充电以支撑其正常工作。所述信息读取处理设备用于获取微系统信息采集设备所采集的数据信息，供医生参考。
其中，所述微系统信息采集设备为块状，被预先安装在佩戴者牙齿上。本实施例中的安装方式采用粘贴的方式。且所述微系统信息采集设备可安装在佩戴者的唇侧或者舌侧，可安装在佩戴者的任何一颗磨牙上。在本实施例中，所述微系统信息采集设备安装在佩戴者大牙或磨牙的舌侧，且本实施例中的微系统信息采集设备作为安装牙齿矫治器的正畸附件粘贴在牙齿齿面上，并且向外凸起与牙齿矫治器上的凹槽相配合。因此，本实施例中的微系统信息采集设备的大小与一般的正畸附件大小一致。其厚度一般不超过1.5mm，本实施例中的微系统信息采集设备的长x宽x高基本为不大于5mmx4mmx1.5mm。
而所述外设无线充电设备可设置为佩戴者方便携带的且在有效充电范围内的配饰或其他设备。如项链、耳坠、耳挂、头饰、可夹在衣领上的配饰等。
所述信息读取设备一般为读卡器和PC端，也可采用手机作为数据读取端。
图1为本实施例中微系统信息采集设备内部结构图，包括信息处理IC芯片、微机械传感器压力开关和无线充电接收模块。其中，所述信心处理IC芯片为目前全球最低功耗的非易失存储芯片，待机电流3—6μA，工作电流0.1mA—0.5mA。所述无线充电接收模块包括无线充电接收电路，所述无线充电接收电路包括电容C和接收电感。所述电容接收无线充电之后对信息处理IC芯片供电。一旦佩戴者将牙齿矫治器戴上，牙齿矫治器将会与所述微系统信息采集设备接触，所述微机械传感器压力开关将感受到来自矫治器的压力，而所述信息处理IC芯片则开始采集佩戴时间信息。
所述外设无线充电设备包括无线充电发射模块的无线充电发射电路，具体的，所述无线充电发射电路包括微型电源，所述微型电源的正极连接有整流电路，所述整流电路由4个二极管串联而成，所述整流电路与所述微型电源的负极端连接有发射电感。通过发射电感与接收电感实现无线充电。其中，本实施例中的电容C体积和容量较小，电容C的体积为1-2mm的尺寸，在本实施例中，所述电容C体积为1mm。所述外设无线充电设备设置为每隔一定时间对所述微系统信息采集设备进行充电，每次充电时间仅为几秒，每次充电后所述微系统信息采集设备立即工作，自然放电，可持续使用几十分钟(如45分钟)以上。所述外设无线充电设备可对微系统信息采集设备的无线充电接收模块进行充电30次以上，当佩戴者吃饭或者将牙齿矫治器取下时，可同时将外设无线充电设备取下对其进行充电。
图2为所述信息处理IC芯片内部结构图，所述信息处理IC芯片内部由实时采集控制模块、实时时钟模块、非易失存储模块、串口模块构成。实时采集控制模块通过key端口实时采集牙齿矫正器的佩戴状态信息，并将实时时钟模块的时间信息一起写入非易失存储模块。当信息采集量达到一定程度后，医生可以利用读卡器通过串口模块提取已收集保存在非易失存储模块中的数据，供医患综合分析使用。
具体的，微机械传感器压力开关用于采集牙齿矫正器佩戴状态：当牙齿矫正器处于正常佩戴状态时，微机械传感器开关处于闭合状态，输入信息处理IC芯片key端口的逻辑状态为0；当牙齿矫正器处于非佩戴状态时，微机械传感器开关处于断开状态，输入信息处理IC芯片key端口的逻辑状态为1，其中信息处理IC芯片key端口内部电路带上拉功能。信息处理IC芯片通过key端口对牙齿矫正器佩戴状态进行实时监控：当处于佩戴状态的牙齿矫正器发生脱落或正常取下的事件时，信息处理IC芯片在key端口将采集到一个下降沿信号，信息处理IC芯片将记录该事件的信息，即在信息处理IC芯片内部集成的非易失存储器中保存该事件信息的数据；当牙齿矫正器从非佩戴状态恢复处于佩戴状态时，信息处理IC芯片在key端口将采集到一个上升沿信号，信息处理IC芯片将记录该佩戴动作事件的信息，即在信息处理IC芯片内部集成的非易失存储器中保存该佩戴动作事件信息的数据。
图3为牙齿矫正器信息采集系统的信息提取分析装置，包括信息处理IC芯片、读卡器和PC机(也可为手机或其他读取设备)。信息处理IC芯片与读卡器之间通过串口时钟端SCK、串口数据输入端SDI、串口数据输出端SDO和串口读写模式控制端R/W连接。当MODE连接GND时，读卡器可主动发起对信息处理IC芯片进行访问操作，即通过串口可对信息处理IC芯片的非易失存储模块进行数据的读写操作。当信息处理IC芯片中已收集保存了牙齿矫正器佩戴状态信息时，通过读卡器提取的数据可用于用户进一步综合分析使用。读卡器与PC机可通过通用接口(比如USB接口、UART接口等)连接，在PC机、手机或其他智能设备端，在应用软件的帮助下，更方便地对读卡器和信息处理IC芯片进行操作。
本实施例的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，将微型化信息采集设备作为矫治器的正畸附件(即凸块)安装到佩戴者的牙齿上，当佩戴者佩戴上矫治器之后，矫治器上的凹槽与所述信息采集设备配合并通过传感器采集和监测佩戴信息。而所述微系统信息采集设备可通过外设的无线充电设备进行充电，保证佩戴矫治器时的实时监测，提高监测信息的准确性。佩戴者经过一段矫治时间(如二周至八周不等)后，到达医院复诊时医生可采用信息读取处理设备读取信息采集设备所采集到的佩戴时间信息，并可以根据所采集的信息对佩戴者下一周期的矫治进行规划。而且采用本实施例的系统，微系统信息采集设备就如同一般的正畸附件一样粘贴在齿面上，完全不会影响佩戴者的舒适感和美观，同时不会影响医生的操作习惯，能够保证信息采集的准确性和稳定性。
另外，人体口腔内空间狭窄，舌头等皮肤敏感，因此过大尺寸的异物在口腔内会引起患者的不适感，而患者可能会因为不适感而减少佩戴时间进而影响矫正效果。本发明的方案相较于现有的牙齿矫治器佩戴时间监测设备而言，采用了内置的信息处理IC芯片(非易失存储器)、压力传感器和无线充电接收电路(小容量小体积的电容C)所构成的集成微系统信息采集设备，使其能够如同正畸附件一般大小(厚度小于1.5mm,长宽均不大于5mm)，真正实现了“微型”的监测处理微系统。使得佩戴者毫无不舒适感，保证患者在矫正周期内的佩戴时长，进而提高矫正效果。而且本发明中的微系统信息采集设备，采用内置的信息处理IC芯片(非易失存储器)，其依靠外部设备进行供电，能够长时地对佩戴信息进行采集，直到回诊时医生采用采用信息读取处理设备读取信息后才能重新改写。因此可长期可靠地存储信息，还避免因在口腔内内置电源或电线导致危险、以及避免因在口腔内设置射频标签产生辐射影响身体健康。

Claims (8)

1.一种用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：包括微系统信息采集设备、外设无线充电设备以及信息读取处理设备；其中，所述微系统信息采集设备包括微机械压力传感器、信息处理IC芯片和无线充电接收模块，所述微系统信息采集设备安装在牙齿表面作为牙齿矫治器的安装凸块。
2.如权利要求1所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述无线充电接收模块包括与所述信息处理IC芯片及压力传感器连接的无线充电接收电路，所述无线充电接收电路包括电容C与接收电感。
3.如权利要求1或2所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述信息处理IC芯片内集成有非易失存储器，且所述信息处理IC芯片内部包括实时采集控制模块、实时时钟模块、非易失存储模块和串口模块；所述实时采集控制模块通过key端口实时采集微机械压力传感器感应的牙齿矫正器的佩戴状态信息，并将实时时钟模块的时间信息一起写入非易失存储模块。
4.如权利要求3所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述信息处理IC芯片key端口内部电路带上拉功能。
5.如上述任一项权利要求所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述外设无线充电设备包括无线充电发射模块，所述无线充电发射模块包括无线充电发射电路，所述无线充电发射电路包括电源和与电源连接的整流电路、以及与所述电源和整流电路连接的发射电感。
6.如上述任一项权利要求所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述信息读取处理设备包括读卡器与PC端。
7.如上述任一项权利要求所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述信息采集设备的厚度不大于1.5mm。
8.如上述任一项权利要求所述的用于牙齿矫治器的佩戴信息采集监测处理微系统，其特征在于：所述信息采集设备的长x宽x厚不大于5mmx4mmx1.5mm。
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