EP2809233A1 - Capteur de forces occlusales - Google Patents

Capteur de forces occlusales

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Publication number
EP2809233A1
EP2809233A1 EP13702224.0A EP13702224A EP2809233A1 EP 2809233 A1 EP2809233 A1 EP 2809233A1 EP 13702224 A EP13702224 A EP 13702224A EP 2809233 A1 EP2809233 A1 EP 2809233A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
force sensor
sensor according
housing
cover
revolution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13702224.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Tarak Ben Zineb
Valérie BERRY-KROMER
Louis-Marc FAVOT
Mohamed HABOUSSI
Rachid RAHOUADJ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Institut National Polytechnique de Lorraine
Publication of EP2809233A1 publication Critical patent/EP2809233A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/224—Measuring muscular strength
    • A61B5/228—Measuring muscular strength of masticatory organs, e.g. detecting dental force
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04—Measuring instruments specially adapted for dentistry
    • A61C19/05—Measuring instruments specially adapted for dentistry for determining occlusion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2218—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being of the column type, e.g. cylindric, adapted for measuring a force along a single direction
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth
    • A61B5/4538—Evaluating a particular part of the muscoloskeletal system or a particular medical condition
    • A61B5/4542—Evaluating the mouth, e.g. the jaw
    • A61B5/4557—Evaluating bruxism

Definitions

  • the invention relates to an occlusal force sensor for measuring a clamping force between the teeth of a patient.
  • US 4,856,993 proposes a device for establishing a mapping of the clamping pressure between the teeth of a patient.
  • the principle is based on the modification of resistance between two electrodes separated by a polymer film.
  • Such a sensor requires specific electronics for amplification and analysis. It also requires a calibration of the sensor at each change. Therefore, because of its high cost, it is reserved today for limited use in research laboratories.
  • a sensor comprises two disks between which a piezoelectric or piezoelectric resistive element is inserted.
  • the sensor is covered with a plastic cover to facilitate the implementation of the clamping between the teeth.
  • JP 57-142531 shows a cylindrical sensor comprising a housing and a test body on which occlusal forces are transmitted.
  • the forces are distributed via a ring of viscoelastic material on an annular surface of the test body which is held on the housing by its periphery.
  • the use of a viscoelastic material which distributes the charge decreases the sensitivity of the test body and does not allow its miniaturization.
  • the aim of the invention is to provide a force sensor for the measurement of occlusal forces which is of good sensitivity, of small size to be able to fit between the teeth of a patient without excessively shifting the position of the temporomaxillary joints which remain thus in pure rotation.
  • the subject of the invention is a force sensor for measuring the occlusal forces of a jaw of a patient, the sensor comprising a tubular-shaped housing having an axis of revolution, the sensor comprising in addition to two bearing faces substantially perpendicular to the axis of revolution and intended to be clamped between the teeth of the patient, a test body mounted in the housing between the bearing faces and application means for applying the clamping forces on the test body, characterized in that the test body comprises a disc, the application means comprising a piston pressing a central zone of the disc on a first face and a ring at the periphery of the disc on a second face opposite the first face.
  • a sensor of this type can be made in a size small enough for the desired application.
  • the realization of the test body in the form of a disk with the application of the stress between the center and the periphery makes it possible to obtain a deformation of the disk with a good sensitivity.
  • the piston makes it possible to transmit forces corresponding only to the direction perpendicular to the disk, without taking into account shear forces.
  • strain gauges are placed on the second face of the disc.
  • the gauges are not hindered by the presence of the piston. They are arranged on a surface subjected to deformation, which guarantees the sensitivity.
  • surface acoustic wave sensors may be considered to measure the strain or stress to which the test body is subjected.
  • the housing and the ring comprise a notch through which a cable passes and is electrically connected to the strain gauges.
  • the output of the cable is located on the cylindrical portion which is disengaged from the bearing faces, and therefore does not hinder the application of forces on the sensor.
  • the cable is the meeting of several electrical conductors, with or without sheath.
  • the strain gauges are distributed symmetrically with respect to a plane passing through the axis of revolution and in the middle of the notch. Small imperfections in the deformation of the disk likely to be caused by the presence of the notch are symmetrical and affect the strain gauges equally on each side of the plane. Thus, these imperfections have no influence on the measurement.
  • the piston is guided by a slide centered in the housing.
  • the direction of his action is maintained permanently.
  • the ring is in one piece with the disk and bears against a cap which carries a first of the support faces.
  • the ring makes it possible to maintain a spacing between the disc and the cap, so as to accommodate the strain gauges and the cable, and to allow the flexion of the disc. In addition, it imposes installation conditions at the periphery of the disc. This strongly limits the arrow in the center of the disc by a factor of about 4 compared to a free edge. It is thus possible to reduce the thickness of the disk and consequently the total thickness of the sensor.
  • the crown also preserves the demountability of the test body, which would be impossible if the test body was in one piece with the housing.
  • the hat materializes the first bearing surface and transmits the forces at the periphery of the disc through the crown.
  • the second of the bearing faces is carried by a pellet which is in contact with a ball joint with the piston.
  • the ball joint makes it possible to obtain a force that applies along the axis of revolution and a controlled deformation of the disk.
  • the surface of the pellet is, for example, curved so that it fits easily in a hollow of the patient's dentition.
  • the ball joint is formed by a conically shaped recess in the pellet and by a spherical shape of the end of the piston which is housed in the hollow.
  • the realization of these forms is easy, for example by machining with the tip of a drill for the hollow and a form tool for the spherical shape of the piston.
  • the pellet is held in the housing by means of a ring of flexible material surrounding the pellet.
  • the pellet is thus held in place without its mobility being greatly affected in relation to the forces to be measured and the expected displacements of the piston and the pellet.
  • the housing comprises a handle extending substantially perpendicular to the axis of revolution.
  • the sensor can thus be placed between the jaws while being held manually in place thanks to the handle.
  • the handle is of substantially flat shape. It thus includes an orientation reference which is easily visualized and maintained manually by the practitioner during the measuring operation.
  • the cable is housed in the handle. It is therefore protected and does not affect the behavior of the sensor by the practitioner.
  • the output of the cable is deported outside the patient's mouth.
  • the sensor may further comprise a cover of flexible material, the cover comprising two mattresses extending on the respective bearing faces.
  • the patient is not embarrassed by a too hard support in contact with the sensor. It can develop occlusal force without restriction, and the measurement is representative of the patient's abilities.
  • the cover is made of silicone elastomer.
  • This material has good elastic behavior, good mechanical strength and tear, and a possibility of sterilization by heat treatment.
  • the cover comprises for example a cavity between the mattress shape adapted to that of the housing.
  • the housing fits into the cavity by possible elastic deformation and is maintained without other means of attachment. It can be removed just as easily for disposal in a single use or cleaned.
  • the cavity can be closed or open.
  • Figure 1 is a perspective view of a force sensor according to an embodiment of the invention, equipped with a cover;
  • FIG. 1 is a sectional view of the sensor of Figure 1, without the cover;
  • Figure 3 is a view of the strain gauges fitted to the sensor
  • Figure 4 is a longitudinal sectional view along the line IV-IV of Figure 5 of a housing and a sensor handle with a cover;
  • Figure 5 is a top view of the housing and the handle of Figure 4 without the cover;
  • Figure 6 is a perspective view of the cover of Figure 1, seen from the front;
  • Figure 7 is a view of the cover of Figure 6 through the rear;
  • Figure 8 is a view similar to Figure 6 of a second embodiment of the cover
  • FIG. 9 is a diagram showing the response of the sensor without cover subjected to a clamping force
  • Figure 10 is a diagram similar to Figure 10 for a sensor with cover according to the first and second embodiment.
  • FIG. 1 A force sensor for measuring the occlusal forces of a jaw of a patient is shown in particular in FIG. 1.
  • the sensor comprises a housing 1 of tubular shape and having an axis of revolution R, a handle 2 extending perpendicularly to the axis of revolution R and a cover 3 which surrounds the housing 1.
  • the handle 2 is of substantially flat shape like a tongue, in a plane perpendicular to the axis of revolution R, and has a width equivalent to that of the casing 1.
  • the force sensor is intended to be placed in a mouth, between the maxillae of a patient so that teeth are in the axis of revolution R of the housing 1, as if the patient was going to chew the sensor.
  • the cover 3 comprises two mattresses 30 which extend along two bearing faces 11, 12 of the sensor, the bearing faces 11, 12 being substantially perpendicular to the axis of revolution R.
  • the handle 2 and the housing 1 are made in one piece. They are made for example by machining a metal block, for example stainless steel.
  • the handle 2 comprises a longitudinal groove 20 in which an electric cable 4 is inserted.
  • a cover 21 is fixed over the groove 20 to close it.
  • the handle 2 comprises a cavity 22 for housing a connector, not shown, connected to the cable 4.
  • the senor comprises a test body 13 mounted in the housing 1 between the bearing faces 11, 12 and application means 10 for applying the clamping forces to the test body 13.
  • the test body 13 comprises a disc 130 extending perpendicular to the axis of revolution R.
  • the application means 10 comprise a piston 101 pressing on a central zone 1300 of the disc 130 on a first face 1301 and a pellet 102 which is in contact according to a ball joint with the piston 101.
  • the piston 101 is guided by a slide 103 centered in the housing 1 and which abuts against the first face 1301 of the test body 13 at the periphery of the disk 130.
  • the application means 10 further comprise a ring gear 104 at the periphery of the disk 130 on a second face 1302 opposite the first face 1301 and which is in one piece with the disk 130
  • the application means 10 further comprise a cap 105 which carries a first of the bearing faces 11 and against which the ring 104 bears.
  • the cap 105 is fitted into the casing 1 and is held there by gluing. It could also be fixed by screwing.
  • the pellet 102 bears the second bearing surface 12 of the sensor. It is held in the housing 1 via a ring 1020 of flexible material surrounding the pellet 102.
  • the ring 1020 is made for example of silicone elastomer, depositing it in place in the polymerization phase.
  • the ring 1020 allows the pellet 102 the ability to move along the axis of revolution R or pivoting on the piston 101. It also carries the seal of the sensor.
  • the connection with the piston 101 is made by a recess 1021 of conical shape in the pellet 102 and a spherical shape 1010 of the end of the piston 101 which is housed in the recess 1021.
  • the sensor further comprises strain gauges 14 which are placed on the second face 1302 of the disk 130.
  • the second face 1302 is the most accessible to fix the strain gauges 14.
  • the strain gauges 14 transform a surface deformation into a variation of electrical resistance, in a manner known per se. This resistance variation gives access to a measurement of the force applied to the sensor. There is a good linearity between the force and the measure.
  • the strain gauges 14 comprise for example two first networks 140, each first network comprising a series of son which extend radially relative to the disk 130, the son being connected together in staggered rows. The series of wires thus forms a single conductor connected at its ends to connection pads for the wires of the cable 4.
  • the strain gauges 14 further comprise two second networks 141, each second network 141 comprising a series of wires which extend in semicircles centered with respect to the disc 130, the son being connected together in staggered rows.
  • the series of wires thus forms a single conductor connected at its ends to connection pads for the wires of the cable 4.
  • the housing 1 and the crown 104 comprise a notch 15 in the extension of the groove 20 of the handle 2 and through which the cable 4 passes and is electrically connected to the strain gauges 14.
  • the networks 140 of the strain gauges 14 are distributed symmetrical with respect to a plane P passing through the axis of revolution R and in the middle of the notch 15, with for example a first network 140 and a second network 141 on either side of the plane P.
  • the cover 3 is made of flexible material, for example silicone elastomer.
  • the two mattresses 30 are connected by two parallel side walls 31 delimiting a cavity 33 between them and the mattresses 30.
  • the cavity 33 has a shape adjusted to that of the housing 1, so as to conform to its shape and to be positioned from repeatable way on the case 1.
  • cover 3 ' in Figure 8, it further comprises a bottom wall 32 which closes the cavity 33' and which serves as a stop when introducing the cover 3 on the case 1.
  • the sensor thus produced has a total thickness of 7.5 mm for a diameter of 14 mm. Qualification measures were carried out. The results are illustrated in Figures 9 and 10.
  • the curves A and B of FIG. 9 show the deformation measured by the strain gauges 14 as a function of the force applied between the bearing faces 11, 12, curve A with ION steps and curve B with steps of 20N.
  • the lines Ai and Bi show the linear interpolation of curves A and B, respectively, and show an acceptable linearity of the sensor response.
  • FIG. 10 measurements have been made on the sensor with the cover 3 according to the first embodiment for the curve E, and according to the second embodiment for the curves C and D.
  • the curve C corresponds to a loading with ION steps and the D curve at a load with 20N steps
  • the lines Ci, Di and Ei represent the linear interpolation for the curves C, D and E. These lines show a good linearity for the cover 3 of the first one. embodiment, and an acceptable linearity with an offset of the origin for the cover 3 'according to the second embodiment. If preference is given to the accuracy of the measurements, the first embodiment of the cover 3 will be preferred.

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Abstract

Un capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient comporte un boîtier (1) de forme tubulaire et ayant un axe de révolution (R), deux faces d'appui (11, 12) sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution (R) et destinées à être serrées entre les dents du patient, un corps d'épreuve (13) monté dans le boîtier (1) entre les faces d'appui (11, 12) et des moyens d'application (10) pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve (13). Le corps d'épreuve (13) comporte un disque (130), les moyens d'application (10) comportant un piston (101) appuyant sur une zone centrale (1300) du disque (130) sur une première face (1301) et une couronne (104) à la périphérie du disque (130) sur une deuxième face (1302) à l'opposé de la première face (1301).

Description

Capteur de forces occlusales.
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un capteur de forces occlusales destiné à mesurer une force de serrage entre les dents d'un patient.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Dans le domaine de l'odontologie, il peut être important pour les praticiens de connaître les forces occlusales développées par leurs patients, c'est-à-dire les forces avec lesquelles ils tendent à fermer la mandibule contre le maxillaire. L'intérêt de cette mesure est multiple :
- elle peut servir d'élément de diagnostic dans la prévention du bruxisme.
elle permet au chirurgien-dentiste de définir rapidement et simplement à quelle classe de forces occlusales appartient son patient dans un objectif diagnostic et curatif.
elle peut servir au dimensionnement d'éléments prothétiques classiques ou implantés chez le patient.
Le document US 4,856,993 propose un dispositif permettant d'établir une cartographie de la pression de serrage entre les dents d'un patient. Le principe est basé sur la modification de résistance entre deux électrodes séparées par un film en polymère. Un tel capteur nécessite une électronique spécifique d'amplification et d'analyse. Il nécessite également un étalonnage du capteur à chaque changement. C'est pourquoi, en raison aussi de son coût élevé, il est réservé aujourd'hui à un usage limité aux laboratoires de recherche.
Le document US 2008/0096160 montre un dispositif de mesure de forces occlusales comportant deux unités de mesure destinées à chaque branche de l'arcade. Les unités de mesure sont basées sur des capteurs à jauges de déformation, mais leur constitution n'est pas détaillée.
Le document DE 10 2007 024479 montre une méthode de dimensionnement de prothèses dentaires basée sur la mesure de forces occlusales maximales. Un capteur comporte deux disques entre lesquels un élément sensible piézoélectrique ou piézo-résistif est inséré. Le capteur est recouvert d'une housse en matière synthétique pour faciliter la mise en œuvre du serrage entre les dents.
Le document JP 57-142531 montre un capteur de forme cylindrique comportant un boîtier et un corps d'épreuve sur lequel des forces occlusales sont transmises. Les forces sont réparties par l'intermédiaire d'un anneau de matière viscoélastique sur une surface annulaire du corps d'épreuve qui est maintenu sur le boîtier par sa périphérie. L'utilisation d'une matière viscoélastique qui répartit la charge diminue la sensibilité du corps d'épreuve et ne permet pas sa miniaturisation.
OBJECTIFS DE L'INVENTION
L' invention vise à fournir un capteur de force pour la mesure de forces occlusales qui soit de bonne sensibilité, de petite taille pour pouvoir s'insérer entre les dents d'un patient sans décaler excessivement la position des articulations temporo-maxillaires qui restent ainsi en rotation pure.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient, le capteur comportant un boîtier de forme tubulaire et ayant un axe de révolution, le capteur comportant en outre deux faces d' appui sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution et destinées à être serrées entre les dents du patient, un corps d'épreuve monté dans le boîtier entre les faces d'appui et des moyens d'application pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve, caractérisé en ce que le corps d'épreuve comporte un disque, les moyens d'application comportant un piston appuyant sur une zone centrale du disque sur une première face et une couronne à la périphérie du disque sur une deuxième face à l'opposé de la première face.
Un capteur de ce type peut être réalisé dans une taille suffisamment petite pour l'application souhaitée. La réalisation du corps d'épreuve sous la forme d'un disque avec l'application de la contrainte entre le centre et la périphérie permet d' obtenir une déformation du disque avec une bonne sensibilité. Le piston permet de transmettre des efforts correspondant uniquement à la direction perpendiculaire au disque, sans prendre en compte des efforts de cisaillement.
Selon une disposition constructive, des jauges de déformation sont placées sur la deuxième face du disque. Les jauges ne sont pas gênées par la présence du piston. Elles sont disposées sur une surface soumise à la déformation, ce qui garantit la sensibilité. A la place des jauges de déformation, on peut envisager des capteurs à ondes acoustiques de surface pour mesurer la déformation ou la contrainte à laquelle le corps d'épreuve est soumis.
Selon une disposition particulière, le boîtier et la couronne comportent une encoche par laquelle un câble passe et est relié électriquement aux jauges de déformation. La sortie du câble se situe sur la partie cylindrique qui est dégagée des faces d'appui, et donc ne gêne pas l'application des forces sur le capteur. Le câble est la réunion de plusieurs conducteurs électriques, avec ou sans gaine.
Selon un perfectionnement, les jauges de déformation sont réparties de manière symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de révolution et au milieu de l'encoche. Les petites imperfections dans la déformation du disque susceptibles d'être causées par la présence de l'encoche sont symétriques et affectent les jauges de déformation de manière égale de chaque côté du plan. Ainsi, ces imperfections n'ont pas d'influence sur la mesure.
Selon une disposition constructive, le piston est guidé par une glissière centrée dans le boîtier. La direction de son action est maintenue en permanence.
De manière particulière, la couronne est d'un seul tenant avec le disque et est en appui contre un chapeau qui porte une première des faces d'appui. La couronne permet de maintenir un écartement entre le disque et le chapeau, de manière à loger les jauges de déformation et le câble, et à permettre la flexion du disque. De plus, elle impose des conditions d'encastrement à la périphérie du disque. Ceci limite fortement la flèche au centre du disque, d'un facteur d'environ 4 par rapport à un bord libre. On peut ainsi réduire l'épaisseur du disque et en conséquence l'épaisseur totale du capteur. La couronne permet également de préserver la démontabilité du corps d'épreuve, ce qui serait impossible si le corps d'épreuve était d'un seul tenant avec le boîtier. Le chapeau matérialise la première surface d'appui et transmet les forces en périphérie du disque grâce à la couronne.
Par ailleurs, la deuxième des faces d'appui est portée par une pastille qui est en contact selon une rotule avec le piston. La liaison rotule permet d'obtenir une force qui s'applique selon l'axe de révolution et une déformation contrôlée du disque. La surface de la pastille est par exemple bombée de manière à ce qu'elle se loge facilement dans un creux de la dentition du patient .
Selon une disposition constructive, la liaison rotule est réalisée par un creux de forme conique dans la pastille et par une forme sphérique de l'extrémité du piston qui se loge dans le creux. La réalisation de ces formes est aisée, par exemple par usinage avec la pointe d'un foret pour le creux et par un outil de forme pour la forme sphérique du piston.
Selon un perfectionnement, la pastille est maintenue dans le boîtier par l'intermédiaire d'un anneau en matière souple entourant la pastille. La pastille est ainsi maintenue en place sans que sa mobilité soit grandement affectée en rapport avec les forces à mesurer et les déplacements attendus du piston et de la pastille.
Selon une autre caractéristique, le boîtier comporte un manche s' étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution. Le capteur peut ainsi être placé entre les mâchoires tout en étant maintenu manuellement en place grâce au manche.
De manière particulière, le manche est de forme sensiblement plate. Il comporte ainsi une référence d'orientation qui est facilement visualisée et maintenue manuellement par le praticien pendant l'opération de mesure .
De manière avantageuse, le câble est logé dans le manche. Il est donc protégé et n'affecte pas la tenue du capteur par le praticien. De plus, la sortie du câble est déportée en dehors de la bouche du patient.
Le capteur peut comporter en outre une housse en matière souple, la housse comportant deux matelas s' étendant sur les faces d'appui respectives. Le patient n'est pas gêné par un appui trop dur au contact du capteur. Il peut développer la force occlusale sans restriction, et la mesure est représentative des capacités du patient.
De manière particulière, la housse est en élastomère de silicone. Cette matière a un bon comportement élastique, une bonne résistance mécanique et au déchirement, ainsi qu'une possibilité de stérilisation par traitement thermique.
La housse comporte par exemple une cavité entre les matelas de forme adaptée à celle du boîtier. Le boîtier s'insère dans la cavité par une éventuelle déformation élastique et s'y maintient sans autre moyen de fixation. Elle s'enlève tout aussi facilement pour être jetée dans le cas d'un usage unique ou nettoyée. La cavité peut être fermée ou débouchante.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur de force conforme à un mode de réalisation de l'invention, équipé d'une housse ;
- la figure 2 est une vue en coupe du capteur de la figure 1, sans la housse ;
la figure 3 est une vue des jauges de déformation qui équipent le capteur ;
la figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne IV-IV de la figure 5 d'un boîtier et d'un manche du capteur avec un capot ;
la figure 5 est une vue de dessus du boîtier et du manche de la figure 4 sans le capot ;
la figure 6 est une vue en perspective de la housse de la figure 1, vue par l'avant ;
la figure 7 est une vue de la housse de la figure 6 par 1 ' arrière ;
la figure 8 est une vue similaire à la figure 6 d'une deuxième mode de réalisation de la housse ;
- la figure 9 est un diagramme montrant la réponse du capteur sans housse soumis à une force de serrage ;
la figure 10 est un diagramme similaire à la figure 10 pour un capteur avec housse selon le premier et le deuxième mode de réalisation. DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Un capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient est montré en particulier sur la figure 1. Le capteur comporte un boîtier 1 de forme tubulaire et ayant un axe de révolution R, un manche 2 s' étendant perpendiculairement à l'axe de révolution R et une housse 3 qui entoure le boîtier 1. Le manche 2 est de forme sensiblement plate comme une languette, selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution R, et a une largeur équivalente à celle du boîtier 1.
Le capteur de force est destiné à être placé dans une bouche, entre les maxillaires d'un patient de telle sorte que des dents soient dans l'axe de révolution R du boîtier 1, comme si le patient allait mastiquer le capteur. La housse 3 comporte deux matelas 30 qui s'étendent le long de deux faces d'appui 11, 12 du capteur, les faces d'appui 11, 12 étant sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution R.
Comme le montrent les figures 4 et 5, le manche 2 et le boîtier 1 sont réalisés d'un seul tenant. Ils sont réalisés par exemple par usinage d'un bloc métallique, par exemple en acier inoxydable. Le manche 2 comporte une rainure 20 longitudinale dans laquelle un câble 4 électrique est inséré. Un capot 21 est fixé par-dessus la rainure 20 pour la fermer. A l'extrémité opposée au boîtier 1, le manche 2 comporte une cavité 22 pour loger un connecteur, non représenté, relié au câble 4.
En se référant à la figure 2, le capteur comporte un corps d'épreuve 13 monté dans le boîtier 1 entre les faces d'appui 11, 12 et des moyens d'application 10 pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve 13. Le corps d'épreuve 13 comporte un disque 130 s' étendant perpendiculairement à l'axe de révolution R. Les moyens d'application 10 comportent un piston 101 appuyant sur une zone centrale 1300 du disque 130 sur une première face 1301 et une pastille 102 qui est en contact selon une liaison rotule avec le piston 101. Le piston 101 est guidé par une glissière 103 centrée dans le boîtier 1 et qui vient en appui contre la première face 1301 du corps d'épreuve 13 en périphérie du disque 130. Les moyens d'application 10 comportent en outre une couronne 104 à la périphérie du disque 130 sur une deuxième face 1302 à l'opposé de la première face 1301 et qui est d'un seul tenant avec le disque 130. Les moyens d'application 10 comportent en outre un chapeau 105 qui porte une première des faces d'appui 11 et contre lequel la couronne 104 est en appui. Le chapeau 105 est emboîté dans le boîtier 1 et y est maintenu par collage. Il pourrait aussi être fixé par vissage.
La pastille 102 porte la deuxième face d'appui 12 du capteur. Elle est maintenue dans le boîtier 1 par l'intermédiaire d'un anneau 1020 en matière souple entourant la pastille 102. L'anneau 1020 est réalisé par exemple en élastomère de silicone, en le déposant en place en phase de polymérisation. L'anneau 1020 laisse à la pastille 102 la possibilité de se déplacer selon l'axe de révolution R ou en pivotement sur le piston 101. Il réalise aussi l'étanchéité du capteur. La liaison avec le piston 101 est réalisée par un creux 1021 de forme conique dans la pastille 102 et par une forme sphérique 1010 de l'extrémité du piston 101 qui se loge dans le creux 1021.
Le capteur comporte en outre des jauges de déformation 14 qui sont placées sur la deuxième face 1302 du disque 130. La deuxième face 1302 est la plus accessible pour fixer les jauges de déformation 14. Les jauges de déformation 14 transforment une déformation de surface en une variation de résistance électrique, d'une manière connue en soi. Cette variation de résistance donne accès à une mesure de la force appliquée sur le capteur. On constate une bonne linéarité entre la force et la mesure. Les jauges de déformation 14 comportent par exemple deux premiers réseaux 140, chaque premier réseau comportant une série de fils qui s'étendent radialement par rapport au disque 130, les fils étant reliés entre eux en quinconce. La série de fils forme ainsi un seul conducteur relié à ses extrémités à des plots de connexion pour les fils du câble 4. Les jauges de déformation 14 comportent en outre deux seconds réseaux 141, chaque second réseau 141 comportant une série de fils qui s'étendent en demi-cercles centrés par rapport au disque 130, les fils étant reliés entre eux en quinconce. La série de fils forme ainsi un seul conducteur relié à ses extrémités à des plots de connexion pour les fils du câble 4.
Le boîtier 1 et la couronne 104 comportent une encoche 15 dans le prolongement de la rainure 20 du manche 2 et par laquelle le câble 4 passe et est relié électriquement aux jauges de déformation 14. Les réseaux 140 des jauges de déformation 14 sont répartis de manière symétrique par rapport à un plan P passant par l'axe de révolution R et au milieu de l'encoche 15, avec par exemple un premier réseau 140 et un second réseau 141 de part et d'autre du plan P.
La housse 3 est réalisée en matière souple, par exemple en élastomère de silicone. Les deux matelas 30 sont reliés par deux parois latérales 31 parallèles entre elles en délimitant une cavité 33 entre elles et les matelas 30. La cavité 33 a une forme ajustée à celle du boîtier 1, de manière à épouser sa forme et à être positionnée de manière répétable sur le boîtier 1.
Dans un deuxième mode de réalisation de la housse 3', montrée sur la figure 8, celle-ci comporte en outre une paroi de fond 32 qui obture la cavité 33' et qui sert ainsi de butée lors de l'introduction de la housse 3 sur le boîtier 1.
Le capteur ainsi réalisé a une épaisseur totale de 7,5 mm pour un diamètre de 14 mm. Des mesures de qualification ont été réalisées. Les résultats sont illustrés par les figures 9 et 10.
Des mesures ont d'abord été réalisées sur le capteur sans housse 3. Les courbes A et B de la figure 9 montrent la déformation mesurée par les jauges de déformation 14 en fonction de la force appliquée entre les faces d'appui 11, 12, la courbe A avec des pas de ION et la courbe B avec des pas de 20N. Les droites Ai et Bi montrent l'interpolation linéaire des courbes respectivement A et B et montrent une linéarité acceptable de la réponse du capteur.
Sur la figure 10, des mesures ont été réalisées sur le capteur avec la housse 3 selon le premier mode de réalisation pour la courbe E, et selon le deuxième mode de réalisation pour les courbes C et D. La courbe C correspond à un chargement avec des pas de ION et la courbe D à un chargement avec des pas de 20N Les droites Ci, Di et Ei représentent l'interpolation linéaire pour les courbes respectivement C, D et E. Ces droites montrent une bonne linéarité pour la housse 3 du premier mode de réalisation, et une linéarité acceptable avec un décalage de l'origine pour la housse 3' selon le deuxième mode de réalisation. Si on privilégie la précision des mesures, on préférera le premier mode de réalisation de la housse 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient, le capteur comportant un boîtier (1) de forme tubulaire et ayant un axe de révolution (R) , le capteur comportant en outre deux faces d'appui (11, 12) sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution (R) et destinées à être serrées entre les dents du patient, un corps d'épreuve (13) monté dans le boîtier (1) entre les faces d'appui (11, 12) et des moyens d'application (10) pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve (13), caractérisé en ce que le corps d'épreuve (13) comporte un disque (130), les moyens d'application (10) comportant un piston (101) appuyant sur une zone centrale du disque (130) sur une première face (1301) et une couronne (104) à la périphérie du disque (130) sur une deuxième face (1302) à l'opposé de la première face (1301) .
2. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel des jauges de déformation (14) sont placées sur la deuxième face (1302) du disque (130).
3. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le boîtier (1) et la couronne (104) comportent une encoche (15) par laquelle un câble (4) passe et est relié électriquement aux jauges de déformation (14) .
4. Capteur de force selon la revendication 3, dans lequel les jauges de déformation (14) sont réparties de manière symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de révolution (R) et au milieu de l'encoche (15) .
5. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le piston (101) est guidé par une glissière (103) centrée dans le boîtier (1) .
6. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel la couronne (104) est d'un seul tenant avec le disque (130) et est en appui contre un chapeau (105) qui porte une première des faces d'appui (11) .
7. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel la deuxième des faces d'appui (12) est portée par une pastille (102) qui est en contact selon une rotule avec le piston (101) .
8. Capteur de force selon la revendication 7, dans lequel la liaison rotule est réalisée par un creux (1021) de forme conique dans la pastille (102) et par une forme sphérique (1010) de l'extrémité du piston (101) qui se loge dans le creux (1021) .
9. Capteur de force selon la revendication 7, dans lequel la pastille (102) est maintenue dans le boîtier (1) par l'intermédiaire d'un anneau (1020) en matière souple entourant la pastille (102) .
10. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le boîtier (1) comporte un manche (2) s' étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution ( R ) ·
11. Capteur de force selon la revendication 10, dans lequel le manche (2) est de forme sensiblement plate.
12. Capteur selon les revendications 3 et 10 prises en combinaison, dans lequel le câble (4) est logé dans le manche (2 ) .
13. Capteur de force selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une housse (3) en matière souple, la housse (3) comportant deux matelas 30 s' étendant sur les faces d'appui (11, 12) respectives.
14. Capteur de force selon la revendication 13, dans lequel la housse (3) est en élastomère de silicone.
15. Capteur de force selon la revendication 13, dans lequel la housse (3) comporte une cavité (33, 33' ) entre les matelas (30) de forme adaptée à celle du boîtier (1) .
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