ES2910424T3

ES2910424T3 - Métodos y sistemas para medir y evaluar la estabilidad de implantes médicos

Info

Publication number: ES2910424T3
Application number: ES18763599T
Authority: ES
Inventors: I-Yeu Shen; John Sorensen; Naseeba Khouja; Wei Tai
Original assignee: University of Washington
Current assignee: University of Washington
Priority date: 2017-03-10
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-03-12
Also published as: KR102468226B1; WO2018165674A1; US20200060612A1; JP7288670B2; EP3592227A4; EP3592227B1; JP2020515311A; CN110582230B; EP3592227A1; CN110582230A; US11944452B2; KR20190137093A

Abstract

Un método para detectar la estabilidad de un implante (302, 310, 800) médico, comprendiendo el método: aplicar una fuerza al implante (302) médico con una sonda (400, 500, 600, 700, 812) y medir la fuerza usando un sensor (316) de fuerza; con base en la fuerza aplicada, medir una vibración del implante (302, 310, 800) médico a través de un sensor (314, 402, 502, 602) de vibración; comparar la vibración medida del implante médico con base en la fuerza aplicada con un modelo de elementos finitos del implante médico; y con base en la comparación, determinar un coeficiente de rigidez angular del implante (302, 310, 800) médico, en donde el coeficiente de rigidez angular corresponde a una rigidez de una rotación alrededor de un eje perpendicular a una línea central del implante (302, 310, 800) médico, y en donde el coeficiente de rigidez angular indica una estabilidad del implante (302, 310, 800) médico.

Description

DESCRIPCIÓN

Métodos y sistemas para medir y evaluar la estabilidad de implantes médicos

Antecedentes

A menos que se indique lo contrario en el presente documento, los materiales descritos en esta sección no son estado de la técnica con respecto a las reivindicaciones de esta solicitud y no se admiten como estado de la técnica por su inclusión en esta sección.

Los implantes médicos se usan comúnmente en una diversidad de procedimientos médicos. Un implante médico que es particularmente común son los implantes dentales. Los implantes dentales se utilizan ampliamente para el reemplazo de dientes y se consideran el tratamiento de elección por su confiabilidad, longevidad y conservación de la estructura dental. El número de implantes dentales colocados ha crecido significativamente en la última década. De acuerdo con la Academia Estadounidense de Odontología de Implantes, se colocan aproximadamente 500,000 implantes dentales cada año y aproximadamente 3 millones de personas tienen implantes dentales solo en los Estados Unidos. La estabilidad primaria es un factor significativo en el éxito del tratamiento con implantes dentales. La estabilidad primaria se crea mediante el enclavamiento mecánico del implante en la estructura ósea circundante. La estabilidad secundaria es la unión estructural, funcional y biológica directa entre las células óseas vivas ordenadas y el implante, lo que se conoce como osteointegración. Lograr suficiente estabilidad primaria es un factor importante que conduce a una estabilidad secundaria efectiva.

Como un indicador crítico de la salud del implante, la evaluación de la estabilidad del implante dental ha demostrado ser uno de los procedimientos más desafiantes para los médicos. Se ha realizado una gran cantidad de investigación sobre la estabilidad de los implantes dentales, pero no hay criterios disponibles para los estándares de medición. Las radiografías son el método más utilizado para la evaluación clínica de los implantes, pero normalmente son bidimensionales y solo proporcionan una representación parcial del estado del implante. Otra técnica común y sencilla es el método de percusión en donde los médicos simplemente golpean el implante con un instrumento metálico. Un sonido sordo indica un implante potencialmente comprometido. Esta técnica es muy subjetiva.

En consecuencia, existe una gran necesidad clínica de un dispositivo no invasivo con un alto nivel de sensibilidad capaz de detectar pequeños cambios en la estabilidad del implante dental. Un dispositivo capaz de medir cambios más pequeños en la estabilidad del implante sería útil de diversas maneras, que incluyen: evaluación en diferentes etapas de curación hacia una osteointegración exitosa, ayudar en el diagnóstico crítico y la planificación del tratamiento, facilitar el proceso de decisión sobre cuándo se debe cargar un implante y para monitorizar el estado del implante en las visitas de revisión.

Algunos dispositivos no invasivos actuales utilizados para evaluar la estabilidad de los implantes se basan en la medición de la frecuencia de resonancia del sistema implante-hueso. En primer lugar, estos dispositivos no miden la rigidez en la interfaz implante-hueso, lo cual es lo que determina la estabilidad del implante. En segundo lugar, estas pruebas a menudo se realizan con el implante conectado a un apoyo o al instrumento de prueba. Estos componentes conectados pueden afectar significativamente la frecuencia medida del sistema hueso-implante. En tercer lugar, los datos de medición pueden estar dispersos y no ser concluyentes por razones tales como variaciones en las propiedades del material, unión insuficiente de piezas con tornillos de apoyo, o condiciones límite. Como tal, serían deseables métodos y sistemas mejorados para medir y evaluar la estabilidad de los implantes médicos que aborden los problemas descritos anteriormente.

Resumen

En el presente documento se describen métodos y sistemas de ejemplo para medir y evaluar la estabilidad de los implantes médicos. En un primer aspecto, se proporciona un método para detectar la estabilidad de un implante médico de acuerdo con la reivindicación 1.

En un segundo aspecto, se proporciona un sistema para detectar la estabilidad de un implante médico de acuerdo con la reivindicación 8.

En un tercer aspecto, no de acuerdo con la invención, un medio legible por ordenador no transitorio que tiene almacenadas instrucciones que, cuando son ejecutadas por uno o más procesadores de un dispositivo informático, hacen que el dispositivo informático realice funciones. Las funciones incluyen (a) aplicar una fuerza al implante médico, (b) con base en la fuerza aplicada, determinar una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico, (c) comparar la señal de respuesta determinada con un modelo informático del implante médico, y (d) con base en la comparación, determinar un coeficiente de rigidez angular del implante médico, en donde el coeficiente de rigidez angular indica una estabilidad del implante médico.

Estos, así como otros aspectos, ventajas y alternativas, resultarán evidentes para los expertos en la técnica mediante la lectura de la siguiente descripción detallada, con referencia, en su caso, a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema, de acuerdo con una realización de ejemplo. La Figura 2 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra un método, de acuerdo con una realización de ejemplo. La Figura 3 es un gráfico de una estimación de rigidez lineal de ejemplo, de acuerdo con una realización de ejemplo. La Figura 4 es un ejemplo de momento aplicado para predecir la rigidez angular en un modelo de elementos finitos de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 5 es un gráfico de frecuencias naturales de un implante médico frente a la longitud del implante, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 6 es un gráfico de la rigidez lineal de un implante médico frente a la longitud del implante, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 7 es un gráfico de resultados de repetibilidad que muestra variaciones de los coeficientes de rigidez lineal extraídos, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 8 es un gráfico que muestra la predicción del análisis de elementos finitos de la rigidez en comparación con los coeficientes de rigidez lineal, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 9 es un gráfico que muestra la predicción del análisis de elementos finitos de la rigidez en comparación con los coeficientes de rigidez angular, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 10 es un gráfico que muestra la predicción del análisis de elementos finitos de la rigidez en comparación con las frecuencias naturales, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 11 es un gráfico que muestra la predicción del análisis de elementos finitos de la rigidez en comparación con los coeficientes de rigidez lineal, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 12 es un gráfico que muestra la predicción del análisis de elementos finitos de la rigidez en comparación con los coeficientes de rigidez angular, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 13 ilustra un modelo simplificado de un implante dental, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 14 es una configuración experimental para el análisis modal para probar implantes dentales, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 15A es un modelo tridimensional de elementos finitos de un implante dental incorporado en un bloque, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 15B es una vista en sección transversal lateral bidimensional del implante dental de la Figura 15A, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 16 es un gráfico que muestra la media de Ostell ISQ® medida para bloques de diferentes densidades, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 17 es un gráfico que muestra valores Periotest® (PTV) medidos para bloques de diferentes densidades, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 18A es un modelo tridimensional de elementos finitos de un implante dental incorporado en un bloque en un primer modo de vibración, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 18B es un modelo tridimensional de elementos finitos del implante dental de la Figura 18A en un segundo modo de vibración, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 18C es un modelo tridimensional de elementos finitos del implante dental de la Figura 18A en un tercer modo de vibración, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 19 es un gráfico que muestra predicciones de análisis de elementos finitos de la frecuencia natural con base en la vibración del implante dental, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 20 es un gráfico que muestra una función de respuesta de frecuencia del sistema de implante apoyo-dental, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 21 es un gráfico que muestra los resultados de la frecuencia natural medida a partir del análisis modal experimental, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 22 ilustra una sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 23 ilustra otra sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 24 ilustra otra sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 25 ilustra otra sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 26 ilustra otra sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 27 ilustra otra sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración de un implante médico, de acuerdo con una realización de ejemplo.

La Figura 28 representa un medio legible por ordenador configurado de acuerdo con una realización de ejemplo.

Descripción detallada

Los métodos y sistemas de ejemplo se describen en el presente documento. Debe entenderse que las palabras “ejemplo” y “de ejemplo” se usan en el presente documento para significar “sirve como ejemplo, instancia, o ilustración”. Cualquier realización o característica descrita en el presente documento como un “ejemplo” o “de ejemplo” no debe interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa sobre otras realizaciones o características. En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a las figuras adjuntas, las cuales forman parte de la misma. En las figuras, los símbolos similares suelen identificar componentes similares, a menos que el contexto indique lo contrario. Se pueden utilizar otras realizaciones, y se pueden realizar otros cambios, sin apartarse del alcance de la materia presentada en el presente documento.

Las realizaciones de ejemplo descritas en el presente documento no pretenden ser limitativas. Se entenderá fácilmente que los aspectos de la presente divulgación, tal como se describen en general en el presente documento, y se ilustran en las figuras, pueden disponerse, sustituirse, combinarse, separarse, y diseñarse en una amplia diversidad de configuraciones diferentes, todas las cuales se contemplan explícitamente en el presente documento.

Como se usa en el presente documento, con respecto a las medidas, “aproximadamente” significa /- 5 %.

Como se usa en el presente documento, “implante médico” significa un implante dental, una corona dental, una restauración dental, un tornillo óseo, una placa, un implante de cadera, o un implante de rodilla, como ejemplos no limitativos.

A menos que se indique lo contrario, los términos “primero”, “segundo”, etc. se utilizan en el presente documento simplemente como etiquetas, y no pretenden imponer requisitos ordinales, posicionales, o jerárquicos sobre los elementos a los cuales se refieren estos términos. Además, la referencia a, por ejemplo, un “segundo” elemento no requiere ni excluye la existencia de, por ejemplo, un “primer” o elemento con un número inferior, y/o, por ejemplo, un “tercer” elemento con un número superior.

La referencia en el presente documento a “una realización” o “un ejemplo” significa que una o más funciones, estructuras, o características descritas en relación con el ejemplo están incluidas en al menos una implementación. Las frases “una realización” o “un ejemplo” en diversos lugares de la memoria descriptiva pueden referirse o no al mismo ejemplo.

Como se usa en el presente documento, un sistema, aparato, dispositivo, estructura, artículo, elemento, componente, o hardware “configurado para” realizar una función específica es capaz de realizar la función especificada sin ninguna alteración, en lugar de simplemente tener potencial para realizar la función especificada después de una modificación adicional. En otras palabras, el sistema, aparato, estructura, artículo, elemento, componente, o hardware “configurado para” realizar una función específica se selecciona, crea, implementa, utiliza, programa, y/o diseña específicamente con el propósito de realizar la función especificada. Como se usa en el presente documento, “configurado para” denota las características existentes de un sistema, aparato, estructura, artículo, elemento, componente, o hardware, las cuales permiten que el sistema, aparato, estructura, artículo, elemento, componente, o hardware realice la función especificada sin modificaciones adicionales. Para los fines de esta divulgación, un sistema, aparato, estructura, artículo, elemento, componente, o hardware descrito como “configurado para” realizar una función particular puede adicionalmente o alternativamente ser descrito como “adaptado a” y/o como “operativo para” realizar esa función.

En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de los conceptos divulgados, los cuales pueden practicarse sin algunos o todos estos detalles. En otros casos, se han omitido detalles de dispositivos y/o procesos conocidos para impedir oscurecer innecesariamente la divulgación. Aunque se describirán algunos conceptos junto con ejemplos específicos, se entenderá que estos ejemplos no pretenden ser limitativos.

A. Resumen

Las realizaciones de ejemplo de la presente divulgación incluyen métodos y dispositivos para medir las propiedades dinámicas de un implante médico. En diversas realizaciones, los dispositivos son dispositivos electromecánicos (EM). Las propiedades dinámicas incluyen frecuencias naturales, rigidez lineal, y rigidez angular. Los valores altos de estas cantidades son indicativos de la estabilidad de los implantes médicos, tal como los implantes dentales. Sin embargo, estas cantidades pueden ser difíciles de medir con exactitud y precisión. Por ejemplo, las frecuencias naturales y la rigidez lineal pueden cambiar significativamente debido a la presencia de puntos de apoyo o de medición. Como resultado, es posible que no sirvan como buenos indicadores de la estabilidad del implante. De manera similar, la rigidez angular puede ser difícil de medir directamente con la tecnología existente. Además, los dispositivos existentes miden las frecuencias naturales de los implantes médicos y requieren el desmontaje de todo el complejo de restauración/apoyo/implante. Esto es a menudo una tarea que no se puede lograr.

En respuesta a estas necesidades, las realizaciones de la presente descripción implican dispositivo(s) que mide(n) la rigidez angular directamente, y/o método(s) que podría(n) extraer la rigidez angular de las frecuencias naturales medidas o la rigidez lineal a través de un modelo informático. En particular, las realizaciones de la presente divulgación proporcionan una sonda en combinación con una simulación de elementos finitos de un implante médico. Un dispositivo informático puede incluir una base de datos de simulaciones de elementos finitos de diversos implantes que están disponibles comercialmente. La sonda puede aplicar una fuerza al implante médico para determinar así una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico. La señal de respuesta determinada puede entonces compararse con la simulación de elementos finitos del implante médico. Con base en la comparación, se puede determinar un coeficiente de rigidez angular del implante médico. El coeficiente de rigidez angular indica una estabilidad del implante médico. En particular, un valor alto del coeficiente de rigidez angular puede representar un implante estable, a la vez que un valor bajo del coeficiente de rigidez angular puede representar un implante inestable o inseguro.

Debe entenderse que los ejemplos anteriores del método se proporcionan con fines ilustrativos, y no deben interpretarse como limitativos.

B. Sistema de ejemplo

La Figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema 100, de acuerdo con una realización de ejemplo. Dicho sistema 100 puede ser utilizado por un profesional médi

en un paciente. El sistema incluye un dispositivo 102 informático y una sonda 104. La sonda 104 puede usarse para aplicar una fuerza mecánica o de desplazamiento a una superficie de un implante médico o hueso dentro del cual se implanta el implante médico. La sonda 104 puede configurarse para aplicar una fuerza mecánica, por ejemplo, a través de uno o más transductores piezoeléctricos, hacia un extremo distal de la sonda 104, por ejemplo, para detectar propiedades de un área o región de un implante médico dispuesto próximo al extremo distal de la sonda 104. Además, la sonda 104 puede configurarse para detectar, por ejemplo, a través de uno o más sensores ópticos o piezoeléctricos, el movimiento mecánico para su posterior procesamiento. La sonda 104 puede configurarse para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico en respuesta a una fuerza aplicada al implante médico. Los detalles adicionales de la sonda 104 se analizan a continuación en relación con las Figuras 22-27.

La sonda 104 puede acoplarse comunicativamente al dispositivo 102 informático. En una realización de ejemplo, el dispositivo 102 informático se comunica con la sonda 104 utilizando un enlace 106 de comunicación (por ejemplo, una conexión por cable o inalámbrica). La sonda 104 y el dispositivo 102 informático pueden contener hardware para habilitar el enlace 106 de comunicación, tales como procesadores, transmisores, receptores, antenas, etc. El dispositivo 102 informático puede ser cualquier tipo de dispositivo que pueda recibir datos y mostrar información correspondiente o asociada con los datos. A modo de ejemplo y sin limitación, el dispositivo 102 informático puede ser un teléfono móvil celular (por ejemplo, un teléfono inteligente), un ordenador (tal como un ordenador de escritorio, portátil, laptop, tableta, u ordenador de mano), un asistente digital personal (PDA), un componente de automatización del hogar, una grabadora de vídeo digital (DVR), un televisor digital, un control remoto, un dispositivo informático portátil, o algún otro tipo de dispositivo. Debe entenderse que el dispositivo 102 informático y la sonda 104 pueden proporcionarse en la misma carcasa física, o el dispositivo 102 informático y la sonda 104 pueden ser componentes separados que se comunican entre sí a través de un enlace 106 de comunicación inalámbrico o por cable.

En la Figura 1, el enlace 106 de comunicación se ilustra como una conexión inalámbrica; sin embargo, también se pueden utilizar conexiones por cable. Por ejemplo, el enlace 106 de comunicación puede ser un bus en serie por cable tal como un bus en serie universal o un bus paralelo. Una conexión por cable también puede ser una conexión propietaria. El enlace 106 de comunicación también puede ser una conexión inalámbrica usando, por ejemplo, tecnología de radio BLUETOOTH, BLUETOOTH DE BAJA ENERGÍA (BLE), protocolos de comunicación descritos en IEEE 802.11 (que incluyen cualquier revisión de IEEE 802.11), tecnología celular (tal como GSM, CDMA, UMTS, EV-DO, WiMAX, o LTE), o la tecnología ZIGBEE, entre otras posibilidades. La sonda 104 puede ser accesible a través de Internet.

Como se muestra en la Figura 1, el dispositivo 102 informático puede incluir una interfaz 108 de comunicación, una interfaz 110 de usuario, un procesador 112, almacenamiento 114 de datos, una fuente 116 de señal de activación, y un analizador 118 de espectro, todos los cuales pueden estar vinculados entre sí mediante comunicación por un bus del sistema, red, u otro mecanismo 120 de conexión.

La interfaz 108 de comunicación puede funcionar para permitir que el dispositivo 102 informático se comunique, usando modulación analógica o digital, con otros dispositivos, redes de acceso, y/o redes de transporte. Por lo tanto, la interfaz 108 de comunicación puede facilitar la comunicación por conmutación de circuitos y/o conmutación de paquetes, tal como la comunicación del servicio telefónico antiguo simple (POTS) y/o el protocolo de Internet (IP) u otra comunicación en paquetes. Por ejemplo, la interfaz 108 de comunicación puede incluir un conjunto de chips y una antena dispuestos para la comunicación inalámbrica con una red de acceso por radio o un punto de acceso. Además, la interfaz 108 de comunicación puede adoptar la forma o incluir una interfaz alámbrica, tal como un puerto Ethernet, Bus en Serie Universal (USB), o Interfaz Multimedia de Alta Definición (HDMI). La interfaz 108 de comunicación también puede adoptar la forma o incluir una interfaz inalámbrica, tal como Wifi, un sistema de posicionamiento global (GPS), o una interfaz inalámbrica de área amplia (por ejemplo, WiMAX o 3GPP Evolución a Largo Plazo (LTE)). Sin embargo, se pueden usar otras formas de interfaces de capa física y otros tipos de protocolos de comunicación estándar o patentados sobre la interfaz 108 de comunicación. Además, la interfaz 108 de comunicación puede comprender múltiples interfaces de comunicación física (por ejemplo, una interfaz Wifi, una interfaz inalámbrica de corto alcance, y una interfaz inalámbrica de área amplia).

La interfaz 110 de usuario puede funcionar para permitir que el dispositivo 102 informático interactúe con un usuario humano o no humano, tal como para recibir entrada de un usuario y proporcionar salida al usuario. Por lo tanto, la interfaz 110 de usuario puede incluir componentes de entrada tales como un teclado numérico, teclado, panel sensible al tacto o sensible a la presencia, ratón de ordenador, bola de seguimiento, joystick, micrófono, etc. La interfaz 110 de usuario también puede incluir uno o más componentes de salida, tal como una pantalla de visualización la cual, por ejemplo, puede combinarse con un panel sensible a la presencia. La pantalla de visualización puede estar con base en tecnologías CRT, LCD, y/o LED, una pantalla traslúcida óptica, una pantalla transparente óptica, una pantalla transparente de vídeo, u otras tecnologías ahora conocidas o desarrolladas posteriormente. El procesador 112 puede recibir datos de la sonda 104 y configurar los datos para su visualización en la pantalla de visualización de la interfaz 110 de usuario. La interfaz 110 de usuario también puede configurarse para generar salida(s) audible(s), a través de un altavoz, conector de altavoz, puerto de salida de audio, dispositivo de salida de audio, auriculares, y/u otros dispositivos similares.

El procesador 112 puede comprender uno o más procesadores de propósito general, por ejemplo, microprocesadores, y/o uno o más procesadores de propósito especial, por ejemplo, procesadores de señales digitales (DSPs), unidades de procesamiento de gráficos (GPUs), unidades de punto flotante (FPUs), procesadores de red, o circuitos integrados específicos de la aplicación (ASICs). En algunos casos, los procesadores de propósito especial pueden ser capaces de procesar imágenes, alinear imágenes, y fusionar imágenes, entre otras posibilidades. El almacenamiento 114 de datos puede incluir uno o más componentes de almacenamiento volátiles y/o no volátiles, tal como almacenamiento magnético, óptico, flash, u orgánico, y puede estar integrado total o parcialmente con el procesador 112. El almacenamiento 114 de datos puede incluir componentes desmontables y/o no desmontables.

El procesador 112 puede ser capaz de ejecutar instrucciones 124 de programa (por ejemplo, lógica de programa compilada o no compilada y/o código de máquina) almacenadas en el almacenamiento 114 de datos para llevar a cabo las diversas funciones descritas en el presente documento. Por lo tanto, el almacenamiento 114 de datos puede incluir un medio legible por ordenador no transitorio, que tiene almacenadas instrucciones de programa que, al ejecutarse por el dispositivo 102 informático, hacen que el dispositivo 102 informático lleve a cabo cualquiera de los métodos, procesos, o funciones divulgadas en esta especificación y/o los dibujos adjuntos. La ejecución de las instrucciones 124 de programa por parte del procesador 112 puede dar como resultado que el procesador 112 utilice los datos 122 de referencia. En un ejemplo, los datos 122 de referencia pueden incluir un modelo informático que puede basarse en numerosos diseños de implantes médicos con propiedades conocidas, así como la estructura ósea y la geometría que sujetan los objetos. En particular, los datos 122 de referencia pueden incluir una base de datos de modelos de elementos finitos de una pluralidad de implantes médicos que están disponibles comercialmente. Los datos 122 de referencia pueden incluir una tabla de frecuencias naturales y/o coeficientes de rigidez lineal para cada uno de la pluralidad de implantes médicos, y los datos 122 de referencia pueden incluir además una tabla de coeficientes de rigidez angular que corresponden a las frecuencias naturales determinadas y/o coeficientes de rigidez lineal. Como tal, y como se explica con más detalle a continuación, los datos 122 de referencia se pueden usar para convertir una señal de respuesta medida (por ejemplo, la frecuencia natural medida y/o el coeficiente de rigidez lineal de un implante médico) en una indicación de la estabilidad del implante médico. Particularmente, los datos 122 de referencia pueden proporcionar una correlación entre una o más frecuencias de resonancia natural (o coeficientes de rigidez lineal) y un valor de coeficiente de rigidez angular.

Cuando está en uso, la fuente 116 de señal de activación puede configurarse para entregar una señal de activación eléctrica a un extremo distal de la sonda 104. La señal de activación eléctrica puede tomar diversas formas, tales como impulso, sinusoide con una sola frecuencia, sinusoide de frecuencia creciente (es decir, sinusoidal de barrido), o señales aleatorias. Esta señal de activación puede convertirse en una fuerza mecánica mediante uno o más transductores, tales como los transductores piezoeléctricos. Dicha fuerza puede inducir movimiento mecánico en el implante médico al cual se aplica la fuerza. El movimiento mecánico se puede detectar a través de uno o más transductores y se puede enviar una señal de respuesta correspondiente a la estación base para su procesamiento y/o análisis. En otro ejemplo, la sonda 104 está configurada para aplicar una fuerza de vibración al implante médico, y la señal de respuesta corresponde a un movimiento del implante médico en respuesta a la fuerza de vibración aplicada.

En una realización, la señal de respuesta se proporciona al analizador 118 de espectro, el cual puede configurarse para identificar una o más frecuencias características en la señal. Dichas frecuencias, conocidas como frecuencias naturales, pueden identificarse convirtiendo las señales de activación y respuesta de una representación en el dominio del tiempo en una representación en el dominio de la frecuencia para obtener, por ejemplo, una función de respuesta en frecuencia. También se puede identificar un coeficiente de rigidez lineal usando la misma función de respuesta de frecuencia. En otra realización, se utiliza un analizador de impedancia para obtener la impedancia en el dominio de la frecuencia. En aún otra realización, no se necesita el analizador 118 de espectro. En cambio, las señales de activación y respuesta son armónicas. La relación de amplitud de las señales de respuesta y de activación se monitorizan para obtener un coeficiente de rigidez lineal y frecuencias naturales.

Las frecuencias identificadas, o los coeficientes de rigidez lineal, o ambos, pueden ser analizados adicionalmente por el dispositivo 102 informático para calcular las propiedades del implante médico, como se analiza con detalle adicional a continuación. El dispositivo 102 informático puede residir localmente o en un entorno de red/nube, al igual que el cálculo. Estas propiedades se pueden utilizar como estándar de diagnóstico para determinar la estabilidad del implante médico. En diversas realizaciones, el resultado de cualquier análisis, procesamiento, o diagnóstico puede mostrarse a un usuario a través de la pantalla de la interfaz 110 de usuario.

En diversas realizaciones, el dispositivo 102 informático puede configurarse para controlar diversos aspectos del sistema 100, tal como la frecuencia de la señal aplicada a través de la fuente 116 de señal de activación y la sonda 104, junto con la temporización, la entrada y la salida (E/S) del analizador 118 de espectro (por ejemplo, entrada y/o salida del mismo), la entrada o salida (E/S) asociada con la visualización de la interfaz 110 de usuario y similares. Además, el dispositivo 102 informático puede configurarse para realizar cálculos de coeficientes y otras funcionalidades de procesamiento de datos, como se analiza con más detalle a continuación.

En algunas realizaciones, el sistema 100 de detección de salud dental puede incluir diversos más componentes que los que se muestran en la Figura 1. Sin embargo, no es necesario que se muestren todos estos componentes en general convencionales para revelar una realización ilustrativa.

C. Ejemplos de métodos

La Figura 2 es un diagrama de flujo simplificado que ilustra el método 200 para detectar la estabilidad de un implante médico. Aunque los bloques de la Figura 2 se ilustran en un orden secuencial, estos bloques también se pueden realizar en paralelo, y/o en un orden diferente a los descritos en el presente documento. Además, los diversos bloques pueden combinarse en menos bloques, dividirse en bloques adicionales, y/o eliminarse con base en la implementación deseada.

Además, si bien los métodos descritos en el presente documento se describen a modo de ejemplo como realizados por un dispositivo informático portátil, debe entenderse que un método de ejemplo o una porción del mismo puede ser realizado por otra entidad o combinación de entidades, sin apartarse del alcance de la invención.

Además, el diagrama de flujo de la Figura 2 muestra la funcionalidad y el funcionamiento de una posible implementación de las presentes realizaciones. En este sentido, cada bloque puede representar un módulo, un segmento, o una porción de código de programa, el cual incluye una o más instrucciones ejecutables por un procesador para implementar funciones lógicas específicas o etapas en el proceso. El código del programa puede almacenarse en cualquier tipo de medio legible por ordenador, por ejemplo, tal como un dispositivo de almacenamiento que incluye un disco duro. El medio legible por ordenador puede incluir un medio no transitorio legible por ordenador, por ejemplo, tal como un medio legible por ordenador que almacena datos durante períodos cortos de tiempo como memoria de registro, memoria caché del procesador y Memoria de Acceso Aleatorio (RAM). El medio legible por ordenador también puede incluir medios no transitorios, tales como por ejemplo almacenamiento secundario o persistente a largo plazo, como memoria de solo lectura (ROM), discos ópticos o magnéticos, memoria de solo lectura de disco compacto (CD-ROM). Los medios legibles por ordenador también pueden ser cualquier otro sistema de almacenamiento volátil o no volátil. El medio legible por ordenador puede considerarse un medio de almacenamiento legible por ordenador, por ejemplo, o un dispositivo de almacenamiento tangible.

A modo de ejemplo, una o más etapas del método 200 que se muestra en la Figura 2 se describirán implementados por un dispositivo informático, tal como el dispositivo 102 informático en la Figura 1. Debe entenderse que otras entidades, tales como uno o más servidores, pueden implementar una o más etapas del método de ejemplo 200.

En el bloque 202, el método 200 incluye aplicar una fuerza a un implante médico con una sonda. El implante médico puede comprender un implante dental, una corona dental, una restauración dental, un tornillo óseo, una placa, un implante de cadera o un implante de rodilla, como ejemplos no limitativos. En un ejemplo, aplicar la fuerza al implante médico comprende generar una señal de activación para excitar el implante médico en vibración. En dicho ejemplo, la señal de respuesta se basa en la vibración excitada del implante médico en respuesta a la señal de activación. En otro ejemplo, aplicar la fuerza al implante médico comprende aplicar una fuerza de vibración al implante médico. En dicho ejemplo, la señal de respuesta se basa en el movimiento del implante médico en respuesta a la fuerza de vibración. En otro ejemplo, el método 200 incluye además acoplar de forma desmontable un apoyo al implante médico. En dicho ejemplo, la fuerza se aplica indirectamente al implante médico aplicando la fuerza al apoyo.

La amplitud de la fuerza aplicada puede incrementarse gradualmente hasta que las propiedades físicas críticas, tales como las frecuencias naturales y el coeficiente de rigidez lineal, del implante médico se detecten con una fidelidad razonable. La fuerza se puede aplicar, por ejemplo, mediante un transductor piezoeléctrico, como se explica más adelante. La fuerza se puede aplicar en diversas y/o múltiples direcciones en relación con el implante médico, ya que múltiples mediciones pueden proporcionar una mejor evaluación de la estabilidad del implante médico.

En el bloque 204, el método 200 incluye determinar una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico con base en la fuerza aplicada. En un ejemplo, la señal de respuesta asociada con la vibración del implante médico comprende un valor de frecuencia natural. En otro ejemplo, la señal de respuesta asociada a la vibración del implante médico comprende un coeficiente de rigidez lineal. La señal de respuesta puede ser detectada por uno o más sensores de fuerza y/o vibrómetros, como se analiza con detalle adicional a continuación. En particular, un movimiento en respuesta a la fuerza aplicada detectada por uno o más sensores y una señal de respuesta correspondiente pueden transmitirse a un analizador de espectro tal como el analizador 118 de espectro discutido en relación con la Figura 1. El analizador puede procesar las señales recibidas y proporcionar información de respuesta de frecuencia, tal como una curva de respuesta de frecuencia que muestre cómo responde el implante médico en un rango de frecuencias para una fuerza aplicada. Se puede utilizar un gran promedio numérico de las señales recibidas para obtener una curva de respuesta de frecuencia precisa. La curva de respuesta de frecuencia puede mostrar amplitudes de uno o más picos de frecuencia asociados con modos de vibración naturales del implante médico. Además, la curva de respuesta de frecuencia por debajo de la primera frecuencia natural puede usarse para extraer coeficientes de rigidez lineal. En general, las curvas de respuesta de frecuencia pueden incluir una amplitud y un componente de fase para frecuencias entre 10 Hz y 6 KHz.

En el bloque 206, el método 200 incluye comparar la señal de respuesta determinada con un modelo informático del implante médico. En un ejemplo, el modelo informático es un modelo de elementos finitos del implante médico. En general, las frecuencias naturales y los coeficientes de rigidez lineal dependen en gran medida de diversos factores, tales como las ubicaciones de medición y está presente un apoyo o una corona. Por lo tanto, las frecuencias naturales y los coeficientes de rigidez lineal, aunque medidos, no evalúan verdaderamente la estabilidad del implante médico. Una cantidad más rigurosa y robusta es la rigidez angular de todo el sistema médico implante-tejido-hueso. La rigidez angular, sin embargo, es difícil de medir directamente. Por lo tanto, se necesita un modelo matemático para extraer la rigidez angular del sistema médico implante-tejido-hueso a partir de las frecuencias naturales medidas y la rigidez lineal.

Dicho modelo informático puede basarse en numerosos diseños de implantes médicos con propiedades conocidas, así como la estructura ósea y la geometría que sujetan los objetos. En particular, el modelo informático puede incluir una base de datos de modelos de elementos finitos de una pluralidad de implantes médicos que están comercialmente disponibles. En particular, el modelo informático puede incluir una tabla de frecuencias naturales y/o coeficientes de rigidez lineal para cada uno de la pluralidad de implantes médicos, y la base de datos puede incluir además una tabla de coeficientes de rigidez angular que corresponden a las frecuencias naturales determinadas y/o coeficientes de rigidez lineal. En dicho ejemplo, comparar la señal de respuesta determinada con el modelo informático del implante médico comprende comparar las frecuencias naturales determinadas y/o los coeficientes de rigidez lineal con la tabla en la base de datos del modelo informático.

En el bloque 208, el método 200 incluye, con base en la comparación de la señal de respuesta determinada con el modelo informático, determinar un coeficiente de rigidez angular del implante médico, en donde el coeficiente de rigidez angular indica la estabilidad del implante médico. Como tal, el método 200 utiliza el modelo informático para convertir la señal de respuesta medida (por ejemplo, las frecuencias naturales y/o el coeficiente de rigidez lineal) en una indicación de la estabilidad del implante médico. En particular, el modelo informático puede proporcionar una correlación entre una o más frecuencias de resonancia natural (o coeficientes de rigidez lineal) y un valor de coeficiente de rigidez angular. Como se describió anteriormente, el modelo informático puede incluir una tabla de frecuencias naturales y/o coeficientes de rigidez lineal para cada uno de una pluralidad de implantes médicos, y la base de datos puede incluir además una tabla de coeficientes de rigidez angular que corresponden a las frecuencias naturales determinadas y/o coeficientes de rigidez lineal. En dicho ejemplo, el coeficiente de rigidez angular puede determinarse para el implante médico en su hueso o tejido blando circundante haciendo coincidir la frecuencia natural medida o la información de rigidez lineal con las predichas por el modelo de elementos finitos.

Como se analiza con más detalle a continuación, el coeficiente de rigidez angular se puede determinar aplicando un par de fuerzas, de igual magnitud y direcciones opuestas, para formar un par (es decir, un momento) en el modelo de elementos finitos. Entonces se puede calcular la rotación de la línea central. La relación entre el momento y la rotación es el coeficiente de rigidez angular.

El implante médico incluye un eje longitudinal que se extiende a partir de una primera superficie del implante médico hasta una segunda superficie opuesta a la primera superficie a lo largo de la línea central del implante médico. El eje longitudinal puede definirse a lo largo y/o paralelo a una dimensión más larga del implante médico. En una realización, la segunda superficie del implante médico se implanta en un hueso de un paciente (por ejemplo, un hueso de la mandíbula si el implante médico es un implante dental), y la primera superficie del implante médico se expone y no se acopla físicamente al hueso. El implante médico incluye además un segundo eje que es perpendicular al eje longitudinal. El coeficiente de rigidez angular puede corresponder a una rigidez de rotación del implante médico con respecto al segundo eje.

El coeficiente de rigidez angular obtenido anteriormente puede usarse para determinar la estabilidad asociada con el implante médico en cuestión. Por ejemplo, un valor del coeficiente puede variar entre implantes médicos estables e inestables. Un valor alto del coeficiente de rigidez angular puede representar un implante médico estable, a la vez que un valor bajo del coeficiente de rigidez angular puede representar un implante médico inestable o inseguro. Se puede proporcionar una indicación directa del coeficiente de rigidez angular a un médico mediante una pantalla (tal como la pantalla de la interfaz 100 de usuario del dispositivo 102 informático en la Figura 1), o algún otro indicador audible o visible. En un ejemplo, la indicación directa de la rigidez angular puede proporcionar una puntuación entre 1 y 100, siendo 1 muy inestable y 100 muy estable. En otro ejemplo, la indicación directa de la rigidez angular puede proporcionar un indicador verde, amarillo, o rojo en una pantalla, donde el verde indica un implante médico muy estable, el amarillo indica una estabilidad promedio del implante médico, y el rojo indica un implante médico inestable. También se puede proporcionar una indicación indirecta del coeficiente, tal como un indicador binario bueno o malo determinado, por ejemplo, con base en si el coeficiente excede un umbral predeterminado. En aún otro ejemplo, un implante médico dado puede examinarse a lo largo del tiempo, y los coeficientes de rigidez angular determinados en diferentes momentos pueden compararse entre sí para determinar de este modo si el implante médico se está volviendo menos estable con el tiempo. Se puede recolectar y comparar una gran base de datos de los coeficientes de rigidez angular para facilitar las aplicaciones de datos masivos, tales como las predicciones de bienestar durante un proceso de curación.

D. Ejemplos experimentales

Ejemplo 1

Materiales y métodos:

Mandíbula simulada: Se utilizaron Sawbones® (Isla Vashon, WA) de tres densidades diferentes. (1) Bloques híbridos (34 X 34 X 42 mm) que imitan la densidad mandibular humana promedio (Ahn, et al. 2012, Tabassum, et al. 2010) consistía en un bloque de 40 mm de espesor (20 PCF, 0.32 g/cc) que se asemeja al hueso trabecular y un laminado de 2 mm (40 PCF, 0.64 g/cc) que representa el hueso cortical. (2) Bloques de alta densidad (34 x 34 x 40 mm, 40 PCF, 0.64 g/cc) que representan hueso Tipo I de acuerdo con el sistema de clasificación ósea de Lekholm y Zarb (Jeong, et al. 2013, Lekholm, et al. 1985). (3) Bloques de baja densidad (34 x 34 x 40 mm, 15 PCF, 0.24 g/cc) que representan hueso Tipo III-IV.

Implantes dentales: Se utilizaron implantes Branmark® Mk III (Groovy, Nobel Biocare, Suiza) en dos anchos de implante diferentes: (a) plataforma normal (RP), 4 mm de ancho por 8.5, 10, 11.5, 13, 15 y 18 mm de largo, y (b) plataforma ancha (WP), 5 mm de ancho por 8.5, 11.5, 15 y 18 mm de longitud. Se colocaron implantes Branmark® RP de diversas longitudes en el centro de los bloques Sawbones® de tres densidades diferentes. Los implantes se colocaron siguiendo el protocolo quirúrgico del fabricante y se insertaron a 45 N cm. Debido a que los implantes WP a menudo se usan más en huesos de baja densidad, se colocaron implantes WP Branemark® de diferentes longitudes en 15 bloques Sawbones® PCF y apretados a 45 Ncm. Para los implantes RP se utilizaron apoyos de cicatrización (HA) de 7 mm de longitud, a la vez que para los implantes WP se utilizaron apoyos de cicatrización (HA) de 5 mm de longitud. Se utilizó un torque de 10 N cm para asegurar el HA con el Control de Torque del Sistema Branemark (Nobel Biocare, Suecia).

Condiciones límite: Todas las muestras se aseguraron en la parte inferior del bloque. Las superficies inferiores de las muestras Sawbones® se unieron a un bloque de acero (63.5 x 63.5 x 14.5 mm de dimensión) usando cinta para moqueta. El bloque de acero fue sujetado firmemente en un tornillo de banco. El objetivo era crear una condición límite fija en la superficie inferior de la muestra Sawbones®.

Métodos de medición: Los implantes se probaron mediante análisis modal experimental (EMA). Esencialmente, la configuración consistió en un martillo de fuerza, un vibrómetro láser Doppler (LdV) y un analizador de espectro. El martillo midió la fuerza aplicada al implante, y el LDV midió la respuesta de velocidad del implante. Con base en la fuerza y la velocidad medidas, el analizador de espectro calculó las funciones de respuesta de frecuencia (FRF) a partir de las cuales las frecuencias naturales se extrajeron los modelos de prueba de los implantes Sawbones®. La rigidez lineal promedio de implante-apoyo-Sawbones® para cada muestra se extrajo de la FRF de la siguiente manera.

(a) Coeficientes de rigidez lineal: La rigidez es la firmeza de un objeto. Describe la relación entre una carga aplicada en una estructura y el desplazamiento de respuesta. La rigidez depende de la ubicación y el tipo de carga, así como del desplazamiento. Dos formas comunes de rigidez son la rigidez lineal y la rigidez angular.

Para rigidez lineal, la carga es una fuerza F y la respuesta estructural es un desplazamiento lineal x. La fuerza aplicada es proporcional al desplazamiento, y la relación es el coeficiente de rigidez lineal k, es decir,

k = F/x (1)

El coeficiente de rigidez lineal k puede estimarse en el dominio de la frecuencia. Teóricamente, la FRF (con entrada de fuerza y salida de velocidad) debería aumentar linealmente cuando la frecuencia es significativamente menor que la primera frecuencia natural. Esto corresponde esencialmente al área del gráfico (región plana) antes del primer pico (es decir, en el rango de frecuencia antes de que alcance el primer pico) como se muestra en la Figura 3. Además, la pendiente de la FRF es el recíproco del coeficiente de rigidez lineal k del conjunto implante-hueso-apoyo medido. Sin embargo, esta es una medida algo menos robusta (en comparación con las frecuencias naturales) porque la función de respuesta de frecuencia medida puede no tener realmente una región que aumente linealmente debido a errores de medida. Lo que significa que el área antes del primer pico puede no ser siempre lineal, lo cual dificulta la estimación de la rigidez lineal. Además, el coeficiente de rigidez lineal k estimado depende de la ubicación donde golpea el martillo y se dirige el láser, lo cual puede variar entre muestras. Sin embargo, es una cantidad medible que debe interpretarse con cuidado.

Coeficientes de rigidez angular: Para la rigidez angular, la carga es un momento aplicado M y la respuesta estructural es un desplazamiento angular 0. El momento aplicado es proporcional al desplazamiento angular, y la relación es el coeficiente de rigidez angular k0, es decir,

kd = M/9 (2)

El coeficiente de rigidez angular es una representación ideal de la estabilidad del implante dental. En teoría, cuando se aplica un momento en la base de un apoyo, el momento no deforma el apoyo elásticamente. La respuesta es enteramente de la rigidez interfacial hueso-implante y la elasticidad del implante. La rigidez angular es una excelente forma de cuantificar la estabilidad de los implantes dentales, ya que elimina por completo los efectos del apoyo. Dicha disposición se muestra en la Figura 4.

El coeficiente de rigidez angular k0, sin embargo, es bastante difícil de medir experimentalmente. La aplicación de torque al implante sin incurrir en ninguna deformación del apoyo es inalcanzable. Además, el desplazamiento angular es difícil de medir con precisión. Por lo tanto, como se describe en el presente documento, se utiliza un enfoque combinado para estimar el coeficiente de rigidez angular k0. Inicialmente, las frecuencias naturales se miden directamente a través de experimentos. Luego, se puede usar un modelo matemático preciso (por ejemplo, a través de FEA) para convertir las frecuencias naturales medidas para estimar el coeficiente de rigidez angular k0.

Análisis de elementos finitos: Se creó un modelo tridimensional (3-D) de elementos finitos usando ANSYS R-15 (Canonsburg, PA) para simular los implantes Branemark®, la configuración experimental y los resultados de las pruebas. Las propiedades materiales de cada componente, tal como Sawbones® y en el modelo de elementos finitos se utilizaron implantes publicados por los fabricantes. El modelo incluye dos tipos de apoyos: apoyo de cicatrización (HA) de 7 mm de longitud y apoyo de la cofia de impresión (IMP) de l2 mm de longitud. E1HA se utilizó para verificar las medidas experimentales, a la vez que el IMP se utilizó para demostrar la validez de cuantificar la estabilidad del implante a través del coeficiente de rigidez angular k0.

Después de crear el modelo, primero se realizó un análisis modal para calcular las frecuencias naturales. Luego se realizó un análisis estático para calcular los coeficientes de rigidez lineal y angular k y k0. Para calcular el coeficiente de rigidez lineal k, se aplicó una fuerza a un nodo donde en el experimento hizo contacto el martillo de impacto. El desplazamiento de un nodo en donde se midió experimentalmente el LDV se predijo mediante FEA. La relación entre la fuerza y el desplazamiento predijo el coeficiente de rigidez lineal k. Para calcular el coeficiente de rigidez angular k0, se aplicó un par de fuerzas iguales y opuestas a dos nodos vecinos en la base del apoyo para formar un par, como se muestra en la Figura 4. La rotación de la línea central del apoyo en su base fue el desplazamiento angular. La relación entre el par y el desplazamiento angular dio el coeficiente de rigidez angular k0.

Resultados:

1. Resultados del análisis modal experimental para implantes de plataforma regular:

Para Implantes Branemark® RP con HA, la Figura 5 muestra las primeras frecuencias naturales medidas frente a la longitud del implante. Las frecuencias naturales medidas oscilaron entre 2848 y 2888 Hz para los bloques de alta densidad, 2112 y 2176 Hz para los bloques híbridos, y 1936 y 2036 Hz para los bloques de baja densidad. Las frecuencias naturales medidas no tuvieron una correlación significativa con la longitud del implante.

La Figura 6 muestra los coeficientes de rigidez lineal extraídos de las funciones de respuesta de frecuencia medidas. El coeficiente de rigidez lineal para los bloques de alta densidad osciló entre 628.6 y 980.1 N/mm para los bloques de alta densidad, entre 329.5 y 386.7 N/mm para los bloques híbridos, y entre 169.8 y 271.5 N/mm para los bloques de baja densidad, véase la Figura 6.

En general, la rigidez tuvo una tendencia similar a las frecuencias naturales donde los bloques de alta densidad son significativamente más altos en rigidez y frecuencias naturales que los de los bloques híbridos y de baja densidad. Los bloques híbridos y de baja densidad tenían coeficientes de rigidez lineal y frecuencias naturales más cercanos. El coeficiente de rigidez lineal de los bloques de alta densidad aumentó con el aumento de la longitud del implante, a la vez que el coeficiente de rigidez lineal de los bloques de densidad baja e híbrida no varió significativamente con la longitud del implante.

Para evaluar la repetibilidad y consistencia de los coeficientes de rigidez lineal estimados, se repitieron los experimentos. Los resultados de FRF de múltiples EMA se usaron para estimar la rigidez lineal promedio. El coeficiente de rigidez lineal se estimó a partir de FRFs de implantes Branemark® RP que tenían mediciones de frecuencia natural consistentes. Los resultados se muestran en la Figura 7. Los coeficientes de rigidez lineal variaron ampliamente, especialmente para los bloques de alta densidad, pero estuvieron dentro del mismo rango para los bloques híbridos y de baja densidad. Es necesario enfatizar dos puntos importantes. Primero, esto muestra cómo la rigidez lineal puede ser un parámetro difícil de estimar, ya que depende de la ubicación hacia donde se apunta el martillo y el láser, la cual puede variar de una prueba a otra sin importar cuánto se intente que los parámetros sean constantes. En segundo lugar, la detección de los casos de baja rigidez es crítica a partir del punto de vista clínico, ya que estas son las condiciones de un implante fallido.

2. Análisis de elementos finitos para implantes de plataforma regular:

(a) Frecuencias naturales: Las frecuencias naturales predichas por FEA se presentan en la Figura 5 para comparación. Las tres líneas continuas representan las predicciones FEA de frecuencias naturales para bloques híbridos, de alta y baja densidad. En general, las frecuencias naturales pronosticadas concuerdan bien con las frecuencias naturales medidas dentro del 10 %. Los bloques de alta densidad mostraron una mejor concordancia que los bloques de baja densidad e híbridos. Además, las predicciones de FEA y las mediciones de EMA tuvieron la misma tendencia. Por ejemplo, las frecuencias naturales no mostraron correlación con la longitud del implante. Además, las frecuencias naturales de los bloques híbridos y los bloques de baja densidad eran casi iguales.

Por lo tanto, la estrecha concordancia entre las predicciones FEA y las mediciones EMA en frecuencias naturales indica que el modelo de elementos finitos es muy preciso. Tenga en cuenta que las predicciones de FEA y las mediciones de EMA no fueron las mismas debido a la variable en los experimentos, tales como las variaciones de las propiedades del material Sawbones® y las condiciones de contacto en la interfaz del implante Sawbones®, como se muestra en la Figura 5.

(b) Rigidez lineal: Los coeficientes de rigidez lineal predichos por FEA también se muestran en la Figura 8 para comparar. Hay diversas cosas a tener en cuenta. Primero, las predicciones de FEA tienen la misma tendencia que los resultados de EMA. Específicamente, el coeficiente de rigidez lineal del bloque de alta densidad tiende a aumentar al aumentar la longitud del implante. En contraste, los coeficientes de rigidez lineal de los bloques de baja densidad e híbridos están más cerca entre sí y no varían significativamente con respecto a la longitud del implante, como se muestra en la Figura 6. Las predicciones de FEA capturan todas estas características observadas en las mediciones de EMA. En segundo lugar, los coeficientes de rigidez lineal pronosticados son más altos que los medidos. Para los Sawbones® de baja densidad, los coeficientes de rigidez lineal pronosticados y medidos son cercanos. Para los Sawbones® de alta densidad, la diferencia entre los coeficientes de rigidez lineal pronosticados y medidos, aunque grande, es del mismo orden de magnitud.

Como se explicó anteriormente, se sabe que la rigidez lineal es una cantidad menos robusta que las frecuencias naturales medidas por EMA. Es muy susceptible a las condiciones de prueba (por ejemplo, la ubicación de los golpes de martillo) y tiene una relación señal/ruido mucho más pequeña en comparación con las mediciones de frecuencia natural. Por lo tanto, no es realista esperar que los valores numéricos de la rigidez lineal de las predicciones FEA y las mediciones EMA concuerden bien. Sin embargo, la comparación en la Figura 6 muestra dos signos alentadores. Primero, los resultados de FEA predicen la tendencia. Eso, nuevamente, indica que el modelo de elementos finitos es exacto. En segundo lugar, la mayor diferencia entre los coeficientes de rigidez lineal pronosticados y medidos es de alrededor del 100 % (por ejemplo, 1300 frente a 620 N/nm para un implante de 8.5 mm en un bloque de alta densidad). La diferencia no es tan mala en cuanto al uso de un martillo de impacto para medir la rigidez.

El modelo de elementos finitos también demuestra que los coeficientes de rigidez lineal no son buenos indicadores para definir la estabilidad del implante, ya que dependen en gran medida de la geometría del apoyo. La Figura 8 compara las predicciones FEA de los coeficientes de rigidez lineal con un apoyo HA y con un apoyo IMP. El cambio de apoyo HA a IMP no cambia la tendencia de los coeficientes de rigidez lineal con respecto a la longitud del implante. Los coeficientes de rigidez lineal con el apoyo IMP, sin embargo, son significativamente más bajos, como se muestra en la Figura 8. Esto indica que la elasticidad del apoyo IMP ha afectado la rigidez lineal. Por lo tanto, la rigidez lineal no es una medida representativa de la rigidez de la interfaz implante-hueso ni de la estabilidad del implante.

(c) Rigidez angular: El modelo FEA nos permite calcular los coeficientes de rigidez angular. La Figura 9 compara los coeficientes de rigidez angular predichos por FEA con apoyos HA e IMP. Cuando se aplica un momento en la zona cervical del implante dental o en la base de los apoyos (HA e IMP) con Branemark® RP en bloques híbridos, notamos que los coeficientes de rigidez angular son bastante similares con mínima diferencia para implantes con ambos apoyos, menos del 1.5%. Esto muestra cómo el coeficiente de rigidez angular en la base o región apical del apoyo es independiente de la longitud del apoyo y puede representar la estabilidad del implante dental con mayor precisión. Los coeficientes de rigidez angular tienden a aumentar significativamente con el aumento de la longitud del implante, como se muestra en la Figura 9.

3. Estabilidad de los implantes de plataforma ancha:

El procedimiento EMA y FEA desarrollado anteriormente se puede aplicar a los implantes WP para determinar su estabilidad. Además, la estabilidad se puede comparar con la de los implantes RP para una evaluación. Tenga en cuenta que los implantes WP se miden solo en bloques de baja densidad. Por lo tanto, la comparación se hace con implantes RP también en bloques de baja densidad.

(a) Análisis modal experimental. Las primeras frecuencias naturales medidas a través de EMA oscilaron entre 1984 y 2072 Hz, como se muestra en la Figura 10. Las frecuencias naturales estaban en el mismo rango que las de los implantes RP en bloques de baja densidad. Por lo tanto, variar el ancho no provoca un cambio significativo en las frecuencias naturales. En contraste, los coeficientes de rigidez lineal variaron de 346.7 a 429.6 N/mm, los cuales son significativamente más altos que los extraídos de los implantes RP en bloques de baja densidad, como se muestra en la Figura 11. Ahora es evidente que las frecuencias naturales no son representativas de la estabilidad del implante.

(b) Análisis de elementos finitos. FEA se lleva a cabo en implantes Branemark® WP con HA en bloques de baja densidad. Las frecuencias naturales predichas por el FEA se presentan en la Figura 10 para comparación. Las frecuencias naturales predichas concuerdan bien con las medidas. Los coeficientes de rigidez lineal predichos por FEA para los implantes WP y RP se muestran en la Figura 11 a modo de comparación. Tenga en cuenta que la rigidez predicha concuerda bien con la rigidez medida no solo en magnitud sino también en tendencia. Por ejemplo, la rigidez predicha para WP es mayor que la de RP.

El coeficiente de rigidez angular se predijo para implantes Branemark® WP y RP en bloques de baja densidad, como se muestra en la Figura 12. Además, ambos coeficientes de rigidez angular obtenidos de modelos con apoyos HA e IMP se presentan en la Figura 12. Hay diversas observaciones. Primero, los coeficientes de rigidez angular de los apoyos HA e IMP son casi idénticos, lo que demuestra nuevamente que el coeficiente de rigidez angular es una cantidad robusta para representar la estabilidad del implante. En segundo lugar, los implantes WP tienden a tener coeficientes de rigidez angular significativamente mayores que los implantes RP. Finalmente, los coeficientes de rigidez angular aumentan con el aumento de la longitud del implante tanto para los implantes WP como para los RP.

Ejemplo 2

Materiales y métodos:

Mandíbula simulada: Sawbones® (Isla Vashon, WA) son bloques de prueba de poliuretano sintético que vienen en diferentes densidades y formas para asemejarse a las propiedades físicas del hueso humano con una precisión de ±10%. Se utilizaron tres Sawbones® de diferentes densidades: bloques híbridos, bloques de alta densidad, y bloques de baja densidad. Se usaron bloques híbridos (34 x 34 x 42 mm de dimensiones) para imitar la densidad mandibular humana promedio. Consistían en un bloque de 40 mm de espesor (20 PCF, 0.32 g/cc) que se asemejaba al hueso trabecular y un laminado de 2 mm (40 p Cf , 0.64 g/cc) que se asemejaba al hueso cortical. Se utilizaron bloques de alta densidad (34 x 34 x 40 mm, 40 PCF, 0.64 g/cc) para asemejarse al hueso tipo I de acuerdo con el sistema de clasificación ósea de Lekholm y Zarb. Se utilizaron bloques de baja densidad (34 x 34 x 40 mm, 15 PCF, 0.24 g/cc) para asemejarse al hueso tipo III-IV.

Implantes dentales: Se colocaron implantes Branemark Mk III (Groovy, Nobel Biocare) en longitudes de 7, 8.5, 10, 11.5, 13, 15 y 18 mm en el centro de cada bloque siguiendo el protocolo quirúrgico del fabricante asentándolos a 45 N*cm como se muestra en la Figura 13. La parte inferior de 13 mm de cada bloque se fijó a un tornillo de banco para proporcionar una condición límite lo más fija posible. El tornillo de banco se colocó en una mesa de aislamiento mediante tornillos para rechazar la mayor cantidad posible de vibraciones de los entornos ambientales. Los sistemas de implante Sawbones se probaron con Osstell ISQ®, Periotest®, y EMA. Para Osstell ISQ® En las pruebas, se atornillaron Smart Pegs (tipo I) en el implante al nivel del accesorio con presión de los dedos. Las medidas se tomaron mesio-distalmente (MD) y se calculó la media. Se usó un torque de 10 N*cm para apretar los apoyos con el control de Torque del sistema Branemark. Para las mediciones Periotest®, las muestras se ensayaron con la punta del dispositivo colocada perpendicularmente al acceso del implante y a unos milímetros de distancia. Se tomó el promedio de tres lecturas para cada conjunto de mediciones y el apoyo se retiró y se volvió a colocar entre las mediciones.

Configuración experimental para el análisis modal experimental: La configuración consistió en un martillo (PCB Piezotronics Inc., Depew, NY), un vibrómetro láser Doppler (LDV) (Polytec Inc., Dexter, MI), y un analizador de espectro (Sistemas de Investigación Stanford, modelo SR785, Sunnyvale, CA), como se muestra en la Figura 14. El martillo golpeó el apoyo haciendo vibrar el implante dental. En la punta del martillo, una celda de carga (sensor de fuerza) midió la fuerza que actuaba sobre el apoyo. A la vez, LDV midió la velocidad de vibración del implante dental y su apoyo. Los datos de fuerza y velocidad medidos se introdujeron en el analizador de espectro, donde se calculó una función de respuesta de frecuencia en el dominio de frecuencia. Se pueden extraer diversos parámetros (por ejemplo, frecuencias naturales, factores de amortiguamiento viscoso, y rigidez) de la función de respuesta de frecuencia medida.

Extracción de Frecuencias Naturales: La frecuencia correspondiente a un pico en las funciones de respuesta de frecuencia medidas es una frecuencia natural. En general, las frecuencias naturales son cantidades muy robustas en EMA. Son fáciles de medir y las medidas son bastante repetibles. Dado que las frecuencias naturales dependen de la rigidez, su valor depende de diversos factores que afectan la rigidez, tal como el material y la geometría de los implantes y Sawbones®, la orientación del implante con respecto a los Sawbones®, propiedades interfaciales entre el implante y los Sawbones®, condiciones límite de la configuración experimental (por ejemplo, accesorio y cómo se retienen los bloques Sawbones®) y otros (por ejemplo, tensiones residuales).

Análisis de elementos finitos: Se creó un modelo de elementos finitos tridimensional (3-D) usando ANSYS R-15 (Canonsburg, PA) para simular la configuración experimental y los resultados de la prueba, como se muestra en las Figuras 15A-15B. El modelo se construyó utilizando elementos SOLID186, los cuales son elementos sólidos de 20 nodos, tridimensionales y de orden superior que asumen campos de desplazamiento cuadráticos. El modelo de elementos finitos consta de tres partes: un bloque Sawbones®, un implante cilíndrico, y un apoyo de la cofia de impresión. Para el bloque Sawbones®, las propiedades del material (por ejemplo, la densidad y el módulo de Young) proporcionadas por el fabricante se utilizaron para modelar los bloques Sawbones® probados de tres densidades diferentes. El bloque Sawbones® se asumió que era isotrópico y tenía el mismo tamaño que las muestras de prueba. Además, el bloque se fijó en dos lados de los 13 mm inferiores para reflejar las condiciones límite impuestas en los experimentos. Para modelar el implante se utilizaron cilindros de una pieza de 7, 8.5, 10, 11.5, 13, 15 y 18 mm de longitud y 4 mm de diámetro. El material de los cilindros era aleación de titanio Ti4Al6V Además, los cilindros estaban ubicados en el centro de cada bloque Sawbones®. Los nodos de los implantes cilíndricos y el bloque Sawbones® se fusionan en la interfaz del implante Sawbones® para modelar una condición antideslizante (es decir, unión perfecta) entre el implante y el bloque Sawbones®. El apoyo de la cofia de impresión se modeló con aproximadamente las dimensiones exactas. Se conectó al implante a través de una condición antideslizante. El material del apoyo de la cofia de impresión era una aleación de titanio. Después de crear los modelos, se realizó un análisis modal para calcular las frecuencias naturales y las formas modales de las muestras de prueba simuladas.

Resultados

Mediciones Ostell ISQ®: Las lecturas medias de MD oscilaron entre 75 y 81 para los bloques de alta densidad, entre 74 y 79.5 para los bloques híbridos, y entre 60 y 67.5 para los bloques de baja densidad, como se muestra en la Figura 16. Los valores de ISQ para los bloques híbridos y de alta densidad están dentro del mismo rango, a la vez que los valores de ISQ para los bloques de baja densidad son más bajos. En otras palabras, los valores de ISQ para los bloques híbridos están más cerca de los valores de los bloques de alta densidad que de los de baja densidad. Las lecturas ISQ medidas representan la estabilidad del implante de acuerdo con el fabricante. Sin embargo, una mirada más cercana a los datos revela diversas observaciones sutiles. En primer lugar, para los bloques híbridos y de alta densidad, la lectura media de ISQ es aproximadamente la misma para los implantes cuya longitud es de 13 mm o menos. Luego, la lectura de ISQ comienza a dispersarse cuando la longitud del implante es superior a 13 mm. Para los bloques de baja densidad, las lecturas de ISQ están muy dispersas.

Mediciones Periotest® PTV: De acuerdo con las directrices Periotest®, cuanto menor sea la lectura de PTV, mayor será la estabilidad. Las lecturas medias de PTV oscilaron entre 9.6 y 5.5 para los bloques de alta densidad, entre 14.95 y 7.7 para los bloques híbridos, y entre 20.5 y 11.5 para los bloques de baja densidad, como se muestra en la Figura 17. Para los bloques híbridos, las lecturas de PTV tenían un coeficiente de correlación de 0.84, lo que implica que cuanto más largo sea el implante, menor será la estabilidad. Para el grupo de bloqueo de alta densidad, el coeficiente de correlación fue de -0.74, lo que implica que cuanto más largo es el implante, más estable es. Para el grupo de baja densidad, las lecturas de PTV tuvieron un coeficiente de correlación de -0.47, lo que indica una ligera correlación entre la longitud y la estabilidad del implante. En general, las lecturas de PTV están muy dispersas y las mediciones no son concluyentes. Las lecturas para los diferentes bloques de densidad son aleatorias y no siguen un patrón consistente. Sin embargo, las lecturas de PTV para los bloques de alta densidad fueron mucho más bajas que las de los bloques de baja densidad. De acuerdo con las directrices Periotest®, los valores obtenidos a partir de estas mediciones indican inestabilidad del implante porque son todos superiores a 0, como se muestra en la Figura 17.

Análisis de elementos finitos: Se observaron tres modos de vibración principales, como se muestra en las Figuras 18A-18C. El primer modo, que se muestra en la Figura 18A, representa un movimiento hacia adelante y hacia atrás del conjunto apoyo-implante. Dado que el movimiento ocurre en una dirección paralela a los dos lados que están parcialmente fijos (como las condiciones límite), el bloque experimenta una deformación relativamente menor que conduce a una menor rigidez. Por lo tanto, este modo tiene la frecuencia natural más baja. El segundo modo, que se muestra en la Figura 18B, representa un movimiento lateral del conjunto apoyo-implante. En el segundo modo, el movimiento ocurre en una dirección normal a los dos lados que están parcialmente fijos. Por lo tanto, el bloque experimenta una deformación relativamente mayor que da como resultado una mayor rigidez y una mayor frecuencia natural. El tercer modo, que se muestra en la Figura 18C, representa un movimiento giratorio de los Sawbones®. Cada modo de vibración tiene su propia frecuencia natural.

Sobre la base de los cálculos de la primera frecuencia natural, hay dos hallazgos principales. Primero, la frecuencia natural predicha fue independiente de la longitud del implante, como se muestra en la Figura 19. En segundo lugar, la frecuencia natural predicha fue la más alta para los bloques de 40 PCF y la más baja para los bloques de 15 PCF. Además, la diferencia de frecuencia entre los bloques de 15 PCF y 40/20 PCF es pequeña, a la vez que la diferencia de frecuencia entre los bloques de 40 PCF y 40/20 PCF es más significativa.

Análisis Modal Experimental: Los resultados de EMA tuvieron la misma tendencia que las predicciones de FEA. Se observaron tres picos de resonancia en las funciones de respuesta de frecuencia medidas, lo que confirma los tres modos de vibración predichos en FEA. Además, las frecuencias a las cuales aparecieron los tres picos de resonancia se midieron como frecuencias naturales. La presencia de múltiples frecuencias naturales se manifiesta en la compleja dinámica del sistema de implante Sawbones.

Para excitar mejor el primer modo, el martillo se ajustó de tal manera que golpeara el apoyo a partir del frente tanto como fuera posible. Esta disposición minimizó las excitaciones laterales y redujo la amplitud del segundo pico. Dicha disposición era muy deseable, porque el segundo modo no interferiría con el primer modo y contaminaría los datos medidos. Como resultado, se podía centrar la atención en el primer modo, el cual era el modo más importante. Cuando se realizó un experimento impecable, el segundo pico no se pudo ver claramente porque el segundo modo no se excitó en absoluto, como se muestra en la Figura 20.

Los valores de frecuencia medidos fueron muy consistentes. En general, los valores medidos de la primera frecuencia natural oscilaron entre 2224 Hz y 2336 Hz para los bloques de alta densidad, entre 1688 Hz y 1720 Hz para los bloques híbridos, y entre 1424 Hz y 1576 Hz para los bloques de baja densidad. como se muestra en la Figura 21. La frecuencia natural medida no varió considerablemente con respecto a la longitud del implante como se predijo en FEA. La diferencia de frecuencia medida entre los bloques híbridos y los bloques de baja densidad fue mucho menor que entre los bloques híbridos y los bloques de alta densidad. Estos resultados tienen sentido, ya que los bloques de baja densidad tienen 15 p Cf a la vez que la mayoría de los bloques híbridos tienen 20 PCF. Los bloques híbridos deberían funcionar más como los bloques de baja densidad, y los resultados experimentales respaldan esa idea.

Estos resultados experimentales concuerdan muy bien con las predicciones de FEA no solo cualitativamente sino también cuantitativamente, como se muestra al comparar la Figura 19 con la Figura 21. Cabe señalar que Sawbones® tiene una tolerancia de ±10% en las propiedades físicas, lo cual podría afectar posteriormente a las frecuencias naturales medidas.

E. Sondas ilustrativas

Como se describió anteriormente en relación con la Figura 1, un sistema para detectar la estabilidad de un implante médico puede incluir (i) una sonda configurada para detectar una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico en respuesta a una fuerza aplicada al implante médico, y (ii) un dispositivo informático en comunicación con la sonda, en donde el dispositivo informático está configurado para realizar una o más de las etapas del método descritas anteriormente en relación con la Figura 2. Las Figuras 22 a 27 ilustran diversas sondas que pueden usarse para generar fuerzas aplicadas al implante médico y detectar una señal de respuesta asociada con una vibración del implante médico en respuesta a la fuerza aplicada. En las realizaciones que se muestran en las Figuras 22-26, el implante médico comprende un implante 302 dental colocado en el hueso 304 del paciente. Un apoyo 306 se acopla al implante 302 dental mediante roscas 308. Luego se coloca una corona 310 dental sobre el apoyo 306. Determinar la estabilidad del implante 302 dental usando cualquiera de los métodos descritos en el presente documento puede comprender aplicar una fuerza directamente al implante 302 dental, aplicar una fuerza al apoyo 306 y/o aplicar una fuerza a la corona 310 dental. El implante médico que se ilustra en las Figuras 22-26 no pretende ser limitativo, y las realizaciones descritas en el presente documento se aplican a cualquier implante médico, tal como un implante dental, una corona dental, una restauración dental, un tornillo óseo, una placa, un implante de cadera, o un implante de rodilla, como ejemplos no limitativos.

La Figura 22 muestra una primera realización de componentes para obtener la señal de respuesta. En la realización que se muestra, los componentes incluyen un martillo 312 como fuente de entrada de fuerza y un vibrómetro 314 láser Doppler para generar una salida de velocidad. En dicho ejemplo, el martillo 312 comprende la sonda. El martillo 312 está alineado y dimensionado para golpear un objeto objetivo, tal como un apoyo 306 acoplado a un implante 302 dental o una corona 310 dental acoplada al apoyo 306, haciendo que el implante 302 dental vibre. En la punta del martillo 312, una celda 316 de carga sirve como sensor de fuerza para medir la fuerza que actúa sobre el objeto objetivo. La celda 316 de carga puede ser un sensor piezoeléctrico o un bloque piezoeléctrico, colocado entre una primera superficie del martillo 312 y una ubicación en el objeto en la cual el martillo 312 y la celda 316 de carga contactan con el objeto objetivo. La carga eléctrica del bloque se puede medir para proporcionar una indicación de la fuerza que actúa sobre el objeto objetivo. Al mismo tiempo, el vibrómetro 314 mide la velocidad de vibración del objeto objetivo, la cual incluye el implante 302 dental, el apoyo 306, y la corona 310 dental en este ejemplo. Dicho vibrómetro 314 es un tipo de sensor óptico, aunque se pueden usar otros sensores ópticos y no ópticos para medir la vibración. Los datos de fuerza y velocidad medidos se introducen en un analizador de espectro, donde se calcula una función de respuesta de frecuencia en el dominio de la frecuencia. Dicho analizador puede ser el analizador 118 como se muestra en la Figura 1. Se pueden extraer diversos parámetros (por ejemplo, frecuencias naturales, factores de amortiguamiento viscoso, y rigidez) de la función de respuesta de frecuencia medida. Para la presente divulgación, se determinan las frecuencias naturales y la rigidez lineal del implante médico, tal como se describe en la etapa 204 de la Figura 2.

La Figura 23 ilustra una realización alternativa de una sonda 400. Dicha realización incluye una sonda 400 con un actuador 402, tal como un bloque cerámico piezoeléctrico, el cual sirve simultáneamente como transductor de fuerza, colocado en una primera superficie 404 en un extremo distal de la sonda 400 y configurado para ponerse en contacto con un objeto objetivo, tal como la corona 310 dental que se muestra en la Figura 23. Cuando se aplica un voltaje al actuador 402 piezoeléctrico, se deforma y mueve la corona 310 dental, haciendo que el implante 302 dental vibre.

Como se discutió anteriormente, el objeto objetivo también puede ser el implante 302 dental, el apoyo 306, o cualquier otro implante médico. La fuerza ejercida por el actuador 402 sobre la corona 310 dental puede ser estimada por ejemplo, por la corriente eléctrica que atraviesa el actuador 402 piezoeléctrico. La sonda 400 también incluye una estructura 408 de soporte acoplada físicamente a la sonda 400 y que proporciona una segunda superficie 410 separada y opuesta a la primera superficie 404. La sonda 400 tiene una forma adicional para recibir la corona 310 dental entre la primera superficie 404 y la segunda superficie 410. El objeto 406 puede ser un implante médico, tal como el implante dental que se muestra en la Figura 23.

Como tal, la estructura 408 de soporte está configurada para acoplar físicamente la sonda 400 a un lado de la corona 310 dental, opuesta a una ubicación en la cual el actuador 402 está configurado para hacer contacto con la corona 310 dental. Dicha estructura 408 de soporte puede incluir una primera porción 412 que se extiende una distancia por encima y más allí de la corona 310 dental. La estructura 408 de soporte también puede incluir una segunda porción 414 que se extiende a partir de la primera porción 412 en un ángulo sustancialmente perpendicular, en donde la segunda porción 414 está configurada para hacer contacto con el lado opuesto de la corona 310 dental. Además, la segunda porción 414 puede tener una superficie 416 compatible en contacto con la corona 310 dental que permite que la corona 310 dental se mueva bajo la fuerza del actuador 402 piezoeléctrico.

Se puede detectar una señal de respuesta en respuesta a las fuerzas aplicadas a la corona 310 dental por el actuador 402 de diversas formas. Para una realización, el actuador 402 piezoeléctrico puede servir como sensor de vibración. Por ejemplo, el voltaje y la corriente del actuador 402 piezoeléctrico se pueden monitorizar para obtener mediciones de impedancia a partir de las cuales se pueden extraer las frecuencias naturales o el coeficiente de rigidez lineal o ambos. Para otra realización, la superficie 416 flexible puede estar hecha de polímero piezoeléctrico, tal como PVDF, que sirve como sensor. La corriente del actuador 402 piezoeléctrico y la carga del polímero piezoeléctrico pueden usarse para extraer frecuencias naturales y coeficientes de rigidez lineal. Para las realizaciones de las Figuras 23-27, se observa que es posible que un dispositivo 102 informático asociado no necesite incluir un analizador 118 de espectro. En estas realizaciones, las señales de la sonda, tal como la sonda 400 que se muestra en la Figura 23, pueden ser recibidas por el procesador 112 y el coeficiente de rigidez puede ser calculado directamente por este mismo elemento en el dispositivo 102 informático.

La Figura 24 ilustra otra realización de una sonda 500. En esta realización, el transductor 502, el cual puede ser un transductor piezoeléctrico, puede configurarse para colocarse alrededor de dos o más lados de un objeto objetivo, tal como la corona 310 dental. Como se discutió anteriormente, el objeto objetivo también puede ser el implante 302 dental, el apoyo 306, o cualquier otro implante médico. La aplicación de una señal de activación puede hacer que el transductor 502 vibre, lo que a su vez puede hacer que la corona 310 dental, el apoyo 306, y el implante 302 dental vibren. Las vibraciones de la corona 310 dental pueden ser detectadas por el mismo transductor 502 y convertidas en una señal de respuesta utilizable adicionalmente como se describe en otra parte del presente documento. Dicho transductor puede comprender un transductor en ángulo que tiene al menos dos porciones, cada porción acoplada a otra porción en un ángulo entre aproximadamente 70 grados y aproximadamente 110 grados, de tal modo que la corona 310 dental pueda recibirse entre las porciones acopladas. En un ejemplo particular, como se muestra en la Figura 24, el transductor 502 incluye tres porciones 506a , 506B, 506C interconectadas en ángulo recto para corresponder en general y encerrar la corona 310 dental.

La Figura 25 ilustra otra realización de una sonda 600. La realización de la Figura 25 es similar a la Figura 24, aunque el transductor 602 está colocado solo en un lado del objeto objetivo y en un extremo distal de la sonda 600. En el ejemplo que se muestra en la Figura 25, el objeto objetivo es la corona 310 dental. Como se discutió anteriormente, el objeto objetivo también puede ser el implante 302 dental, el apoyo 306, o cualquier otro implante médico. En esta realización, el transductor 602 puede aplicar una fuerza mecánica y detectar una vibración mecánica de respuesta de la corona 310 dental (por ejemplo, usando impedancia), convirtiendo la vibración en una señal de respuesta para el procesamiento posterior. Como tal, el transductor 602 aplica una fuerza mecánica a la corona 310 dental y detecta un movimiento de la corona 310 dental en respuesta a la fuerza mecánica, y la señal de respuesta se determina con base en el movimiento detectado. Una variación de esta realización es incorporar un sistema guiado por láser 606 para posicionar la sonda 600. Los marcadores 608 pueden hacerse primero en la corona 310 dental. El sistema láser 606 encuentra un marcador 608, y la sonda se pone en contacto con la corona 310 dental en ese lugar para obtener un conjunto de mediciones. El proceso puede repetirse para una pluralidad de marcadores para obtener mediciones de toda la corona 310 dental que pueden usarse para extraer mejor la rigidez angular a través de un modelo informático como se discutió anteriormente en relación con la Figura 2.

La Figura 26 ilustra otra realización de una sonda 700. En esta realización, la sonda 700 incluye un par de transductores 702A, 702B, tales como bloques piezoeléctricos, en la punta distal de la sonda 700. Los dos transductores 702A, 702B pueden activarse de manera desfasada, tal como por ejemplo mediante la fuente 116 de señal de activación, para generar excitación angular. En un ejemplo particular, los transductores 702A, 702B pueden desfasarse 180 grados para generar la señal de respuesta. Cada transductor 702A, 702B puede medir un valor de impedancia. Una diferencia de las impedancias medidas es proporcional a la rigidez angular del objeto objetivo. En el ejemplo que se muestra en la Figura 26, el objeto objetivo es la corona 310 dental. Como se discutió anteriormente, el objeto objetivo también puede ser el implante 302 dental, el apoyo 306, o cualquier otro implante médico. Idealmente, la línea central de los dos transductores 702A, 702B debería pasar a través de la base de la corona 310 dental, y la rigidez angular medida en esta condición es la medición más precisa. Para obtener la rigidez angular ideal, se puede usar un sistema guiado por láser para realizar las mediciones de rigidez angular en diferentes lugares, como se discutió anteriormente en relación con la Figura 24. El valor de rigidez angular ideal se puede obtener extrapolando estas mediciones a la posición ideal. Una variación de esta realización es usar un bloque 702A piezoeléctrico como actuador a la vez que el otro bloque 702B piezoeléctrico como sensor para medir una curva de respuesta de frecuencia similar a la que se muestra en la Figura 23.

La Figura 27 ilustra un tornillo 800 óseo que une dos huesos 802 fracturados. Aunque el ejemplo que se muestra en la Figura 27 ilustra un diente fracturado, el sistema y los métodos del ejemplo pueden aplicarse a cualquier hueso fracturado en un paciente. El tornillo 800 óseo tiene una porción 804 de tapa y una porción 806 de rosca. La porción 804 de tapa y la porción 806 de rosca proporcionan una precarga y unen los huesos 802 fracturados estrechamente para facilitar la curación. Después de apretar el tornillo 800 óseo para asegurar el hueso 802 fracturado, se monta un apoyo 808 desmontable sobre el tornillo 800 óseo a través de roscas 810 internas dentro de la porción 804 de tapa. El propósito del apoyo 808 desmontable es proporcionar un espacio de trabajo para la medición. Luego, una sonda 812 (tal como cualquiera de las sondas descritas anteriormente en realizaciones anteriores) se coloca contra el apoyo 808 desmontable para medir las frecuencias naturales y/o los coeficientes de rigidez lineal del tornillo 800 óseo implantado dentro del hueso 802 fracturado. A la vez, se crea un modelo de elementos finitos del hueso 802 fracturado que incluye el tornillo 800 óseo y el apoyo 808 desmontable. Las propiedades óseas del modelo de elementos finitos se ajustan para que el modelo prediga las frecuencias naturales medidas y/o los coeficientes de rigidez lineal medidos. Luego, el modelo de elementos finitos se usa para calcular la rigidez angular en la porción 804 de tapa del tornillo 800 óseo. La rigidez angular calculada cuantifica así la estabilidad de la fijación ósea. Después de las mediciones, se retira el apoyo 808 desmontable y se deja que el hueso 802 fracturado cicatrice con el tejido blando circundante bajo el efecto del tornillo 800 óseo.

F. Ejemplo de medio legible por ordenador

La Figura 28 ilustra un medio legible por ordenador configurado de acuerdo con una realización de ejemplo. En realizaciones de ejemplo, el sistema de ejemplo puede incluir uno o más procesadores, una o más formas de memoria, uno o más dispositivos/interfaces de entrada, uno o más dispositivos/interfaces de salida, e instrucciones legibles por máquina que cuando son ejecutadas por uno o más procesadores hacen que el sistema lleve a cabo las diversas funciones, tareas, capacidades, etc., descritas anteriormente.

Como se indicó anteriormente, en algunas realizaciones, los métodos divulgados pueden implementarse mediante instrucciones de programas informáticos codificadas en un medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio en un formato legible por máquina, o en otros medios o artículos de fabricación no transitorios. La Figura 28 es un esquema que ilustra una vista parcial conceptual de un producto de programa informático de ejemplo que incluye un programa informático para ejecutar un proceso informático en un dispositivo informático, dispuesto de acuerdo con al menos algunas realizaciones presentadas en el presente documento.

En una realización, el producto 900 de programa informático de ejemplo se proporciona utilizando un medio 902 portador de señal. El medio 902 portador de señal puede incluir una o más instrucciones 904 de programación que, cuando son ejecutadas por uno o más procesadores, pueden proporcionar funcionalidad o partes de la funcionalidad descrita anteriormente con respecto a las Figuras. En algunos ejemplos, el medio 902 portador de señal puede ser un medio 906 legible por ordenador, tal como, pero no se limita a, una unidad de disco duro, un disco compacto (CD), un disco de vídeo digital (DVD), una cinta digital, memoria, etc. En algunas implementaciones, el medio 902 portador de señal puede ser un medio 908 grabable por ordenador, tal como, pero no se limita a, memoria, CD's de lectura/escritura (R/W), R/W DVDs, etc. En algunas implementaciones, el medio 902 portador de señal puede ser un medio 910 de comunicaciones, tal como, pero no se limita a, un medio de comunicación digital y/o analógico (por ejemplo, un cable de fibra óptica, una guía de ondas, un enlace de comunicaciones por cable, un enlace de comunicación inalámbrico, etc.). Así, por ejemplo, el medio 902 portador de señal puede transmitirse mediante una forma inalámbrica del medio 910 de comunicaciones.

La una o más instrucciones 904 de programación pueden ser, por ejemplo, instrucciones ejecutables por ordenador y/o implementadas de forma lógica. En algunos ejemplos, un dispositivo informático tal como el procesador 112 de la Figura 1 está configurado para proporcionar diversas operaciones, funciones, o acciones en respuesta a las instrucciones 904 de programación transmitidas al procesador 112 por uno o más de los medios 906 legibles por ordenador, el medio 908 grabable por ordenador, y/o el medio 910 de comunicaciones.

El medio legible por ordenador no transitorio también podría distribuirse entre múltiples elementos de almacenamiento de datos, los cuales podrían estar ubicados de manera remota entre sí. El dispositivo que ejecuta algunas o todas las instrucciones almacenadas podría ser la sonda 104 como se ilustra en la Figura 1. Alternativamente, el dispositivo que ejecuta algunas o todas las instrucciones almacenadas podría ser un dispositivo informático del lado del servidor.

G. Conclusión

La descripción detallada anterior describe diversas características y funciones de los sistemas, dispositivos y métodos divulgados con referencia a las figuras adjuntas. En las figuras, los símbolos similares suelen identificar componentes similares, a menos que el contexto indique lo contrario. La presente invención está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Se pueden utilizar otras realizaciones, y se pueden realizar otros cambios, sin apartarse del alcance del tema presentado en el presente documento. Se entenderá fácilmente que los aspectos de la presente divulgación, tal como se describen en general en el presente documento, y se ilustran en las figuras, pueden disponerse, sustituirse, combinarse, separarse, y diseñarse en una amplia diversidad de configuraciones diferentes, todas las cuales se contemplan explícitamente en el presente documento.

A la vez que en el presente documento se han divulgado diversos aspectos y realizaciones, otros aspectos y realizaciones resultarán evidentes para los expertos en la técnica. Los diversos aspectos y realizaciones divulgados en el presente documento tienen fines ilustrativos y no pretenden ser limitativos, siendo indicado el verdadero alcance por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para detectar la estabilidad de un implante (302, 310, 800) médico, comprendiendo el método:

aplicar una fuerza al implante (302) médico con una sonda (400, 500, 600, 700, 812) y medir la fuerza usando un sensor (316) de fuerza;

con base en la fuerza aplicada, medir una vibración del implante (302, 310, 800) médico a través de un sensor (314, 402, 502, 602) de vibración;

comparar la vibración medida del implante médico con base en la fuerza aplicada con un modelo de elementos finitos del implante médico; y

con base en la comparación, determinar un coeficiente de rigidez angular del implante (302, 310, 800) médico, en donde el coeficiente de rigidez angular corresponde a una rigidez de una rotación alrededor de un eje perpendicular a una línea central del implante (302, 310, 800) médico, y en donde el coeficiente de rigidez angular indica una estabilidad del implante (302, 310, 800) médico.

2. El método de la reivindicación 1, en donde aplicar la fuerza al implante (302, 310, 800) médico comprende generar una señal de activación para excitar el implante (302, 310, 800) médico en vibración, en donde la vibración del implante (302, 310, 800) médico se basa en la vibración excitada del implante (302, 310, 800) médico en respuesta a la señal de activación.

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde la vibración del implante (302, 310, 800) médico comprende un valor de frecuencia natural y/o un coeficiente de rigidez lineal.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el implante (302, 310, 800) médico incluye un eje longitudinal que se extiende a partir de una primera superficie del implante (302, 310, 800) médico hasta una segunda superficie opuesta a la primera superficie, en donde la línea central del implante (302, 310, 800) médico es paralela al eje longitudinal.

5. El método de la reivindicación 4, en donde la segunda superficie del implante (302, 310, 800) médico se implanta en un hueso (802), en donde la primera superficie del implante (302, 310, 800) médico está expuesta y no directamente acoplada al hueso.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el implante (302, 310, 800) médico comprende uno de un implante (302) dental, una corona (310) dental, una restauración dental, un tornillo (800) óseo, una placa, un implante de cadera, o un implante de rodilla.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, comprendiendo además uno o más de los siguientes:

acoplar de manera desmontable un apoyo al implante (302, 310, 800) médico, en donde la fuerza se aplica indirectamente al implante (302, 310, 800) médico aplicando la fuerza al apoyo;

proporcionar una indicación binaria de si el implante (302, 310, 800) médico es estable o no; y/o

proporcionar una notificación de un grado de estabilidad del implante (302, 310, 800) médico con base en el coeficiente de rigidez angular determinado del implante (302, 310, 800) médico.

8. Un sistema para detectar la estabilidad de un implante (302, 310, 800) médico, comprendiendo el sistema:

una sonda (400, 500, 600, 700, 812) configurada para medir una fuerza aplicada al implante (302, 310, 800) médico y una vibración del implante (302, 310, 800) médico con base en la fuerza aplicada; y

un dispositivo (102) informático en comunicación con la sonda (400, 500, 600, 700, 812), en donde el dispositivo (102) informático está configurado para:

comparar la vibración medida con base en la fuerza aplicada con un modelo informático del implante (302, 310, 800) médico; y

con base en la comparación, determinar un coeficiente de rigidez angular del implante (302, 310, 800) médico, en donde el coeficiente de rigidez angular corresponde a una rigidez de una rotación alrededor de un eje perpendicular a una línea central del implante (302, 310, 800), médico y en donde el coeficiente de rigidez angular indica una estabilidad del implante (302, 310, 800) médico.

9. El sistema de la reivindicación 8, en donde el sistema informático está configurado para generar una señal de activación aplicada al implante (302, 310, 800) médico por la sonda (400, 500, 600, 700, 812) para excitar el implante (302, 310, 800) médico en vibración, y en donde la vibración del implante (302, 310, 800) médico se basa en la vibración excitada del implante (302, 310, 800) médico en respuesta a la señal de activación.

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde la sonda (400, 500, 600, 700, 812) comprende un sensor de carga y un sensor (314, 402, 502, 602) de vibración, y opcionalmente el sensor de carga es un sensor piezoeléctrico y/o el sensor de vibración es un sensor óptico.

11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en donde la sonda (400, 500, 600, 700, 812) comprende: un transductor (402) sobre una primera superficie (404) en un extremo distal de la sonda (400, 500, 600, 700, 812); y una estructura (408) de soporte acoplada físicamente a la sonda (400, 500, 600, 700, 812) y que proporciona una segunda superficie (410) separada y opuesta a la primera superficie (404), en donde la sonda (400, 500, 600, 700, 812) tiene una forma adicional para recibir el implante (302, 310, 800) médico entre la primera superficie (404) y la segunda superficie (410).

12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 8-11, en donde la sonda (400, 500, 600, 700, 812) comprende uno o más de:

un transductor en ángulo que tiene al menos dos porciones, cada porción acoplada a otra porción en un ángulo entre aproximadamente 70 grados y aproximadamente 110 grados de tal modo que el implante (302, 310, 800) médico pueda recibirse entre las porciones acopladas;

un transductor en una primera superficie en un extremo distal de la sonda, en donde el transductor aplica una fuerza mecánica al implante médico y detecta un movimiento del implante médico en respuesta a la fuerza mecánica, en donde la vibración del implante médico se determina con base en el movimiento detectado; y/o

un primer transductor y un segundo transductor colocados en una primera superficie de la sonda en un extremo distal de la sonda, en donde el sistema informático está configurado además para desfasar el primer transductor y el segundo transductor para generar la vibración del implante médico.