KR102201270B1 - 교정력 측정 장치 - Google Patents

교정력 측정 장치 Download PDF

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KR102201270B1
KR102201270B1 KR1020190096275A KR20190096275A KR102201270B1 KR 102201270 B1 KR102201270 B1 KR 102201270B1 KR 1020190096275 A KR1020190096275 A KR 1020190096275A KR 20190096275 A KR20190096275 A KR 20190096275A KR 102201270 B1 KR102201270 B1 KR 102201270B1
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김희선
이여경
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이화여자대학교 산학협력단
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Abstract

교정력 측정 장치를 제공한다. 본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치는 제1 몸체(100)와, 상기 제1 몸체(100)의 일측에 형성된 제1 집게(110), 상기 제1 몸체(100)와 연결되는 제2 몸체(200)와, 상기 제2 몸체(200)의 일측에 형성된 고리선(210), 상기 제2 몸체(200)와 연결되는 제3 몸체(300)와, 상기 제3 몸체(300)의 일측에 형성된 제2 집게(310), 일단이 상기 제2 몸체(200)의 타측에 고정되며, 타단이 상기 고리선(210)에 연결되는 탄성 부재(220) 및 기 설정된 방법에 의해 상기 탄성 부재(220)에 인가되는 탄성력(P)을 연산하는 측정부(500)를 포함할 수 있다.

Description

교정력 측정 장치{Orthodontic Force Measuring Device}
본 출원은 교정력 측정 장치에 관한 것이다.
교합이란 입을 다물었을 때 위 아래 턱의 치아가 서로 맞물리는 상태를 말하며, 부정교합이란 어떤 원인에 의해 치아의 배열이 가지런하지 않거나 위 아래 맞물림의 상태가 정상의 위치를 벗어나서 심미적, 기능적으로 문제가 되는 교합관계를 의미한다.
이러한 부정교합을 치료하는 것이 교정 치료이다.
교정 치료는 브라켓을 치아에 부착하고 교정 와이어와 고무줄 등의 탄력을 사용해 치아를 이동시키는 방법이 일반적으로 이루어지며, 대부분의 부정교합에 흔히 사용된다.
브라켓과 교정 와이어를 이용하여 치아를 이동시키는 교정 치료 방법은 치아가 어떤 힘을 받으면 이동하는 성질에 근거하여 고안되었으며, 교정 와이어의 설치에 따라 치아에 인가되는 힘인 교정력을 측정하는 방법에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다.
종래의 교정력 측정 도구들은 여러 크기의 힘을 교정 와이어에 부여하여, 이에 따라 발생하는 변위를 통해 교정력을 측정하는 방식이었으며, 프로돈톡스(치아 모형) 등을 따로 제작하여 모형에 교정 장치를 설치한 후 측정하여야 하였는 바, 시간이 오래 걸리고 번거로운 문제점이 있었다. 또한, 힘을 부여하는 위치에 따라 교정 와이어의 교정력 측정이 다르게 될 수 있는 가능성도 존재하였다.
한국등록특허문헌 제10-1215735호 (2012.12.26) 한국등록특허문헌 제10-1538949호 (2015.07.27)
본 출원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
구체적으로, 교정력 측정 대상에 부착된 어느 하나의 브라켓과, 이에 인접한 브라켓 사이에 설치된 교정 와이어에 의해 치아에 인가되는 교정력을 측정 가능한 교정력 측정 장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 출원의 일 실시예는, 제1 몸체(100)와, 상기 제1 몸체(100)의 일측에 형성된 제1 집게(110), 상기 제1 몸체(100)와 연결되는 제2 몸체(200)와, 상기 제2 몸체(200)의 일측에 형성된 고리선(210), 상기 제2 몸체(200)와 연결되는 제3 몸체(300)와, 상기 제3 몸체(300)의 일측에 형성된 제2 집게(310), 일단이 상기 제2 몸체(200)의 타측에 고정되며, 타단이 상기 고리선(210)에 연결되는 탄성 부재(220) 및 기 설정된 방법에 의해 상기 탄성 부재(220)에 인가되는 탄성력(P)을 연산하는 측정부(500)를 포함하는, 교정력 측정 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸체(100)의 일면에는 제1 나사산 돌출부가 형성되고, 상기 제1 몸체(100)와 접하는 상기 제2 몸체(200)의 일면에는 상기 제1 나사산 돌출부가 결합되는 제1 나사산 홈이 형성되며, 상기 제3 몸체(300)와 접하는 상기 제2 몸체(200)의 일면에는 제2 나사산 돌출부가 형성되고, 상기 제2 몸체(200)와 접하는 상기 제3 몸체(300)의 일면에는 상기 제2 나사산 돌출부가 결합되는 제2 나사산 홈이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 몸체(200)의 직경은 상기 제1 몸체(100)의 직경보다 크고 상기 제3 몸체(300)의 직경보다 작을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제1 간격은, 상기 제2 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제2 간격보다 클 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 간격은 상기 제2 간격의 2배일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)는 치아(T)에 설치되는 어느 하나의 브라켓(B1)과 상기 어느 하나의 브라켓(B1)에 인접한 다른 브라켓(B2) 사이에 위치하는 교정 와이어(W) 말단에 각각 설치되며, 상기 고리선(210)은 상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)가 설치된 상기 교정 와이어(W)의 중앙에 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 고리선(210)의 돌출 높이는 상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)의 돌출 높이보다 낮고, 상기 고리선(210)과 연결되는 이동 부재(120)가 상기 제1 몸체(100)의 전면으로 돌출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 몸체(100)의 전면에 상기 이동 부재(120)의 이동을 위한 홈(121)이 상하 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄성 부재(220)에 인가되는 탄성력(P)은 상기 탄성 부재(220)의 변형 길이에 기초하여 연산될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 측정부(500)는, 상기 탄성력(P)에 기초하여 기 설정된 방법에 의해 교정력(POrtho)을 더 연산할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 측정부(500)에 의해 연산된 교정력(POrtho)이 출력되는 디스플레이(320)를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 출원에 따르면, 브라켓과 교정 와이어가 설치된 실제 교정 대상 환자에 대해 브라켓과 인접한 브라켓 사이의 교정 와이어에 의해 치아에 인가되는 교정력을 측정하는 것이 가능하다.
따라서, 측정된 교정력에 기반하여 향후 교정 치료 계획을 정밀하게 수립하는 것이 가능하다.
또한, 집게가 설치되는 교정 와이어의 길이를 불문하고, 고리선이 항상 교정 와이어의 중앙부에 설치됨으로써 교정력을 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
교정력 측정 과정에서, 탄성 부재의 변형 길이에 기초하여 탄성 부재의 탄성력을 측정하고, 힘의 평형 조건과 에너지 보존의 법칙을 이용하여 탄성 부재의 탄성력으로부터 교정력을 측정함으로써 별도의 재가공 없이 즉시 이용 가능한 정보를 획득하는 것이 가능하다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2 내지 4는 도 1의 교정력 측정 장치를 사용하여 교정력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 교정력을 측정하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치는 제1 몸체(100), 제2 몸체(200), 제3 몸체(300) 및 손잡이(400)를 포함할 수 있다.
제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)는, 제3 몸체(300)에 대해 상대적으로 길이 조절이 가능하도록 구비될 수 있다.
이는 제1 몸체(100)에 형성된 제1 집게(110)가 교정 대상 치아(T)에 설치된 어느 하나의 브라켓(B1)과, 이에 인접한 브라켓(B2)에 설치된 교정 와이어(W)의 일단에 설치되고, 제3 몸체(100)에 형성된 제2 집게(310)가 상기 교정 와이어(W)의 타단에 설치되도록 하기 위함이다.
이를 위해 제1 몸체(100), 제2 몸체(200), 제3 몸체(300)는 각각 원통형으로 구비될 수 있으며, 제2 몸체(200)의 직경은 제1 몸체(100)의 직경보다는 크고 제3 몸체(300)의 직경보다는 작게 구비될 수 있다.
제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)는 예를 들어, 텔레스코픽 방식으로 제3 몸체(300)에 대해 상대적으로 길이 조절이 가능할 수 있으며, 다른 실시예에서는 나사산 회전 방식이 적용될 수 있다.
상기한 나사산 회전 방식을 보다 구체적으로 설명한다.
제1 몸체(100)의 외면에는 제1 나사산 돌출부가 나사산 방향으로 돌출 형성될 수 있고, 제1 몸체(100)와 접하는 제2 몸체(200)의 내면에는 제1 나사산 돌출부가 결합되는 제1 나사산 홈이 형성될 수 있다.
또한, 제3 몸체(300)와 접하는 제2 몸체(200)의 외면에는 제2 나사산 돌출부가 나사산 방향으로 돌출 형성될 수 있고, 제2 몸체(200)와 접하는 제3 몸체(300)의 내면에는 제2 나사산 돌출부가 결합되는 제2 나사산 홈이 형성될 수 있다.
따라서, 제3 몸체(300) 후단에 형성된 손잡이(400)를 회전시키면 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)가 각각 제3 몸체(300)로부터 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다.
여기서, 제1 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제1 간격은, 제2 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제2 간격보다 클 수 있고, 상기 제1 간격은 상기 제2 간격의 2배일 수 있다.
따라서, 손잡이(400)의 1회전 당 제1 몸체(100)가 이동한 거리는 제2 몸체(200)가 이동한 거리의 2배일 수 있으며, 제2 몸체(200)에 형성된 고리선(210)은 항상 제1 집게(110)와 제2 집게(310)의 중앙에 위치할 수 있다.
제2 몸체(200)의 외면에는 눈금선(230)이 구비되어, 제2 몸체(200)가 제3 몸체(300)에 대해 돌출되는 길이를 확인하는 것이 가능하다. 제1 몸체(100)의 이동 거리는 제2 몸체(200)의 이동 거리의 2배이므로, 눈금선(230)에 의해 확인된 거리의 2배가 제1 몸체(100)의 이동 거리인 것으로 확인이 가능하다.
제1 몸체(100)의 선단에는 제1 집게(110)가 관통 형성될 수 있다.
제1 집게(110)는 교정 와이어(W)에 설치되어 고정이 가능한 부분이며, 제1 팔부(111) 및 제2 팔부(112)를 포함할 수 있다.
제1 팔부(111)와 제2 팔부(112)는 일 지점에서 서로 연결될 수 있으며, 서로에 대해 멀어지는 방향 또는 가까워지는 방향으로 회동이 가능하다. 제1 팔부(111)와 제2 팔부(112)가 서로 접하여 맞물리는 경우 그 사이에 위치한 고정 대상에 설치될 수 있다.
제1 팔부(111)와 제2 팔부(112)의 맞물림 상태 고정을 위해, 각각의 팔부(111, 112) 말단에는 고정부(113, 114)가 형성될 수 있다.
고정부(113, 114)는 어느 하나의 고정부(114)에 다수의 고정 돌기가 형성되고, 다른 하나의 고정부(113)에 상기 다수의 고정 돌기 중 어느 하나의 돌기에 맞물리어 고정되는 결합 돌기가 형성되어, 결합 돌기와 고정 돌기의 맞물림에 따라 팔부(111, 112)가 서로에 대해 위치가 고정되는 맞물림 상태를 유지할 수 있게 된다. 이는 리게이쳐 포셉(Ligature Forcep)에서 봉합사를 집기 위해 이용되는 고정 방식과 동일한 바, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 몸체(200)의 선단에는 고리선(210)이 관통 형성될 수 있으며, 제2 몸체(200)의 내부에는 탄성 부재(220)가 형성될 수 있다.
고리선(210)과 탄성 부재(220)는 교정 와이어(W)의 설치에 의해 탄성 부재(220)에 인가되는 힘인 탄성력(P)을 측정하는 부분으로, 고리선(210)은 제2 몸체(200) 외부로 돌출되어 교정 와이어(W)에 걸리게 되며, 탄성 부재(220)는 고리선(210)에 인가되는 힘에 비례하여 그 길이가 늘어나게 된다.
이를 위해, 탄성 부재(220)는 일단이 제2 몸체(200)의 일측에 고정되며, 타단이 상기 고리선(210)에 연결될 수 있으며, 따라서 고리선(210)에 인가되는 힘에 따라 그 길이가 신장될 수 있다.
고리선(210)의 제2 몸체(200)에 대한 돌출 높이는 제1 집게(110)와 제2 집게(310)의 돌출 높이보다 낮은 것이 바람직하며, 교정 와이어(W)에 설치되기 위해서는 고리선(210)의 돌출 높이가 제1 집게(110)와 제2 집게(310)의 돌출 높이만큼 돌출되어야 하는 바, 본 출원의 교정력 측정 장치에서는 고리선(210)과 연결되는 이동 부재(120)가 제1 몸체(100)의 전면으로 돌출되어 형성된다.
또한, 이동 부재(120)의 상하 방향 움직임을 위한 홈(121)이 제1 몸체(100)의 전면에 형성되어, 이동 부재(120)의 이동에 의해 고리선(210) 역시 이동함으로써 교정 와이어(W)에의 설치가 이루어질 수 있다.
제3 몸체(300)의 선단에는 제2 집게(310)가 관통 형성될 수 있으며, 제2 집게(310)는 제1 집게(110)와 동일한 형상을 가질 수 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제3 몸체(300)의 일면에는 후술될 측정부(500)에 의해 측정되는 교정력(POrtho)이 수치로서 출력되는 디스플레이(320)가 구비될 수 있다. 따라서, 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)을 측정하는 측정자는 디스플레이(320)에 출력되는 수치를 관찰하면서 교정 대상 치아(T)에 설치된 모든 교정 와이어(W)에 대한 교정력(POrtho)을 관찰 및 기록할 수 있게 된다. 다른 실시예에서는, 디스플레이(320)에 출력된 수치가 네트워크를 통하여 전송됨으로써 자동으로 교정력(POrtho)이 기록될 수도 있다.
제3 몸체(300)의 일면에는 손잡이(400)를 회전시키더라도, 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)의 제3 몸체(300)에 대한 상대적인 이동을 제한하는 버튼(330)이 구비될 수 있다. 버튼(330)을 누르는 경우 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)의 이동이 제한되어 제1 집게(110) 및 제2 집게(310)의 위치가 고정될 수 있다.
손잡이(400)는 제3 몸체(300)와 연결되는 부분으로, 측정자의 한 손에 파지되는 부분이다.
제3 몸체(300)의 직경보다 큰 직경을 갖는 것이 바람직하며, 손잡이(400)의 회전에 의해 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)가 제3 몸체(300)로부터 돌출하는 방향으로 이동할 수 있게 된다.
측정부(500)는 탄성 부재(220)에 인가되는 힘인 탄성력(P)과, 탄성력(P)에 의해 연산되는 교정력(POrtho)을 연산하는 부분이다. 연산 기능을 구비한 마이크로프로세서일 수 있으며, 측정부(500)에 의해 연산된 교정력(POrtho)은 디스플레이(320)에 출력되게 된다.
측정부(500)는 탄성 부재(220)의 일단과 타단에 각각 연결될 수 있으며, 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸림에 따라 유발되는 탄성 부재(220)의 변형 길이(u)와, 탄성 부재(220)의 스프링 상수(k)를 이용하여 탄성력(P)을 연산하게 되며, 연산된 탄성력(P)과, 제1 집게(110)와 고리선(210) 사이의 거리 또는 제2 집게(310)와 고리선(210) 사이의 거리인 L을 이용하여 교정력(POrtho)을 연산할 수 있다.
탄성 부재(220)는, 탄성 부재(220)를 이루는 재질에 따라 스프링 상수(k)가 미리 설정되어 있으며, 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸림에 따라 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐이 발생하게 되고 동시에 고리선(210)의 일단에 연결된 탄성 부재(220)의 변형이 일어나게 된다.
탄성 부재(220)의 스프링 상수를 k, 탄성 부재(220)의 변형 길이를 u라고 할 때, 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸림에 따른 탄성 부재(220)의 탄성력(P)은
Figure 112019081035629-pat00001
로 연산될 수 있다. 예를 들어, 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리기 전의 탄성 부재(220)의 초기 길이를 u0라고 하고, 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸린 경우의 탄성 부재(220)의 길이를 u1이라 하면 탄성 부재(220)의 변형 길이(u)는 u1-u0가 된다.
힘의 평형 조건과, 에너지 보존의 법칙을 이용하면, 교정력(POrtho)은 아래의 수식을 통해 연산될 수 있다.
Figure 112019081035629-pat00002
여기서, L은 제1 집게(110)와 고리선(210) 사이의 거리 또는 제2 집게(310)와 고리선(210) 사이의 거리이며, d0은 교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐 값이고, d1은 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태(예를 들어, 교정 와이어가 실제 교정 대상 환자 치아의 브라켓과 인접한 브라켓 사이에 긴결된 상태)에서의 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐 값이며, Py는 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)의 상하방향(수직방향)의 분력이다.
교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값인 d0은, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 탄성 부재(220)의 탄성력(P)에 기초하여 연산될 수 있다. d0는 교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값이므로, 교정 와이어(W)의 종류가 정해지면, 실제 교정 대상 환자의 치아에 교정 와이어(W)가 설치되었는지 여부와 상관없이 결정될 수 있는 값이며, 일 실시예에서는 교정력 측정 장치의 내부 메모리에 교정 와이어(W)의 종류, L의 길이에 따른 테이블 형태로 저장될 수도 있다. 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값인 d1은, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 탄성 부재(220)의 탄성력(P)에 기초하여 연산될 수 있다.
도 5를 참조하여, 위 수식을 도출한 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리는 경우, 고리선(210)에 인가된 힘에 의해 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐과 함께 교정력 측정 장치의 탄성 부재(220)의 변형이 발생하게 된다.
본 출원의 일 실시예에 따른 교정력 측정 장치의 탄성 부재(220)의 탄성력을 P라 할 때, 힘의 평형 조건에 따르면 교정 와이어(W)에 걸리는 부재력(F)은 아래의 수식을 통해 연산될 수 있다.
Figure 112019081035629-pat00003
여기서 L은 교정력 측정 장치의 제1 집게(110)와 고리선(210) 사이의 거리 또는 제2 집게(310)와 고리선(210) 사이의 거리이며, d는 교정력 측정 장치에서 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리는 경우 고리선(210)에 인가된 힘에 의해 발생하는 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐 값이다.
다음으로, 에너지 보존 법칙에 따르면
Figure 112019081035629-pat00004
이고,
Figure 112019081035629-pat00005
이므로, 교정 와이어(W)에 걸리는 부재력(F)과 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐 값(d) 사이의 관계식이 아래의 수식 3과 같이 정해질 수 있다. δ는 교정력 측정 장치에서 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리는 경우 교정 와이어(W) 자체의 변형 길이로서, 교정력 측정 장치에서 고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리는 경우 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐 값인 d와는 구별된다.
Figure 112019081035629-pat00006
여기서 A는 교정 와이어(W)의 단면적이고, E는 교정 와이어(W)의 탄성 계수이다.
위 수식 2와 수식 3에서 d2=x로 치환하면, 수식 2로부터
Figure 112019081035629-pat00007
이 도출되고, 수식 3으로부터
Figure 112019081035629-pat00008
가 도출되며, 수식 2, 수식 3으로부터 도출된 위 두 식을 결합하면
Figure 112019081035629-pat00009
이 도출되고, 이를 정리하면 아래와 같이 수식 4가 도출된다.
Figure 112019081035629-pat00010
여기에서, 교정 와이어(W)의 단면적인 A, 교정 와이어(W)의 탄성 계수인 E는 교정 와이어(W)의 종류가 정해지면 결정될 수 있고, 교정력 측정 장치의 제1 집게(110)와 고리선(210) 사이의 거리 또는 제2 집게(310)와 고리선(210) 사이의 거리인 L은 교정력 측정 장치의 측정에 의해 정해질 수 있으므로, 위 수식 4는 교정력 측정 장치의 탄성 부재(220)의 탄성력(P)과 x사이의 관계식이다.
교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값인 d0과, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값인 d1의 차, 즉 d0-d1에 대해, 위 수식 4에서 (d0-d1)2=x로 치환하였을 때 얻어지는 P 값은 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)의 상하방향(또는 수직방향)의 분력(Py)이 된다.
이하, 도 2 내지 4를 참조하여 본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치를 이용하여 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)을 측정하는 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 교정력을 측정하고자 하는 교정 와이어(W)에 본 출원의 실시예에 따른 교정력 측정 장치를 위치시킨다.
다음, 손잡이(400)를 회전시켜 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)가 제3 몸체(300)로부터 돌출되도록 하며, 제1 집게(110)와 제2 집게(310)가 측정하고자 하는 교정 와이어(W)의 각각의 말단에 위치할 때까지 손잡이(400)를 회전시킨다.
손잡이(400) 회전에 따른 제2 몸체(200)의 이동 거리는, 제1 몸체(100)의 이동 거리의 절반이며, 따라서 제2 몸체(200)에 형성된 고리선(210)은 항상 제1 집게(110)와 제2 집게(310)의 중앙에 위치하게 된다.
다음, 버튼(330)을 눌러 제1 몸체(100)와 제2 몸체(200)의 이동이 제한되도록 하며, 이 때 제1 집게(110)와 고리선(210) 사이의 거리 또는 고리선(210)과 제2 집게(310) 사이의 거리인 L이 측정부(500)에 의해 측정된다.
다음, 제1 집게(110)의 제1 팔부(111)와 제2 팔부(112) 사이에 교정 와이어(W)의 일단이 위치된 상태에서, 제1 집게(110)의 말단에 위치하는 고정부(113, 114)를 조작하여 제1 팔부(111)와 제2 팔부(112)가 서로 접촉하여 교정 대상 와이어(W)에 고정되도록 한다.
다음, 제2 집게(310)의 제1 팔부(311)와 제2 팔부(312) 사이에 교정 와이어(W)의 타단이 위치된 상태에서, 제2 집게(310)의 말단에 위치하는 고정부(313, 314)를 조작하여 제1 팔부(311)와 제2 팔부(312)가 서로 접촉하여 교정 대상 와이어(W)에 고정되도록 한다.
다음, 이동 부재(120)이 홈(121)을 따라 상측으로 이동되도록 하여 이에 연결된 고리선(210)이 교정 와이어(W)의 중앙에 걸리도록 한다.
고리선(210)이 교정 와이어(W)에 걸리는 경우, 고리선(210)에 인가된 힘에 의해 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐과 함께 교정력 측정 장치의 탄성 부재(220)의 변형이 발생하게 된다.
이러한 교정 와이어(W)의 처짐의 정도를 나타내는 값이 d인데, 교정 와이어(W)는 실제 교정 대상 환자 치아의 브라켓과 인접한 브라켓 사이에 긴결재 등을 이용하여 긴결되므로 d값을 실제로 정확하게 측정하는 것은 어려우며, 교정 와이어(W)의 변형 이미지를 촬영하여 d값을 분석하는 방법이 고려될 수 있으나 이미지 분석을 위해 다수의 이미지를 촬영하는 과정에서 촬영 조건(예를 들어, 촬영 각도 등)의 미세한 변경에도 d값의 변동 폭이 커서 정확한 분석이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 출원의 일 실시예에 따른 교정력 측정 장치는, 교정력 측정 장치의 탄성 부재(220)의 변형 길이(u)의 측정값을 통해 탄성 부재(220)의 탄성력(P)을 연산하여 교정 와이어(W)의 하방으로의 처짐의 정도(d)를 결정할 수 있다.
교정력 측정 장치의 측정부(500)는, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태(예를 들어, 교정 와이어가 실제 교정 대상 환자 치아의 브라켓과 인접한 브라켓 사이에 긴결된 상태)에서 탄성 부재(220)의 스프링 상수 k와, 탄성 부재(220)의 변형 길이(u)를 이용하여 탄성력(
Figure 112019081035629-pat00011
)을 연산할 수 있다.
탄성력(P)이 연산되면, 위 수식 4에 탄성력(P)을 대입하여 x값을 구할 수 있고, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태의 처짐 값이 d1일 때, d1 2=x이므로 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값인 d1을 연산할 수 있다.
교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값을 d0라 하고, 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 교정 와이어(W)의 처짐 값을 d1이라 할 때, (d0-d1)2=x로 치환하여 위 수식 4에 대입했을 때의 수식 4의 P 값은 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)의 상하방향의 분력(Py)이 되며, 이 경우 교정 대상 치아(T)에 인가되는 교정력(POrtho)은 수식 1에 의해 연산될 수 있다.
측정부(500)에 의해 측정된 교정력(POrtho)은 디스플레이(320)에 출력될 수 있으며, 디스플레이(320)에 출력된 교정(POrtho)은 교정력 측정 장치 내부에 설치된 통신 모듈(미도시)을 통해 외부로 송신되어 그 수치가 기록될 수 있다.
상기한 본 출원에 따르면, 브라켓과 교정 와이어가 설치된 실제 교정 대상 환자에 대해 브라켓과 인접한 브라켓 사이의 교정 와이어에 의해 치아에 인가되는 교정력을 측정하는 것이 가능하다.
따라서, 측정된 교정력에 기반하여 향후 교정 치료 계획을 정밀하게 수립하는 것이 가능하다.
또한, 집게가 설치되는 교정 와이어의 길이를 불문하고, 고리선이 항상 교정 와이어의 중앙부에 설치됨으로써 교정력을 정확하게 측정하는 것이 가능하다.
교정력 측정 과정에서, 탄성 부재의 변형 길이에 기초하여 탄성력을 측정하고, 힘의 평형 조건과 에너지 보존의 법칙을 이용하여 탄성력으로부터 교정력을 측정함으로써 별도의 재가공 없이 즉시 이용 가능한 정보를 획득하는 것이 가능하다.
이상, 본 명세서에는 본 출원을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 출원의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 출원의 보호범위는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 제1 몸체
110: 제1 집게
111: 제1 팔부
112: 제2 팔부
113, 114: 고정부
120: 이동 부재
121: 홈
200: 제2 몸체
210: 고리선
220: 탄성 부재
300: 제3 몸체
310: 제2 집게
311: 제1 팔부
312: 제2 팔부
313, 314: 고정부
320: 디스플레이
330: 버튼
400: 손잡이
500: 측정부

Claims (11)

  1. 제1 몸체(100)와, 상기 제1 몸체(100)의 일측에 형성된 제1 집게(110);
    상기 제1 몸체(100)와 연결되는 제2 몸체(200)와, 상기 제2 몸체(200)의 일측에 형성된 고리선(210);
    상기 제2 몸체(200)와 연결되는 제3 몸체(300)와, 상기 제3 몸체(300)의 일측에 형성된 제2 집게(310);
    일단이 상기 제2 몸체(200)의 타측에 고정되며, 타단이 상기 고리선(210)에 연결되는 탄성 부재(220); 및
    기 설정된 방법에 의해 상기 탄성 부재(220)에 인가되는 탄성력(P)을 연산하는 측정부(500);를 포함하는,
    교정력 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 몸체(100)의 일면에는 제1 나사산 돌출부가 형성되고, 상기 제1 몸체(100)와 접하는 상기 제2 몸체(200)의 일면에는 상기 제1 나사산 돌출부가 결합되는 제1 나사산 홈이 형성되며,
    상기 제3 몸체(300)와 접하는 상기 제2 몸체(200)의 일면에는 제2 나사산 돌출부가 형성되고, 상기 제2 몸체(200)와 접하는 상기 제3 몸체(300)의 일면에는 상기 제2 나사산 돌출부가 결합되는 제2 나사산 홈이 형성되는,
    교정력 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 몸체(200)의 직경은 상기 제1 몸체(100)의 직경보다 크고 상기 제3 몸체(300)의 직경보다 작은,
    교정력 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제1 간격은,
    상기 제2 나사산 돌출부를 이루는 어느 하나의 돌기와, 이에 인접한 다른 하나의 돌기 사이의 제2 간격보다 큰,
    교정력 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 간격은 상기 제2 간격의 2배인,
    교정력 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)는 치아(T)에 설치되는 어느 하나의 브라켓(B1)과 상기 어느 하나의 브라켓(B1)에 인접한 다른 브라켓(B2) 사이에 위치하는 교정 와이어(W) 말단에 각각 설치되며,
    상기 고리선(210)은 상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)가 설치된 상기 교정 와이어(W)의 중앙에 설치되는,
    교정력 측정 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고리선(210)의 돌출 높이는 상기 제1 집게(110)와 상기 제2 집게(310)의 돌출 높이보다 낮고,
    상기 고리선(210)과 연결되는 이동 부재(120)가 상기 제1 몸체(100)의 전면으로 돌출되는,
    교정력 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 몸체(100)의 전면에 상기 이동 부재(120)의 이동을 위한 홈(121)이 상하 방향으로 형성되는,
    교정력 측정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 탄성 부재(220)에 인가되는 탄성력(P)은 아래의 수식에 의해 연산되고,
    Figure 112019081035629-pat00012

    여기서, k는 상기 탄성 부재(220)의 스프링 상수이고, u는 상기 탄성 부재(220)의 변형 길이이며,
    상기 측정부(500)는, 상기 탄성력(P)에 기초하여 기 설정된 방법에 의해 상기 교정 와이어(W)에 의해 상기 치아(T)에 인가되는 교정력(POrtho)을 더 연산하는,
    교정력 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정부(500)는 아래의 수식에 의해 교정력(POrtho)을 연산하고,
    Figure 112019081035629-pat00013

    여기서, L은 상기 제1 집게(110)와 상기 고리선(210) 사이의 거리 또는 상기 고리선(210)과 상기 제2 집게(310) 사이의 거리이고, d0는 상기 교정 와이어(W)에 교정력이 인가되지 않은 상태에서의 상기 교정 와이어(W)의 처짐 값이고, d1은 상기 교정 와이어(W)에 교정력이 인가된 상태에서의 상기 교정 와이어(W)의 처짐 값이고, Py는 상기 교정 와이어(W)의 교정력(POrtho)의 상하방향의 분력인,
    교정력 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정부(500)에 의해 연산된 교정력(POrtho)이 출력되는 디스플레이(320);를 더 포함하는,
    교정력 측정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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