PL216432B1

PL216432B1 - Device for implementation of the fatigue test of teeth having dental fillings

Info

Publication number: PL216432B1
Application number: PL396111A
Authority: PL
Inventors: Krzysztof Pałka; Leszek Gardyński
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2014-04-30
Also published as: PL396111A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do realizacji badań zmęczeniowych zębów z wypełnieniami stomatologicznymi, zwłaszcza kompozytowym, w zębach ludzkich w warunkach in vitro.The subject of the invention is a device for performing tooth fatigue tests with dental fillings, especially composite fillings, in human teeth in vitro.

Dotychczas znane są urządzenia do realizacji badań zmęczeniowych zębów ludzkich polegające na cyklicznym przykładaniu siły w celu wywołania zmiennych naprężeń w strukturze dwóch współpracujących próbek zębów. W publikacji pt.: „In-vitro Testverfahren zur Evaluation Dentaler Restaurationssysteme I. Kreci, T. Reich, F. Lutz, M. Albertoni, Schweiz Monatsschr Zachnmed, Vol. 100: 8/1990, str. 953-960 opisano sposób i urządzenie, które pozwala na realizację cyklicznych obciążeń mechanicznych, jednakże przyłożenie siły wywołuje wyłącznie naprężenia normalne w badanych próbkach. W rzeczywistych warunkach fizjologicznych współpraca zębów składa się z ruchu odwodzenia i przywodzenia żuchwy oraz ruchów bocznych. W związku z powyższym powstaje trójwymiarowy układ naprężeń normalnych i tnących. Inny znany sposób oraz urządzenie do realizacji tego sposobu z publikacji pt: „In Vitro Wear Device for Determining Posteriori Composite Wear, K. Leinfelder, S. Suzuki, JADA, Vol. 30, September 1999, str. 1347-1353 pozwala na wywoływanie cyklicznych obciążeń poprzez dociskanie rylca do badanej próbki, a następnie obracanie rylca względem badanej próbki. Jednakże metoda ta również nie odwzorowuje rzeczywistego układu naprężeń panującego podczas aktu żucia. W publikacji “Effect of mouth-motion fatigue and thermal cycling on the marginal accuracy of partial coverage restorations made of various dental materials” C.F.J. Stappert, S.Chitmongkolsuk, N.R.F.A. Silva, W.Att, J.R. Strub, Dental Materials vol. 24, 2008, str. 1248-1257 wykorzystano intedner w postaci kulki steatytowej o średnicy 6 mm, cyklicznie działający na badanego zęba z siłą 49N i wykonujący drgania poprzeczne o amplitudzie 0,5 mm i o niewiadomej częstotliwości. Kulisty kształt wgłębnika umożliwia dobre dopasowanie do zęba i korzystny rozkład generowanych naprężeń, jednakże urządzenie nie odwzorowuje ruchu żuchwy oraz nie umożliwia pomiaru sił zgryzowych. Znane jest także urządzenie służące do dokładnego odwzorowywania ruchu żuchwy ze zgłoszenia patentowego USA nr 5320528. W urządzeniu tym wykorzystano mechanizm dźwigniowy, w którym głównym elementem jest krzywka lub walec poruszający się po wzorniku o kształcie powodującym, że wzajemne przemieszczanie się obu elementów odwzorowuje ruch żuchwy. Zastosowanie tego urządzenia ogranicza się jednak wyłącznie do obserwacji współpracy zębów. Urządzenie umożliwia wzajemne przemieszczanie próbek zębów jednakże bez możliwości wywoływania sił zbliżonych do tych występujących podczas aktu żucia. Znany jest także z polskiego patentu nr 208387 oraz publikacji „Stanowisko do przyspieszonych badań zmęczeniowych materiałów stomatologicznych” Kordos P., Hunicz J., Niewczas A. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance And Reliability, nr 1(41)/2009 s. 63-69 symulator żucia, gdzie para zębów dociskana jest do siebie stałą siłą osiową, przy czym jeden z zębów wykonuje ruchy posuwisto - zwrotne, a drugi wykonuje ruchy odwzorowujące trajektorię ruchu żuchwy wg Bates'a w oparciu o osiem punktów na obwodzie, co daje w efekcie linię łamaną, pomimo zastosowania randomizacji ruchu. Ponadto wzajemne ustawienie zębów odbiega od naturalnego ze względu na możliwe uślizgi i związaną z tym możliwość uszkodzenia próbek.So far, devices for the implementation of fatigue tests of human teeth are known, which consist in the cyclic application of force in order to induce variable stresses in the structure of two cooperating tooth samples. The publication: "In-vitro Testverfahren zur Evaluation Dentaler Restaurationssysteme I. Kreci, T. Reich, F. Lutz, M. Albertoni, Schweiz Monatsschr Zachnmed, Vol. 100: 8/1990, pp. 953-960 describes the method and a device that allows cyclical mechanical loads to be carried out, but the application of force causes only normal stresses in the tested samples. Under real physiological conditions, the cooperation of the teeth consists of the mandibular abduction and adduction movements as well as lateral movements. Accordingly, a three-dimensional system of normal and shear stresses is created. Another known method and device for carrying out this method from the publication entitled: "In Vitro Wear Device for Determining Posteriori Composite Wear, K. Leinfelder, S. Suzuki, JADA, Vol. 30, September 1999, pp. 1347-1353 allows the development of cyclic loads by pressing the stylus against the test sample, and then rotating the stylus in relation to the test sample. However, this method also does not represent the actual stress pattern during the act of chewing. In the publication “Effect of mouth-motion fatigue and thermal cycling on the marginal accuracy of partial coverage restorations made of various dental materials” C.F.J. Stappert, S.Chitmongkolsuk, N.R.F.A. Silva, W. Att, J.R. Strub, Dental Materials vol. 24, 2008, pp. 1248-1257, an insertion tool in the form of a soapstone ball with a diameter of 6 mm was used, cyclically acting on the tested tooth with a force of 49N and making transverse vibrations with an amplitude of 0.5 mm and of unknown frequency. The spherical shape of the indenter allows a good fit to the tooth and a favorable distribution of generated stresses, however, the device does not reproduce the movement of the mandible and does not allow the measurement of occlusal forces. There is also a known device for accurately imaging the movement of the mandible from the US patent application No. 5,320,528. This device uses a lever mechanism, in which the main element is a cam or cylinder moving on a template with a shape that makes the mutual movement of both elements imitate the movement of the mandible. The use of this device, however, is limited only to the observation of the cooperation of the teeth. The device enables the mutual displacement of the tooth samples, but without the possibility of creating forces similar to those occurring during the act of chewing. It is also known from the Polish patent No. 208387 and the publication "Stand for accelerated fatigue tests of dental materials" Kordos P., Hunicz J., Niewczas A. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance And Reliability, No. 1 (41) / 2009 pp. 63-69 a chewing simulator, where a pair of teeth is pressed against each other by a constant axial force, where one of the teeth performs reciprocating movements, and the other performs movements imitating the trajectory of the jaw movement according to Bates based on eight points on the circumference, which results in a line broken, despite the use of traffic randomization. Moreover, the mutual positioning of the teeth differs from the natural one due to possible slippage and the related possibility of damaging the samples.

Istotą urządzenia do realizacji badań zmęczeniowych zębów z wypełnieniami stomatologicznymi, zwłaszcza kompozytowymi, składającego się z mechanizmu suwakowego, do którego przymocowana jest przeciwpróbka oraz korpusu, na którym zamocowany jest zbiornik ze sprężystym uchwytem zęba, jest to, że posiada korpus, składający się z podstawy i kolumn, do podstawy zamocowany jest zbiornik ze sprężystym uchwytem zęba, natomiast do kolumn zamocowane są prowadnice, w których umieszczony jest mechanizm suwakowy z wodzikiem, w dolnej części wodzika zamocowana jest przeciwpróbka, zaś w górnej części kolumn umieszczony jest wzornik, poniżej którego umieszczona jest tarcza obrotowa, w której umieszczony jest dociskacz dociskający wodzik do wzornika.The essence of the device for the implementation of fatigue tests of teeth with dental fillings, especially composite fillings, consisting of a slider mechanism to which a counter-sample is attached and a body on which a reservoir with a resilient tooth holder is attached, is that it has a body consisting of a base and columns, a container with an elastic tooth holder is attached to the base, while guides are attached to the columns, in which a slider mechanism with a slider is placed, a counter-sample is attached to the lower part of the slider, and a template is placed in the upper part of the columns, below which a disc is placed rotary, in which there is a presser pressing the stick against the template.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że jest to urządzenie uniwersalne, posiada prostą konstrukcję umożliwiającą realizację dowolnie założonej trajektorii ruchu oraz wielkości obciążeń. Ponadto sprężyste zamocowanie zęba korzystnie symuluje naturalne osadzenie zęba w dziąśle, generując w sposób powtarzalny stan naprężeń odwzorowujący warunki rzeczywiste, natomiast umieszczenie badanego zęba w zbiorniku z cieczą o regulowanej temperaturze, np. roztworem soli fizjologicznej lub sztucznej śliny, zapobiega dehydratacji zęba oraz stwarza warunki żucia odwzorowujące warunki in vivo.The advantageous effect of the invention is that it is a universal device, it has a simple structure enabling the implementation of any assumed trajectory of movement and the size of loads. In addition, the resilient attachment of the tooth preferably simulates the natural embedment of the tooth in the gum, reproducibly generating a stress state reflecting real conditions, while placing the tested tooth in a tank with a temperature-controlled liquid, e.g. saline or artificial saliva, prevents tooth dehydration and creates conditions for chewing. mapping in vivo conditions.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia, fig. 2 - widok wzornika od strony górnej, a fig. 3 - widok tarczy obrotowej z dociskaczem.The subject of the invention is shown in the embodiment on the drawing, in which fig. 1 shows a diagram of the device, fig. 2 - a view of the template from the upper side, and fig. 3 - a view of the rotating disk with a clamp.

PL 216 432 B1PL 216 432 B1

Urządzenie według wynalazku, składa się z korpusu 1, na którego podstawie 1a umocowany jest zbiornik 2 ze sprężystym uchwytem 3 zęba 4. Na zębie 4 opiera się przeciwpróbka 5 wykonana z materiału ceramicznego, zamocowana na wodziku 6. Wodzik 6 zamocowany jest w przegubie 7 kulowym w mechanizmie 8 suwakowym, ruch wodzika w płaszczyźnie pionowej wywołany jest siłownikiem 9 pneumatycznym, zamocowanym do kolumn korpusu 1b. Mechanizm 8 suwakowy umieszczony jest w prowadnicach 10 zamocowanych do kolumn korpusu 1b. Wodzik 6 napędzany jest silnikiem 11 poprzez wieniec 12 zębaty połączony z tarczą 13 obrotową osadzoną w łożysku 16 kulkowym, dociskacz 14 umieszczony w tarczy 13 zapewnia odwzorowanie ruchu obrotowego po krzywiźnie Bates'a poprzez docisk wodzika 6 do wzornika 15.The device according to the invention consists of a body 1, on the base 1a of which a container 2 with an elastic grip 3 of the tooth 4 is mounted. A counter-sample 5 made of ceramic material rests on the tooth 4, mounted on a slider 6. Slider 6 is mounted in a 7-ball joint in the slider mechanism 8, the movement of the slider in the vertical plane is caused by a pneumatic actuator 9 attached to the body columns 1b. The slider mechanism 8 is placed in guides 10 fixed to the columns of the body 1b. The slider 6 is driven by a motor 11 through the toothed rim 12 connected to the rotating disc 13 mounted in a 16 ball bearing, the clamp 14 placed in the disc 13 provides the mapping of the rotational movement along the Bates curvature by pressing the slider 6 against the template 15.

Działanie urządzenia do realizacji badań zmęczeniowych zębów z wypełnieniami stomatologicznymi, zwłaszcza kompozytowym, w warunkach in vitro, według wynalazku, polega na cyklicznym obciążaniu mechanicznym próbki zęba 4 poprzez przeciwpróbkę 5 ceramiczną. Cykl obciążenia rozpoczyna się od opuszczenia przeciwpróbki 5 zamocowanej do wodzika 6, poprzez opuszczenie mechanizmu 7 suwakowego siłownikiem 9 pneumatycznym. Po ustaleniu się siły docisku przeciwpróbka wykonuje ruch odwzorowujący ruch żuchwy, w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku działania siły docisku, poprzez ruch obrotowy wodzika 6, napędzanego silnikiem 11 krokowym poprzez wieniec 12 zębaty przymocowany do tarczy 13 z dociskaczem 14 i dociskany do wzornika 15. W miarę wzajemnego przemieszczania się próbki 4 i przeciwpróbki 5 względem miejsca styku gumowy element 3 sprężysty ulega odkształceniu wywołując wzrost siły stycznej, proporcjonalny do odchylenia w danym kierunku. Trajektoria ruchu przeciwpróbki 5 stanowi krzywą zamkniętą, której powiększony kształt odwzorowuje wzornik 15, a po wykonaniu zaprogramowanego ruchu wzajemne położenia zęba 4 i przeciwpróbki 5 odpowiadają położeniu początkowemu. Po zatrzymaniu ruchu obrotowego wodzika 6 przeciwpróbka 5 jest unoszona poprzez mechanizm 8 suwakowy i urządzenie jest gotowe do wykonania kolejnego cyklu obciążania. Wynikiem badań jest obserwacja rozwoju pęknięć, powstających w zębach z wypełnieniami stomatologicznymi, zwłaszcza kompozytowymi, jako efekt cyklicznych oddziaływań obciążeń mechanicznych.The operation of the device for the implementation of in vitro fatigue testing of teeth with dental, especially composite fillings, according to the invention, consists in cyclic mechanical loading of the tooth sample 4 by a ceramic counter-sample. The load cycle begins with lowering the counter-sample 5 attached to the slider 6, by lowering the slide mechanism 7 with the pneumatic actuator 9. After the clamping force is established, the counter-sample performs a movement imitating the movement of the mandible, in a plane perpendicular to the direction of the clamping force, through the rotational movement of the slider 6, driven by an 11-step motor through the toothed rim 12, attached to the disc 13 with the clamp 14 and pressed against the template 15. As far as mutual displacement of sample 4 and counter-sample 5 in relation to the contact point, the elastic rubber element 3 is deformed causing an increase in the tangential force proportional to the deflection in a given direction. The trajectory of counter-sample 5 movement is a closed curve, the enlarged shape of which is represented by the template 15, and after the programmed movement is performed, the mutual positions of the tooth 4 and counter-sample 5 correspond to the initial position. After the rotation of the slider 6 has stopped, the counter-sample 5 is lifted by the slide mechanism 8 and the device is ready for the next loading cycle. The result of the research is the observation of the development of cracks in teeth with dental fillings, especially composite ones, as a result of cyclical effects of mechanical loads.

Claims

Patent claim

The device for carrying out fatigue tests of teeth with dental fillings, especially composite ones in vitro, consists of a slide mechanism to which a counter-sample is attached, and a body on which a reservoir with a resilient tooth holder is attached, characterized by the fact that it has a body (1 ), consisting of a base (1a) and two vertical columns (1b), a container (2) with an elastic holder (3) of the tooth (4) is attached to the base (1a), while guides (10) are attached to the base (1a) ), in which the slider mechanism (8) with the slider (6) is placed, the counter-sample (5) is attached to the lower part of the slider (6), and the template (15) is placed in the upper part of the columns (1b), below which there is a rotating disc (13) in which the clamp (14) is placed, pressing the slider (6) against the template (15).