WO2012037923A9 - Vorrichtung zur ermittlung patientenspezifischer kaukräfte - Google Patents

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Peter Pospiech
Thomas Kuberczyk
Günter SCHULTES
Tobias Speicher
Martin Propson
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Universität des Saarlandes
Leo Schappe Gmbh
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow
    • A61B5/224—Measuring muscular strength
    • A61B5/228—Measuring muscular strength of masticatory organs, e.g. detecting dental force
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C19/00—Dental auxiliary appliances
    • A61C19/04—Measuring instruments specially adapted for dentistry
    • A61C19/05—Measuring instruments specially adapted for dentistry for determining occlusion

Definitions

  • the invention relates to a device for determining patient-specific chewing forces, in particular as parameters for the planning and design of dental bridges, implants, crowns and dental bridge restorations, with a purchasing force in situ receiving force transducer and a measurement technique for electronic evaluation of the measured chewing forces.
  • the measuring device described in the published patent application for determining the chewing force acting on an antagonistic pair of teeth consists in the core of two tweezers-like flat tongues, which have at their ends in each case angled to the flat tongues so-called functional ends. Between the function ends, a piezoelectric element is arranged as a force sensor, the registered measured values of which are fed via an electrical connection cable to a measuring technique for electronic evaluation.
  • the invention is based on the object to develop a device of the type mentioned in such a way that chewing forces can be measured exactly as needed in all tooth areas.
  • the device should be simple and therefore economically producible and usable and allow a significant reduction in the requirements for cleaning and disinfection.
  • This object is achieved in that a mouthpiece and a handpiece are provided, wherein the handpiece, the electronic measurement evaluation and the mouthpiece are associated with a force-pressure converter and mouthpiece and handpiece are mechanically and metrologically releasably connected to each other.
  • the cleaning effort is reduced significantly, since only the mouthpiece must be cleaned and disinfected.
  • the electronics located in the handpiece do not come into contact with aggressive cleaning agents and disinfectants.
  • a hygienically optimal solution results according to a further feature of the invention, when the mouthpiece is made as a cost-effective disposable part that can be replaced after a single use by a corresponding new part.
  • the mouthpiece consists of a support arm whose one end is positively and metrologically connectable to the handpiece and provided at the other end of the force-pressure converter.
  • a support arm whose one end is positively and metrologically connectable to the handpiece and provided at the other end of the force-pressure converter.
  • quick release such as a bayonet lock.
  • the transmission of the measuring signal from the latter via the support arm to the evaluating electronics of the handpiece can be electrically, e.g. by means of a cable provided in the interior of the support arm, or pneumatically or hydraulically by measuring pressure fluctuations of a gas or liquid present in the interior of the support arm and communicating with the force-pressure converter.
  • the force-reducing converter has a piston, which is guided in a guide bush and sealed against it by means of a suitable seal.
  • a spring element e.g. from one or more superimposed disc springs, from a coil spring or from an elastomeric material over which a corresponding counterforce is exerted on this during a movement of the piston.
  • an increase in the gas pressure within the closed system formed by the lower portion of the guide bush and the interior of the support arm with this gas-tight final pressure sensor.
  • the pressure increase is detected by the pressure sensor and serves as a measure for determining the specific chewing force of a patient acting on the piston.
  • the evaluation of the measurement signals is carried out by means of the arranged in the handpiece or the additional base station associated additional electronics.
  • the mouthpiece is provided for hygienic reasons as a disposable part only for single use on the patient, it may prove to be cheaper to attach the pressure sensor not directly to the end of the support arm, but in the handpiece itself.
  • an appropriately trained sealing system such as a connected to the pressure sensor O-ring plug seal, the seal between the air-filled interior the support arm and the pressure sensor in the course of locking of mouth and handpiece done.
  • pre-assemble the sealing system eg a rubber O-ring, in the end area of the support arm. This would have the advantage that with each mouthpiece, a new seal would be used, whereby the wear-related risk of failure of the sealing system could be reduced.
  • Figure 1 a preferred embodiment of a measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a force-pressure converter according to FIG. 1.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of a device for determining patient-specific chewing forces consisting of a handpiece 1 and a mouthpiece 2, which are positively connected to each other in the Messbet eb via a quick release 3.
  • the guidance of the handpiece 1 is carried out by the hand of the dentist, who constructionally by selecting one for a specific hypothesisstelle in the tooth region of the patient suitable mouthpiece 2 and exact alignment of the mouthpiece in the mouth of the patient makes the desired Kaukraftteil.
  • the measures provided for the measurement signal recording pressure sensor 15 and the electronics for the evaluation of the measurement signals are housed in the handpiece 1. This also has a display, not shown here, in which the dentist can read directly the measured chewing forces.
  • the power supply in the handpiece is via a rechargeable battery.
  • the mouthpiece 2 consists in the present embodiment of a straight trained as a capillary arm 4 with the shutter mechanism 3 for the handpiece 1 on one and a force-pressure converter 5 at the other end.
  • a suitable sealing system 14 By means of a suitable sealing system 14, a seal between the pressure sensor 15 arranged in the handpiece 1 and the interior of the support arm 4 is ensured simultaneously with the locking of the mouthpiece and the handpiece.
  • the force-pressure converter 5 consists of a piston 6, which is guided in a guide bush 7 and sealed against it by means of a circumferential seal 8.
  • the seal 8 consists of a spanning the piston 6 membrane of an elastomeric material which is gas-tightly connected to the edge of the guide bush 7 or connects in a measurement due to the action of force through the tooth portion 11 of gas-tight with the sleeve 7 ,
  • a spring assembly 10 is preferably provided from commercially available disc springs.
  • the lower portion 9 of the guide bush 7 is also open to the interior of the capillary formed as a support arm 4 of the mouthpiece 2.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung patientenspezifischer Kaukräfte, insbesondere als Kenngrößen für die Planung und Auslegung von Zahnbrücken, Implantaten, Kronen und Zahnbrückenrestaurationen, mit einem die Kaukraft in situ aufnehmenden Kraftaufnehmer und einer Messtechnik zur elektronischen Auswertung der durch den Kraftaufnehmer gewonnenen Messsignale, wobei ein Mundstück und ein Handstück vorgesehen, dem Handstück die Messtechnik und dem Mundstück ein Kraft-Druck-Umsetzer zugeordnet und Mundstück und Handstück sowohl mechanisch als auch messtechnisch lösbar miteinander verbunden sind. Durch die zweiteilige Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Mundstück und Handstück ergibt sich für den Zahnarzt eine große Flexibilität bei Kaukraftmessungen. Je nach Bedarf können bei den jeweiligen Zahnuntersuchungen optimal geformte Mundstücke eingesetzt werden. Sofern die Mundstücke als Wegwerfteile eingesetzt werden, verbessern sich zudem die hygienischen Bedingungen für die Patienten erheblich.

Description

Vorrichtung zur Ermittlung patientenspezifischer Kaukräfte
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung patientenspezifischer Kaukräfte, insbesondere als Kenngrößen für die Planung und Auslegung von Zahnbrücken, Implantaten, Kronen und Zahnbrückenrestaurationen, mit einem die Kaufkraft in situ aufnehmenden Kraftaufnehmer und einer Messtechnik zur elektronischen Auswertung der gemessenen Kaukräfte.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus DE 10 2007 024479A1 vom 27.11.2008 bekannt geworden.
Die in der genannten Offenlegungsschrift beschriebene Messvorrichtung zur Bestimmung der auf ein antagonistisches Zahnpaar wirkenden Kaukraft besteht im Kern aus zwei pinzettenartig ausgebildeten Flachzungen, die an ihren Enden jeweils zu den Flachzungen abgewinkelte sogenannte Funktionsenden aufweisen. Zwischen den Funktionsenden ist ein Piezoelement als Kraftsensor angeordnet, dessen registrierte Messwerte über ein elektrisches Verbindungskabel einer Messtechnik zu elektronischen Auswertung zugeleitet werden.
In ersten Versuchen mit der aus der DE 10 2007 024479A1 bekannt gewordenen Messeinrichtung konnte zwar die grundsätzliche Funktionalität nachgewiesen werden. Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass gewisse anwendungstechnische Nachteile nach wie vor vorhanden sind. So muss nach jedem Einsatz regelmäßig das gesamte Gerät sterilisiert werden. Dies führt gerade bei sensiblen elektronischen Teilen häufig zu Problemen und erweist sich zudem für den behandelnden Zahnarzt als sehr zeitaufwendig. Hinzu kommt, dass das bekannt gewordene Kaukraftmessgerät sich im Einsatz als relativ starr und unhandlich erweist, sodass es insbesondere im Seitenzahnbereich relativ schwierig ist, Kaukräfte exakt zu messen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass Kaukräfte je nach Bedarf in allen Zahnbereichen exakt gemessen werden können. Zudem soll die Vorrichtung einfach und somit wirtschaftlich herstellbar und nutzbar sein und eine erhebliche Reduzierung der Anforderungen zur Reinigung bzw. Desinfektion zulassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Mundstück und ein Handstück vorgesehen sind, wobei dem Handstück die elektronische Messauswertung und dem Mundstück ein Kraft-Druck-Umsetzer zugeordnet sind und wobei Mundstück und Handstück sowohl mechanisch als auch messtechnisch lösbar miteinander verbunden sind.
Durch die vorgeschlagene Zweiteilung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein Mundstück, welches für die Messung im Zahnbereich eingesetzt wird, und die Unterbringung nahezu der kompletten Elektronik in einem Handstück, welches mit den zu untersuchenden Zahnbereichen nicht in Berührung kommt, sowie durch die vorgeschlagene Art der Verbindung von Mundstück und Handstück lassen sich eine Reihe von Vorteilen erzielen.
Die Flexibilität und Genauigkeit von Kaukraftmessungen durch den Zahnarzt wird deutlich erhöht, da unter Verwendung des selben Handstückes mehrere jeweils an den speziellen Untersuchungsbedarf, z.B. im Seitenzahnbereich oder bei Brückenuntersuchungen, konstruktiv weitgehend angepasste vorgefertigte Mundstücke je nach Bedarf zur Anwendung kommen können. Durch die einfache Austauschmöglichkeit können sogar bei der selben Zahnuntersuchung verschiedene baulich jeweils optimierte Mundstücke eingesetzt werden.
Der Reinigungsaufwand reduziert sich erheblich, da lediglich das Mundstück gereinigt und desinfiziert werden muss. Die im Handstück angeordnete Elektronik kommt mit aggressiven Reinigungs- und Desinfektionsmitteln nicht in Berührung.
Eine hygienisch optimale Lösung ergibt sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dann, wenn das Mundstück als kostengünstiges Wegwerfteil angefertigt wird, dass bereits nach einmaligem Gebrauch durch ein entsprechendes neues Teil ersetzt werden kann.
Zweckmäßigerweise besteht das Mundstück aus einem Tragarm, dessen eines Ende formschlüssig und messtechnisch mit dem Handstück verbindbar und an dessen anderem Ende der Kraft-Druck-Umsetzer vorgesehen ist. Für die formschlüssige Verbindung zwischen Mundstück und Handstück eignet sich ein technisch einfach zu realisierender Schnellverschluss, wie z.B. ein Bajonettverschluss.
Je nach eingesetztem Kraft-Druck-Umsetzer kann die Übertragung des Messsignals von diesem über den Tragarm zur auswertenden Elektronik des Handstückes elektrisch, z.B. mittels eines im Inneren des Tragarmes vorgesehenen Kabels, bzw. auch pneumatisch oder hydraulisch durch Messung von Druckschwankungen eines im Inneren des Tragarmes vorhandenen und mit dem Kraft-Druck-Umsetzer kommunizierenden Gases oder einer Flüssigkeit erfolgen.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kaukraftmessung weist der Kraft-D ruck- Umsetzer einen Kolben auf, der in einer Führungsbuchse geführt und mittels einer geeigneten Dichtung gegen diese abgedichtet ist. Im gegenüber dem Kolben abgedichteten unteren Bereich der Führungsbuchse befindet sich ein Federelement, z.B. aus einer oder mehreren übereinander angeordneten Tellerfedern, aus einer Spiralfeder oder aus einem elastomeren Material, über das bei einer Bewegung des Kolbens eine entsprechende Gegenkraft auf diesen ausgeübt wird. Gleichzeitig erfolgt durch die Bewegung des Kolbens eine Erhöhung des Gasdruckes innerhalb des durch den unteren Bereich der Führungsbuchse und dem Inneren des Tragarmes mit dem diesen gasdicht abschließenden Drucksensor gebildeten geschlossenen Systems. Die Druckerhöhung wird durch den Drucksensor erfasst und dient als Maß für die Ermittlung der auf den Kolben einwirkenden konkreten Kaukraft eines Patienten. Die Auswertung der Messsignale erfolgt mittels der im Handstück angeordneten bzw. auch der einer weiteren Basisstation zugeordneten zusätzlichen Elektronik.
Falls das Mundstück aus hygienischen Gründen als Wegwerfteil nur für den einmaligen Gebrauch am Patienten vorgesehen ist, kann es sich als kostengünstiger erweisen, den Drucksensor nicht unmittelbar am Ende des Tragarmes, sondern im Handstück selbst anzubringen. Durch ein entsprechend ausgebildetes Dichtungssystem, z.B. einer mit dem Drucksensor verbundenen O-Ring- Kegeldichtung, kann die Abdichtung zwischen dem mit Luft gefüllten Innenbereich des Tragarmes und dem Drucksensor im Zuge der Arretierung von Mund- und Handstück erfolgen. Möglich ist es auch, das Dichtungssystem, z.B. einen O-Ring aus Gummi, im Endbereich des Tragarmes vorzumontieren. Dies hätte den Vorteil, dass mit jedem Mundstück auch eine neue Dichtung zur Anwendung käme, wodurch das verschleißbedingte Ausfallrisiko des Dichtungssystems verringert werden könnte.
Durch eine Abdichtung des Inneren des Tragarmes gegen den Drucksensor erst bei der Montage des Mundstückes sind die luftführenden Räume von Anfang an belüftet, d.h. für den Aufbau des pneumatischen Drucks für die Übertragung von Messsignalen aus dem Kraft-Druck-Umsetzer in das Handstück brauchen keine besondere Vorkehrungen getroffen zu werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den Drucksensor gasdicht an dem dem Handstück zugekehrten Ende des Mundstücks anzubringen und die bei einer Kaukraftmessung vom Drucksensor registrierten Messsignale über eine elektrische Steckverbindung der Elektronik des Handstücks zuzuleiten.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Es zeigen:
Figur 1 : eine bevorzugte Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
Figur 2: eine bevorzugte Ausführungsform eines Kraft-Druck-Umsetzers gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ermittlung patientenspezifischer Kaukräfte bestehend aus einem Handstück 1 und einem Mundstück 2, die im Messbet eb über einen Schnellverschluss 3 formschlüssig miteinander verbunden sind.
Die Führung des Handstückes 1 erfolgt durch die Hand des Zahnarztes, der durch Auswahl eines für eine spezielle Maßstelle im Zahnbereich des Patienten baulich geeigneten Mundstückes 2 und exakte Ausrichtung des Mundstückes im Mund des Patienten die gewünschte Kaukraftmessung vornimmt.
Der für die Messsignalaufnahme vorgesehene Drucksensor 15 und die Elektronik für die Auswertung der Messsignale sind im Handstück 1 untergebracht. Dieses weist zudem ein hier nicht dargestelltes Display auf, in dem der Zahnarzt unmittelbar die gemessenen Kaukräfte ablesen kann. Die Energieversorgung im Handstück erfolgt über eine von außen aufladbare Batterie.
Das Mundstück 2 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem geraden als Kapillare ausgebildeten Tragarm 4 mit dem Verschlussmechanismus 3 für das Handstück 1 an einem und einem Kraft- Druck-Umsetzer 5 am anderen Ende. Durch ein geeignetes Dichtungssystem 14 wird mit der Verriegelung von Mundstück und Handstück gleichzeitig eine Abdichtung zwischen dem im Handstück 1 angeordneten Drucksensor 15 und dem Inneren des Tragarms 4 sichergestellt.
Wie in Figur 2 im Detail dargestellt, besteht der Kraft-Druck-Umsetzer 5 aus einem Kolben 6, der in einer Führungsbuchse 7 geführt und gegen diese mittels einer umlaufenden Dichtung 8 abgedichtet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Abdichtung 8 aus einer den Kolben 6 überspannenden Membran aus einem elastomeren Material, die mit dem Rand der Führungsbuchse 7 gasdicht verbunden ist bzw. sich bei einer Messung aufgrund der Krafteinwirkung durch den Zahnbereich 11 von selbst gasdicht mit der Buchse 7 verbindet. Im unteren Bereich 9 der Führungsbuchse 7 ist ein Federpaket 10 vorzugsweise aus marktüblichen Tellerfedern vorgesehen. Der untere Bereich 9 der Führungsbuchse 7 ist zudem zum Inneren des als Kapillare ausgebildeten Tragarmes 4 des Mundstückes 2 geöffnet.
Gemäß Figur 2 wird bei einer Kaukraftmessung die zwischen gegenüber liegenden Zahnbereichen 11 und 12 zu ermittelnde Kraft F auf den Kolben 6 übertragen. Aufgrund der Krafteinwirkung verschiebt sich dieser in Richtung Federpaket 10 bis zur Gleichgewichtsposition zwischen Kaukraft und entgegen wirkender Federkraft. Gleichzeitig erhöht sich der Luftdruck im unteren Bereich 9 der Führungsbuchse 7 sowie im Inneren 13 des Tragarmes 4. Diese Druckerhöhung p registriert der im Handstück 1 untergebrachte und gegen den Tragarm 4 abgedichtete Drucksensor. Die entsprechenden Signale werden als Kenngröße für die zu ermittelnde Kaukraft mittels der im Handteil vorgesehenen Elektronik bzw. der Elektronik einer weiteren Basisstation ausgewertet und gespeichert.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ermittlung patientenspezifischer Kaukräfte, insbesondere als Kenngrößen für die Planung und Auslegung von Zahnbrücken, Implantaten, Kronen und Zahnbrückenrestaurationen mit einem die Kaukraft in situ aufnehmenden Kraftaufnehmer und einer Messtechnik zur elektronischen Auswertung der durch den Kraftaufnehmer gewonnenen Messsignale, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mundstück (2) und ein Handstück (1) vorgesehen sind, wobei dem Handstück (1) die Messtechnik und dem
Mundstück ein Kraft-Druck-Umsetzer (5) zugeordnet sind und wobei
Mundstück (2) und Handstück (1) sowohl mechanisch als auch messtechnisch lösbar miteinander verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (2) als Wegwerfteil ausgebildet und nur für den einmaligen Einsatz an
Patienten vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (2) aus einem Tragarm (4) mit der mechanischen
Verbindungseinrichtung (3) mit dem Handstück (1) am einen Ende und der Anordnung des Kraft-Druck-Umsetzers (5) am anderen Ende besteht.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung von Mundstück (2) und Handstück (1 ) mittels eines Schnellverschlusses (3) erfolgt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kraft-Druck-Umsetzer (5) einen in einer
Führungsbuchse (7) geführten und gegen diese abgedichteten Kolben (6) aufweist, dass im unteren Bereich (9) der Führungsbuchse ein Federpaket (10) vorgesehen ist, dass der untere Bereich (9) der Führungsbuchse (7) mit dem Inneren des als Kapillare ausgebildeten Tragarmes (4) kommuniziert und dass das dem Handstück (1) zugeordnete Ende des Tragarmes (4) gasdicht mit einem Drucksensor (15) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (15) innerhalb des Handstückes (1) angeordnet ist und die Abdichtung zum Inneren ( 3) des Tragarmes mittels eines Dichtungssystems (14) im Zuge der Verriegelung von Handstück (1) und Mundstück (2) erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungssystem im Handstück (1) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungssystem am abzudichtenden Ende des Tragarmes (4) angebracht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (15) gasdicht an dem dem Handstück (1) zugekehrten Ende des Mundstückes (2) angebracht ist.
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