用於確定對象的結構特性的系統和方法

2023-06-11 16:19:26 2

用於確定對象的結構特性的系統和方法
【專利摘要】本發明一般地涉及用於測量對象的結構特性的系統和方法。所述對象經受能量施加過程並且提供關於對象結構特性的客觀量化測量。所述系統可以包括能夠可再現地抵靠正進行這種測量的對象布置以進行可再現定位的設備，例如撞擊儀器。如本文定義的結構特性可以包括振動阻尼能量、聲阻尼能量、結構完整性或結構穩定性。
【專利說明】用於確定對象的結構特性的系統和方法

【技術領域】
[0001] 本發明一般地涉及評估對象的結構屬性，尤其涉及對象經受在其上的能量施加之 後評估反映該對象的完整性的結構特性。

【背景技術】
[0002] 當對象經受碰撞力時，應力波傳遞通過對象。該應力波導致對象的內部結構的變 形。當對象變形時，其部分地作為減振器，從而耗散與碰撞相關聯的一部分機械能。對象耗 散機械能的能力（通常被稱為對象的"阻尼容量"）取決於若干因素，包括形成對象的材料 的類型和結構完整性。
[0003] 存在能夠測量對象的阻尼容量的儀器。在2000年9月19日授權的、題為"System and Method for Quantitative Measurement of Energy Damping Capacity，'的美國專利 No. 6, 120, 466( "' 466專利"）中描述了這種儀器的一個例子。在' 466專利中所公開的儀 器提供了對對象的阻尼容量的客觀的定量測量，稱為損耗係數17。彈性波的能量在具有較 高損耗係數的材料中相對快地衰減，而彈性波的能量在具有較低損耗係數的材料中相對慢 地衰減。
[0004] 對象的阻尼容量是多種應用中的重要參數。例如,在牙科領域中，當健康的牙齒經 受碰撞力時，與碰撞相關聯的機械能主要由牙周膜耗散。能夠通過測量牙齒的損耗係數來 檢測牙周膜的結構變化，這種結構變化降低其耗散與碰撞力相關聯的機械能的能力並且由 此降低總體的牙齒穩定性。


【發明內容】

[0005] 本發明涉及用於測量對象的結構特性的系統和方法。所述對象可以經受能量施加 過程並且所述系統適於提供在所述能量施加過程之後對所述對象的結構特性的客觀定量 測量。所述系統和方法能夠產生更為可再現的測量並且能夠更好地檢測在對象中可能存在 的任何異常。
[0006] 本發明進一步涉及用於使用能量施加工具測量結構特性的系統和方法，並且包括 一次性特徵部，用於協助消除或最小化正經歷測量的對象通過來自系統的轉移造成的汙 染，或者來自正經歷測量的先前對象的交叉汙染，而不會干擾系統的測量或能力。系統提供 了利用與正經歷這樣的測量的對象的接觸的無損測量方法，而無需擦拭能量施加工具或對 能量施加工具進行高壓滅菌，並且同時無需設置整個能量施加工具。一次性特徵部可以包 括膜，其封閉系統的可與正經歷測量的對象接觸的部分，而不會干擾靈敏度、再現性（如果 期望的），或者不會在任何實質的程度上幹擾儀器的一般操作。膜本身可以或不與對象接觸 並且可僅僅保護系統的其餘部分，包括能量施加工具的其餘部分，例如彈擊杆的通常不與 對象接觸的部分。一次性特徵部可以在任何現存的能量施加工具上使用，例如任意撞擊工 具，並且系統可以或不包括用於接觸待測試的對象的套筒特徵部，或者用於協助重新定位 能力的特徵部。
[0007] 所述系統可以包括能夠可再現地直接布置在正進行這種測量的對象上以用於可 複製測量的設備，例如撞擊儀器，並且可以包括一次性特徵部，用於協助消除或最小化能量 施加工具或者正經歷測量的對象通過來自系統或對象的轉移造成的汙染或交叉汙染，或者 來自經歷測量的先前對象的交叉汙染，而無需在使用之前擦拭能量施加工具或對能量施加 工具進行高壓滅菌。
[0008] 如本文定義的結構特性可以包括：振動阻尼容量、聲阻尼容量；缺陷，包括在例如 骨或形成所述對象的材料中的固有缺陷；裂紋、微裂紋、裂縫、微裂縫；對象例如對於錨定 部和/或基底的膠合密封劑的損失；例如對象與錨定部和/或基底之間的膠合劑失效；例 如對象與錨定部和/或基底之間的粘合劑失效；例如來自對象和/或對象與錨定部和/或 基底之間的微滲漏病變；腐爛；結構的整體完整性或結構的整體穩定性。對於諸如牙齒結 構、天然牙齒、由於磨損或創傷而具有裂縫的天然牙齒、已經變為至少部分膿腫的天然牙 齒、或者已經經歷骨質增大程序的天然牙齒、人工牙科植入物結構、牙科結構、矯形結構或 矯形植入物之類的解剖學對象，這種特性可能指示所述對象的健康狀況、或者所述對象可 錨定或附著的下層基底的健康狀況。所述對象和/或所述下層基底的健康狀況也可以與如 下各項相關：密度或骨密度或骨整合水平；任何固有或其他缺陷；或裂紋、裂縫、微裂縫、微 裂紋；膠合密封劑的損失；膠合劑失效；粘合劑失效；微滲漏；病變；或腐爛。對於例如聚合 物複合結構，包括蜂窩結構或分層蜂窩或金屬複合結構；飛機、汽車、船舶、橋梁、建築物、工 業結構包括但不限於發電設施、拱結構或其他相似的物理結構之類的一般對象；這種測量 也可以相關於任意結構完整性，或結構穩定性，例如缺陷或裂紋，甚至極細的裂縫或微裂紋 等等。
[0009] 另外，通過評估與理想無損樣本相比較的能量回歸數據，可以檢測牙齒的結構變 化，牙齒的結構變化減小了其耗散與碰撞力相關聯的機械能量的能力，並且由此減小了總 體牙齒結構穩定性。
[0010] 在一個示例性實施例中，所述設備可以包括：手持件，所述手持件具有帶開口端部 的殼體；和能量施加工具，例如安裝在所述殼體內部、開口端部處的用於移動的彈擊杆或碰 撞杆。所述殼體具有縱向軸線，而所述能量施加工具具有帶擱置配置和活動配置的長度。 [0011] 在一個實施例中，當能量施加工具沿著殼體的縱向軸線軸向移動時，擱置配置可 以是縮回形式，而活動配置可以是伸出形式，所述縮回形式是從所述殼體的所述開口端部 縮回或者與所述殼體的所述開口端部基本共同延伸。例如彈擊杆的能量施加工具的運動可 由安裝在所述殼體內的驅動機構影響，所述驅動機構用於在操作期間將所述彈擊杆在所述 殼體內在縮回位置與伸出位置之間軸向地驅動。在伸出位置，所述彈擊杆的自由端部能夠 從所述殼體的開口端部伸出或突出。
[0012] 在另一實施例中，擱置配置可以是基本平行於殼體的縱向軸線的形式，而活動配 置可以是當能量施加工具例如安裝在殼體內部的彈擊杆或碰撞杆通過例如繞著縱向軸線 上的樞軸點來回搖擺而與殼體的縱向軸線形成銳角的形式。由此，能量施加工具繞著樞軸 點從與殼體的縱向軸線基本平行的位置振蕩到與殼體的縱向軸線成銳角的位置。在測量期 間，能量施加工具可以保持水平或者保持在任何位置，並且可以具有尖端部分，該尖端部分 基本垂直於工具的大部分並且在靜止或碰撞時保持恆定長度。能量施加工具，例如彈擊杆， 的移動會受到安裝在殼體內部的驅動機構的影響，以將彈擊杆繞著樞軸點從與殼體的縱向 軸線基本平行的位置驅動到與該軸線成銳角的位置並且再次返回，同時尖端接著上下振 蕩。利用這一實施例，可以在相對無法觸及的位置，例如患者牙齒的白齒區域中進行測量。
[0013] 驅動機構可以是電磁機構，並且可以包括電磁線圈。在一個實施例中，所述驅動機 構可以包括固定到能量施加工具例如彈擊杆的後端部上的永磁體，而磁性線圈可以軸向地 設置在所述永磁體的後面。磁性線圈連同所述手持件殼體的後部分和任何電源線形成可被 一併操作且可以例如通過合適的可拆卸連接件（例如螺紋型連接件或插頭型連接件）連接 至其餘設備上的結構單元。這種可拆卸連接件可以有利於清潔、維修等。
[0014] 例如彈擊杆的能量施加工具位於殼體的前部，而彈擊杆的安裝機構可以包括無摩 擦軸承。這些軸承可以包括一個或多個軸向開口，使得由殼體和彈擊杆形成的相鄰腔室彼 此連通以進行空氣交換。
[0015] 在一個實施例中，彈擊杆可以具有在其整個長度上的基本恆定的橫截面構造，其 中如上所述，永磁組件安裝在遠離於自由端部的一端。同樣如上所述，驅動機構的電磁線圈 可以位於所述彈擊杆的另一端部的後面，從而導致手持件相對較小的外徑。在該實施例中， 手持件殼體的外徑可以基本上僅由所述彈擊杆的橫截面、位於殼體內彈擊杆安裝機構、以 及殼體的壁厚所限定。
[0016] 在本發明的一個示例性實施例中，能量施加工具，例如碰撞杆或彈擊杆，可以具有 前部分，該前部分具有附接於其的可分離尖端，其可以基本平行於杆的大部分，或者基本垂 直於彈擊杆的大部分；以及相鄰於驅動機構的後部分。尖端部分可以變得接觸測試表面，例 如患者的牙齒或者其他工作表面，並且可以通過磁性連接至彈擊杆的前部分。在一個方面， 前部分的端部可以具有位於其上的磁體。在另一方面，前部分的端部可以具有用於通過磁 力保持在尖端上的磁性元件。在一個實施例中，磁體或磁性元件可以存在於能量施加工具 的前部分上。在另一實施例中，磁體或磁性元件可以存在於可分離尖端上。
[0017] 在本發明的一個實施例中，設備可以包括膜，該膜可以一體地形成在能量施加工 具組件的尖端周圍，以使得其基本覆蓋整個尖端以及封閉能量施加工具組件的其餘部分的 手持件殼體。尖端可以是或不是可分離的或者需要是可分離的。膜可以被選擇為對於能量 施加工具例如彈擊杆的操作具有最小的影響。在一個方面，一次性特徵部可以包括不帶有 或者帶有一個面對驅動機構的開口端部的膜。通過尖端（如果其是可分離的）至彈擊杆 組件的前部分的連接可以通過磁體形成並且當尖端不變得接觸測試表面時，其可以再次使 用。在再一方面，膜可以覆蓋整個尖端並且在封閉彈擊杆組件的前部分的兩側上包括摺疊 部或凹槽，以使得其允許彈擊杆伸出和縮回而不會撕裂膜。
[0018] 在本發明的另一實施例中，一次性特徵部可以包括分離尖端和膜。膜可以具有帶 一個開口端部的中空內部，並且具有與封閉能量施加工具組件例如彈擊杆組件的手持件殼 體的前部分基本類似的形狀和尺寸，使得其可以緊固地固定於封閉彈擊杆組件的手持件殼 體的前部分或其周圍，其中彈擊杆組件的封閉端部面對連接至彈擊杆的前端部的可分離尖 端。膜不覆蓋可分離尖端，使得可分離尖端暴露於正經歷測量的對象並且由此是一次性的。 一次性組件可以在製造時組裝並且作為單元出售，或者在牙科診所組裝並且分開出售。在 一個實施例中，磁體或磁性元件可以存在於施加工具例如彈擊杆的前端部上。在另一實施 例中，磁體或磁性元件可以存在於可分離尖端上。在一個方面，可分離尖端可以通過覆蓋封 閉彈擊杆的手持件殼體的前端部的膜，經由同樣由膜覆蓋的彈擊杆組件的前端部處的磁體 或磁性元件磁性地連接至彈擊杆組件的前端部。在另一方面，可分離尖端可以通過覆蓋彈 擊杆組件的前端部的膜，經由在可分離尖端上並且因此也是暴露的和一次性的磁體或磁性 元件磁性地連接至彈擊杆的前端部。
[0019] 在本發明的進一步實施例中，能量施加工具，例如碰撞杆或彈擊杆，可以具有前部 分，該前部分變得接觸測試表面，例如患者的牙齒或者其他工作表面；以及相鄰於驅動機構 的後部分。封閉在手持件殼體中的前部分可以完全包圍在例如膜的一次性特徵部中，以使 得其不會變得接觸測試表面。在一個實施例中，彈擊杆的前部分具有尖端，該尖端可以垂 直於彈擊杆的大部分並且膜可以在封閉彈擊杆組件的手持件殼體的前部分的兩側上具有 摺疊部或凹槽。摺疊部或凹槽允許彈擊杆在樞軸點處從與手持件殼體的縱向軸線基本平行 的位置振蕩到與手持件殼體的縱向軸線成銳角的位置而不會撕裂膜。在另一實施例中，當 能量施加工具在樞軸點處從與手持件殼體的縱向軸線基本平行的位置運動到與手持件殼 體的縱向軸線成銳角的位置時，如果膜僅僅覆蓋基本垂直於彈擊杆的大部分的彈擊杆的尖 端，則可以不需要摺疊部或凹槽。在一個實施例中，在缺少套筒的情況下，一次性膜可以由 套圈保持。在存在套筒的情況下，套圈和套筒可以一體成型並且一次性膜可以由組合的套 筒和套圈保持，並且套筒的部分或者由一次性膜覆蓋，或者是一次性的。在一個方面，膜可 以由套筒一體地或者可去除地保持，並且整個套筒和膜兩者製成為一次性的。在另一方面， 膜可以由套筒一體地或者可去除地保持，並且僅僅膜製成為一次性的。
[0020] 在一個方面，套筒可以覆蓋殼體的大部分並且套筒的變得接觸對象的前部分可與 其餘部分分離並且該可分離的部分可以是一次性的。在另一方面，覆蓋殼體的大部分的整 個套筒可以製成是一次性的。
[0021] 手持件本身可被系縛至外部電源或由包括在殼體內的電源（例如，電池、電容器、 換能器、太陽能電池、外部源和/或任意其他合適的源）供電。
[0022] 在一個實施例中，在驅動機構與例如彈擊杆的能量施加工具之間的通信可以經由 導電引腳或導電線路、能以圍繞彈擊杆的同心方式螺旋纏繞且具有彈簧的彈性屬性的絕緣 導線進行。這也可以容許關於線路管理的最小空間需求。另外，可以由螺旋纏繞的導線形 成的螺旋彈簧可以有助於避免或防止導線連接的環扣或扭曲。
[0023] 在另一實施例中，驅動機構之間的通信可以經由任何合適的無線連接無線地傳 輸。如果存在，螺旋彈簧可以包括具有兩根雙絞線或同軸線的絞合線。在其加載狀態下，彈 簧可以被壓縮到使得其預應力的力與在例如彈擊杆的能量施加工具從縮回位置向伸出位 置的前向運動期間的摩擦力相對應且與該摩擦力相反的程度，或者在樞軸處從與殼體的縱 向軸線基本平行的位置運動到與軸線成銳角的位置。彈簧的預應力路徑由此可能遠大於彈 擊杆的行程，使得彈簧力在彈擊杆的整個行程上保持基本恆定。用於彈擊杆的安裝機構軸 承在前向運動期間的任何非期望的摩擦力也可基本由該彈簧補償。
[0024] 在一個方面，所述驅動機構可以包括位於手持件殼體內的測量設備例如壓電式力 傳感器以用於與能量施加工具例如所述彈擊杆相耦接。測量設備適於在操作期間測量彈擊 杆在與對象碰撞時的減速度，或者由位於試樣上的彈擊杆所引起的任何振動。壓電式力傳 感器可以檢測對象性能的變化，並且可以客觀量化其內部特性。如下文進一步討論的，由壓 電式力傳感器發送的數據可以由系統程序進行處理。
[0025] 在另一方面，驅動機構可以包括線性可變差動變壓器，其適於感測和/或測量在 能量施加之前、期間和之後例如彈擊杆的能量施加工具的位移。該線性可變差動變壓器可 以是非接觸式線性位移傳感器。該傳感器可以利用感應技術並且由此能夠感測任何金屬目 標。此外，非接觸式位移測量可以容許計算機確定正好在碰撞之前的速度和加速度，從而可 以從結果中消除重力的影響。
[0026] 套筒可以設置在殼體的開口端部處。在一個實施例中，套筒可以附接和/或環繞 殼體自由端部的至少一段長度並且從殼體中突出與彈擊杆在其伸出形式下的端部基本相 同延伸的距離，如果彈擊杆軸向移動。由此，套筒的長度可能取決於所期望的伸出彈擊杆的 突出長度。套筒的自由端部可以布置為抵靠正進行測量的對象。由套筒進行接觸有助於將 手持件穩定在所述對象上。在另一實施例中，套筒可以附接於殼體的端部並且在操作中當 彈擊杆在樞軸處從與殼體的縱向軸線基本平行運動到與軸線成銳角時基本垂直於殼體的 端部。套筒可以是基本圓柱形的。在再一個實施例中，套筒可以是殼體的伸出部並且是基 本半圓柱形的，以允許彈擊杆在操作中當從與殼體的縱向軸線基本平行運動到與縱向軸線 成銳角時自由移動。使用這一系統，可以在相對無法觸及的位置，例如患者牙齒的白齒區域 中進行測量。
[0027] 在一個實施例中，殼體可以朝向由套筒環繞的端部漸縮，使得所述設備可以在附 接套筒時具有基本均勻的尺寸。在另一個實施例中，殼體可以具有基本均勻的尺寸，並且套 筒可以將其所圍繞的端部的尺寸擴展到一定的程度。在又一個實施例中，套筒本身可以具 有朝向其自由端部的逆錐形以增大與對象接觸的平坦面積。
[0028] 在測量期間，設備利用套筒的端部接觸對象。接觸壓力會取決於操作人員而變化。 期望的是，壓力在特定的範圍內一致地施加並且該範圍不過大。傳感器，例如力傳感器可以 包括在手持件中，用於感測這一壓力施加並且可以伴隨有可視信號或數字讀數。這一傳感 器也可以用於確保獲得測量期間相對於對象的正確對準。
[0029] 在一個示例性實施例中，套筒包括從其端部的一部分突出的翼片，使得當套筒的 開口端部與正進行測量的對象的表面的至少一部分相接觸時，該翼片可以擱置在所述對象 的頂部的一部分上。翼片和套筒一起協助手持件關於對象的可再現定位，由此得到相對於 無翼片情況變得更可再現的結果。另外，翼片可適於每次重複布置在對象頂部上的基本相 同的位置處。在一個實施例中，翼片可以基本平行於套筒的縱向軸線。
[0030] 在另一示例性實施例中，套筒可以包括翼片和特徵部，例如基本正交於位於適於 面對對象表面一側上的翼片表面的脊、突起或其他特徵部。例如，對於牙齒，脊或突起可以 嵌套在相鄰牙齒或其他正交表面之間，並且由此可以協助防止翼片在對象表面的任何基本 橫向或堅向的運動和/或進一步協助可重複性。翼片可以取決於對象頂部分的長度或寬度 而具有足夠的長度或寬度，使得脊或突起可以在操作期間被正確布置。同樣地，翼片和特徵 部還有助於實現優於無翼片情況的可再現結果。
[0031] 在一個方面，例如，如果對象為牙齒，則特徵部可以較短且具有足夠小的厚度，使 其可以適配在相鄰牙齒之間。在另一方面，例如，如果對象為牙齒，則特徵部可以較短並且 具有適配在相鄰牙齒的頂部分之間的形狀。在又一方面，例如，如果對象為牙齒且特徵部抵 靠牙齒的後表面或前表面擱置，則其可以具有當翼片擱置在所述牙齒的頂表面上時覆蓋所 述後表面或前表面的大部分的尺寸。
[0032] 翼片和/或翼片與特徵部不僅用來協助儀器在諸如上述的牙齒或機械或工業結 構、複合結構和類似結構之類的對象上的可重複定位，翼片和/或翼片與特徵部還可用來 幫助將諸如上述的牙齒或機械或工業結構、複合結構和類似結構之類的對象保持免於在除 平行於能量施加或撞擊方向以外的方向上動。這有助於最小化對象和/或該對象所錨定到 的基底的任何非必要的擾動和/或可能在測試期間由於這些其他擾動而產生的複雜化，從 而進一步提商檢測的靈敏度和/或精確性。
[0033] 套筒的不具有從中突出的翼片的端部可以是平坦或基本平坦的，而翼片與對象頂 部接觸的部分也可以是平坦或基本平坦的。翼片可以沿基本平行的方向從套筒的端部伸 出。在一個方面，翼片可以在從套筒端部突出之前在一段距離上與套筒一體化，從而在從套 筒突出後基本保持套筒的橫截面輪廓。在另一方面，翼片也可從套筒的頂部分或底部分中 均勻地突出，但是在從套筒突出之後具有與套筒的橫截面輪廓不同的橫截面輪廓。
[0034] 在本發明的一個示例性實施例中，翼片可以具有接觸表面，所述接觸表面基本反 映（mirror)其在使用期間將接觸的對象表面輪廓，以協助該設備直接在對象上的可再現 定位。
[0035] 在一個實施例中，翼片的突起部可以具有矩形橫截面。在另一個實施例中，翼片的 突起部可以具有略呈拱形的頂部分。在又一個實施例中，翼片的突起部可以符合與對象相 接觸的表面的輪廓。
[0036] 在任一所述實施例中，翼片的角部是平滑或圓角的或基本平滑或圓角的，以避免 對它們可以擱置在其上的對象的任何卡鉤。
[0037] -般而言，本發明的設備可以在進行其中振動由向對象施加能量（例如像是彈擊 杆的碰撞）而產生的任何測量時為有用的。與不進行接觸的傳統設備不同，這樣做的優點 是該設備可以在彈擊作用期間與對象保持接觸。
[0038] 套筒和翼片和/或套筒、翼片和特徵部可以由具有振動阻尼、聲阻尼或振動衰減 性的任何材料製成，而套筒可以具有使得行進通過套筒至手持件殼體上的任何振動能被實 質上衰減的長度。在一個實施例中，套筒和殼體相鄰於套筒的端部可以由相同的材料製成。 在另一個實施例中，套筒與殼體附接套筒的端部可以由具有相似振動衰減屬性的材料制 成。在又一個實施例中，套筒與殼體附接套筒的端部可由不同材料製成。在再一個實施例 中，套筒與殼體附接套筒的端部可由具有不同振動衰減屬性的材料製成。在又一個實施例 中，套筒可由帶有位於其一個或多個表面上的振動衰減塗層的任何材料製成。在再一個實 施例中，套筒、翼片和/或特徵部可由具有相似的熱膨脹屬性的不同材料製成。
[0039] 另外，套筒和翼片和/或套筒、翼片和特徵部可由可循環、可生物分解或可生物降 解的材料製成，這在意味著一次使用後即丟棄的那些實施例中是特別有用的。
[0040] 在一個示例性實施例中，設備可以包括手持件，手持件包括殼體，殼體具有開口端 部；以及能量施加工具，例如彈擊杆或碰撞杆，安裝在殼體內部開口端部處用於運動。殼體 具有縱向軸線並且能量施加工具具有帶擱置形式和活動形式的長度，傳感器，所述傳感器 設置在所述殼體內，適於監測當所述套筒擱置在對象上時施加的合適力。套筒可以位於殼 體的開口端部處一段距離，適於至少以其開口端部的一部分抵靠對象擱置。傳感器，例如 力傳感器可以設置在殼體內部，適於監測當套筒擱置在正經歷測量的對象上時由操作人員 施加的合適力。如上所述，傳感器也可以用於確保獲得在測量期間相對於對象的正確對準。 如下描述傳感器的額外細節。套筒可以或不具有翼片，或者具有附接於其的特徵部的翼片， 如上所述。
[0041] 在一個示例性實施例中，能量施加工具，例如碰撞杆或彈擊杆，可以具有附接於前 部分的可分離尖端；以及相鄰於驅動機構的後部分。可分離尖端可以是本發明的一次性特 徵部。可分離尖端可以變得接觸測試表面，例如患者的牙齒或者其他工作表面，並且可以通 過磁性連接至彈擊杆的前部分。在一個方面，前部分的端部可以具有位於其上的磁體或磁 性元件，用於通過磁力保持在尖端上。在另一方面，可分離尖端具有位於其上的磁體或磁性 元件，用於附接於彈擊杆的前部分。可以使用一次性特徵部而不會干擾系統的測量或能力。 系統可以包括或者不包括用於協助重新定位能力的特徵部。
[0042] 在一個實施例中，套筒和翼片和/或套筒和翼片和用於協助重新定位能力的特徵 部可以可去除地連接至手持件的殼體並且一次性特徵部可以包括套筒和翼片、和/或套 筒、翼片和特徵部，以及可分離尖端。在另一實施例中，一次性特徵部可以包括套筒和翼片、 和/或套筒、翼片和特徵部，以及膜，該膜可以一體地形成在可分離尖端周圍，以使得其基 本覆蓋整個尖端。膜可以被選擇為對於彈擊杆的操作具有最小的影響並且尖端可以或無需 是一次性的。在一個方面，膜可以覆蓋整個可分離尖端並且可以通過膜磁性地形成至彈擊 杆的前端部的連接。在另一方面，膜在一個端部或兩個端部上具有開口並且可以通過磁力 直接形成至彈擊杆的連接。
[0043] 在另一實施例中，套筒和翼片和/或套筒和翼片和特徵部可以可去除地連接至手 持件的殼體並且一次性特徵部可以包括套筒和翼片的前端部的部分、和/或套筒、翼片和 特徵部、可分離尖端和膜的前端部的部分。一次性特徵部可以在製造時組裝並且作為單元 出售，或者在牙科診所組裝並且分開或一起出售。膜可以具有帶一個或兩個開口端部的中 空內部，具有與套筒的後部分基本類似的形狀和尺寸，使得套筒可以緊固地插入或固定於 其，並且尖端可以通過磁性元件連接至彈擊杆的前端部。在一個方面，磁體或磁性元件可以 存在於彈擊杆的前端部。在另一方面，磁體或磁性元件可以存在於可分離尖端上。
[0044] 在一個示例性實施例中，套筒、翼片和/或特徵部可以是重複使用的。用於該構造 的材料可以經受擦拭和/或高壓滅菌。
[0045] 在另一實施例中，如上所述的，套筒、翼片和/或特徵部，以及膜，或如上所述的， 彈擊杆的尖端和膜，可以是一次性的。
[0046] 在再一示例性實施例中，可分離尖端和一次性膜可以適用於任何可商購的手持 件，該手持件不適於與在測量的對象接觸，也可以實現本發明的優點。
[0047] 在又一示例性實施例中，套筒、可分離尖端和一次性膜可以用於任何商業可用的 手持件，該手持件不適於與在測量的對象接觸，也可以實現本發明的優點。
[0048] 可以使用多種儀器以多種方法進行上述的這類結構特性評估，例如，在2000年9 月 19 日授權的、題為 "System and Method for Quantitative Measurement of Energy Damping Capacity"的美國專利No. 6, 120, 466 ( "' 466專利"）中描述了合適的儀器， 該專利通過引用結合在此。其他儀器和方法可以包括例如在美國專利No. 6, 997, 887和 No. 7, 008, 385中公開的，這些專利的全部公開內容通過引用結合在此。這些測量可以包括 使用儀器在一時間段上測量由於彈擊或施加能量而從對象反射的能量，所述測量可以包括 基於在該時間段期間從對象反射的能量創建時間-能量分布圖和/或評估時間-能量分 布圖以確定對象的阻尼容量。也可以使用另外的裝置，例如在美國專利No. 4, 482, 324和 No. 4,689,011中公開的，這些專利的全部公開內容通過引用結合在此。所有這些儀器和設 備可以利用本發明的套筒配置進行修改用以重複的再定位性。
[0049] 如上所述，在任意上述實施例中的套筒可以是可拆卸的。根據本發明的一個實施 例，套筒可以是一次性的。根據本發明的另一個實施例，套筒可以是可重複使用的。在一個 方面，一次性套筒可以是可消毒的且在多次使用之後丟棄的。在另一方面，套筒可以是一次 使用的，其可由可消毒材料也可由不可消毒材料製成。
[0050] 套筒可以通過任意合適的附接方式附接至殼體，包括但不限於螺紋附接、摩擦配 合、配合刺刀結構、榫舌和凹槽型結構、卡扣配合、嵌套銷釘和銷孔結構、栓鎖和其他互連結 構。在一個示例性實施例中，套筒和殼體可以是用於更佳配合的定製螺紋系統。
[0051] 根據本發明的另一個實施例，套筒可被裝配到不適於與進行測量的對象相接觸的 其他商業可用手持件上，使得本發明的優點也可以被實現。
[0052] 如上所述，本發明的系統和方法是無損的。這可應用於可具有或不具有用於協助 重新定位能力的一次性部分和/或特徵部的系統。本發明還涉及用於測量結構特性的系統 和方法，其使對於正經歷測量的對象的碰撞，即使是微小的碰撞最小化，而不損失系統的測 量或操作的靈敏度。在一個實施例中，系統包括能量施加工具，其重量輕和/或能夠以較慢 的速度移動，使得其最小化在測量期間對於對象的碰撞力，同時表現出或者保持較好的測 量靈敏度。在一個方面，能量施加工具，例如彈擊杆可以由較輕的材料製成，以使手持件的 重量最小化。在另一實施例中，能量施加工具，例如彈擊杆可以製造得較短和/或具有較小 的直徑，使得手持件的尺寸也被最小化。在再一個實施例中，系統可以包括驅動機構，其可 以減小能量施加工具的加速度。例如，驅動機構可以包括較小的驅動線圈，以減小能量施加 工具的加速度以及操作期間對於對象的碰撞力，同時保持測量的靈敏度，無論其是否重量 輕，和/或長度或直徑較小。這些實施例可以與以上包括較輕重量的手持件殼體的實施例 中的一個或多個結合。在不增加初始的碰撞速度以便使測量期間對於對象的碰撞最小化的 情況下，進行測量的速度也是期望的。本發明涉及另一用於測量結構特性的系統和方法，其 具有驅動機構，驅動機構可以將能量施加工具的行進距離例如從約4mm減小到約2_，同時 保持接觸處相同的初始速度，並且由此在不損失系統操作的情況下，更快的測量是可能的。 系統可具有或不具有一次性部分和/或特徵部，用於協助重新定位能力和/或利用前述特 徵部減小碰撞。
[0053] 在上述系統中的任一個中，無論是具有還是不具有較輕重量的能量施加工具，較 短或較小的能量施加工具，或者可以包括較小的驅動線圈，以減小能量施加工具的加速度 的驅動機構，如果在套筒的一部分與對象接觸的同時進行測量，操作人員施加在對象上的 力也是重要的並且會需要監測，因為無論操作人員施加的力是不足還是過量都會使測量復 雜化，並且甚至會產生較不精確的結果。在一個實施例中，利用上述本發明的任一實施例， 手持件可包括應變計，用於測量在測量時施加至對象上的力。如果存在，應變計可以附接或 安裝於手持件和套筒之間的懸臂，使得將套筒按壓在對象也使懸臂變形，這由應變計測量， 由此提供力測量。
[0054] 在另一實施例中，利用上述本發明的任一實施例，手持件可以包括壓電元件，用於 直接測量上述的力。
[0055] 在一些實施例中，可以利用安裝至單個或分離的懸臂的多個應變計。懸臂也可以 例如存在於與手持件的其餘部分或套筒分離的組件上，例如在安裝設備上。
[0056] 在一個方面，力測量可以連接至可視輸出，諸如燈。在一個實施例中，可以包括多 個燈系統。例如，綠燈可以指示合適的力的量，而紅燈可以指示太大的力。在另一實施例中， 可以包括一個燈系統。例如，沒有燈給出合適的力的量的信號，而紅燈可以給出太大力的信 號。在又一實施例中，閃爍的紅燈可以指示太大的力。
[0057] 在另一方面，力測量可以連接至可聽輸出。在一個實施例中，可聽輸出可以包括蜂 鳴聲以指示太大的力。在另一實施例中，可聽輸出可以包括蜂鳴聲，其與閃爍的紅燈一起指 示太大的力。在又一實施例中，力測量可以連接至語音報警系統，用於警報太大的力。在再 一個實施例中，力測量可以連接至語音報警系統和閃爍的紅燈，用於警報太大的力。
[0058] 如上所述，手持件可以是系統的一部分，其中該系統包括計算機化的硬體以及可 被編程以激活、輸入和跟蹤手持件的動作和響應從而確定對象的結構特性的工具軟體。硬 件可以包括計算機，用於控制手持件以及用於分析所採集的任何數據，例如能量施加工具 (例如彈擊杆）剛與對象碰撞後的減速度。在一個實施例中，手持件和硬體可以經由有線連 接通信。在另一個實施例中，手持件和硬體可以經由無線連接通信。
[0059] 在一個實施例中，手持件的能量施加過程可以經由機械機構例如通過開關機構觸 發。在一個方面，手指開關可以設置在手持件上的便利位置處以用於由操作人員容易的激 活。在另一方面，開關機構可以通過經套筒向對象施加壓力而被觸發。在另一個實施例中， 手持件的所述能量施加過程可以經由語音控制或腳踏控制觸發。
[0060] 一旦激活後，彈擊杆就以一定速度朝對象伸出，並且彈擊杆在與對象碰撞後的減 速度可以通過安裝在手持件中的測量裝置例如壓電式力傳感器進行測量，並被發送到系統 的其餘部分以用於分析。在一個方面，彈擊杆可以被編程以基本相同的速度每分鐘碰撞對 象特定次數，並且減速度信息被記錄或由系統進行編譯以供分析。
[0061] 殼體的一部分和/或套筒也可以具有塗覆在其上的抗微生物塗層，該塗層能夠消 除、防止、延緩或減少微生物的生長，從而最小化高溫高壓滅菌過程或苛刻化學品的使用， 並且可以增加作為用於製造這種工具或儀器的基底有用的材料的種類和數量。
[0062] 另外，儀器在協助材料選取時可以是有用的，例如在構造和/或選取用於解剖學 結構（例如植入物）的材料中使用的機械生物相容性材料或生物仿生相容性材料。對於正 常健康的牙齒，通過咀嚼所產生的撞擊能量通過位於健康骨骼-天然牙齒界面處的牙周膜 衰減。然而，當因損傷或疾病而由植入物替換天然牙齒時，牙周膜通常丟失並且植入物可以 將撞擊力直接傳遞到骨骼內。用來製造植入物底座的若干材料例如複合材料、金、氧化鋯等 已經在大量研究中顯示為有效的。儘管研究已經證明利用複合樹脂、金或氧化鋯底座在構 造底座之後的植入物修復的續存性，但是一直沒有進行這樣的研究以測量對所述底座材料 的載荷的動態響應。本發明的儀器可以用於這種目的並且對在植入之前預測適用性或相容 性可以是有用的，或者對選擇合適的材料以保護與植入物相鄰的天然牙齒是有用的。因此， 材料的選擇可以最小化植入物和天然牙齒響應於碰撞的方式之間的差異。
[0063] 此外，所述儀器在協助材料的選取例如在構造和/或選取材料用於例如飛機、汽 車、船舶、橋梁、建築物、工業結構包括但不限於發電設施、拱結構或其他相似的物理結構中 使用的機械或化學耐用或相容材料時可以是有利的。本發明的儀器可以用於這種目的並且 可以在除構造後檢測裂紋、裂縫、微裂紋、膠合劑失效、粘合劑失效或缺陷定位等以外用來 在構造前預測材料的適用性。
[0064] 另外，本發明在對形成所述結構或對象的材料中所固有的缺陷以及如上討論地由 於損傷或磨損或反覆加載而導致的裂紋或裂縫等之間進行區分時也是有用的。例如在骨骼 或植入物的材料構造或者物理結構中固有的缺陷可以包括骨骼中的病變、植入物構造中的 類似缺陷或製造聚合物、聚合物複合材料或合金、或金屬複合材料或合金中的類似缺陷。 [0065] 通過翼片或者翼片和/或特徵部穩定儀器也可以最小化可能混淆測試結果的急 跳動作，例如，在骨骼結構或物理或工業結構中固有的任何缺陷會由測試人員的急跳動作 而被掩蓋。由於缺陷的位置和程度可以顯著地影響植入物或物理或工業結構的穩定性，因 此這種類型的缺陷檢測是重要的。通常當例如在植入物中檢測到病變例如頂部或根尖缺陷 時，植入物的穩定性可能在頂部和根尖缺陷都存在的情況下受到影響。在過去，除了昂貴的 強放射過程以外，不存在其他收集這種類型信息的方式。利用本發明，可以收集這種類型的 信息並能以非破壞性的方式完成這一收集。
[0066] 一般而言，本發明還代表了在牙齒健康或物理結構的結構完整性中的精確風險估 計的新形式，以及以新的方式進行診斷的機會。本發明提供了用於向試樣施加動能，加載 和位移速率可以由試樣確定，當碰撞後測量減速度並且分析動態機械響應以用於更準確地 預測裂紋、裂縫、微裂紋、微裂縫；膠合密封劑的損失；膠合劑失效；粘合劑失效；微洩露；病 變；腐爛；結構的整體完整性；結構的整體穩定性或缺陷位置。
[0067] 另外，結構完整性的多個指示符例如LC(損耗係數）和ERG(能量回歸曲線圖） 是可能的，並且沿關鍵方向的撞擊載荷也是可能的。本發明的系統提供了用於提供口腔加 載的便利的和容易的方式，並且其他加載方向例如用於測試上述結構特性的舌方向是可能 的。
[0068] 口腔加載重要之處在於其典型地是由例如牙齒所遇到的更危險類型的加載。通 常，堅直加載導致牙齒中相對低的應力。但是，做功和/或不做功運動由於下巴的橫向運動 和牙齒的咬合面的傾斜幾何形狀以及回復而產生側向載荷。這種側向載荷可以誘發在外表 面和內表面處以及在邊沿下面的高很多的應力集中。由此，使用本發明的系統，可以容易執 行這類測試。簡言之，該系統不僅適於檢測人工牙科植入物結構、牙科結構、矯形結構或矯 形植入物的結構穩定性，完整性、裂紋等，而且可以適於在植入後隨後會遇到的應力下測試 而在實際的構造和替換過程中使用。
[0069] 天然加載通常為脈衝的（不同於例如正弦的）。肌肉、心血管、跑、跳、緊握/咬等 全部都會產生加載，例如脈衝加載。撞擊加載是脈衝的並因此是生理的。撞擊加載可以用 來測量粘彈性屬性以及檢測結構中的損壞。
[0070] 如上所述，本發明提供了施加的易用性和速度性，並且可以用來以非破壞性方式 檢測並估計微滲漏、總體復發性腐爛、鬆動支柱/建立、支柱空間中的腐爛、牙齒是否不可 修復、總體腐爛、近牙髓暴露、牙釉質和牙本質裂紋、內部合金裂縫、或者甚至任何生物工程 不匹配、造成結構內的運動的任何缺陷等等。這對上述工業或物理結構而言也是如此。
[0071] 另外，如上所述，本發明也有助於檢測缺陷、裂紋、微裂紋、裂縫、微裂縫、洩漏、病 變、膠合劑密封的損失的定位準確性；微滲漏；腐爛；膠合劑失效時的結構完整性；粘合劑 失效；整體或結構穩定性。
[0072] 本發明可以通過下面對實施例的詳細描述和下文所示的附圖而被進一步例舉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0073] 圖1例示了本發明的系統的實施例的透視圖；
[0074] 圖la和圖lb示出了本發明的翼片的說明性實施例；
[0075] 圖2a例示了本發明的套筒和翼片的實施例的側視透視圖；
[0076] 圖2b例示了本發明的套筒和翼片的實施例的端視透視圖；
[0077] 圖2c例示了本發明的套筒和翼片的實施例的透視截面圖；
[0078] 圖2d例示了本發明的套筒和翼片的實施例的端視截面圖；
[0079] 圖2e例示了本發明的圖2a的套筒和翼片的側視截面圖；
[0080] 圖3示出了本發明的套筒的實施例的透視側視圖；
[0081] 圖3a示出了圖3的套筒的實施例的側視圖；
[0082] 圖3b示出了本發明的套筒的另一實施例的側視圖；
[0083] 圖3c示出了圖3b的套筒在從套筒的上述端部觀察時的截面圖；
[0084] 圖3d示出了圖3a的套筒在從套筒的附接到手持件上的端部觀察時的截面圖；
[0085] 圖4a_b例示了本發明的手持件的套筒的實施例；
[0086] 圖5例示了本發明的手持件的實施例的縱向截面圖；
[0087] 圖6例示了沿著本發明的圖5的線III-III截取的截面圖；
[0088] 圖7a例示了圖2a_d中的任一個的套筒和翼片的實施例當定位在對象上時的側視 圖；
[0089] 圖7b和圖7c分別例示了本發明的套筒和翼片的實施例在操作期間的俯視圖和正 視圖；
[0090] 圖8例示了本發明的套筒和翼片的另一實施例；
[0091] 圖8a和圖8b例示了在操作期間的圖8的套筒和翼片的實施例；
[0092] 圖9例示了在本發明的實施例中的軟體程序的流程圖；
[0093] 圖10、圖10a、圖11和圖11a示出了使用本發明的系統和方法對四個螺紋鈦植入 物的骨密度的體外研究的曲線圖；
[0094] 圖12示出了在由本發明的儀器的彈擊杆的碰撞期間所施加的力；
[0095] 圖13示出了對象在由本發明的儀器的彈擊杆碰撞時的動態響應；
[0096] 圖14和圖15示出了在計算理想情況下的損耗係數和能量回歸曲線時所使用的公 式；
[0097] 圖16示出了本發明的儀器；
[0098] 圖16a示出了在由本發明的彈擊杆碰撞之後所產生的損耗係數和能量回歸曲線 以及其與理想擬合進行比較的狀況如何；
[0099] 圖16b示出了在多次測量之後的正常和異常結構的曲線圖以及其與理想擬合進 行比較的狀況如何；
[0100] 圖17a-h描繪了利用本發明的系統和方法及其他現有方法進行測試的牙齒；
[0101] 圖18和圖18a-f示出了在與圖17、圖17a-h的牙齒不同的牙齒上進行的重複程 序；
[0102] 圖19、圖19a-C描繪了利用本發明的系統和方法及其他現有方法進行測試的3個 牙齒；
[0103] 圖20、圖20a_f示出了在使用本發明的系統進行牙科工作之前和之後的牙齒以及 其時間撞擊響應分布圖；
[0104] 圖21和圖21a_b不出了相同牙齒的X射線圖及其使用本發明的系統的時間撞擊 響應分布圖；
[0105] 圖22和圖22a示出了相同牙齒的視覺圖及其使用本發明的系統的時間撞擊響應 分布圖；
[0106] 圖23示出了來自有限元分析的數據，其中使用玻璃棒以在有限元模型中模擬牙 齒和由碰撞所生成的曲線；
[0107] 圖24和圖24b分別示出了無缺陷的複合層合板以及具有布置在層間樣本中心處 的缺陷的複合層合試樣；
[0108] 圖24a和圖24c分別示出了使用有限元分析的對於圖24和圖24b的複合結構的 撞擊響應曲線圖；
[0109] 圖25和圖25a示出了圖24和圖24b的複合結構的重複測量；
[0110] 圖26示出了本發明的系統的實施例的圖片；
[0111] 圖26a_b不出了本發明的系統的測量設備；
[0112] 圖27和圖28示出了由本發明的系統和方法所產生的時間撞擊響應分布圖；
[0113] 圖29示出了本發明的系統和儀器的實施例的示意圖；
[0114] 圖30示出了本發明的帶有可分離尖端和膜的能量施加工具的實施例的前端部的 橫截面圖；
[0115] 圖30a和30b示出了帶有圖30的實施例的保持磁體的尖端的後視圖和正視圖；
[0116] 圖31示出了帶有所示的可分離尖端、膜和套筒附接定位的能量施加工具的另一 實施例的前端部的橫截面圖；
[0117] 圖32示出了帶有所示的可分離尖端、膜和帶有翼片附接定位的套筒的能量施加 工具的又一實施例的前端部的橫截面圖；
[0118] 圖33示出了帶有摺疊的膜和可分離尖端的能量施加工具的再一個實施例的橫截 面圖；
[0119] 圖34示出了本發明的包括圖32的前端部的手持件的橫截面圖；
[0120] 圖34a示出了圖34的手持件的分解圖；
[0121] 圖34b和bl示出了圖34的前端部的分解圖；
[0122] 圖34c示出了圖34的未帶蓋體的俯視圖；
[0123] 圖35a、b和c以各種視圖示出了圖34的手持件；
[0124] 圖36a、b、c和d示出了圖34的詳細分解圖；
[0125] 圖37、37a和37b示出了本發明的具有帶或不帶一次性膜的垂直尖端的手持件的 另一實施例；
[0126] 圖38示出了應變計安裝底座的正視圖；以及
[0127] 圖38a示出了說明撓曲方向的應變計安裝底座的側面剖視圖。

【具體實施方式】
[0128] 下面闡述的詳細描述旨在作為對根據本發明的多個方面提供的本發明的示例性 系統、設備和方法的描述，而非旨在表示其中本發明可以被製備或利用的僅有形式。而且， 應當理解的是，相同的或等同的功能和部件可以通過不同的實施例實現，這些實施例也旨 在被涵蓋在本發明的精神和範圍內。
[0129] 除非另外定義，本文所用的所有技術和科學術語具有如由本發明所屬領域的普通 技術人員所通常理解的相同含義。儘管與本文所述的那些相似或等同的任何方法、設備和 材料能夠在本發明的實踐或測試中使用，但現在描述示例性方法、設備和材料。
[0130] 本文所提到的所有公布通過以用於描述和公開例如在這些公布中所描述的設計 和方法的目的的引用而併入本文，這些設計和方法可以與本文描述的發明相結合地使用。 以上列舉或討論的公布在下文且貫穿全文由於它們在本申請的提交日期之前的公開而被 單獨提供。本文的任意信息均不被解釋為發明人對無權早於通過現有發明的這種公開的承 認。
[0131] 本發明可以用來測試幾乎任何尺寸和形狀的對象，以獲得有關它們結構特性的信 息。這種結構特性不僅包括對象或對象可被錨定到的基底的物理特性，而且還包括就它們 的位置、在實際工作之前用於在牙科工作中使用的材料的相容性或適用性、牙齒結構是否 在實際工作之前為可修復的、修復過程是否成功、接受任何程序的牙齒結構何時已經被重 構、牙齒結構在牙科工作之前和之後的鬆動、以及它們的組合相關的信息。
[0132] 如本文定義的結構特性可以包括：振動阻尼容量、聲阻尼容量；缺陷，包括在例如 骨或形成對象的材料中的固有缺陷；裂紋、微裂紋、裂縫、微裂縫；膠合密封劑的損失；膠合 劑失效；粘合劑失效；微滲漏；病變；腐爛；結構的整體完整性或結構的整體穩定性。對於諸 如牙齒、天然牙齒、人工牙科植入物結構、牙科結構、矯形結構或矯形植入物之類的解剖學 對象，這種特性可能指示所述對象的健康狀況、或者所述對象可以錨定或附著的下層基底 的健康狀況。所述對象和/或所述下層基底的健康狀況也可與如下各項相關：密度或骨密 度或骨整合水平；固有的或其他的任何缺陷；或裂紋、裂縫、微裂縫、微裂紋；膠合密封劑的 損失；膠合劑失效；粘合劑失效；微滲漏；病變；腐爛；或其組合。對於例如包括蜂窩結構或 分層蜂窩或金屬複合結構的聚合物複合結構；飛機、汽車、船舶、橋梁、建築物、包括但不限 於發電設施、拱結構或其他相似的物理結構的工業結構之類的一般對象；如上所述的，這種 測量也可與如下各項相關：任何結構完整性，或結構穩定性，例如缺陷或裂紋，甚至極細的 裂縫或微裂紋，等等。
[0133] 例如，在測量牙齒（無論為天然的或修復的）、牙科植入物結構、矯形植入物結構 的阻尼特性、以及在其中利用阻尼特性的測量結果的各種應用包括但不限於測試飛機結 構、複合結構、工程材料、或醫療植入物的固定，並且在難於接近的位置或其中液體聯接劑 不能被使用的位置是特別有利的。結構完整性為例如螺釘的鬆動、牙齒及骨和骨空隙中的 裂紋、剝落的修復體、以及集成電路材料中的損壞。但是，以上列舉並非是窮盡的。
[0134] 本發明提供了上述對對象的結構特性的有效且可重複的測量。
[0135] 對象可以經受由手持件提供的能量施加過程，其中手持件形成能夠動態地採集並 分析來自對象的數據的計算機化系統的一部分。如上所述，使用本發明的系統和方法可以 確定很多不同的結構特性，如上所述包括振動阻尼容量、聲阻尼容量、機械和解剖學對象和 它們可能錨定在其上的任意基座的結構完整性或結構穩定性。對於例如牙齒（天然的或修 復的）、人工牙科植入物結構、牙科結構、或矯形植入物的解剖學對象，如本文定義的結構特 性的示例可以包括振動阻尼容量、聲阻尼容量、或結構穩定性，並且可以指示對象的健康狀 況。對象的健康狀況也可以如上所述與密度或骨密度或骨整合水平；結構完整性，例如缺陷 或裂紋相關。對於一般的對象，這種測量也可以如上所述而與其結構完整性例如缺陷或裂 紋相關。對於物理結構，例如飛機、汽車、船舶、橋梁、建築或其他相似的物理結構或適於協 助這種結構的構造的阻尼材料，如本文定義的結構特性的示例可以包括振動阻尼容量、聲 阻尼容量、或者結構穩定性並且可以指示對象的結構完整性的健康狀況。
[0136] 本發明的儀器可以用於這種目的，並且除了如上所述可以用來檢測構造後的膠合 密封劑的損失；膠合劑失效；粘合劑失效；微洩漏；腐爛等之外，還可以在構造前預測材料 的適用性。另外，本發明在對形成所述結構或對象的材料中所固有的缺陷和由於損傷或磨 損或反覆加載而導致的上述裂紋或裂縫等之間進行區分時是有用的。例如在骨骼或植入 物的材料構造或者物理結構中固有的缺陷可以包括骨骼中的病變，以及植入物構造或聚合 物、聚合物複合材料或合金、任意類型的陶瓷、或金屬複合材料或合金中的類似缺陷。
[0137] 在一個實施例中，手持件104可以具有例如圖l、35a、b和c例舉的撞擊儀器的形 式。手持件104可以具有圓筒形殼體132,該圓筒形殼體132具有開口端部132a和封閉端 部132b。開口端部132a如本文例舉為錐形的，儘管也可以考慮其他配置。如上所述，能量 施加工具120例如彈擊杆120可以安裝在殼體132內以用於軸向運動。手持件還包括安裝 在殼體130內的驅動機構160,驅動機構160用於在操作期間在殼體132內在縮回位置128 與延伸位置129之間軸向驅動彈擊杆120。如圖所示，在延伸位置129,彈擊杆120的自由 端部從殼體132的開口端部132a中延伸或突出。驅動機構160可以包括將在下文進一步 討論的如圖5中所示的電磁線圈156。在一個方面，彈擊杆120可以在其整個長度上具有基 本恆定的橫截面構造，並且具有安裝在遠離於自由端部的端部處的永磁體組件157。驅動 機構160的電磁線圈156可以設置在彈擊杆120的另一端部的後面，從而導致用於手持件 104的相對較小的外徑。
[0138] 用於能量施加工具120的例如彈擊杆120的安裝機構可以由軸承1003和1004(如 圖6中所示）形成以用於以很大程度上無摩擦的方式接收或支承彈擊杆120。在一個示例 中，殼體132可以是大約150mm長和大約15mm厚。磁性或推進線圈156可以與永磁體157 相鄰地設置在殼體132中，並且軸向地位於永磁體157的後面。磁線圈156和永磁體157 形成用於彈擊杆120的前向和返回運動的驅動器。驅動線圈156可以是殼體130的一體式 部件並且可以連接到供應軟管或線路1000上。
[0139] 兩個軸承1003和1004可以是基本上無摩擦的，並且如圖6中所示可以包括由軸 向開口 1400分隔開的多個徑向向內延伸的脊。軸承1003的軸向開口 1400允許空氣在腔 室1500(其經由軸承1003與腔室1600分開）與腔室1600(該腔室在殼體132的內壁表面 與彈擊杆120之間形成）之間的移動。在這些腔室1500和1600之間的空氣移動由此可以 補償彈擊杆120的移動。
[0140] 再次參照圖1，套筒108朝向端部132a設置且延伸超出端部132a。套筒108包封 殼體的端部132a，並且在其端部116處平坦化以用於在操作期間易於抵靠對象112的表面 定位。套筒108具有如圖2a中所示的從其端部116中突出的翼片110,使得當套筒108的 開口端部116與進行測量的對象112的表面相接觸時，翼片110可以擱置在對象112的頂部 的一部分上（如本文圖6、圖26a和圖26b中所不）。翼片110和套筒108均可以協助手持 件104相對於對象112的可重複定位，並且翼片110可以每次基本布置在距對象112的頂 部相同的距離處以實現更好的可重複性。這能夠在圖2b、圖2c和圖2d、圖7a-d、或圖26a 和圖26b中更佳地見到，儘管對象112沒有在圖2b-d中具體示出。如上所述，對象可以包 括解剖學結構或者物理或工業結構，儘管在本文所提及的附圖中示出的是解剖學結構。
[0141] 如圖1、圖2a、圖2b、圖2c和圖26b中所示，套筒108的不具有從其中突出的翼片 110的端部116是平坦的或基本平坦的，並且如圖2a、圖2b、圖2c和圖26b中所示，翼片110 與對象112的頂部相接觸的部分也為平坦的或基本平坦的。如圖2a、圖2b、圖2c和圖29b 中所示，翼片110可以從套筒108的端部沿基本平行的方向延伸。在一個方面，如圖2b中 所示，翼片110可以在從套筒108的端部中突出之前在一段距離上與套筒108-體化，從而 在從套筒108的端部116中突出的之前和之後基本保持套筒108的橫截面輪廓。在該實施 例中，如圖2b中所示，翼片110的突出部分可以具有拱形頂部分。在另一方面，如圖2a和 圖2c中所示，翼片110可以從套筒108的頂部中突出，從而在從套筒108的端部116中突 出之前和之後不保持套筒108的橫截面輪廓。在該實施例中，如圖2c和圖26b中所示，翼 片110的突出部分可以具有矩形橫截面。在上述任一實施例中，翼片110的角部是平滑的 或者圓角的或基本平滑的或基本圓角的以避免對在它們可以擱置在其上的對象112的任 意卡鉤，如圖la中所示。在其他實施例中，如圖lb中所示，翼片110可以是平滑的，儘管角 部可能並非必須是圓角的。在又一個實施例中，如在圖2d的橫截面所示，翼片110的橫截 面不會延伸到套筒108的橫截面周緣之外。
[0142] 圖3和圖3a示出了本發明的套筒108的實施例的側視透視圖和側視圖。在該實 施例中，套筒108朝向自由端部116成錐形，具有用於附接到殼體132a的開口端部上的螺 紋部分116a。圖3d示出了圖3a的套筒當從套筒的附接到手持件104的端部觀察時的橫截 面視圖。
[0143] 在另一個實施例中，如圖3b中所示，套筒108可以是基本上非錐形的。在該實施 例中，如圖3c中所示，套筒108的端部的橫截面基本上是圓的。
[0144] 在這些實施例中，套筒108可以通過螺紋116a附接到手持件104。螺紋部分116a 可以具有容許牢固附接的尺寸。
[0145] 在圖4a-b中，示出了手持件104的套筒108的其他實施例。在圖4a和圖4b中， 聚合物套筒108特徵在於平坦的尖端116,該尖端116大致正交於對象112的表面，從而進 一步協助手持件104的對準。在圖4b中，套筒108的外徑是內徑的至少幾倍。套筒108的 其他形狀和構造也是可能的，只要所用的形狀或形式能夠協助手持件104的大致正交的對 準並且衰減來自對象112因測量過程所導致的振動，其中該振動可以經過套筒108行進並 且進入其中正進行敏感測量的手持件104的殼體132內。
[0146] 圖7a例示了圖la-b和圖2a_2d的任一實施例中的套筒108和翼片110在操作期 間設置在對象112上時的側視圖。如圖7b和圖7c中所示，套筒108接觸對象112例如牙 齒，而翼片110擱置在牙齒112的頂部上。翼片110與對象112相接觸的表面可以定輪廓 為更好地設置在牙齒112的頂部上或者其可以是平坦的。圖7b和圖7c各自例示了分別為 圖la和圖lb的套筒和翼片在操作期間的實施例的俯視圖和正視圖。
[0147] 在其他實施例中，如圖8中所示，套筒108可以包括特徵部111，例如，位於面對對 象112的表面一側上的基本正交於翼片110的表面的脊、突起或其他類似特徵部。例如，對 於牙齒，脊或突起可以嵌套在相鄰牙齒之間並且可以由此協助防止翼片110穿過對象112 的表面的任何大致橫向的運動（如圖8a中所示），或者擱置在正交表面例如待嵌套的牙齒 的內表面上（如圖8b中所示）。具有翼片110和特徵部111的套筒108可以進一步協助 將能量施加工具例如彈擊杆120在對象112上定位的可重複性。對於圖8a的實施例，翼片 110可以從套筒延伸足夠的長度以使脊或突起111能被恰當擱置在相鄰的牙齒之間。對於 圖8b的實施例，翼片110可以足夠寬以使脊或突起111能被恰當擱置在待測牙齒的內表面 上。
[0148] 在一個方面，例如，如果對象112是牙齒，則特徵部111可以較短並且其厚度可以 足夠小使得其可適配在相鄰牙齒112之間。在另一方面，例如，如果對象112是牙齒，則特 徵部111可以較短並且具有適配在相鄰牙齒112的頂部分之間的形狀。在又一方面，例如， 如果對象112是牙齒，並且特徵部111將抵靠後表面擱置，則其可以具有覆蓋後表面的大部 分的尺寸。
[0149] 特徵部111可以針對其他對象112而具有相應地形狀或者適於該對象112的尺 寸。
[0150] 為了有利於手持件104的操作，套筒108可由任何具有振動衰減屬性的材料製成 並且可以具有使得行進通過套筒108而到達手持件104的殼體132的任何振動可被衰減的 長度。在一個實施例中，套筒108和/或翼片110、以及套筒108所附接的殼體132的端部 可以由相同的材料製成。在另一個實施例中，套筒108和/或翼片110、以及套筒108所附 接的殼體132的端部可以由具有相似的振動衰減屬性的材料製成。在又一個實施例中，套 筒108和/或翼片110、以及套筒108所附接的殼體132的端部可以由不同的材料製成，例 如，殼體132可以由金屬或複合材料製成，而套筒108和/或翼片110可以由聚合物或複合 材料製成。在再一個實施例中，套筒108和/或翼片110、以及套筒108所附接的殼體132 的端部可以由具有不同振動衰減或阻尼屬性的材料製成。在上述任一實施例中，脊或其他 相似特徵部或具有相似功能的特徵部如果存在，則也可以由與套筒108相同的材料製成。
[0151] 一般而言，可能期望套筒108具有足夠的剛性，使得其可以持續適配在手持件殼 體32上或其內並且可以在使用期間不坍塌。如果考慮多次使用，則套筒108通常可被構造 為能夠承受多次消毒程序，例如若需要通過高壓釜執行的程序，除非如以下討論的，一次性 敷料（covering)被使用。在其他實施例中，套筒108連同如果使用的一次性敷料可以是一 次性的，如以下討論的，並且由此可以由在套筒108內形成的任何材料構造。合適材料的示 例可以包括但不限於例如可模製的、熱成型或澆鑄的聚合物。合適的聚合物包括：聚乙烯； 聚丙烯；聚丁烯；聚苯乙烯；聚酯；聚四氟乙烯（PTFE);丙烯酸類聚合物；聚氯乙烯；乙縮醛 聚合物例如聚甲醛或Delrin (可從杜邦公司購得）；天然或合成橡膠；聚醯胺；或其他高溫 聚合物例如聚醚醯亞胺類ULTEM?,聚合物合金例如Xenoy?樹脂（其是聚碳酸酯 和聚對苯二甲酸丁二醇酯的共聚物），lexan?樹脂（其是聚碳酸酯和間苯二甲酸對苯二 甲酸乙二醇酯間苯二酚樹脂的共聚物，均可從GE Plastics購得）；液晶聚合物，例如芳香 族聚酯或芳香族聚酯醯胺，其中含有作為構成成分的、從芳香族羥基羧酸（例如羥基苯甲 酸（剛性單體）、羥基萘甲酸酯（柔性單體）、芳族羥基胺和芳族二胺中選取的至少一種化 合物（在美國專利 No. 6, 242, 063、No. 6, 274, 242、No. 6, 643, 552 和 No. 6, 797, 198 中例舉， 這些專利的內容通過引用結合在此），具有終端酸酐基團或橫向酸酐的聚酯酸酐（在美國 專利No. 6, 730, 377中例舉，該專利的內容通過引用結合在此），或者它們的組合。這些材 料中的一些是可回收的或可被製作為可回收的。也可以使用可生物分解或可生物降解的材 料，並且其可以包括任何可生物降解或可生物分解的聚酯，例如聚乳酸樹脂（包括L-乳酸 和D-乳酸）和聚乙醇酸（PGA)、聚羥基戊酸酯/羥基丁酸酯戊酸酯（PHBV) (3-羥基丁酸和 3_羥基戊酸（3-羥基戊酸）和聚羥基鏈烷酸酯（PHA)的共聚物、以及聚酯/聚氨酯樹脂。 一些不可生物分解或不可生物降解的材料也可以通過添加某些添加劑例如任何氧生物降 解添加劑而被製成可生物分解或可生物降解的，所述氧生物降解添加劑例如可以是由英國 Borehamwood的Symphony Environmental供應的D2W?和由加拿大卑詩省溫哥 華的 EPI Environmental Products Inc.製造的TDPA?e
[0152] 另外，也可以使用任何聚合物複合材料，例如工程預浸料或複合材料（其為填充 有顏料、碳顆粒、二氧化矽、玻璃纖維的聚合物或它們的混合物）。例如，聚碳酸酯和ABS (丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯）的混合物可以用於殼體132和套筒108。作為再一示例，也可以使 用碳纖維和/或玻璃纖維增強塑料。
[0153] 合成橡膠可以是例如彈性體材料，並且可以包括但不限於可從Kraton公司購得 的各種共聚物或嵌段共聚物（Kratons?);聚合物，例如苯乙烯-丁二烯橡膠或苯乙烯 異戊二烯橡膠、EPDM(乙烯丙烯二烯單體）橡膠、丁腈橡膠（丙烯腈-丁二烯）等等。
[0154] 在一些實施例中，套筒108和/或殼體132也可以由一種或多種金屬和/或陶瓷 材料製成，這些材料可以利用合適的材料（例如上所述聚合物或複合材料）塗覆和/或處 理。例如，可以利用可實質上進行振動阻尼/吸收/反射的金屬和/或陶瓷材料。也可以 採用粘彈性塗層和/或其他塗層，使得振動和/或其他機械能可以不轉移到套筒108和/ 或殼體132的金屬和/或陶瓷部件內。
[0155] 在一個實施例中，鈦和鈦合金（例如鎳鈦）可以用於套筒108和/或殼體132、或 它們的部件/部分。
[0156] 在另一個實施例中，可以利用壓電材料例如壓電陶瓷。壓電材料通常可以用來將 機械能轉換成電能。
[0157] 在本發明的一個具體實施例中，手持件104的聚合物套筒108延伸出，使得從聚合 物套筒108與試樣112相接觸的尖端116到彈擊杆120位於其縮回靜止位置內的頭部128 的距離範圍大致是從例如大約3. 5毫米至大約5. 5毫米，並且再舉一例，從大約3. 75毫米 至大約4. 5毫米。在一個示例性實施例中，從手持件104的聚合物套筒108與試樣相接觸 的尖端116到彈擊杆120位於其縮回靜止位置內的頭部128的距離可以是大約4毫米。彈 擊杆102的這些量度僅僅為示例性的而非限制性的。聚合物套筒108的長度在一個實施例 中取決於彈擊杆120的長度和彈擊杆120在被致動時在沒有由於摩擦力和重力而導致的前 向推進的顯著退化的情況下能夠行進的總距離。
[0158] 如上所述，套筒108可以是可拆卸的，並且可以以任何螺紋附接件、摩擦適配、配 合刺刀結構、榫舌和凹槽型結構、卡扣適配、嵌套銷釘和銷孔結構、栓鎖和其他互連結構附 接到殼體132上。在一個示例性實施例中，套筒和殼體可以是用於更佳適配的定製螺紋系 統。
[0159] 在一個示例性實施例中，聚合物套筒108的另一端部136可以是螺紋部116a，使得 其連接到具有相似螺紋的手持件殼體132上。包括聚合物套筒108的試樣端部116的平面 大致正交於手持件殼體的軸線。而且，聚合物套筒108的試樣端部116的表面區域可以足 夠大。這一布置連同翼片110協助手持件104的大致正交布置和定位穩定性。在一個實施 例中，尖端116的試樣端部的外徑基本處於例如從大約6毫米至大約14毫米的範圍內，並 且另舉一例，位於從大約8毫米至大約11毫米的範圍內。在一個示例性實施例中，外徑為 大約9. 5毫米。尖端116的試樣端部的內徑基本位於例如從大約3毫米至大約6毫米的範 圍內，並且另舉一例，位於從大約4毫米至大約5毫米的範圍內。在一個示例性實施例中， 內徑為大約4. 7毫米。
[0160] 套筒也可以具有變化的內徑，其從套筒為螺紋136處到套筒108的試樣端部116 減小。圖1示出了 一個其中聚合物套筒108具有三個不同內徑的實施例。其他實施例具有多 於或少於三個的內徑，其中一個實施例具有從聚合物套筒為螺紋136處到聚合物套筒108 的試樣端部116的連續減小的內徑。內徑的減小可以有助於引飛彈擊杆120在恆定的位置 以恆定的傾斜角度碰撞試樣112。具有翼片110的套筒108可以提供在對象112上的更為 精準的定位。例如，具有阻尼容量和這類長度以便減弱可能與測量程序相互幹擾的任何應 力波的聚合物套筒108能夠在操作期間將聚合物套筒108的尖端116直接抵靠對象112放 置。通過將手持件104的聚合物套筒108的尖端116布置為直接抵靠對象112具有保持介 於對象與手持件104的套筒108的尖端116之間的距離的優點、以及將套筒的尖端116和 進一步通過翼片110和特徵部111 (若存在）錨定的對象112的表面的定位保持基本恆定 的優點，從而實現更好的數據可重複性和更高的精度。這種能力消除了對距離和定位的猜 測並且消除了由於例如患者的頭部或操作人員手部在測量期間的抖動（即使很輕微的）所 導致的誤差。
[0161] 在本發明的一個實施例中，套筒108的尖端116 (具有手持件104的翼片110)被 直接置於試樣112上以提供重新創建基本獨立於對操作人員和試樣112的輕微運動（若存 在）的評估的一致且精確的測量的能力。
[0162] 同樣地，在另一個實施例中，套筒108的尖端116(具有手持件104的翼片110和 特徵部111)被直接置於試樣112上以提供重新創建基本獨立於對操作人員和試樣112的 輕微運動（若存在）的評估的一致且精確的測量的能力。
[0163] 此外，套筒108的尖端116和翼片110或者翼片110和特徵部111直接在對象112 上的擱置也使得操作人員在進行測量時更易於將手持件104保持穩定且維持在套筒108的 尖端116與對象112之間的恆定距離。如圖1中所示，具有平坦尖端116的套筒108在尖 端116被置於與對象112相接觸時還協助手持件104大致正交於對象112的表面的對準。 通過尖端116、翼片120和對象112之間的接觸或者尖端116、翼片110和特徵部111之間 的接觸的自對準可以實現更為精準的測量，其中彈擊杆120碰撞對象112的角度在所述測 量期間以及在隨後的測量期間保持恆定。
[0164] 另外，用於手持件104的套筒108的具有振動衰減屬性的聚合物或其他材料的使 用也可以通過保持應力波免於傳播到手持件104的殼體132上而實現更清晰的信號。在一 個示例性實施例中，PTFE可以用作套筒108。在另一個實施例中，聚甲醛可以用於套筒108。 PTFE和聚甲醛可以是高溫高壓消毒的並且具有足夠高的阻尼容量以衰減來自對象112的 應力波。套筒108的材料通常可以具有如由其損耗係數代表的阻尼容量，其範圍從例如大 約0. 03至大約0. 2,並且另舉一例，處於從大約0. 06至大約0. 1的範圍內。在一個示例性 實施例中，損耗係數可以是大約0. 08。PTFE也具有作為固體潤滑劑的優點，其在彈擊杆120 於測量程序期間往復行進時減小在套筒108與彈擊杆120之間的摩擦力。
[0165] 利用本身與對象112自對準的套筒108的平坦尖端116和翼片120,協助操作人 員將手持件104保持大致水平於地面且大致正交於正進行測量的對象112的表面。手持件 104也可以具有附接到手持件104的殼體132上的水平指示器以進一步協助操作人員在測 試期間將手持件104保持為大致水平。在本發明的一個實施例中，水平指示器140可以包 括捕獲在保持於透明外殼中的液體中的氣泡144。用戶僅僅將氣泡保持在位於透明外殼的 中間的兩個標記148與152的中央，以確保手持件104位於大致水平的位置。
[0166] 再次回到圖1，手持件可以是系統的一部分，該系統包括：驅動機構160,其可以包 括壓電式力傳感器160a ;系統硬體164,例如具有高速數據採集能力（其可以通過高速數據 採集板實施）的計算機164。在一個實施例中，可以使用位於容置在計算機164中的數據 採集卡上的十六位模數字通道。在另一個實施例中，可以使用純數字通道。在圖la中，驅 動機構160可以包括線性可變差動變壓器160b以用於感測和測量在能量施加之前、期間和 之後能量施加工具例如彈擊杆120 (如圖1和圖la中所示）的位移。線性可變差動變壓器 160b可以是非接觸式線性傳感器。傳感器可以利用感應技術並且由此能夠感測任何金屬目 標。
[0167] 在一個實施例中，手持件104的能量施加過程可以經由機械機構例如通過開關機 構140(例如如圖1中所示，位於手持件上的便利位置處的手指開關以方便操作人員的激 活）觸發。
[0168] 在另一個實施例中，手持件104的能量施加過程可以經由腳踏控制觸發。
[0169] 在再一個實施例中，手持件104的能量施加過程例如經由語音控制觸發。語音控 制可以耦接到電氣控制裝置上。電氣控制裝置可以包括微處理器和開關，例如機電開關或 固態開關。與在電子裝置例如玩具、蜂窩電話、汽車和其他消費電子產品中所使用的技術相 似的電子語音控制電路技術可以用來激活能量施加過程。在又一個實施例中，手持件104 的能量施加過程可以經由遠程無線控制觸發。遠程無線控制可以耦接到開關機構140上， 開關機構140可以包括微處理器和例如機電開關或固態開關的開關。開關可以通過紅外輻 射或者通過無線電信號或通過來自電磁波譜的可見光部分的光激活。
[0170] 在一個示例性實施例中，為了開始對象112的測試，如圖1中所示，將手持件104 的套筒108的尖端116抵靠試樣112布置並且利用位於手持件104上的手指開關124的推 動激活位於手持件104內的彈擊杆120。
[0171] 當激活位於手持件104上的手指開關124或其他開關、腳踏控制、語音或無線控制 時，可移動彈擊杆120由推進線圈156驅動通過套筒108內的孔隙以碰撞對象112,例如每 四秒十六次。當彈擊杆120移動時，位於彈擊杆120上的磁體157相對於測量線圈158移 位。彈擊杆120的加速度可以通過壓電式力傳感器160a測量，或者彈擊杆120的位移可以 通過線性可變差動變壓器160b感測和測量。在操作期間，在能量施加例如利用彈擊杆的碰 撞之後，當由壓電式力傳感器160a進行測量時，如圖1中所示，與源自於這種碰撞的撞擊波 相對應的信號被採集且發送給計算機164。在一個實施例中，壓電式力傳感器160a可以用 來產生與源自於每次碰撞的撞擊波相對應的信號。在一個方面，可以使用位於容置在計算 機164中的數據採集卡上的十六位模數轉換器通道。在這類實施例中，計算機164以至少大 約800kHz的採樣速率運行；儘管在其他實施例中，計算機116可以以至少大約600kHz的採 樣速率運行；另舉一例，可以使用至少大約500kHz的採樣速率。由壓電式力傳感器160a生 成的信號可以經由任何儀器接口提供給容置在計算機164中的數據採集板。在一個方面， 信號可以經由連接到高速數據採集卡上的同軸電纜168從壓電式力傳感器160a發送到計 算機164。在另一方面，儀器接口可以包括信號調節器和獨立的電源。在再一方面，儀器接 口的改型實施例可以結合到計算機164內。
[0172] 存儲在計算機164中的軟體採集並分析例如十六次碰撞中的十次以定量確定結 構特性，例如，對象112或其周邊或其所附接到的基座的阻尼容量或上面列出的其他特性。 典型地，三到十次碰撞足夠用於給定對象的例如損耗係數的採樣。例如，在一個實施例中， 彈擊杆120在四秒的時間段中碰撞對象112大約十六次。在其他實施例中，使用更快或更 慢的碰撞重複速率。在一個示例性實施例中，如上所述，彈擊杆120由一個或多個推進線圈 156驅動，而線圈156則通過手指開關（未示出）或無線控制電子激活，儘管推進線圈156 在其他實施例中能被遠程激活。
[0173] 當彈擊杆120碰撞對象112時，彈擊杆120的部分動能轉換為機械能，該機械能作 為應力波傳播通過對象112。如由對象112的損耗係數和結構指示的，大部分的剩餘動能被 轉換（耗散）為熱量。傳播的機械能的一部分被反射回到彈擊杆120,在那裡它能夠由安裝 在殼體106內的壓電式力傳感器160a檢測到。壓電式力傳感器160a產生與源自於在彈擊 杆120與對象112之間的碰撞的經反射的機械能相對應的信號。
[0174] 在圖示的實施例中，計算機164可以包括能夠分析從壓電力傳感器160a所接收 的信號的虛擬儀器軟體。能夠使用多種不同類型的數據採集軟體以採集來自壓電式力傳 感器160a的數據。在一個實施例中，可以使用利用可從德克薩斯州奧斯汀的National Instruments購得的LabVIEW編程環境開發的定製數據採集軟體，儘管在其他實施例中能 夠使用其他編程環境。
[0175] 在接收到來自壓電力傳感器160a的信號之後，數據處理軟體能夠定量測量所希 望的特性，例如，對象112的阻尼容量，其通常可被表述為損耗係數17。如上所述，對於一 系列碰撞，可以執行對阻尼容量的若干次計算。例如，在一個實施例中，彈擊杆120碰撞對 象112十六次，並且對象112的阻尼容量可以對十六次碰撞中的十次進行計算。在這類實 施例中，能夠計算阻尼容量測量的標準差，從而向用戶提供測量精度的指示。具體地，如果 手持件104沒有與對象112恰當對準，或者如果另一誤差源被引入測量過程，則這種誤差可 能以一系列阻尼容量測量中的升高的標準差的形式而將自身表現出來。該系統的任何部分 的各種實施例，例如具有以上討論的翼片和/或特徵部的套筒可以在進行對任一先前討論 的對象的任何結構特性的任何測試或測量中使用。
[0176] 如上所述，本發明也具有在檢測內部損壞例如微裂紋、裂縫、微裂縫和脫層（在復 合結構和其他工程材料中）中的應用。複合結構通常比非增強型金屬更容易遭受損傷發 展，特別是當它們處於接近材料的抗拉強度的應力時。本發明對於通過無損測試來檢測在 複合材料和結構中的損壞是有用的。
[0177] 圖9示出了軟體程序的一個示例性實施例的流程圖300。在程序被加載和執行304 之後，下一步驟308確定是否需要進行校準。如果將要實施熟悉的測試配置，則程序加載存 儲在文件中的先前確定的校準值312。校準文件能夠從存儲在存儲器中的很多先前的校準 文件中選取。如果使用新的測試配置，則完成校準程序316並且在於步驟320中實施新校 準值之前將新校準值存儲在新文件中。在下一步驟324,程序接收來自壓電式力傳感器324 的信號，將該信號轉換成能量數據328,將能量數據以圖形和文本形式顯示在計算機監視器 332上，從而計算η例如損耗係數.eta. 336 ;和/或計算損耗係數測量結果的標準差並且歸 一化理想擬合誤差；並且隨後基於操作人員的決定將能量數據丟棄或保存到文件中。
[0178] 隨後，操作人員從以下三個選項中選擇：進行該系列測量中的更多測量357 ;開始 新系列測量358,或者退出程序359。在該程序的一個實施例中，圖形用戶界面顯示操作人 員能夠從中選擇上述三個選項。該接口由繪製在流程圖300中的方框356所反映，方框356 具有通往方框357、358和359的三個路徑。
[0179] 如果請求在該系列測量中的更多測量357,則程序返回到其中程序接受來自壓電 式力傳感器的信號的步驟324。如果沒有請求在該系列測量中的更多測量，而是請求新系列 測量，則程序基於操作人員的決定在返回到其中程序從壓電力傳感器接收信號的步驟324 之前將能量數據丟棄或存儲到文件中352。如果沒有請求在該系列測量中的更多測量並且 沒有新系列測量被請求359,則在結束程序366之前程序基於操作人員的決定將損耗係數 數據丟棄或存儲到文件中360。
[0180] 而且，與抵靠例如天然牙齒的碰撞相關聯的機械能主要由牙周膜耗散。更具體地， 當牙齒經受碰撞力時，應力波傳遞通過牙齒且傳遞到牙周膜內，牙周膜起到將牙齒連接到 基礎骨骼的作用。由於其變形的方式，牙周膜作為減震器，耗散與碰撞相關聯的大部分能 量。這種阻尼過程有利地減小傳遞到周圍骨骼上的剩餘碰撞力。相比之下，由於所使用的 材料的性質，牙科植入物假體往往沒有耗散顯著量機械能的機制。由此，機械能趨於以相對 較小的阻尼從植入物結構傳遞到基礎骨骼中。這種力學性態的差異對於習慣性磨牙和/或 咬緊牙關的人而言可能特別關鍵，因為這些行為會在牙齒上施加相對較大的撞擊力。對於 物理結構，無論阻尼材料是否被結合到所述結構內，當與沒有裂紋、微裂紋、裂縫、微裂縫、 缺陷或任何結構不穩定性的結構進行比較時，與抵靠所述結構的碰撞相關聯的機械能會在 存在裂紋、微裂紋、裂縫、微裂縫、剝離、缺陷或任何結構不穩定性時產生不同的響應。
[0181] 材料耗散彈性機械能的相對程度能夠使用如前面討論的損耗係數表徵。損耗係數 值可以針對上述對象中的任一個確定，包括天然牙齒，以及對於多種植入物支承的結構例 如由樹脂基複合材料、金合金、熔合到金層上的陶瓷、二矽酸鋰、氧化鋯、所有陶瓷修復或適 於在口腔中使用任何材料所製成的超結構。植入物支承的結構典型地比對應的天然牙齒耗 散更少的機械能。但是，植入物耗散機械能的能力取決於圍繞植入物的骨整合水平：在植入 物與周圍骨骼之間的較差的骨整合會導致異常高水平的能量耗散。由此，能量耗散在布置 植入物之後例如歸因於骨重構而初始地增加，但是隨後通常隨著骨整合的進展而減小。最 終，當骨整合過程進展至完成時，植入物的能量耗散（阻尼）容量變為恆定。如上所述，對 於正常的健康牙齒，由咀嚼產生的碰撞能量通過位於健康骨骼-天然牙齒界面處的牙周膜 衰減。當天然牙齒受損或患病時，植入物替代它，但是由於牙周膜通常丟失而會沒有並可能 肯定沒有牙周膜。在大多數情況下，在成功的整合植入物中不存在牙周膜。在這種情況下， 植入物可以將碰撞力直接傳遞到骨骼中。為了補償這種損失，使用例如某些複合材料、氧化 鋯等來製造植入物基底已經在多個研究中顯示為有效。本發明的儀器可以用來協助用於解 剖學結構例如植入物的構造或製造和/或材料的選擇。對所述基底材料的載荷的動態響應 的測量可以用於這種目的並且可以用於在植入之前或修復之前預測修復材料對於植入物 的適用性。
[0182] 由於口腔加載是所遇到的更危險類型的應力，因此在植入時測試結果與實際響應 相關聯的能力是本發明的另一方面。通常，緊咬合誘發相對較低的應力，做功和/或非做功 運動可能產生側向載荷，並會誘發高很多的應力，這可能在內表面處和下面的牙骨質邊緣 產生最高的應力集中。由此，使用本發明的系統的量化撞擊診斷可以協助選取在植入物或 天然牙齒中或用於植入物或天然牙齒的最佳材料或構造設計。
[0183] 可以根據美國專利No. 6, 120,466中描述地進行損耗係數的確定，該專利的全部 內容通過引用結合在此。圖14和圖16示出了用於計算損耗係數的公式，而圖16a示出了 損耗係數測量的示例。
[0184] 可以做出對例如在一時間段內測量由碰撞或施加能量而從對象中反射的能量 (其可以包括基於從對象在該時間段期間所反射的能量創建時間-能量分布圖和/或評估 該時間-能量分布圖以確定對象的阻尼容量）的其他確定，例如在美國專利No. 6, 997, 887 和No. 7, 008, 385中公開的，這些專利的全部內容通過引用結合在此。
[0185] 例如，同樣如圖1中圖示的，計算機164還可以包括存儲器寄存器，使得能夠記錄 時間-撞擊響應，例如在一離散時間段上的若干點處從對象112中反射的能量值。在這類 實施例中，從對象112中返回的能量能夠在附接到計算機164上的顯示器上被標繪為時間 的函數。這種配置容許用於查看和分析從試樣114中反射的能量的時間-能量分布圖。
[0186] 除了生成時間-能量分布圖以外，也能夠對從壓電力傳感器160a中返回的信號進 行其他分析。例如，與碰撞相關聯的做功量能夠通過將施加到彈擊杆120上的力相對於試 樣的位移進行積分而被評估。在與對象112的碰撞期間施加到彈擊杆120上的力能夠使用 壓電式力傳感器160a測量。在碰撞之後，做功的量部分取決於在對象112中存在的缺陷的 數量。具體地，當杆120碰撞對象112時，對象112中的缺陷耗散杆120的動能，從而減小 返回到彈擊杆120的可用彈性能的量。
[0187] 在一個實施例中，返回到彈擊杆120的彈性能的量和與碰撞相關聯的總功的比較 能被用來確定在對象112中存在的結構缺陷的數量和性質。在另一個實施例中，高斯分布 峰值或其他數學推導峰值可被擬合到所測量的諸如能量、應力或力數據之類的撞擊響應 中。殘留誤差或平均誤差可以用來確定所測量的數據如何緊密的代表無缺陷的對象112。
[0188] 圖16b示出了時間-撞擊響應的形狀的示例，例如，在牙齒上產生的時間-能量分 布圖。對於正常的牙齒，如圖所示，生成平滑的鐘形曲線。對於非正常牙齒，則如圖所述，生 成了具有各種形狀的曲線，例如不對稱分布或者多峰值分布。即使所示的曲線參考的是牙 齒，但是曲線可以推廣到上述任一其他對象，無論是解剖學結構的還是工業的或物理的結 構。
[0189] 本發明的裝置和系統也可以用於其他阻尼因子的測量，例如在美國專利 No. 5, 476, 009和No. 5, 614, 674中公開的那些；非侵入性地確定離散的生物組織塊中的 密度損失，例如在美國專利No. 5, 836, 891和No. 5, 402, 781中公開的；結構的模型阻尼因 子，例如在美國專利No. 5, 652, 386中所公開的；用於通過測量對象的特定阻尼容量檢測對 象中的初始缺陷，例如在美國專利No. 4, 231，259中公開的；非破壞性測試，例如在美國專 利No. 4, 519, 245中公開的；用於引起振動且通過傅立葉變換分析的儀器，例如在美國專利 No. 5, 951，292中公開的；用於檢測牙齒在牙齦中的穩定性或植入物在體內的穩定性，例如 在美國專利No. 6, 918, 763中公開的；用於確定牙齒或牙科植入物的活動性，例如在美國專 利No. 5, 518, 008中公開的；或者使用撞擊儀器以用於在對象中產生振動的任何其他測量； 這些專利的全部內容通過引用結合在此。
[0190] 能量施加工具120,例如彈擊杆120可以具有尖端108a，其可以基本垂直於手持件 104的縱向軸線，如圖37或37a所不。彈擊杆120可以是拉長的振蕩槓桿，在其重心處樞 軸地安置在樞軸18上，樞軸18以相對於手持件104的殼體132的縱軸基本直角地設置，並 且尖端108a與縱軸或振蕩槓桿120基本成直角。該實施例的手持件104可以適於與手持 件120相對於水平的姿勢或傾斜無關地工作，使得不存在重力影響（若不期望的）。並且， 由於尖端l〇8a的成角度設置，可以在相對無法觸及的例如患者牙齒的臼齒區域中的位置 (location)處進行測量。
[0191] 尖端108a可以具有圓形表面，其碰撞抵靠待測試的對象112。壓電力傳感器160a 可以位於尖端108a處或者相對接近尖端108a，使得其相對於更接近正測試的對象112。這 具有的優點在於，因為彈擊杆120的最大移動發生在該位置，因此可以使用較小的檢測器 160a〇
[0192] 良好整合的植入物呈現出低水平的能量耗散，並且具有平滑對稱的鐘形的時 間-彈性能曲線，正如圖16b的上部曲線中所示。如在此上下文中使用的，術語"彈性能" 指的是向撞擊儀器100的杆120賦予的彈性能。彈性能艮由艮=KF 2給定，其中常數k與 彈擊杆120的有效彈性模量成反比地變化，並且其中力F與彈擊杆120的質量和彈擊杆120 的最大減速度（由碰撞產生的應力波所導致）成正比。
[0193] 不同於良好整合的植入物，經受較差骨結合、骨質流失、內部缺陷或損壞結構的植 入物典型地可能呈現不均勻的時間-撞擊響應分布圖。例如，圖27例示了對於健康植入物 的"正常"時間-撞擊響應分布圖200,以及對於未良好整合的植入物結構的"異常"時間-撞 擊響應分布圖210,圖16b中也示出了對於正常和異常的植入物。如所例示的，健康牙齒的 時間-撞擊響應分布圖200具有平滑對稱的鐘形形狀，而異常植入物結構的時間-撞擊響 應分布圖210則不是平滑對稱的，或者是會具有二次最大值212的。異常植入物結構的時 間-撞擊響應分布圖的形狀表明存在缺陷，例如螺絲鬆動、損壞的內部結構、在骨骼/植入 物界面處的骨質損失、或較差的骨整合。除了二次最大值以外，在時間-撞擊響應曲線的形 狀中的表明結構缺陷的其他異常包括分散的數據、不對稱和不規則的形狀。
[0194] 圖28中提供了該原則的另外的示例，其例示了良好整合的植入物的"正常"時 間-撞擊響應分布圖300以及未良好整合的植入物結構的"異常"時間-撞擊響應分布圖 310。這些植入物結構均位於例如在重度機能異常的老年患者的口中。如先前解釋的，二次 最大值312的存在表明在植入物部位處存在缺陷，例如螺絲鬆動、損壞的內部結構、在骨骼 /植入物界面處的骨質損失、或較差的骨整合。
[0195] 前面的示例說明了對牙科結構的時間-撞擊響應分布圖的分析能夠提供關於該 結構的完整性和穩定性的信息。這些分析技術向臨床醫生提供了在不需要侵入性程序的情 況下關於天然和人工牙科結構的穩定性的信息。翼片和/或特徵部增加這些測量的可重複 性並且由此產生更小的標準差。
[0196] 對於複合結構，本發明的上述儀器也可以使用在除了牙科以外的領域。例如，這種 儀器可以用於估計複合結構例如分層蜂窩複合結構或任意其他結構的局部阻尼容量。具體 地，這種儀器在複合結構的測試中的使用有利地允許在不破壞結構的情況下評估這些結構 的阻尼容量。本文公開的儀器與用於評估阻尼容量的常規裝置相比，具有重量輕、便於攜 帶、易於使用、快速且便宜的特點。
[0197] 由於阻尼容量測量材料吸收和隔離振動的能力，因此阻尼容量對於用於隔音的材 料而言是特別關注的，例如在航空航天、船舶、橋梁、拱結構、民用工程和汽車工程領域中。 由此，人們常常尋求測試正在開發的新材料的阻尼容量，以及常規材料在持續使用之後的 阻尼容量的方法。
[0198] 作為示例，分層蜂窩結構通常具有較高的阻尼容量，並且由此常常用作這些領域 中的隔音器。典型的分層蜂窩結構具有兩個相對薄的飾面，飾面具有較高的強度和剛度。 飾麵包封相對較厚但重量輕且沿垂直於飾面方向具有高強度的蜂窩芯結構。例如，蜂窩芯 結構可以包括可從德拉瓦州威爾明頓的E.l.du Pont de Nemours and Company購得的 Nomex?蜂窩芯。飾面和芯通常機械地或利用粘結劑（例如,利用酚醛樹脂或其他結構或 反應型粘結劑）結合在一起，從而提供結構複合屬性。在複合結構中，飾面可以承載彎曲應 力，而芯部承載剪切應力。當暴露於聲學振動較長時間段時，在這些層之間的結合的劣化、 以及在蜂窩芯部本身中的劣化可能導致分層蜂窩芯結構具有減小的隔音能力。
[0199] 現在參照圖29,例示了配置用於評估複合結構的阻尼容量的裝置的示例性實施 例。該裝置包括安裝在配置用於穩定撞擊儀器100的固定託架150內的本發明的系統100 的實施例。系統100可以可選地配備水平儀152以協助儀器100基本垂直於待測試的對象 或試樣112的對準。在示例性實施例中，試樣112安裝在具有可手動調節的臺鉗驅動器156 的角度虎鉗154內，從而容許在測試期間將試樣112保持為壓縮。在修改的實施例中，角度 虎鉗154可以配備有橡膠夾具以減小能夠由系統100檢測到的振動噪聲的外部源。
[0200] 仍然參照圖29,系統100經由儀器接口 168電子連接到計算機164。在這類實施 例中，計算機164可以包括顯示器180,顯示器180能夠以圖形方式呈現由系統100產生的 數據，例如時間 -撞擊響應分布圖。
[0201] 圖29中例示的測試裝置可以用來評估多種材料的阻尼容量。例如，在一個應用 中，該裝置能夠用來評估分層蜂窩複合試樣的阻尼容量。在這類應用中，待測試的試樣112 安裝在角度虎鉗154中，其使用虎鉗驅動器156緊固到大約2765gcm的扭矩，儘管在其他實 施例中，試樣112可以被加載至不同的扭矩。
[0202] 在一個示例性實施例中，本發明的儀器能夠檢測在不同修復材料之間的阻尼差異 以有助於選取最為仿生的材料以保護口部免受破壞性影響，例如正常的機能異常動作、重 復加載活動並且不限於只是異常事件。另外，其還能夠用來評估何種類型的植入物支承的 修復（例如，CAD/CAM複合樹脂和與CAD/CAM複合樹脂以及陶瓷高嵌體和冠頂相結合的氧化 鋯基底）將更為仿生地響應於生理相關的動態加載，可以利用損耗係數的測量。在植入物/ 基底/修復組件可以利用所選取的材料製成之後，本發明的儀器可以垂直於每個修復物的 口腔表面的冠頂定位。如圖26b中所示，牙齒可以保持為成角度以將探針保持水平。用於 選定對象或試樣112的測量結果可以用來預測用於植入物、修復物等所採用的最合適的材 料。例如，當與位於模擬骨骼支承結構中的牙齒相比時，結合至氧化鋯植入物基底上的複合 樹脂1?嵌體可以呈現對載荷的最為仿生的動態響應。
[0203] 在其他示例性實施例中，本發明的儀器也可以用來在牙科工作或牙科植入物外科 布置之後立即測試牙齒結構的鬆動。當牙齒結構只是鬆動而沒有如上所述的缺陷或裂紋 時，其可以具有相對平坦的時間-撞擊響應分布圖，正如圖19b、圖19d和圖19f中所示的， 或是在牙科工作之前且隨後要進行牙齒的矯形移動的只是鬆動的情況在圖20、圖20a_b中 所示。在容許用於牙科工作密合和骨骼圍繞牙齒的新結構及牙科定位癒合的時間之後，圖 20c-e示出了正常的鐘形分布圖。根據另一示例性實施例，本發明可以由矯正醫師使用以測 量牙齒在矯正移動之後的穩定性。
[0204] 另外，如圖21b和圖22a中所示，具有異常或多個峰值的低或平坦分布圖可以對應 於極大的活動性和結構性斷裂失效，從而表明牙齒可能無法修復。
[0205] 在任一的上述測量中，本發明的套筒108可以適配到不適於與進行測量的對象相 接觸的其他可商業購得的手持件上，使得本發明的優點也可能實現。將套筒108附接到可 購得手持件上的任何合適方式都可用來修改手持件。
[0206] 如所述，在一些實施例中，殼體132的套筒108和/或多個部分可以包括能夠消 除、防止、延緩或最小化微生物生長的塗層，從而最小化高溫高壓滅菌過程或苛刻的化學品 的使用，並且可以增加作為用於製造這種工具或儀器的基底的材料的種類和數量。
[0207] 塗層可以包括化學抗微生物材料或化合物，這些材料或化合物能夠被基本永久地 結合，至少對於例如套筒108的使用壽命的時間段而言，或者當藉助於塗布劑塗覆到套筒 108的暴露表面上時維持抗微生物效果。在一個示例中，化學劑可以通過一個或多個共價鍵 沉積在套筒108的表面上。
[0208] 在其他實施例中，塗層可以包括化學抗微生物材料或化合物，這些材料或化合物 可以以非永久的方式沉積，使得它們可以在使用期間溶解、浸出或以其他方式將抗微生物 物質輸送到有用的區域例如口部。
[0209] 在再一些實施例中，塗層可以包括抗微生物試劑源，其可以在潮溼的環境中或在 與水分接觸時浸出和/或釋放試劑。這些源可以併入用於製造套筒的基底材料內，或者包 括在塗覆在套筒108的暴露表面上的塗層中。源的併入特別適於聚合物基底。
[0210] 化學抗微生物材料或化合物可以包括多種物質，包括但不限於抗生素、抗真菌劑、 一般的抗微生物劑、金屬離子產生材料、或者能夠產生抗微生物效果的任何其他材料。化學 抗微生物材料或化合物也可以選取為例如最小化對患者的任何不利影響或不舒適。
[0211] 抗微生物化合物可以包括但不限於：抗生素、季銨陽離子、金屬離子源、三氯生、洗 必太和/或任何其他合適的化合物或是上述的混合物。
[0212] 在又一個實施例中，抗微生物性可以通過利用各種金屬特別是過渡金屬（其對人 體的影響很小或幾乎沒有影響）的抗微生物屬性實現。示例可以包括以其抗微生物效果和 對人體生物影響很小而聞名的自由銀離子源。金屬離子抗微生物性可以通過多種方法產 生，這些方法可以包括但不限於：在製造期間將金屬離子源與牙科儀器的材料混合，通過諸 如等離子沉積之類的方法塗覆表面，通過例如蝕刻或電暈放電之類的方法破壞牙科儀器的 表面以形成親和性或結合位點而鬆散絡合金屬離子源，以及通過例如電鍍、光致還原和沉 澱將金屬沉積到表面上。套筒108的表面可以隨後在使用期間緩慢地釋放自由金屬離子， 這可以產生抗微生物效果。
[0213] 在一些實施例中，金屬離子源可以是離子交換樹脂。離子交換樹脂是攜帶有位於 材料的表面上的結合位點中的離子的物質。離子交換樹脂可以浸漬具有給定親和力的特定 離子種類。離子交換樹脂可以布置在其具有普遍更高親和力的含有不同離子種類的環境 中，從而使得浸漬離子被浸出到環境中，從而由原本存在於環境中的離子種類替代。
[0214] 在一個實施例中，套筒可以包括含有金屬離子源例如銀的離子交換樹脂。含有金 屬離子源的離子交換樹脂可以包括例如Alphasan? (Milliken Chemical),其是含有 銀的基於磷酸鋯的陶瓷離子交換樹脂。離子交換樹脂可以被塗覆到套筒108上，或者其可 以被併入套筒108的材料內。
[0215] 在又一個實施例中，套筒108可以由具有固有抗微生物效果的天然植物原料、天 然材料塗層、或它們的混合製成。這種材料包括諸如竹的材料，據信其由於一些新的幾丁質 結合肽而具有抗微生物活性。
[0216] 本發明還提供用於使用諸如彈擊杆的能量施加工具來測量上述結構特性的系統 和方法並且包括一次性特徵部，用於協助消除或最小化正經歷測量的對象通過來自系統的 轉移造成的汙染，或者來自正經歷測量的先前對象的交叉汙染，而不會干擾系統的測量或 能力。系統可以包括或不包括用於協助重新定位能力的特徵部。
[0217] 在本發明的一個實施例中，一次性特徵部可以包括諸如彈擊杆120的能量施加工 具120的可分離並且一次性的尖端108a。尖端108a可以經由磁體801或磁性元件801連 接至彈擊杆的其餘部分。在一個方面，磁體或磁性元件801可以存在於尖端108a上並且由 此也是一次性的。在另一方面，尖端l〇8a可以經由存在於前端部120a上的磁體或磁性元 件連接至彈擊杆的其餘部分。
[0218] 在本發明的另一實施例中，一次性特徵部可以包括一次性膜800和一次性、可分 離的尖端l〇8a，一次性膜800未覆蓋尖端108a，使得膜在測量期間通過如上所述的能量施 加工具120的伸出，或者通過能量施加工具120繞著樞軸點的振蕩，保持完整。
[0219] 在一個方面中，圖30中示出了可分離尖端108a，而沒有任何用於協助重新定位能 力的特徵部，例如套筒108和/或翼片110。尖端108a還從一次性膜800的端部伸出，但 是保持其與小套圈80b處於適配。例如彈擊杆120的能量施加工具120的實施例的前端部 120a的橫截面圖被示出。尖端108a磁性地附接於彈擊杆120的前部分120a。尖端108a具 有接觸表面120c的對象112,如圖30a所示。在一個實施例中，尖端108a包括在此未明確 示出的磁體或磁性元件801。在另一實施例中，彈擊杆120的前部分120a包括磁體或磁性 元件801或80a，如圖36d所示。膜800由保持套圈80b保持並且覆蓋前部分120a，但是暴 露出尖端l〇8a，如圖30、30a、30b和36c所示的。圖30a和30b分別示出帶有保持磁體801 或磁性元件801的圖30的尖端108a的後視圖和正視圖。如圖所示的，膜未覆蓋尖端108a 並且尖端108a和膜800都是一次性的。在其他實施例中，膜800也可以覆蓋尖端108a，諸 如具有摺疊部800b的膜800,如圖33所示，或者尖端108a可以垂直於彈擊杆120的其餘部 分，並且由此尖端108a可以是重複使用的。
[0220] 圖30的實施例中不存在套筒，並且由此封閉彈擊杆120的手持件104的殼體132 不與正經歷測量的對象112接觸，由此對於重新定位能力提供幫助。尖端108a的前端部 120c變得與測試表面，例如牙齒112直接接觸。
[0221] 在另一方面中，如圖31所示的，可分離尖端108a具有用於協助重新定位能力的特 徵部，例如套筒108。圖31示出了本發明的帶有可分離尖端108a、膜800和套筒108,連同 沿著手持件104的外部的套筒附接定位109b的能量施加工具120的前端部120a的橫截面 圖。尖端108a從一次性膜800的端部伸出，但是保持其與小套圈80b或80b-l適配，如圖 36c所示。保持套圈80b可以用於將膜800固定到套筒108,並且保持套圈80b-l可以用於 將尖端l〇8a固定到膜800,如圖36c所示。圖31還示出特徵部109a，例如凹陷、通道、凹進 或與前部分l〇4a的中段類似的，用於將套筒108附接至手持件104上。這一特徵部可以與 在此未明確示出的手持件中的脊部、凸塊等配合，用於實現這樣的附接。還存在用於進一步 將套筒108固定到殼體132的其他特徵部，例如，引導夾具109b，如圖31和32所示。根據 一個方面，套筒108的一部分還可以被暴露。除了沒有翼片110以外，暴露的部分108b與 套筒108的其餘部分可以分離，如圖36所示，使得僅僅暴露部分108b是一次性的。根據另 一方面，除了沒有翼片110以外，整個套筒108可以被暴露，如圖34bl和2所示的，並且整 個套筒108是一次性的。
[0222] 在另一方面中，如圖31或32所示的可分離尖端108a具有用於協助重新定位能力 的特徵部，例如套筒108和翼片110,如圖32所示的。圖32示出了本發明的帶有可分離尖 端108a、膜800和套筒108,連同沿著手持件104的外部的套筒附接定位108c的能量施加 工具120的前端部120a的橫截面圖。尖端108a從一次性膜800的端部伸出，但是保持其 與小套圈80b適配。圖31還示出特徵部109a，例如凹陷、通道、凹進或與前部分104a的中 段類似的，用於將套筒108附接至手持件104上。這一特徵部可以與在此未明確示出的套筒 108中的脊部、凸塊等配合，用於實現這樣的附接。根據一個方面，套筒108的一部分108b 也可以被暴露。暴露的部分l〇8b與套筒108的其餘部分可以分尚，如圖36所不，使得僅僅 暴露部分l〇8b是一次性的。根據另一方面，整個套筒可以被暴露，如圖34bl和2所示的， 並且整個套筒108是一次性的。能量施加工具組件可以包在或者封閉在殼體109張，如圖 31和32所示，其適配在手持殼體132內部。
[0223] 在又一方面中，如上所述，套筒108、翼片110和特徵部111也可以提供用於協助重 新定位能力並且也是一次性的。
[0224] 在本發明的再一個實施例中，一次性特徵部可以包括一次性膜800,其覆蓋或包圍 能量施加工具120的前部分120a的尖端108a。
[0225] 在一個實施例中，能量施加工具120具有圍繞尖端108a的一次性膜800,如圖33 所示。膜800可以在殼體104兩側圍繞尖端108a摺疊或形成凹槽，使得當能量施加工具處 於伸出位置時，摺疊部800b或者凹槽800b變得展開以保護尖端108a避免汙染，並且不會 撕裂或撕開膜800。在一個方面，施加工具120可以具有前部分120a，其具有未明確示出的 朝向尖端l〇8a的微小頸部，用於對保持膜800的套圈80b進行定位。在另一方面，施加工 具120可以具有前部分120a，其具有可分離尖端108a，用於對繞著分離點保持膜800的套 圈80b進行定位。
[0226] 在另一實施例中，能量施加工具120是如圖37和37a中示出的。一次性特徵部可 以包括包圍尖端108a的一次性膜800,如圖37b所示。
[0227] 參照圖37、37a和37b，當能量施加工具120是彈擊杆120時，尖端部分108a可以 恆定速度碰撞測試對象112。彈擊杆120可以是拉長的振蕩槓桿，在其重心處樞軸地安置在 樞軸18上，樞軸18以相對於手持件104的殼體132的縱軸基本直角地設置，並且尖端108a 與殼體的縱軸或靜止的振蕩槓桿120基本成直角。彈擊杆120由此可以在樞軸18上來回 搖擺，諸如從與殼體132的縱軸基本平行取向至銳角取向，以產生尖端108a的上下振蕩運 動。膜800由套圈80b保持，如圖37b所示，並且尖端108a未暴露於測試對象112。該實 施例的手持件104可以保持在除了與殼體104的縱軸平行的水平位置以外的位置並且由此 適於與手持件120相對於水平的姿勢或傾斜無關地工作，並且不存在重力影響（若不期望 的）。並且，如前所述的，由於尖端108a的成角度設置，可以在相對無法觸及的例如患者牙 齒的曰齒區域中的位置（location)處進行測量。尖端108a可以具有圓形表面，其碰撞抵 靠待測試的對象112。壓電力傳感器160a可以位於尖端108a處或者相對接近尖端108a， 使得其相對地更接近正測試的對象112。這具有的優點在於，因為彈擊杆120的最大移動發 生在該位置，因此可以使用較小的檢測器160a，如前所述的。在一個方面，手持件可不具有 套筒108,如圖37、37a和37b所示。在另一方面，手持件可以具有套筒108,雖然在圖37、 37a和37b中未明確示出。在又一方面，手持件可以具有套筒108和翼片110和/或特徵部 111，雖然在圖37、37a和37b中未明確示出。
[0228] 圖34示出本發明的具有圖32的能量施加工具120的前端部的手持件104的橫 截面圖，其中對象112接觸正被暴露的表面120c。在一個方面，套筒108也可以具有前端 部l〇8b，其與套筒108的其餘部分可分離，如圖34、34a、b、bl、c和d所示。該可分離部分 108b可以是套筒108的在分離時一次性的唯一部分。在另一實施例中，整個套筒108可以 是一次性的。如果整個套筒是一次性的，則膜800可以遠離套筒108而覆蓋手持件，或者包 括套筒108用於額外的保護。
[0229] 任一上述實施例的一次性膜800可以多種方式附接於套筒108。在一個實施例中， 一次性膜可以通過超聲焊接保持於套筒108。在另一實施例中，一次性膜可以通過熱密封保 持於套筒108。在又一實施例中，一次性膜可以通過重疊注塑（over molding)保持於套筒 108。
[0230] 圖34a、34bl、b2、34c、36c和36d示出了圖34的手持件104的各個部分的分解視 圖。圖34a示出了圖34的整個手持件104的分解視圖。手持件包括上蓋體132a和下蓋體 132b，如圖34a所示。燈，例如蓋體132a下發的狀態LED90可以提供用於指示手持件104的 開和關，並且如圖34a所示的，位於上蓋體132a上朝向前端部104a的對應的LED燈管90a 用於將光發射到表面。手持件104還包括開關124,其可以是翹板開關或者按壓按鈕。開 關還可以由通過有線或無線連接的腳踏開關啟動，或者開關可以遠程或無線地啟動。開關 124的操作部分可以位於PCBA130(印刷電路板）上。殼體132也可以包括帽體132c，用於 封閉殼體的遠離彈擊杆120的端部；以及外部蓋體132d，用於覆蓋整個殼體132,其可以為 操作人員提供抓持部分。在一個方面，手持件可以系縛至至外部電源（如圖1所示）或由 包括在殼體內的電源（例如，電池131，如圖34a所示的、電容器、換能器、太陽能電池、外部 源和/或任意其他合適的源）供電。
[0231] 圖34b、34bl和36c示出圖34a的前端部的分解視圖。圖34b示出套筒108b的可 分離的前部分以及未由一次性膜800包圍的後部分108。圖34b 1和36c示出套筒108的其 餘部分，其具有利用正被暴露的可分離前部分l〇8b覆蓋其的膜800。圖34c示出圖34的俯 視圖，其中沒有上蓋體132a，由此示出也在圖34a中表明的所有部分，包括按照彈擊杆120 的前端部放大的部分，具有套筒108、翼片110、套筒108的尖端108a和前端部108b，其可以 與正經歷測量的對象的表面接觸。
[0232] 在一個實施例中，如上所述，手持件104可以由電池131供電，如圖34a所示。在 另一實施例中，手持件104可以系縛至電源，如圖1所示。
[0233] 套筒108可以包括套筒抓持部104e和端部帽體104f，如U他34b所示。
[0234] 圖35a、b和c以各種視圖示出了圖34的手持件，從不同角度示出了完全組裝的手 持件104的所有外部組件。
[0235] 圖36a、b、c和d示出了圖34的詳細視圖。圖36a和b以俯視圖和側視圖示出了 適配在彈擊杆120上方的套筒108,未帶有用於能量施加工具120的殼體或殼體132。
[0236] 圖36d比圖34a更詳細地示出了完整手持件的分解視圖。如以上圖1和5所描述 的，能量施加工具120,例如彈擊杆120可以包在或者封閉在其自身的殼體中，其中前部分 120e和後部分120f，如圖36a和36d所示，隨後封閉在殼體132內部。磁體或磁性元件80a 確保尖端l〇8a保持與彈擊杆120的其餘部分接觸。傳感器160a (其可以包括壓電晶片）、 銷體160c和用於預載晶片的可調節固定器。當由彈擊杆120碰撞時晶片可以產生電壓並 且銷體160c提供晶片與傳感器160a之間的電接觸。
[0237] 彈擊杆120的組件可以各種方式緊固到位，例如利用螺釘160e。再次參照圖36a、 36b和36d，後殼體120f容納彈擊杆120的主要組件，包括圍繞其的線圈160f，其可以攜載 來自銷體160c的信號。一對螺釘160g可以定位為朝向後殼體120f的端部，用於調節或限 制彈擊杆120的碰撞，例如碰撞次數。如上所述，當受到激勵時，電磁線圈156可以用於推動 彈擊杆。為了協助彈擊杆的返回或縮回，可以利用諸如推進磁體的設備156a。設備156b， 諸如鐵芯可以協助彈擊杆120的推進和返回。
[0238] 如上所述，本發明的系統和方法是無損的。這可應用於可具有或不具有用於協助 重新定位能力的一次性部分和/或特徵部的系統。本發明還涉及用於測量結構特性的系 統和方法，其使對於正經歷測量的對象的碰撞，即使是微小的碰撞最小化，而不損失系統的 測量或操作的靈敏度。在本發明的一個實施例中，系統包括能量施加工具120,其重量輕和 /或能夠以較慢的速度移動，使得其最小化在測量期間對於對象112的碰撞力，同時表現出 或者保持較好的測量靈敏度。在一個實施例中，能量施加工具120,例如彈擊杆120可以由 較輕的材料製成，以使手持件104的重量最小化。較輕的彈擊杆120還可以減小測量期間 對於對象112的碰撞力。封閉彈擊杆120的殼體120e和f也可以由較輕的材料製成，雖然 這將僅僅有助於使手持件104的總體重量最小化，並且不會對手持件104的操作有任何影 響。在另一實施例中，能量施加工具120,例如彈擊杆120可以製造得較短和/或具有較小 的直徑，使得手持件104的尺寸以及測量期間對於對象112的碰撞力被最小化。這也可以 與或者不與封閉由較輕材料製成的彈擊杆120的殼體120e和f結合。在另一實施例中， 系統可以包括驅動機構160,其可以減小能量施加工具120的加速度。例如，驅動機構160 可以包括較小的驅動線圈160a，以減小能量施加工具120的加速度以及操作期間對於對象 112的碰撞力，同時保持測量的靈敏度，無論其是否重量輕，和/或長度或直徑較小，或者封 閉彈擊杆120的殼體120e2和f由較輕材料製成。這些實施例還可以與任一以上實施例結 合，以實現進一步的優勢。
[0239] 在不增加初始的碰撞速度以便使測量期間對於對象112的碰撞最小化的情況下， 進行測量的速度也是期望的。本發明涉及另一用於測量結構特性的系統和方法，其具有驅 動機構160,驅動機構160可以將能量施加工具120的行進距離例如從約4mm減小到約2mm， 同時保持接觸處相同的初始速度，並且由此在不損失系統操作的情況下，更快的測量是可 能的。系統可具有或不具有一次性部分和/或特徵部，用於協助重新定位能力和/或利用 前述特徵部較小碰撞力，或者包括有關通過能量施加工具120減小對於對象112的碰撞力 的其他實施例。這一實施例還可以與任一以上實施例結合，用於實現進一步的優勢，無論其 是否重量輕，和/或長度或直徑較小，或者封閉彈擊杆120的殼體120f由較輕材料製成。
[0240] 如上所述，在測量期間，手持件104可利用套筒108的端部接觸對象112。接觸壓 力會取決於操作人員而變化。期望的是，壓力在特定的範圍內一致地施加並且該範圍不過 大。力傳感器可以包括在手持件104中，用於感測這一壓力施加並且可以伴隨有可視信號、 語音或數字讀數。這一傳感器也可以用於確保獲得測量期間相對於對象的正確對準。傳感 器可包括應變計或壓電元件。
[0241] 在一些實施例中，可以利用安裝至單個或分離的懸臂（cantilever)的多個應變 計。懸臂也可以例如存在於與手持件104的其餘部分或套筒108分離的組件上，例如在安 裝設備上。安裝設備可以用於在套筒和手持件之間安裝應變計或其他測力元件，例如在圖 38的俯視圖中示出的安裝設備900。安裝設備900通常可以包括在主體906中的中心通道 901，通過該中心通道，諸如尖端108a(未示出）的尖端可以穿入到諸如套筒108(未示出） 的套筒中。為了與應變計一起使用，安裝設備900可以包括至少一個懸臂，例如懸臂902,其 通常可以在與主體906的連接處，例如連接904處樞轉或彎曲，使得通過施加與懸臂902的 表面成法向（方向A)的力，懸臂902可以變形或偏轉遠離（諸如方向A)主體906的主平 面B，如在圖38a中的安裝設備900的側視圖中示出的。應變計，諸如應變計910,通常可以 安裝在懸臂902,使得它們可以測量懸臂902在連接904處或其附近的變形或偏轉。
[0242] 在一些實施例中，安裝設備900可以是分離的組件並且還可以包括緊固特徵部， 諸如主體906中的通孔903。通常可以通過將緊固螺栓（未示出）或其他緊固件通過通孔 903至手持件，套筒或兩者來使用利用通孔903。在其他實施例中，安裝設備900可以是手 持件、套筒或兩者的一體部分。
[0243] 安裝設備900還可以包括多個懸臂902和應變計，如圖38所示。例如，如圖所示， 三個分離的懸臂902可以例如相隔120度地附接於主體906。一般而言，多個懸臂902和應 變計910可以用於例如歸一化變形的測量結果以及隨後所測得的力。
[0244] 在一個方面，力測量可以連接至可視輸出，諸如燈。燈，或者逐個地或者多個地定 位於手持件104上的任一方便位置，以便執行測量的操作人員容易看到。在一個實施例中， 可以包括多個燈系統。例如，綠燈可以指示合適的力的量，而紅燈可以指示太大的力。在另 一實施例中，可以包括一個燈系統。例如，沒有燈給出合適的力的量的信號，而紅燈可以給 出太大力的信號。在又一實施例中，閃爍的紅燈可以指示太大的力。
[0245] 在另一方面，力測量可以連接至可聽輸出。可聽機構可以位於手持件104上或者 手持件104為一部分的系統的其餘部分上。在一個實施例中，可聽輸出可以包括蜂鳴聲以 指示太大的力。在另一實施例中，可聽輸出可以包括蜂鳴聲，其與閃爍的紅燈一起指示太大 的力。在又一實施例中，力測量可以連接至語音報警系統，用於警報太大的力。在再一個實 施例中，力測量可以連接至語音報警系統和閃爍的紅燈，用於警報太大的力。
[0246] 示例
[0247] 示例1 :骨密度的體外研究
[0248] 用於這項研究的植入物是如下四種螺紋鈦植入物幾何形狀：
[0249] 1 和 2、Nobel Biocare (Ti02 塗覆，13mm 長）：Branemark Mark IV (最大直徑 4mm); 替換選定的錐形（最大直徑4. 3mm);
[0250] 3 和 4、Dentsply (13mm 長，最大直徑 5. 5mm) ;Frialit_2 (步進設計）；XIVE (設計 用於即刻加載）。
[0251] 過程：
[0252] 製造2.5X2. 5X4cm的泡沫塊。植入物由製造商"經外科"布置。在模擬骨骼塊 中手動地鑽出孔，隨後利用扭矩扳手布置植入物。測試基臺附接至植入物，並且將塊布置在 具有一致安裝位移的虎鉗中。對於每個樣品執行三次測量（30次撞擊）。
[0253] 測試結果如圖所示，其在1和2示於圖10和圖10a，3和4則示於圖11和圖11a。 這些樣品應當已經產生相似的圖形，從而調節材料本身中的輕微差異。但是，圖形顯示出差 異，即使對象被等同地製備，但由不同的操作人員，或者相同操作人員使用技術中的輕微改 變，例如可以已經鑽出不同尺寸的孔以用於安裝該對象。這些差異由儀器拾取，顯示為曲線 圖中的不同，顯示出周圍環境中的差異由本發明的儀器揭示。
[0254] 示例2 : 口腔撞擊加載的重要性的評估
[0255] 如上所述的口腔加載典型地是更危險的加載形式（dieection)。通常，咬合加載誘 導相對較低的應力。做功和/或不做功運動產生側向加載並且誘導更高的應力，側向加載 可能產生在外表面和內表面以及在邊緣下方的較高的應力集中。由此，本發明的實施例用 來執行下面的測試。
[0256] 過程：
[0257] 使用本發明的系統，利用如圖12中所示的加載進行測量。一般性地使用最大力為 1-15牛頓的器械載荷，其中選定的最大載荷取決於對象或樣品。彈擊杆是自由浮動的。動 能被控制。碰撞速度為每秒60mm。
[0258] 如圖26b中描繪的，本發明的儀器被布置在對象上。使用圖13中描繪的計算，彈 擊杆具有8克的質量。輸入能量U為0.5mv 2,即彈擊杆的動能。最大力（F)用來確定耗散 的能量（D)。測量減速度a並計算歸位能量ER = U-D。在對象與本發明儀器碰撞之後進行 動態響應的測量並將其描繪在圖16中。使用圖14和圖15中描繪的等式產生損耗係數和 能量回歸-撞擊響應曲線。如圖16b中所示，所生成的曲線描繪了什麼是正常的和不正常 的。對於正常的結構，獲得了平滑的、幾乎呈鐘形的曲線圖。對於會具有如前述的任何缺陷 或裂紋的異常結構，產生不規則的曲線。
[0259] 示例3 :有限元分析
[0260] 該分析方法涉及使用數值模型來模擬使用本發明的系統和方法的實際測試。
[0261] 在本實驗中使用層狀結構，一個結構不具有在分層複合層中的缺陷（圖24)，而另 一個結構則具有位於複合層疊層的中心處的缺陷（圖24b)。
[0262] 圖23測量彈擊杆抵靠對象的停留時間。玻璃棒或圓柱用來模擬圖23中所示測量 的牙齒結構。圖23中的曲線不出了彈擊杆和玻璃棒關於時間的相對位置。當彈擊杆碰撞 玻璃棒的表面時，它們的相應位置在開始時重合。隨著時間前進，彈擊杆逐漸遠離於玻璃棒 的表面移動，並且在250微秒時它們分離，從而表明彈擊杆在表面上的停留時間將為250微 秒。
[0263] 使用該停留時間，對圖24和圖24b的複合板進行分析。結果分別在圖24a和圖 24c中示出。圖24c中的曲線圖證實複合層中的缺陷、複合結構中的層的剝離。進行重複測 量並將結果示出在圖25和圖25a中。由此，分析可以用來模擬本發明的系統和方法。
[0264] 示例4 :評估用於確定更為仿生相容的材料在植入物、修復物等中使用的損耗系 數
[0265] 為了評估所提取的人類牙齒的LC並且估計何種類型的植入物支承的修復物（與 CAD/CAM複合樹脂和陶瓷高嵌體和冠頂相結合的CAD/CAM複合樹脂和氧化鋯基臺）將更為 仿生地響應於生理相關的動態載荷，如圖27b中所示本發明的儀器用來測量一些材料的損 耗係數（LC)。更合適的材料產生與圖16b的上部曲線圖相似的鐘形曲線圖，而不太合適的 材料產生與圖16b的下部曲線圖相似的不規則曲線圖，或者證實LC值比在天然牙齒中發 現的小很多，從而有利於在修復之前選取材料而不必依靠反覆試驗，反覆試驗在指示重新 處理的情況下可能是耗時且昂貴的，同時會使患者暴露於不舒適和接收更多傷害的潛在危 險。
[0266] 示例5 :本發明的儀器用於測量裂紋、缺陷等的靈敏度和精確性
[0267] 在該研究中使用位於患者的口腔內的實際人類牙齒。圖17和圖17a_h的信息在 相同牙齒上產生。圖17和圖17a示出了患者的牙齒的放射照片，顯示出沒有病理。圖17b 示出了老舊合金修復物的圖像，也顯示出沒有病理。由此，放射照片和視覺檢查均顯示出牙 齒為正常的，即，沒有缺陷或裂紋。基於這些常規的測試方法，預期的是對稱的或鐘形的時 間-撞擊響應分布圖或曲線圖（或者與圖17c中的淺色曲線圖相似，該曲線基於圖13、圖 14和圖16中的公式計算）。
[0268] 但是，在同一天，使用如圖1和圖16中所示的本發明的儀器、使用如圖27d中所示 的具有翼片的套筒獲取時間-撞擊響應曲線圖。圖17c示出了與圖17和圖17a中相同的 牙齒，示出了指示某些異常的異常時間-能量回歸撞擊響應曲線圖。如由圖17c中的箭頭 所示的，異常曲線圖表示牙齒在老舊填料的結構內的不同位置處具有裂紋，具有不對稱的 或非鐘形形狀曲線。執行多次測量並且這些都顯示出相同的不規則形狀、以及測量的可重 復性。由此，本發明的儀器能夠檢測任何異常。異常的二次峰值由圖17f中的箭頭表示，從 而顯示出裂紋。
[0269] 圖17d示出了與圖17相同牙齒在移除老舊合金填料期間的圖像，顯示出在合金填 料中的顯著裂紋，該裂紋已經發展為微洩漏和填料下方的整體腐爛。有裂縫的該合金填料 正在滲漏並且會在該老舊填料下發展出腐爛。這證實了由本發明的儀器檢測到的異常。
[0270] 圖17e和圖17f示出了在合金移除之前相同的預處理時間-撞擊響應曲線圖。如 圖17e_f所示，複查表明裂紋測量是可複製的。
[0271] 圖17g示出了與圖17e同一天獲得的在老舊合金和腐爛被移除且新的良好密封的 複合修復物被布置之後的時間-撞擊響應曲線圖。該牙齒的時間-撞擊響應曲線圖再次為 正常的。
[0272] 圖17h示出了新的複合修復物，其在老舊合金修復物在當天更早替換之後在圖 17g中測試為正常的。該示例的戲劇性在於圖17f和圖17g的能量回歸曲線是同一天內針 對相同牙齒的，差異在於老舊填料和腐爛被移除並且新的粘合複合修復物被布置，其為照 片 17h。
[0273] 利用另一牙齒重複該實驗。結果示出在圖18、圖18a_f中。圖18示出了牙齒，其 中放射照片示出為沒有病理。圖18a示出了針對圖18的放射照片中所示的牙齒的異常時 間-撞擊響應曲線圖。圖18b是在圖18和圖18a中評估的牙齒的照片，示出了在視覺檢查 下沒有顯著的病理。但是，當移除填料時，呈現出較深的腐爛以及在老舊填料下方的微洩 漏。圖18c和圖18d以及相同曲線圖重複示出了在移除老舊合金之前的缺陷。圖18e示出 了在最終修復完成之後相同牙齒的正常ERG。圖18f示出了圖18b中所示的相同牙齒，其中 新的修復物被測試為正常。這再次表明本發明儀器的精確性。
[0274] 另外，如上所述，本發明的系統也可以用來檢測牙齒結構在牙科工作之後即刻的 鬆動。圖19_19g示出了對於三個不同的上顎前牙的預處理放射照片以及時間-撞擊響應 曲線圖。
[0275] 圖19、圖19a、圖19c、圖19e和圖19g示出了較小的老牙科工作，S卩，白點代表填料 並且大白點是熔合到金冠頂的陶瓷。如圖19b、圖19d、圖19f和圖20中所示，利用本發明 的儀器的實施例所產生的曲線圖為正常的，即，對稱的，但是較低。由於患者最近完成其牙 齒的矯形運動，因此牙齒為鬆動的且不穩定的，儘管結構上是完好的。
[0276] 圖20、圖20a和圖20b還示出了在處理之前為鬆動的牙齒的時間-能量回歸撞擊 響應曲線。圖20c、圖20d、圖20e為對於相同牙齒的修復後的時間-撞擊響應曲線圖。圖 20f示出了修復的和結構正常的牙齒的最終照片。曲線圖在此處較高，這是由於牙齒在處理 之後在骨骼中為更穩定的。骨骼已經能夠在矯形處理之後重構並且牙齒在結構上強壯。由 此，在容許牙科工作密合且牙齒結構更牢固地附接的時間之後，得到具有更高分布的正常 的鐘形分布圖，表明更大的牙齒穩定度（歸因於正常骨成熟的較小的牙齒鬆動）。
[0277] 另一方面，如圖21b和圖22a中所示，當產生具有異常或多個峰值的較低或平坦分 布時，極大的活動性和結構斷裂失效為牙齒是不可修復的事實的指示。圖21和圖21a是在 圖21b中使用的牙齒的X射線圖，其示出了多個填料，而圖22示出了在該老舊牙冠下的、深 入到牙根結構內的較深的整體腐爛，該牙齒由於廣泛的終端腐爛而需要去除該牙根結構。 圖22a示出了使用本發明的系統從相同牙齒得到的時間能量分布圖，圖中示出了形狀和高 度上的極端異常。
[0278] 已經通過以上描述和例示描述了本發明，但應當理解的是，這些是本發明的示例 而不應被考慮為限制。因此，本發明不應當視為由前述說明限制，而是包括其所有等效方 案。
【權利要求】
1. 一種用於確定對象的結構特性的設備，包括： 手持件殼體，所述手持件殼體具有開口端部和縱向軸線； 能量施加工具，所述能量施加工具安裝在所述殼體內以用於運動，所述能量施加工具 具有擱置形式和活動形式； 套筒，所述套筒從所述殼體的所述開口端部突出一段距離，所述套筒適於至少以其開 口端部的擱置部分抵靠所述對象擱置； 驅動機構，所述驅動機構被支承在所述殼體內，所述驅動機構適於使所述能量施加工 具在所述擱置形式與所述活動形式之間運動；以及 一次性特徵部，所述一次性特徵部適於至少包圍所述設備的一部分，所述一次性特徵 部包括用於使所述設備與所述對象之間的直接接觸最小化的膜。
2. 如權利要求1所述的設備，其中所述能量施加工具包括藉助於磁力連接至所述能量 施加工具的前部分的可分離尖端。
3. 如權利要求2所述的設備，其中所述一次性特徵部包括所述可分離尖端，並且所述 膜至少包圍所述能量施加工具的所述前部分。
4. 如權利要求1、2或3所述的設備，其中所述膜覆蓋所述能量施加工具，所述膜包括適 於適應測量期間所述能量施加工具的所述擱置形式和所述活動形式的縮回形式和伸出形 式。
5. 如權利要求4所述的設備，其中所述膜包括摺疊部或凹槽。
6. 如權利要求2、3、4或5所述的設備，其中所述一次性特徵部還包括所述套筒和所述 可分離尖端，所述可分離尖端從所述膜的暴露端部伸出並且被使用套圈保持於所述膜。
7. 如權利要求6所述的設備，其中所述可分離尖端包括用於將其附接於所述能量施加 工具的所述前端部的磁體或磁性元件。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的設備，還包括垂直於所述套筒的所述開口端部的所 述擱置部分從所述套筒伸出的翼片。
9. 如權利要求8所述的設備，其中所述一次性特徵部包括所述可分離尖端、所述套筒 和翼片以及用於至少包圍所述能量施加工具的所述前部分的一部分的所述膜。
10. 如前述權利要求中任一項所述的設備，還包括位於所述殼體內的傳感器，所述傳感 器適於感測所述套筒和所述對象之間的接觸力。
11. 一種在用於確定對象的結構特性的設備上使用的一次性特徵部，包括： 適於附接於手持件殼體的前部分的套筒的至少一部分，所述套筒具有開口端部，所述 開口端部具有用於與所述對象接觸的擱置部分； 附接於所述套筒部分的膜，所述膜適於覆蓋能量施加工具的前部分；以及 所述能量施加工具的可分離尖端，所述可分離尖端適於在對象的結構特性的測量期間 接觸所述對象。
12. 如權利要求11所述的一次性特徵部，其中所述能量施加工具安裝在所述手持件殼 體內，並且適於沿著所述殼體的縱向軸線進行軸向運動，或者適於進行接近和遠離所述殼 體的所述縱向軸線的搖擺振蕩運動。
13. 如權利要求11或12所述的一次性特徵部，其中所述膜包括適於分別適應測量期間 所述能量施加工具的伸出形式和縮回形式的縮回形式和伸出形式。
14. 如權利要求11或12所述的一次性特徵部，其中所述可分離尖端適於經由磁力連接 至所述能量施加工具的所述前部分。
15. 如權利要求11-14中任一項所述的一次性特徵部，還包括垂直於所述套筒的所述 開口端部的所述擱置部分從所述套筒伸出的翼片。
16. 如權利要求11、12、13、14或15所述的一次性特徵部，其中所述可分離尖端從所述 膜的暴露端部伸出並且被使用套圈保持於所述膜。
17. 如權利要求15所述的一次性特徵部，還包括正交於所述翼片並且平行於所述套筒 的所述開口端部的所述擱置部分伸出的特徵部。
18. -種用於確定對象的結構特性的系統，包括： 手持件，所述手持件具有殼體，所述殼體具有開口端部和縱向軸線； 能量施加工具，所述能量施加工具安裝在所述殼體內以用於向所述對象施加能量； 驅動機構，所述驅動機構被支承在所述殼體內，所述驅動機構適於使所述能量施加工 具運動； 套筒，所述套筒從所述殼體的所述開口端部突出一段距離，所述套筒適於至少以其開 口端部的一部分抵靠所述對象擱置； 傳感器，所述傳感器位於所述殼體內，以適於監測：當所述套筒擱置在所述對象上時， 合適的力被施加；以及 一次性特徵部，所述一次性特徵部用於至少包圍所述設備的一部分。
19. 如權利要求18所述的系統，還包括計算機，所述計算機耦接至所述手持件，適於確 定所述對象的結構特性。
20. 如權利要求18或19所述的系統，其中所述能量施加工具具有前部分，所述前部分 基本垂直於所述殼體的所述縱向軸線並且繞著樞軸點從基本平行於所述殼體的位置振蕩 到與所述殼體成銳角的位置。
21. 如權利要求18、19或20所述的系統，其中所述傳感器包括安裝於至少一個懸臂的 至少一個應變計。
22. -種用於確定對象的結構特性的系統，包括： 手持件，所述手持件具有殼體，所述殼體具有開口端部和縱向軸線； 能量施加工具，所述能量施加工具安裝在所述殼體內以用於向所述對象施加能量； 驅動機構，所述驅動機構被支承在所述殼體內，所述驅動機構適於使所述能量施加工 具運動； 套筒，所述套筒從所述殼體的所述開口端部突出一段距離，所述套筒適於至少以其開 口端部的一部分抵靠所述對象擱置；以及 傳感器，所述傳感器位於所述殼體內，以適於監測：當所述套筒擱置在所述對象上時， 合適的力被施加。
23. 如權利要求22所述的系統，還包括計算機，所述計算機耦接至所述手持件，適於確 定所述對象的結構特性。
24. 如權利要求22或23所述的系統，其中所述能量施加工具具有前部分，所述前部分 基本垂直於所述殼體的所述縱向軸線並且繞著樞軸點從基本平行於所述殼體的位置振蕩 到與所述殼體成銳角的位置。
25. 如權利要求22、23或24所述的系統，其中所述傳感器包括安裝於至少一個懸臂的 至少一個應變計。
26. 如權利要求22、23或24所述的系統，其中所述傳感器包括至少一個壓電元件。
27. 如權利要求22-26中任一項所述的系統，還包括耦接至所述傳感器的可視、可聽或 數字輸出機構。
【文檔編號】G01N19/08GK104114991SQ201280062274
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2012年12月15日 優先權日:2011年12月16日
【發明者】J·伯格, J·厄爾斯曼, D·格霍什, C·希茨 申請人:佩裡梅特裡克斯有限責任公司