頰側多曲簧空間三維測力儀的製作方法
2023-05-03 15:45:31 1
專利名稱：頰側多曲簧空間三維測力儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及錯殆矯治過程中，患者在口內戴用的頰側多曲簧活動矯治器，當下頜做開、閉口運動過程， 不同時段空間三維位移量的變化時，確定某一瞬間時刻，多曲簧對上頜越菊點，下頜越殆點均會施以多曲 簧拉、壓應力，它在口腔內空間位移量以及彈簧產生作用力值大小，變化規律均為不可知，應力值也很難 測量。所發明的空間三維測力儀，可解決此難題，是將口腔中多曲簧上頜越殆點，下頜越殆點的運動軌跡 與空間三維運動規律仿真模擬到一臺測力儀上，實現直接準確測試曲簧標誌點在空間的位移量，彈簧靜態、 動態、力值大小變化規律；還能確定不同規格型號大小多曲簧有效載荷力值以及對不同材質彈簧絲製備的
多曲簧預測彈簧力值供醫生臨床應用參考，同時可為各種小彈簧在空間做三維運動時的拉、壓(含彈簧力y
力值進行準確的測試。
背景技術：
目前國內外口腔正畸，對早期m類錯胎矯治時，多採用活動矯治器矯治，這些矯治器存在固位不好 的缺陷。
近期侯錄教授發明最新的矯治器——頰側多曲簧矯治器(專利號ZL2006 2 0021913.2)，即先用直徑 為0.8—l.Omm不鏽鋼圓絲按不同年齡彎制大小、規格不一的多曲簧，製作頰側多曲簧活動矯治器，當戴入 矯治器後，下頜開、閉口運動時，口內頰側多曲簧必然對上、下頜全牙列產生作用力，抑制下頜骨向前發 育的同時，又促進上頜骨向前發育，經過臨床一個時期(3個月——l年左右)，可實現對患者錯浪完成矯 治的目的。其一，根據患者錯龍的嚴重程度及年齡的不同選用規格大小不同的頰側多曲簧，在戴用前有一 個測量標準，其二，當多曲簧規格及彈簧絲的材質改變，新製備的多曲簧又會產生多大的作用力值，其三， 在戴入口內後，患者作開、閉口運動過程中，如何去準確測定實際作用力值大小，而且是在空間作三維運 動，不同時段不同位移量，在空間三維坐標中力值的變化規律。發明的仿真模擬空間三維測力儀可以解決 上述三個難題。
發明內容
三維空間測力儀的發明，為正畸錯 治，提供了一臺仿真模擬空間三維測試力值的裝置，能準確測 試患者口內所戴頰側多曲簧矯治器在閉口、開口狀態(靜態、動態過程)，多曲簧其彈簧力所作用在雙側 上頜及下頜的力值大小，能準確測試標誌點在空間作三維運動時，不同時段，不同位移量時的彈簧力值， 可仿真模擬多曲簧越3^點在口腔中的運動狀態，運動規律，軌跡特徵。
這臺裝置具有結構簡單、易掌握、操作方便、測試準確的特點。
h、 ln頜骨架基座，3,、 3n模擬上頜骨架，4t、 4n水平旋轉分度盤定位塊，5 水平軸(鉸鏈軸)， 6 壓簧託板，7h 7n分度盤定位凹槽，8,、 8 弧形位移分度盤，9、三維移動手柄，10,、 102、 103、 104、' 105、 10" 107、 10s壓緊彈簧,lh、 11 壓緊彈簧墊圈，12" 122、 123、 12" 125、 126、 127、 128緊固螺母， 13!、 132、 133、 134、 135、 136、 137、 138彈簧墊圈，仏、15 多曲簧定位針孔，16,、 16 多曲簧定位針緊固 螺母，17h 172、 173、 17" 17s分度盤定位針，18、18n定位緊固螺母，說、19n模擬頜骨架垂直轉軸，20j、 20 垂直距離調節環，2h、 21n模擬下頜骨架，22t、 22 雙向調節環，24、同步位移板，25,、 25 同步位 移連杆軸，28,、 28n多曲簧測試件，29" 29 同步位移操作柄基座，31電機，32" 32n上頜測試杆，33,、33 上頜測試杆測試孔，3A、 34n上頜測試杆緊固螺母，35驅動螺杆，36,、 36 傳感器定位緊固螺孔，37" 37n上頜測試杆固位塊,38!、 38 傳感器，39!、 39n傳感器滑塊定位螺栓,40、40 螺栓緊固螺母，4L、 41n螺栓彈簧墊圈，42驅動螺母，43傳感器託架，47,、 47 小支架，50!、 502、 503、 504導向杆緊同螺母， 5h、 512、 513、 514導向杆彈簧墊圈，52蝸輪，54工作平臺，55!、 55 傳感器滑塊螺杆，56:、 56 傳感器 滑塊定位槽，60蝸杆，65t、 65 小螺杆軸承座，66,、 662 、 6&、 664小螺杆軸承座緊固螺杆，67小螺杆， 68旋扭盤，69旋扭定位銷，75!、 75 下頜骨架定位螺孔，76!、 76n下頜骨架定位針，77" 772、 773、 774、 775、 77" 777、 778分度盤螺紋定位孔,78、驅動螺母，79,、 79n支架，80,、 802、 803、 804支架緊固螺釘， 8h、 81,導向杆82h 82 測試杆緊固螺母，83^ 83 彈簧墊圈，84示波器數據線，85穩壓器，86示波器， 87" 87 傳感器信號線
圖1是所發明的三維測力儀的全部結構示意總圖
圖2是圖1的俯視結構示意圖
圖3是一側上頜骨架的結構示意圖
圖4是圖3的A向視圖
圖5是圖3的俯視結構圖
圖6是 一側下頜骨架結構圖
圖7是圖6的俯視結構圖
圖8是同步位移板結構圖
圖9是圖8的A-A剖向視圖
圖10是圖8的俯視結構圖
圖11是磨牙定位針及彈簧絲孔結構圖
圖12是尖牙彈簧絲孔結構圖
圖13是傳感器43, 、 43n定位託架
圖14是圖13 ABCD剖視圖
圖15是圖13的俯視結構圖
圖16是弧形位移分度盤結構圖
圖17是圖16 A-A旋轉視圖
圖18是上頜骨定位塊
圖19是圖18的俯視結構圖
圖20是傳感器滑塊定位螺栓結構圖
圖21是圖20的A向視圖
圖22是水平軸(鉸鏈軸)結構圖
圖23是圖22的A向俯視圖
圖24是模擬頜骨架垂直轉軸結構圖
本發明裝置(見附圖l、 2、 3、 6、 7、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 18、 19)頜骨架基座lt、 ln按二個 平行中心線定位裝配在基準工作檯54右側上，再按高度標準調整模擬頜骨架垂直轉動軸14,、 14u上加垂t 直距離調節環20,、 20 ，再將兩個模擬上頜骨架3 ,、 3n對稱裝配上，並用調節髁關節水平間距的雙向調 節環(不同厚度)22;、 22 調節間距尺寸，其兩端髁關節水平轉軸(鉸鏈軸)5,、 5 分別裝配在模擬上頜骨架3:、 3u的兩個水平轉軸孔中，並在兩對稱側方分別裝上模擬下頜骨架21" 21 加上壓緊彈簧10t、 102、 103、 10" 105、 106、 107、 108，彈簧墊圈13!、 132、 133、 13" 135、 136、 137、 138及用緊固螺母12!、 122、 123、 124、 125、 126、 127、 12s壓緊模擬下頜骨架2L、 21n可繞水平轉軸5:、 5u旋轉，在模擬下頜骨架2h、 21n的另一端有下頜骨架定位螺孔75t、 75H中將帶螺紋的下頜骨架定位針76,、 u扭上(上有多曲簧定位針 孔15!. .可調整與尖牙標誌點分度盤定位針17,、 172、 173、 17^ 17" 176、 177、 178相對位移距離)。弧度. 位移分度盤8h n分別裝配在模擬上頜骨架3,、 n—端的弧形分度盤定位凹槽7中，定位，並在弧形位移分 度盤&、 n上的四個分度盤螺紋定位孔77h 772、 773、 774、 775、 776、 777、 7 78中,扭上分度盤定位針17!、 172、 173、 17,、 175、 17" 177、 178 (分別在0。 、 5° 、 10° 、 15°處，四孔心均布在以0為圓心的R弧形 線上)，小螺杆67—端裝上旋扭盤68,並用旋扭定位銷69定位緊固，將兩個水平旋轉分度盤定位塊4!、 4 按間距尺寸(髁突關節中心間距)裝配，再用小螺杆軸承座65,、 65 、緊固螺杆66,、 662、 663、 664緊 固在小支架47h 47 上後裝配在平臺54上。
在工作平臺54的上頜測試杆一側，按坐標先後裝配驅動螺杆35、驅動螺母78，並將導向杆81:、 81u 在支架79t、 79n上，用導向杆緊固螺母50,、 502、 503、 504導向杆彈簧墊圈5L、 512、 513、 51,緊固，作為 總體將支架79,、 79n用支架緊固螺釘80,、 802、 803、 80,緊固在工作平臺54上。在驅動螺母78上，有傳 感器託架43及傳感器滑塊定位槽56,、 56 ,先將傳感器滑塊螺杆55扭入傳感器定位緊固螺孔36,、 36 中，再將傳感器3&、 38 與傳感器託架43之間的緊固定位，是用傳感器滑塊定位螺栓39:、 39 螺栓緊固 螺母40h 40n螺栓彈簧墊圈41,、 41 緊固定位。將上頜測試杆32" 32n左端用測試杆緊固螺母82,、 82 彈簧墊圈83h 83"緊闔在傳感器3&、 38 上頜測試杆固位板3、37u上。測試杆32,、 32n另一端上有曲 簧絲上頜測試杆緊固螺母34u,及端部尖牙曲簧絲上頜測試杆測試孔33h 33u。將需測試的多曲簧28,、 28 兩端(上、下頜越殆點)圓絲分別插入上頜測試杆32z、 32n上測試孔33h 33u中及模擬下頜骨架21,、 21n的定位針孔15h 15n中，並分別用緊固螺母34h 34u、 16:、 16 緊固；傳感器38t、 38 的信號輸出線 87連接穩壓器85穩壓器電源線63和示波器86的數據線84，接通220V電源，啟動示波器86即可進行測 試工作。
具體實施方式
一
單測試頰側一側多曲簧伸長壓縮位移量，與其相對應的拉、壓應力值的大小。如說明書附圖1、 2、 6、 7、 11、 12、 13、 14、 16、 17所示，將需測試的一側多曲簧的兩端(上下頜越殆點)彈簧絲頭分別插入模擬下 頜骨架21 ,多曲簧定位針孔15'中和上頜測試杆32,的尖牙曲簧絲上頜測試杆測試孔33,中，分別用多曲簧定 位針緊固螺母16,和上頜測試杆緊固螺母34,緊固，啟動電機31軸旋轉(順時或逆時)經蝸杆60蝸輪52勻 速轉動驅動，螺杆35轉動可驅動螺紋42帶動傳感器託架43沿導向杆81,',左或右勻速移動,完成上頜測試 杆32,的左或右位移，由於標誌點(尖牙曲簧絲上頜測試杆測試孔33,處)受拉或壓應力，通過傳感器38, 信號線8經放大及示波器86可記錄應力值； 一是驅動螺杆35順時針旋轉，驅動螺母78左移動，尖牙多曲 簧絲上頜測試杆測試孔33,—端被拉向左側，通過傳感器38,可測出彈簧位移量與拉應力值曲線(在示波器 上可顯示)直至要求的位移量(曲簧戴入口腔之前應伸長的尺寸)；反之，將已伸長(按臨床要求予拉伸尺 寸)變形的多曲簧同樣按上述程序安裝在15,及33,兩個絲孔中緊固，再調拉、壓應力值^0，逆時針旋轉驅 動螺母右移，此時，多曲簧(彈簧)開始壓縮，.多曲簧被壓縮變形(減小尺寸)，此過程同樣在尖牙孔一端 通過傳感器38示波器86測出壓應力值與彈簧位移量變化曲線。也可測試不同材質、尺寸、規格的彈簧絲 的原始彈簧力學特性。
具體實施方式
二
臨床醫生矯治患者錯殆畸形，在口內戴用頰側多曲簧活動矯治器之前，在頰側多曲簧空間三維測力儀上
先仿真模擬煩側多曲簧兩側下頜越3^點，在開閉口過程中，其運動軌跡(三維空間)與上頜越殆點壓應力 值的變化規律(由最大壓應力到最小壓應力或改變為拉應力)可綜合預測對上下頜全牙列的作用力，即模擬 下頜越殆點(雙側)簡化為兩頰側多曲簧上下越3^點在空間的三維坐標運動。
第一種下頜越3^點(雙側)從閉合狀態開始至最大開口 (下頜越3^點相對位移〈20mm)，下頜越牙合點 繞水平軸運動時的壓應力值變化規律。
首先按患者工作模型，確定其兩側上頜越恭點、下頜越3^點的空間相對位置、尺寸及所選戴的頰側多 曲簧(規格尺寸)並拉伸至同定尺寸(mm)。(見附圖1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 16、 17、 18、 22、 23)按實施方案一方法，先順時針旋轉驅動螺杆35，左移上頜越3^點，將彈簧絲分別插入兩側磨 牙絲孔15,、 15u尖牙絲孔33！、 33 中，分別用螺母16,、 16 、 34,、 34n螺母緊固，調整位移量，使彈簧(曲 簧)拉壓應力"O,再逆時針旋轉驅動螺杆35，上頜越殆點(絲孔)33^ 33 向右移動至設定的位置(閉合 狀態)，由傳感器38h 38n信號經示波器顯示的壓應力值為最大值。再手動同步三維移動手柄9雙側下頜越 牙合點1、15 (絲孔)繞水平軸5,、 5u同步沿弧形分度盤8t、 8n上的刻度5。 ，10° ，15°移動，則上頜越 雜點33b 33u壓應力值通過傳感器38,、 38 、示波器86準確測出各點的應力值(壓應力由最大值變最小值 或改變為拉應力值)，也可以測出連續移動過程的位移一一應力變化函數曲線，這樣就模擬測試多曲簧在口 腔內對上下頜全牙列作用力的變化規律，相反同步沿弧形分度盤15° ，10° ，5°點移動，可測試逆過程的變 化規律。
第二種當卜頜越殆點沿水平面出現左右偏移(越殆點相對左、右移動3mm)狀態時的應力變化規律(見 附圖l、 12、 18、 19)。基本測試方法同第一種，只是下頜越3^點(絲孔)15m和上頜越3^點(絲孔)33h,， 沿模擬下頜髁突水平旋轉分度盤定位塊4中心線左轉5。(近似3mni位移量)或右轉5° (近似3mm位移量) 狀態下，重複第一種測試步驟，分別測得兩側下頜越f^點最大壓應力(閉口)最小壓應力(開口)或拉應力， 與位移量的變化規律。
具體實施方式
三
電機31可改為無級變速電機，再經由蝸輪蝸杆變速傳動，完成勻速運動，完成驅動；同步三維移動手 柄9同步位移板24 ，也可改用無級變速電機驅動完成位移應力測試，其它同前(見附圖2、 8、 9、 10)。 工作原理
所發明的空間三維測力儀是根據臨床患者正畸錯 治過程，視髁突為單純轉動運動(鉸鏈運動)，無 滑動。此時所產生的開口範圍(鉸鏈開口度)在上、下頜切牙切緣之間為18 — 20mm,下頜是空間三維運動， 下頜運動標誌點有切點，下頜越殆點，頦點，其標誌點相對坐標系位移，考慮鉸鏈是與髁軸重合，故以解 剖學方法分析研究下頜標誌點在繞水平軸(鉸鏈軸)運動時的軌跡與基本圖形，即在水平面，矢狀面的fe 動軌跡，此時是考慮兩側鉸鏈軸基本上對稱，簡化切點運動軌跡，為申請者研究發明的基礎。所發明的空 間三維測力儀左側部分(見圖l、 2、 12、 13、 14、 15、 20、 21),尖牙曲簧絲孔33h 33u，是可視為上頜 尖牙固定端(即測試杆321、 32n上的測試孔33t、 33 ),在測彈簧力時又可做為位移端，下頜第一磨牙位
移分度指示針曲簧絲定位針孔15H,，一是可視為下頜運動標誌點繞水平軸(鉸鏈軸)運動時的軌跡圖形，
也就是頰側多曲簧戴在口腔中，開閉口過程，下頜越牙合點在繞水平軸5作圓弧運動，分度盤定位針17h 17u的旋轉半徑就根據患者的年齡(經頜骨測定尺寸)等確定，模擬定向二維運動特徵;二是測定彈簧力值
6時，多曲簧定位針孔15,、 15 ，可做為固定彈簧一端，可在空間任意位置，當移動另一端針孔33" 33n,即可通過傳感器一示波器測定彈簧拉壓應力值。 上述測試可以是靜態的，也可以是動態測試。通過上述完成測試工作同時，可根據變化規律、函數關係、 測試數據，再經過臨床的應用研究，總結基礎上建立數學模型和數學表達式，完成計算機數值模擬，進行科 學研究工作。
權利要求
1、驅動蝸杆可變速(或無級變速)異向(正、逆時針旋轉)傳動——驅動螺母——傳感器託架勻速左、右移動；驅動螺母與傳感器託架為同一剛體；傳感器託架平臺上二個對稱測量的傳感器左側中心固位，是用滑塊定位螺栓緊固連接，可進行同步水平位移，調整二個傳感器中心對稱間距(即髁突關節間距尺寸)傳感器右側中心上是帶有螺紋的測試杆與定位針孔(插入多曲簧絲)用螺母緊固，可沿二個導向杆中心左、右位移。
2、 上頜骨架上有垂直繞軸(心)、水平轉軸(心)。垂直轉動位移量由下頜骨上水平旋轉分度盤定位塊控 制，分度盤定位塊兩側均有以垂直軸心為中心的圓弧且與下頜骨架上的兩圓弧(也以垂直軸心為中心的圓 弧)吻合滑動配合；分度盤定位塊由小螺杆調節前、後移動位移量(定位中心間距——按下雙側磨牙越殆 點間距尺寸定位)。
3、 下頜骨架一端可繞水平轉軸中心轉動，另一端下頜骨架定位螺孔中心就是沿水平轉軸中心某一半徑圓 弧線上移動，定位螺孔中心扭上帶多曲簧定位針孔的下頜骨架定位針，針孔同樣在做圓弧移動，當插入多 曲簧一端彈簧絲用螺母緊固後，絲端一越雜點也可繞水平軸中心做圓弧運動位移。
4、 兩側(對稱)下頜骨架定位螺孔中心繞水平軸心同步做圓弧位移是採用手動或電動同步位移杆機構， 同步位移杆兩端由滑動轉軸與兩個對稱下頜骨架定位螺孔一側成滑動連接，即可沿圓弧移動，又可實現沿 分度盤定位塊中心左右水平旋轉實現下頜側移，側移幅度不超過3mm。
5、 模擬顳下頜關節間距的調節(不同年齡患者其間距有差異)。 一是對稱兩個上頜測試杆測試定位孔中心 間距由傳感器滑塊定位螺栓，沿中心對稱滑槽，刻度前後移動調節；二個對稱下頜骨架是在鉸鏈(水平) 軸上，由可變尺寸雙向調節環來完成多曲簧定位針孔對稱間距尺寸；二個分度盤定位塊中心——垂直轉軸 中心對稱間距尺寸由小螺杆旋轉調節；高度位移調節由垂直距離調節環(不同高度尺寸)調節。
6、 上頜骨架和下頜骨架仿真模擬口腔內是用上頜骨架和下頜骨架仿真模擬口腔內上頜骨與下頜骨及其下 頜做開、閉口運動過程，下頜繞水平軸(鉸鏈軸)做圓弧運動軌跡——即在水平面、矢狀面的運動軌跡(與 下頜運動標誌點切點、下頜越駘點、頦點)均有其運動規律；在沿水平中心移動(由電機變速傳動)的測 試杆上的定位針孔模擬上頜尖牙的越駘點；在沿水f軸(鉸鏈軸)做弧形運動的下頜骨架定位針孔代替下 磨牙的越殆點；"尖牙"，"磨牙"越駘點(定位針孔)由多曲簧或彈簧兩端圓絲緊固連接為一體；當經 外驅動力手動或電動測試杆沿中心移動或磨牙越合點沿圓弧移動，曲簧(彈簧)均會產生拉、壓應力同時有相應的位移量，當受力端接上拉、壓傳感器一信號放大——示波器即可測試拉、壓應力值F(mv)與時 間t(ms)的函數曲線(值)完成空間三維力值的測試。
全文摘要
本發明頰側多曲簧空間三維測力儀，模擬上、下頜骨及顳下頜關節，預測矯治患者戴用頰側多曲簧28I、28II，做開、閉口運動時，對上、下頜越點產生的推、拉力值。操作簡單、測試準確，可指導臨床對症選戴①將28I、28II兩端絲分別置入15I、15II和上頜33I、33II中緊固；託架43左、右移動，可測28I、28II對全牙列的拉、壓應力值與位移量；②28I、28II予拉長後，置入15I、15II和33I、33II孔中緊固，移動32I、32II，調應力值≈0，驅動35，32I、32II右移，28I、28II受壓至閉口狀態時，測上、下頜全牙列受最大壓應力值；③15I、15II沿8I、8II刻度5°，10°，15°測出28I、28II應力值與位移量；若21I、21II繞中心左、右移動(15I、15II距中心位移3mm)，重複①、②測作用力與位移量值。
文檔編號A61C19/04GK101513365SQ20081006401
公開日2009年8月26日 申請日期2008年2月20日 優先權日2008年2月20日
發明者何志偉, 錄 侯, 劉笑笑, 康毅志, 徐實謙, 王阿娜 申請人:侯 錄;徐實謙