基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法及装置与流程

本发明涉及牙齿正畸领域，尤其是一种弓丝回复力测量方法及装置。

背景技术：

临床正畸中，错位牙齿的矫治力主要来自正畸弓丝的变形，变形之后的弓丝产生形状回复力，回复力通过托槽传递到牙齿，再经牙周膜的缓冲和传递，最终作用在牙槽骨上，从而引起牙槽骨的一系列的改建，达到正畸矫正的目的。但目前的牙齿矫正技术仍存在不足之处，例如：牙齿在移动矫正过程中，弓丝变形所产生的回复力并不清楚，不能准确的判断牙齿所受到的力和力矩的大小、方向，矫治力过小则不能达到预期的效果，增加矫正周期，矫治力过大则可能导致病人的不舒适，而且过大矫治力有可能导致牙槽骨应力集中而破坏原有的口腔组织。

目前牙齿移动所需矫治力主要依靠医生主观判断，医生根据个人临床经验确定病人在不同矫治时期所需要的矫治力，进一步选择不同截面、材料的弓丝用以施加该矫治力，帮助病人达到预期的矫治效果。这种方式主要依赖医生临床经验，可靠性较差，弓丝通过变形所产生正畸矫治力并不能确定，不符合精确正畸的发展方向。

正畸治疗中，牙齿矫治力主要由弓丝变形回复产生，弓丝在不同的变形方式下会产生不同的回复力。因此，准确的测量正畸过程中弓丝在不同变形方式下所产生的回复力系成为实现牙齿精确移动、进而实现口腔精确正畸的突破口。

技术实现要素：

为了克服已有口腔正畸治疗中正畸弓丝在不同变形方式下所产生回复力无法准确测量的不足，本发明提供一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法及装置，实现不同牙列分布、多种空间变形下的弓丝矫治力测量；实现口腔正畸治疗中正畸弓丝在不同变形方式下所产生回复力的精确测量，进一步指导医生弓丝型号选择和弓丝弯制，从而获得高精度、高可靠性的正畸矫治方案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法，包括以下步骤：

(1)构建弓丝回复力测量装置，该装置包括用于模拟弓丝在不同牙位处、不同牙齿间隙下的变形情况的正畸矫治模拟平台和用于实现弓丝沿牙齿根冠向、颊舌向以及近远中向的移动和转动从而模拟弓丝在人体口腔环境下的复杂变形情况的弓丝形变加载装置；

(2)将待测量弓丝通过托槽装配在测量装置上，调整正畸矫治模拟平台的模拟牙齿的牙齿位置和牙齿间隙，模拟弓丝在不同牙列状况下受载情况；

(3)以装配在弓丝上的托槽为载体，对弓丝施加载荷，包括根冠向、颊舌向以及近远中向的位移和转角；

(4)进行数据采集和图形绘制，从而获得弓丝变形回复力随时间的变化情况。

进一步，所述步骤(4)中，基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法，其特征在于：所述弓丝形变加载装置的力学传感器与计算机测量系统连接，通过计算机测量系统进行数据采集和图形绘制。

一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量装置，所述测量装置包括底板、弓丝形变加载装置和用于模拟弓丝在人体口腔下的矫治环境的正畸矫治模拟平台，所述弓丝形变加载装置和正畸矫治模拟平台位于所述底板上，

所述的弓丝形变加载装置包括支座、多维移动装置、力学传感器固位底座、力学传感器、力学传感器前夹持装置和测量连杆，所述的支座用于支持和固位弓丝形变加载装置，所述测量连杆与弓丝在同一水平面，且测量连杆的轴向与弓丝测量点的外法线方向一致，所述支座底端与底板相连，所述支座顶端与多维移动装置连接；所述的力学传感器固位底座用于连接力学传感器与六维移动装置；所述的力学传感器用于弓丝变形产生的正畸力系的测量；所述的力学传感器前夹持装置用于连接力学传感器与测量连杆；所述的测量连杆连接力学传感器前夹持装置与装配在弓丝上的托槽。

进一步，所述多维移动装置为六维移动装置，所述六维移动装置实现沿空间坐标系XYZ轴的移动和转动，坐标轴的转动中心为弓丝测量点，从而对弓丝施加任意形式的移动载荷。

再进一步，所述正畸矫治模拟平台包括模拟导轨、模拟牙齿和托槽，所述的模拟导轨与底板相连接，形状轮廓与标准牙列形态一致，在不同牙位处导轨的弧度不同；所述的模拟牙齿为圆柱体，所述的模拟牙齿底端布置有与模拟导轨相匹配的滑槽，模拟牙齿可沿模拟导轨相对滑动，模拟牙齿之间间隙可调；待测试的正畸弓丝处的牙齿缺省，弓丝的载荷通过测量点处的托槽施加；所述的托槽为临床正畸用托槽，托槽与测量连杆连接在一起，测量弓丝通过托槽装配在模拟牙齿上，弓丝与托槽之间可相对滑动。

更进一步，所述的待测试的正畸弓丝是标准弧形弓丝、T型弓丝或弯制的个性化弓丝。

所述测量装置还包括用于弓丝回复力的数据采集和图形绘制的计算机测量系统，所述力学传感器与所述计算机测量系统连接。

所述计算机测量系统包括计算机和数据线，所述力学传感器与所述数据线连接，所述数据线与所述计算机连接。

本发明的技术构思为：针对现有技术的问题，本发明提出一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法及装置，可帮助临床医生在确定患者牙齿矫正量的情况下，测得弓丝因变形产生的矫治力大小，参照临床最佳矫治力，进一步指导弓丝系列型号选择和弓丝弯制，从而获得更佳的正畸治疗方案。

本发明的有益效果主要表现在：1、可以模拟弓丝在临床正畸中受载荷而导致的任意变形情况；2、可以实现不同牙位、不同牙列间隙状况下的弓丝回复力测量；3、该装置同时可以实现弓丝变形过程中回复力的实时、动态测量；4、不同系列弓丝矫治力的测量，可用于指导临床医生弓丝型号选择和弓丝弯制；5、正畸治疗中，可用于模拟牙齿矫治过程，从而获得矫治过程中的矫治力，为临床正畸治疗方案的设计作指导。

附图说明

图1是正畸弓丝回复力测量装置示意图；

图2是弓丝形变加载装置结构示意图；

图3是正畸矫治模拟平台局部简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量方法，包括以下步骤：

(1)构建弓丝回复力测量装置，该装置包括用于实现弓丝33沿牙齿根冠向、颊舌向以及近远中向的移动和转动，从而模拟弓丝33在人体口腔环境下的复杂变形情况的弓丝形变加载装置2和用于模拟弓丝33在不同牙位处、不同牙齿间隙下的变形情况的正畸矫治模拟平台3；

(2)将待测量弓丝33通过托槽34装配在测量装置上，调整模拟牙齿32的牙齿位置和牙齿间隙，模拟弓丝33在不同牙列状况下受载情况；

(3)以装配在弓丝33上的托槽34为载体，对弓丝33施加载荷，包括根冠向、颊舌向以及近远中向的位移和转角；

(4)通过计算机测量系统4进行数据采集和图形绘制，从而获得弓丝33变形回复力随时间的变化情况。

一种基于多自由度变形模拟的弓丝回复力测量装置，包括底板1、弓丝形变加载装置2、正畸矫治模拟平台3和计算机测量系统4。

所述的底板1是整个弓丝回复力测量装置的基础；所述的弓丝形变加载装置2主要用于对测量弓丝施加不同形式的形变载荷，包括牙齿根冠向、颊舌向以及近远中向的位移和转角，共六个方向的自由度，可以模拟测量弓丝在临床正畸中受到的任意形式的载荷状况。

所述的弓丝形变加载装置2主要包括支座21、六维移动装置22、力学传感器固位底座23、力学传感器24、力学传感器前夹持装置25、测量连杆26。所述的支座21用于支持和固位弓丝形变加载装置2，保持测量连杆26与弓丝33在同一水平面，且测量连杆26的轴向与弓丝33测量点的外法线方向一致，支座21底端与底板1相连，顶端与六维移动装置22连接；所述的六维移动装置22可以实现沿空间坐标系XYZ轴的移动和转动，坐标轴的转动中心为弓丝33测量点，从而可以对弓丝33施加任意形式的移动载荷。所述的力学传感器固位底座23用于连接力学传感器24与六维移动装置22；所述的力学传感器24用于弓丝33变形产生的正畸力系的测量；所述的力学传感器前夹持装置25用于连接力学传感器24与测量连杆26；所述的测量连杆26连接力学传感器前夹持装置25与装配在弓丝33上的托槽34。

所述的正畸矫治模拟平台3用于模拟弓丝在人体口腔下的矫治环境，其特征在于包括模拟导轨31、模拟牙齿32、弓丝33、托槽34。所述的模拟导轨31与底板1相连接，形状轮廓与标准牙列形态一致，在不同牙位处导轨的弧度不同；所述的模拟牙齿32为牙齿的简化结构，假设牙齿为圆柱体，其底端布置有与模拟导轨31相匹配的滑槽，模拟牙齿32可沿模拟导轨31相对滑动，模拟牙齿32之间间隙可调，从而模拟不同牙位、不同间隙情况下的牙列分布；所述的弓丝33为待测试的正畸弓丝，弓丝33可以是标准弧形弓丝或者T型弓丝，也可以是弯制的个性化弓丝，弓丝33测量点出的牙齿缺省，弓丝33的载荷通过测量点处的托槽34施加；所述的托槽34为临床正畸用托槽，托槽34与测量连杆26连接在一起，测量弓丝33通过托槽34装配在模拟牙齿32上，弓丝33与托槽34之间可以相对滑动。

所述的计算机测量系统4用于弓丝33回复力的数据采集和图形绘制，主要包括数据线41和计算机42。

本说明书实施例1所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例1所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。