颊侧多曲簧空间三维测力仪的制作方法

专利名称：颊侧多曲簧空间三维测力仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及错殆矫治过程中，患者在口内戴用的颊侧多曲簧活动矫治器，当下颌做开、闭口运动过程， 不同时段空间三维位移量的变化时，确定某一瞬间时刻，多曲簧对上颌越菊点，下颌越殆点均会施以多曲 簧拉、压应力，它在口腔内空间位移量以及弹簧产生作用力值大小，变化规律均为不可知，应力值也很难 测量。所发明的空间三维测力仪，可解决此难题，是将口腔中多曲簧上颌越殆点，下颌越殆点的运动轨迹 与空间三维运动规律仿真模拟到一台测力仪上，实现直接准确测试曲簧标志点在空间的位移量，弹簧静态、 动态、力值大小变化规律；还能确定不同规格型号大小多曲簧有效载荷力值以及对不同材质弹簧丝制备的
多曲簧预测弹簧力值供医生临床应用参考，同时可为各种小弹簧在空间做三维运动时的拉、压(含弹簧力y
力值进行准确的测试。
背景技术：
目前国内外口腔正畸，对早期m类错胎矫治时，多采用活动矫治器矫治，这些矫治器存在固位不好 的缺陷。
近期侯录教授发明最新的矫治器——颊侧多曲簧矫治器(专利号ZL2006 2 0021913.2)，即先用直径 为0.8—l.Omm不锈钢圆丝按不同年龄弯制大小、规格不一的多曲簧，制作颊侧多曲簧活动矫治器，当戴入 矫治器后，下颌开、闭口运动时，口内颊侧多曲簧必然对上、下颌全牙列产生作用力，抑制下颌骨向前发 育的同时，又促进上颌骨向前发育，经过临床一个时期(3个月——l年左右)，可实现对患者错浪完成矫 治的目的。其一，根据患者错龙的严重程度及年龄的不同选用规格大小不同的颊侧多曲簧，在戴用前有一 个测量标准，其二，当多曲簧规格及弹簧丝的材质改变，新制备的多曲簧又会产生多大的作用力值，其三， 在戴入口内后，患者作开、闭口运动过程中，如何去准确测定实际作用力值大小，而且是在空间作三维运 动，不同时段不同位移量，在空间三维坐标中力值的变化规律。发明的仿真模拟空间三维测力仪可以解决 上述三个难题。

发明内容
三维空间测力仪的发明，为正畸错 治，提供了一台仿真模拟空间三维测试力值的装置，能准确测 试患者口内所戴颊侧多曲簧矫治器在闭口、开口状态(静态、动态过程)，多曲簧其弹簧力所作用在双侧 上颌及下颌的力值大小，能准确测试标志点在空间作三维运动时，不同时段，不同位移量时的弹簧力值， 可仿真模拟多曲簧越3^点在口腔中的运动状态，运动规律，轨迹特征。
这台装置具有结构简单、易掌握、操作方便、测试准确的特点。


h、 ln颌骨架基座，3,、 3n模拟上颌骨架，4t、 4n水平旋转分度盘定位块，5 水平轴(铰链轴)， 6 压簧托板，7h 7n分度盘定位凹槽，8,、 8 弧形位移分度盘，9、三维移动手柄，10,、 102、 103、 104、' 105、 10" 107、 10s压紧弹簧,lh、 11 压紧弹簧垫圈，12" 122、 123、 12" 125、 126、 127、 128紧固螺母， 13!、 132、 133、 134、 135、 136、 137、 138弹簧垫圈，仏、15 多曲簧定位针孔，16,、 16 多曲簧定位针紧固 螺母，17h 172、 173、 17" 17s分度盘定位针，18、18n定位紧固螺母，说、19n模拟颌骨架垂直转轴，20j、 20 垂直距离调节环，2h、 21n模拟下颌骨架，22t、 22 双向调节环，24、同步位移板，25,、 25 同步位 移连杆轴，28,、 28n多曲簧测试件，29" 29 同步位移操作柄基座，31电机，32" 32n上颌测试杆，33,、33 上颌测试杆测试孔，3A、 34n上颌测试杆紧固螺母，35驱动螺杆，36,、 36 传感器定位紧固螺孔，37" 37n上颌测试杆固位块,38!、 38 传感器，39!、 39n传感器滑块定位螺栓,40、40 螺栓紧固螺母，4L、 41n螺栓弹簧垫圈，42驱动螺母，43传感器托架，47,、 47 小支架，50!、 502、 503、 504导向杆紧同螺母， 5h、 512、 513、 514导向杆弹簧垫圈，52蜗轮，54工作平台，55!、 55 传感器滑块螺杆，56:、 56 传感器 滑块定位槽，60蜗杆，65t、 65 小螺杆轴承座，66,、 662 、 6&、 664小螺杆轴承座紧固螺杆，67小螺杆， 68旋扭盘，69旋扭定位销，75!、 75 下颌骨架定位螺孔，76!、 76n下颌骨架定位针，77" 772、 773、 774、 775、 77" 777、 778分度盘螺纹定位孔,78、驱动螺母，79,、 79n支架，80,、 802、 803、 804支架紧固螺钉， 8h、 81,导向杆82h 82 测试杆紧固螺母，83^ 83 弹簧垫圈，84示波器数据线，85稳压器，86示波器， 87" 87 传感器信号线
图1是所发明的三维测力仪的全部结构示意总图
图2是图1的俯视结构示意图
图3是一侧上颌骨架的结构示意图
图4是图3的A向视图
图5是图3的俯视结构图
图6是 一侧下颌骨架结构图
图7是图6的俯视结构图
图8是同步位移板结构图
图9是图8的A-A剖向视图
图10是图8的俯视结构图
图11是磨牙定位针及弹簧丝孔结构图
图12是尖牙弹簧丝孔结构图
图13是传感器43, 、 43n定位托架
图14是图13 ABCD剖视图
图15是图13的俯视结构图
图16是弧形位移分度盘结构图
图17是图16 A-A旋转视图
图18是上颌骨定位块
图19是图18的俯视结构图
图20是传感器滑块定位螺栓结构图
图21是图20的A向视图
图22是水平轴(铰链轴)结构图
图23是图22的A向俯视图
图24是模拟颌骨架垂直转轴结构图
本发明装置(见附图l、 2、 3、 6、 7、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 18、 19)颌骨架基座lt、 ln按二个 平行中心线定位装配在基准工作台54右侧上，再按高度标准调整模拟颌骨架垂直转动轴14,、 14u上加垂t 直距离调节环20,、 20 ，再将两个模拟上颌骨架3 ,、 3n对称装配上，并用调节髁关节水平间距的双向调 节环(不同厚度)22;、 22 调节间距尺寸，其两端髁关节水平转轴(铰链轴)5,、 5 分别装配在模拟上颌骨架3:、 3u的两个水平转轴孔中，并在两对称侧方分别装上模拟下颌骨架21" 21 加上压紧弹簧10t、 102、 103、 10" 105、 106、 107、 108，弹簧垫圈13!、 132、 133、 13" 135、 136、 137、 138及用紧固螺母12!、 122、 123、 124、 125、 126、 127、 12s压紧模拟下颌骨架2L、 21n可绕水平转轴5:、 5u旋转，在模拟下颌骨架2h、 21n的另一端有下颌骨架定位螺孔75t、 75H中将带螺纹的下颌骨架定位针76,、 u扭上(上有多曲簧定位针 孔15!. .可调整与尖牙标志点分度盘定位针17,、 172、 173、 17^ 17" 176、 177、 178相对位移距离)。弧度. 位移分度盘8h n分别装配在模拟上颌骨架3,、 n—端的弧形分度盘定位凹槽7中，定位，并在弧形位移分 度盘&、 n上的四个分度盘螺纹定位孔77h 772、 773、 774、 775、 776、 777、 7 78中,扭上分度盘定位针17!、 172、 173、 17,、 175、 17" 177、 178 (分别在0。 、 5° 、 10° 、 15°处，四孔心均布在以0为圆心的R弧形 线上)，小螺杆67—端装上旋扭盘68,并用旋扭定位销69定位紧固，将两个水平旋转分度盘定位块4!、 4 按间距尺寸(髁突关节中心间距)装配，再用小螺杆轴承座65,、 65 、紧固螺杆66,、 662、 663、 664紧 固在小支架47h 47 上后装配在平台54上。
在工作平台54的上颌测试杆一側，按坐标先后装配驱动螺杆35、驱动螺母78，并将导向杆81:、 81u 在支架79t、 79n上，用导向杆紧固螺母50,、 502、 503、 504导向杆弹簧垫圈5L、 512、 513、 51,紧固，作为 总体将支架79,、 79n用支架紧固螺钉80,、 802、 803、 80,紧固在工作平台54上。在驱动螺母78上，有传 感器托架43及传感器滑块定位槽56,、 56 ,先将传感器滑块螺杆55扭入传感器定位紧固螺孔36,、 36 中，再将传感器3&、 38 与传感器托架43之间的紧固定位，是用传感器滑块定位螺栓39:、 39 螺栓紧固 螺母40h 40n螺栓弹簧垫圈41,、 41 紧固定位。将上颌测试杆32" 32n左端用测试杆紧固螺母82,、 82 弹簧垫圈83h 83"紧阖在传感器3&、 38 上颌测试杆固位板3、37u上。测试杆32,、 32n另一端上有曲 簧丝上颌测试杆紧固螺母34u,及端部尖牙曲簧丝上颌测试杆测试孔33h 33u。将需测试的多曲簧28,、 28 两端(上、下颌越殆点)圆丝分别插入上颌测试杆32z、 32n上测试孔33h 33u中及模拟下颌骨架21,、 21n的定位针孔15h 15n中，并分别用紧固螺母34h 34u、 16:、 16 紧固；传感器38t、 38 的信号输出线 87连接稳压器85稳压器电源线63和示波器86的数据线84，接通220V电源，启动示波器86即可进行测 试工作。
具体实施方式
一
单测试颊侧一侧多曲簧伸长压縮位移量，与其相对应的拉、压应力值的大小。如说明书附图1、 2、 6、 7、 11、 12、 13、 14、 16、 17所示，将需测试的一侧多曲簧的两端(上下颌越殆点)弹簧丝头分别插入模拟下 颌骨架21 ,多曲簧定位针孔15'中和上颌测试杆32,的尖牙曲簧丝上颌测试杆测试孔33,中，分别用多曲簧定 位针紧固螺母16,和上颌测试杆紧固螺母34,紧固，启动电机31轴旋转(顺时或逆时)经蜗杆60蜗轮52匀 速转动驱动，螺杆35转动可驱动螺纹42带动传感器托架43沿导向杆81,',左或右匀速移动,完成上颌测试 杆32,的左或右位移，由于标志点(尖牙曲簧丝上颌测试杆测试孔33,处)受拉或压应力，通过传感器38, 信号线8经放大及示波器86可记录应力值； 一是驱动螺杆35顺时针旋转，驱动螺母78左移动，尖牙多曲 簧丝上颌测试杆测试孔33,—端被拉向左侧，通过传感器38,可测出弹簧位移量与拉应力值曲线(在示波器 上可显示)直至要求的位移量(曲簧戴入口腔之前应伸长的尺寸)；反之，将已伸长(按临床要求予拉伸尺 寸)变形的多曲簧同样按上述程序安装在15,及33,两个丝孔中紧固，再调拉、压应力值^0，逆时针旋转驱 动螺母右移，此时，多曲簧(弹簧)开始压缩，.多曲簧被压縮变形(减小尺寸)，此过程同样在尖牙孔一端 通过传感器38示波器86测出压应力值与弹簧位移量变化曲线。也可测试不同材质、尺寸、规格的弹簧丝 的原始弹簧力学特性。
具体实施方式
二
临床医生矫治患者错殆畸形，在口内戴用颊側多曲簧活动矫治器之前，在颊侧多曲簧空间三维测力仪上
先仿真模拟烦侧多曲簧两侧下颌越3^点，在开闭口过程中，其运动轨迹(三维空间)与上颌越殆点压应力 值的变化规律(由最大压应力到最小压应力或改变为拉应力)可综合预测对上下颌全牙列的作用力，即模拟 下颌越殆点(双侧)简化为两颊側多曲簧上下越3^点在空间的三维坐标运动。
第一种下颌越3^点(双側)从闭合状态开始至最大开口 (下颌越3^点相对位移〈20mm)，下颌越牙合点 绕水平轴运动时的压应力值变化规律。
首先按患者工作模型，确定其两侧上颌越恭点、下颌越3^点的空间相对位置、尺寸及所选戴的颊侧多 曲簧(规格尺寸)并拉伸至同定尺寸(mm)。(见附图1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 16、 17、 18、 22、 23)按实施方案一方法，先顺时针旋转驱动螺杆35，左移上颌越3^点，将弹簧丝分别插入两侧磨 牙丝孔15,、 15u尖牙丝孔33！、 33 中，分别用螺母16,、 16 、 34,、 34n螺母紧固，调整位移量，使弹簧(曲 簧)拉压应力"O,再逆时针旋转驱动螺杆35，上颌越殆点(丝孔)33^ 33 向右移动至设定的位置(闭合 状态)，由传感器38h 38n信号经示波器显示的压应力值为最大值。再手动同步三维移动手柄9双侧下颌越 牙合点1、15 (丝孔)绕水平轴5,、 5u同步沿弧形分度盘8t、 8n上的刻度5。 ，10° ，15°移动，则上颌越 雜点33b 33u压应力值通过传感器38,、 38 、示波器86准确测出各点的应力值(压应力由最大值变最小值 或改变为拉应力值)，也可以测出连续移动过程的位移一一应力变化函数曲线，这样就模拟测试多曲簧在口 腔内对上下颌全牙列作用力的变化规律，相反同步沿弧形分度盘15° ，10° ，5°点移动，可测试逆过程的变 化规律。
第二种当卜颌越殆点沿水平面出现左右偏移(越殆点相对左、右移动3mm)状态时的应力变化规律(见 附图l、 12、 18、 19)。基本测试方法同第一种，只是下颌越3^点(丝孔)15m和上颌越3^点(丝孔)33h,， 沿模拟下颌髁突水平旋转分度盘定位块4中心线左转5。(近似3mni位移量)或右转5° (近似3mm位移量) 状态下，重复第一种测试步骤，分别测得两侧下颌越f^点最大压应力(闭口)最小压应力(开口)或拉应力， 与位移量的变化规律。
具体实施方式
三
电机31可改为无级变速电机，再经由蜗轮蜗杆变速传动，完成匀速运动，完成驱动；同步三维移动手 柄9同步位移板24 ，也可改用无级变速电机驱动完成位移应力测试，其它同前(见附图2、 8、 9、 10)。 工作原理
所发明的空间三维测力仪是根据临床患者正畸错 治过程，视髁突为单纯转动运动(铰链运动)，无 滑动。此时所产生的开口范围(铰链开口度)在上、下颌切牙切缘之间为18 — 20mm,下颌是空间三维运动， 下颌运动标志点有切点，下颌越殆点，颏点，其标志点相对坐标系位移，考虑铰链是与髁轴重合，故以解 剖学方法分析研究下颌标志点在绕水平轴(铰链轴)运动时的轨迹与基本图形，即在水平面，矢状面的fe 动轨迹，此时是考虑两侧铰链轴基本上对称，简化切点运动轨迹，为申请者研究发明的基础。所发明的空 间三维测力仪左侧部分(见图l、 2、 12、 13、 14、 15、 20、 21),尖牙曲簧丝孔33h 33u，是可视为上颌 尖牙固定端(即测试杆321、 32n上的测试孔33t、 33 ),在测弹簧力时又可做为位移端，下颌第一磨牙位
移分度指示针曲簧丝定位针孔15H,，一是可视为下颌运动标志点绕水平轴(铰链轴)运动时的轨迹图形，
也就是颊侧多曲簧戴在口腔中，开闭口过程，下颌越牙合点在绕水平轴5作圆弧运动，分度盘定位针17h 17u的旋转半径就根据患者的年龄(经颌骨测定尺寸)等确定，模拟定向二维运动特征;二是测定弹簧力值
6时，多曲簧定位针孔15,、 15 ，可做为固定弹簧一端，可在空间任意位置，当移动另一端针孔33" 33n,即可通过传感器一示波器测定弹簧拉压应力值。 上述测试可以是静态的，也可以是动态测试。通过上述完成测试工作同时，可根据变化规律、函数关系、 测试数据，再经过临床的应用研究，总结基础上建立数学模型和数学表达式，完成计算机数值模拟，进行科 学研究工作。
权利要求
1、驱动蜗杆可变速(或无级变速)异向(正、逆时针旋转)传动——驱动螺母——传感器托架匀速左、右移动；驱动螺母与传感器托架为同一刚体；传感器托架平台上二个对称测量的传感器左侧中心固位，是用滑块定位螺栓紧固连接，可进行同步水平位移，调整二个传感器中心对称间距(即髁突关节间距尺寸)传感器右侧中心上是带有螺纹的测试杆与定位针孔(插入多曲簧丝)用螺母紧固，可沿二个导向杆中心左、右位移。
2、 上颌骨架上有垂直绕轴(心)、水平转轴(心)。垂直转动位移量由下颌骨上水平旋转分度盘定位块控 制，分度盘定位块两侧均有以垂直轴心为中心的圆弧且与下颌骨架上的两圆弧(也以垂直轴心为中心的圆 弧)吻合滑动配合；分度盘定位块由小螺杆调节前、后移动位移量(定位中心间距——按下双侧磨牙越殆 点间距尺寸定位)。
3、 下颌骨架一端可绕水平转轴中心转动，另一端下颌骨架定位螺孔中心就是沿水平转轴中心某一半径圆 弧线上移动，定位螺孔中心扭上带多曲簧定位针孔的下颌骨架定位针，针孔同样在做圆弧移动，当插入多 曲簧一端弹簧丝用螺母紧固后，丝端一越雜点也可绕水平轴中心做圆弧运动位移。
4、 两侧(对称)下颌骨架定位螺孔中心绕水平轴心同步做圆弧位移是采用手动或电动同步位移杆机构， 同步位移杆两端由滑动转轴与两个对称下颌骨架定位螺孔一侧成滑动连接，即可沿圆弧移动，又可实现沿 分度盘定位块中心左右水平旋转实现下颌侧移，侧移幅度不超过3mm。
5、 模拟颞下颌关节间距的调节(不同年龄患者其间距有差异)。 一是对称两个上颌测试杆测试定位孔中心 间距由传感器滑块定位螺栓，沿中心对称滑槽，刻度前后移动调节；二个对称下颌骨架是在铰链(水平) 轴上，由可变尺寸双向调节环来完成多曲簧定位针孔对称间距尺寸；二个分度盘定位块中心——垂直转轴 中心对称间距尺寸由小螺杆旋转调节；高度位移调节由垂直距离调节环(不同高度尺寸)调节。
6、 上颌骨架和下颌骨架仿真模拟口腔内是用上颌骨架和下颌骨架仿真模拟口腔内上颌骨与下颌骨及其下 颌做开、闭口运动过程，下颌绕水平轴(铰链轴)做圆弧运动轨迹——即在水平面、矢状面的运动轨迹(与 下颌运动标志点切点、下颌越骀点、颏点)均有其运动规律；在沿水平中心移动(由电机变速传动)的测 试杆上的定位针孔模拟上颌尖牙的越骀点；在沿水f轴(铰链轴)做弧形运动的下颌骨架定位针孔代替下 磨牙的越殆点；"尖牙"，"磨牙"越骀点(定位针孔)由多曲簧或弹簧两端圆丝紧固连接为一体；当经 外驱动力手动或电动测试杆沿中心移动或磨牙越合点沿圆弧移动，曲簧(弹簧)均会产生拉、压应力同时有相应的位移量，当受力端接上拉、压传感器一信号放大——示波器即可测试拉、压应力值F(mv)与时 间t(ms)的函数曲线(值)完成空间三维力值的测试。
全文摘要
本发明颊侧多曲簧空间三维测力仪，模拟上、下颌骨及颞下颌关节，预测矫治患者戴用颊侧多曲簧28_I、28_II，做开、闭口运动时，对上、下颌越点产生的推、拉力值。操作简单、测试准确，可指导临床对症选戴①将28_I、28_II两端丝分别置入15_I、15_II和上颌33_I、33_II中紧固；托架43左、右移动，可测28_I、28_II对全牙列的拉、压应力值与位移量；②28_I、28_II予拉长后，置入15_I、15_II和33_I、33_II孔中紧固，移动32_I、32_II，调应力值≈0，驱动35，32_I、32_II右移，28_I、28_II受压至闭口状态时，测上、下颌全牙列受最大压应力值；③15_I、15_II沿8_I、8_II刻度5°，10°，15°测出28_I、28_II应力值与位移量；若21_I、21_II绕中心左、右移动(15_I、15_II距中心位移3mm)，重复①、②测作用力与位移量值。
文档编号A61C19/04GK101513365SQ20081006401
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者何志伟, 录 侯, 刘笑笑, 康毅志, 徐实谦, 王阿娜 申请人:侯 录;徐实谦