一种咬合力检测装置及其咬合力检测方法与流程

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种咬合力检测装置及咬合力检测方法。
背景技术：
：咬合系统功能衰退是老年人群体中一个普遍现象，在进食过程中，有些食物无法咀嚼咬碎，若自身或护理人员不了解其咀嚼能力，进食了超过口腔咀嚼硬度范围的食物，则很容易发生噎食、卡食等危险情况。了解老年人咀嚼能力，进食硬度适宜的食物，可以防止此类事件的发生，从而对老人进行更好的照顾和护理。现有的有关咬合力检测装置专利，如公开号为cn1066974a、cn103565447a、cn105686838a的专利，为电阻应变式测量仪，其利用电阻应变片因压力产生的电阻应变来测量咬合力，但不能检测咬合力的动态变化；如公开号为cn105496430a、cn104997569a、cn105012039a的专利，为电容式测量仪，原理为电容随绝缘介质受压力形变而变化，但电容介电性受温度有一定影响，影响测量的准确性；如公开号cn103083107a的专利测算出牙齿咬合时牙面间隙的变化，构建牙齿三维模型的方法，再进行咬合力分析，而直接分析咀嚼肌咬合力的检测方法多用肌电分析法，但其应用的是针电极和电刺激技术了解肌肉功能状态，检测过程中会对被测人造成一定伤害，不适用于对老年人咬合力的检测。纵观文献可发现，现今研究方向多倾向于检测牙齿受力大小，主要功效在于辅助义齿修复、牙齿矫正，发展方向单一，如遇牙齿缺失、咬合功能下降的老年人则测量结果可能不尽如人意。对于牙齿缺失的人群来说，实际咀嚼时食物不止会单由牙磨面磨碎食物，齿龈也会接触到食物，忽视上述情况会造成检测误差。技术实现要素：本发明为了克服以上现有问题，提供一种咬合力检测装置及方法，检测咀嚼肌咬合力，分析口腔咀嚼食物硬度的能力，装置结构简单，安全卫生，气囊柔软，咬合较为轻松，特别适合牙齿缺失的老年人，能够同时测量牙齿和牙龈的咬合力，更能直观的反映老年人的综合食物咀嚼能力，免去了其他仪器需要牙齿和牙龈分别测量才能综合评估的麻烦，方便护理人员对老人进行照顾，防止老人进食过硬食物，发生噎食、卡食等危险情况。为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种咬合力检测装置，包括气囊、导管、手柄、电路板和外壳；所述壳体分为下半部和与下半部配合设置的上半部，气囊设置在壳体中，气囊为橡胶材质，内充气体为空气；所述手柄为中空结构，手柄的一端与壳体的下半部固定连接，手柄、电路板设置在手柄的轻体中；所述电路板上设置有电池、压力传感器、主控芯片、显示器、通信模块、指示灯、a/d转换模块和声光报警装置；传感器、显示器、通信模块、指示灯、a/d转换模块和声光报警装置均与主控芯片之间电连接，电池为传感器、主控芯片、显示器、通信模块、指示灯、a/d转换模块和声光报警装置提供电能；所述导管的一端与气囊可拆卸式连通，另一端与压力传感器连接。进一步改进，所述导管为橡胶导管，手柄为塑料绝缘管，外壳的材质是绝缘塑料。进一步改进，所述主控芯片为stm32f103rct6单片机，显示器包括oled显示屏，将显示屏控制接口和数据接口分别与主控芯片i/o口相连。进一步改进，所述电池为可充电电池，电池与主控芯片之间设置有稳压、滤波电路。进一步改进，所述气压传感器为飞思卡尔mpxv4006g传感器，传感器通过由电阻r1、电容c1组成的滤波电路，以及运算放大器op07与主控芯片的输入端口连接。进一步改进，使用nrf24l01无线通信模块，将其控制接口与主控芯片i/o口相连，发送测量信息到pc端上位机。进一步改进，所述声光报警装置包括由声led、电阻、蜂鸣器和三极管组成的声光报警电路。一所述咬合力检测装置进行咬合力检测的方法，包括以下步骤：步骤一：打开壳体上半部，露出气囊，在气囊上套上一次性卫生薄膜，开启咬合力检测装置开关；步骤二：判断该仪器是否记录过气囊气压差值与咬合力的对应关系数据表，若有记录，则进入步骤四，进行实际咬合力测量；否则，进入步骤三，用所述咬合力检测装置检测气囊内部的初始气压值和不同外压力下气囊内部的气压值，并求取气压差值，建立气囊气压差值与咬合力的对应关系数据表；步骤三：测量开启咬合力检测装置时气囊内部的初始气压值，对该气囊施加5kg的外压力，测量此时气囊内部的气压值，计算出施加5kg外压力后，气囊内部产生的气压差值；并依次将外压力增加5kg，记录下5kg-70kg内气囊在外压力作用下内产生的气压差值，建立气囊气压差值与外压力的对应关系数据表，进入步骤四；步骤四：测量开启咬合力检测装置时气囊内部的初始气压值，将气囊伸入被测患者口中，患者咀嚼肌发力，牙齿或牙龈咬合气囊，气囊发生形变，内部气压发生变化，气体通过导管将压力传递给气压传感器；步骤五：气压传感器不断测量气囊的气压变化，并将测量信号经滤波电路，以及运算放大器送到a/d采集模块，单片机不断采集a/d信号，并对采集数据进行处理，判断是否达到稳定值，若稳定，发出声光报警，提示数据采集完毕，求出当前气压值和初始气压的差值，把该气压差值记录为p0；若不稳定，则继续采集，直至数据完毕；步骤六：通过检查气囊气压差值与外压力的对应关系数据表，找到当前气压差值p0所处的气压差区间，获取该区间的起始气压差值p1和终止气压差值p2以及起始气压差值对应的外压力值f1和终止气压差值对应的外压力值f2，则当前气压差值对应的压力值该压力值即为所求的咬合力值；步骤七：将测量的咬合力值显示在显示屏上，并通过通信模块将测量信息发送到pc端，在pc端对患者咬合力进行分析，评估出患者的综合食物咀嚼能力；步骤八：取出气囊，撕下卫生薄膜，对气囊进行消毒，关闭电源，盖壳体上半部，结束。本装置的工作原理是利用人体牙齿或牙龈咬合充有一定气压的气囊时，气囊内部气压和气囊初始气压的差值会随着咬合力大小的变化而变化；本装置利用单片机分析采集气压，分析气压差的变化，从而获取咬合力并进行数据显示存储。本装置既可以实现气囊气压差与咬合力的对应关系的标定；也可以通过实测气压差自动获取口腔咬合力值。该装置结构简单，安全卫生，其测量气囊柔软，特别适合牙齿缺失的老年人，能够同时测量牙齿和牙龈的咬合力，更能直观的反映老年人的综合食物咀嚼能力，免去了其他仪器需要牙齿和牙龈分别测量才能综合评估的麻烦，方便护理人员更好的照顾老人。本发明的方法是通过检测橡胶气囊内气体压力变化，从而分析出咬嚼肌咬合力的大小。当牙齿或牙龈咬合气囊时，橡胶气囊发生形变引起气囊内部气压发生变化，连接在导管一端的气压传感器不断测量气囊内气压值，并将测量信号经过信号调理电路后输送至a/d转换模块，单片机采集a/d信号并对数据进行处理，判断是否达到稳定值，当测量值稳定后，将测得的气囊气压与初始条件下气囊气压做差，计算出咬合力大小，将测量信息显示在显示屏上，并通过通信模块将测量信息发送到pc端，pc端对测量信息进行分析，评估出咀嚼食物硬度的能力。本发明可以达到的技术效果是：本发明所述装置通过检测橡胶气囊内气体压力变化，从而分析出咬嚼肌咬合力的大小。当牙齿或牙龈咬合气囊时，橡胶气囊发生形变引起气囊内部气压发生变化，连接在导管一端的气压传感器不断测量气囊内气压值，并将测量信号经过信号调理电路后输送至a/d转换模块，单片机采集a/d信号并对数据进行处理，判断是否达到稳定值，当测量值稳定后，将测得的气囊气压与初始条件下气囊气压做差，计算出咬合力大小，将测量信息显示在显示屏上，并通过通信模块将测量信息发送到pc端，pc端对测量信息进行分析，评估出咀嚼食物硬度的能力。本发明所述检测方法通过检测橡胶气囊内气体压力变化，实现咬合力测量，该装置结构简单，安全卫生，其测量气囊柔软，特别适合牙齿缺失的老年人，能够同时测量牙齿和牙龈的咬合力，更能直观的反映老年人的综合食物咀嚼能力，免去了其他仪器需要牙齿和牙龈分别测量才能综合评估的麻烦，方便护理人员更好的照顾老人。附图说明图1为一种咬合力检测装置示意图。图2为行咬合力检测的流程图。图3为一种咬合力检测装置具体实施电路功能框图。图4为一种咬合力检测装置具体实施的电路图。具体实施方式下面结合附图与实施案例对本发明作进一步说明。图1为一种咬合力检测装置示意图，包括气囊1、导管2、手柄3、电路板4、显示屏5和外壳6。本实施例中，所用气囊为直径50mm、厚度20mm的扁圆形充气橡胶，嵌在直径56mm、厚度26mm的扁圆形塑料绝缘外壳内，橡胶气囊的材质厚度为3mm，塑料外壳的材质厚度为2mm，绝缘外壳的盖子可打开，露出气囊的一半以便被测患者咬住。手柄由长20cm、直径30mm的塑料绝缘圆管制成，内置气体导管、电路板和显示屏，气体导管由长10cm、直径4mm的橡胶软管制成，连接气囊和气压传感器。图2为利用咬合力检测装置进行咬合力检测的方法：一种咬合力检测的方法，包括以下步骤：步骤一：打开壳体上半部，露出气囊，在气囊上套上一次性卫生薄膜，开启咬合力检测装置开关；步骤二：判断该仪器是否记录过气囊气压差值与咬合力的对应关系数据表，若有记录，则进入步骤四，进行实际咬合力测量；否则，进入步骤三，用所述咬合力检测装置检测气囊内部的初始气压值和不同外压力下气囊内部的气压值，并求取气压差值，建立气囊气压差值与咬合力的对应关系数据表；步骤三：测量开启咬合力检测装置时气囊内部的初始气压值1atm，对该气囊施加5kg的外压力，测量此时气囊内部的气压值2.05atm，计算出施加5kg外压力后，气囊内部产生的气压差值1.05atm；并依次将外压力增加5kg，记录下5kg-70kg内气囊在外压力作用下内产生的气压差值，建立气囊气压差值与外压力的对应关系数据表，气压差值2.3atm2.1atm1.9atm1.7atm1.5atm1.3atm1.1atm1.05atm咬合力70kg60kg50kg40kg30kg20kg10kg5kg注：正常1个标准大气压为100kpa，记作1atm；进入步骤四；步骤四：测量开启咬合力检测装置时气囊内部的初始气压值1atm，将气囊伸入被测患者口中，患者咀嚼肌发力，牙齿或牙龈咬合气囊，气囊发生形变，内部气压发生变化，气体通过导管将压力传递给气压传感器；步骤五：气压传感器不断测量气囊的气压变化，并将测量信号经滤波电路，以及运算放大器送到a/d采集模块，单片机不断采集a/d信号，并对采集数据进行处理，判断是否达到稳定值，若稳定，发出声光报警，提示数据采集完毕，求出当前气压值和初始气压的差值，把该气压差值记录为p0，如p0＝1.2atm；若不稳定，则继续采集，直至数据完毕；步骤六：通过检查气囊气压差值与外压力的对应关系数据表，找到当前气压差值p0＝1.2atm所处的气压差区间，获取该区间的起始气压差值p1＝1.1atm和终止气压差值p2＝1.3atm以及起始气压差值对应的外压力值f1＝10kg和终止气压差值对应的外压力值f2＝20kg，则当前气压差值对应的压力值f0为：该压力值即为所求的咬合力值，为15kg；步骤七：将测量的咬合力值显示在显示屏上，并通过通信模块将测量信息发送到pc端，在pc端对患者咬合力进行分析，评估出患者的综合食物咀嚼能力；步骤八：取出气囊，撕下卫生薄膜，对气囊进行消毒，关闭电源，盖壳体上半部，结束。图3为具体实施电路功能框图，图4为具体实施的电路图。选用飞思卡尔mpxv4006g(u2)作为气压传感器，将气体导管接在传感器的气嘴上。使用运算放大器op07(u4)及由r1和c1组成的rc滤波电路构成信号调理电路，将传感器的输出接入信号调理电路。使用stm32f103rct6(u1)单片机及其最小系统构建主控电路，将调理电路的输出信号接入stm32带有adc功能的i/o口上，使用单片机内部的adc模块对信号采集测量，使用蜂鸣器(u6)及其功率放大电路(q1)构建报警电路，使用led和电阻构成指示灯电路，并分别将它们的控制接口接入单片机的i/o口上。使用oled(u5)液晶显示屏，将其控制接口和数据接口分别与单片机i/o口相连。使用nrf24l01(u3)无线通信模块，将控制接口与单片机i/o口相连，发送测量信息到pc端上位机。实施搭建电路完毕，加电运行。首先读取当前气囊内气压值，并标定为此次测量的参考气压值，测量完毕后，指示灯为绿色，即准备就绪，可以开始测量。被测患者咀嚼肌发力，牙齿或牙龈咬合气囊，气囊发生形变，内部气压发生变化，导管将压力传递给气压传感器，气压传感器输出模拟信号，经过信号调理电路，输送到单片机，单片机读取气压值并判断是否稳定，若不稳定，则继续等待测量稳定，若稳定，则发出声光提醒，测量完毕，可取出气囊，将当前气压值与初试参考气压值做差，计算咬合力大小，将咬合力显示在oled显示屏上，并通过无线通信模块nrf24l01将测量信息发送到pc端，综合分析和评估出患者的咬合能力。应当指出的是,尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,以上所述实施内容,是结合具体的优选实施方式的一种,是对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明,而是要求符合与本文所公开的思路和原理相一致的最宽的范围，如通过测量咬合过程中气囊内气压的变化量，评估出患者综合食物咀嚼能力。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单改进或替换。在权利要求书所限定的本发明的原理范围内,都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12