本发明属于医学口腔的医疗诊断技术领域，尤其涉及一种检测3d打印种植牙咬合力的传感系统及方法。
背景技术：
目前，业内常用的现有技术是这样的：
3d打印种植牙是一种很好的牙列缺失的修复方式，以其良好的稳定性及外观，深被广大患者接受。从真正意义上来讲，不管是以生物化学性结合纤维方式还是骨性结合的方式，骨模块和种植义齿都无法形成牙周膜组织，所以它缺乏牙周膜对天然牙所起到的缓冲功能及神经末梢的感知能力，极容易受到过大咬合力的创伤，而不自知。例如，咬合超载时，种植体承受过大(比如咀嚼坚硬食物时)的咬合力会导致病理状态的压力和拉力，出现种植体周围牙槽嵴顶的刺激性吸收。种植体的三维有限元分析显示:在压力负载时种植体的颈部区域容易出现应力集中，引起边缘性骨吸收。动物实验也证实：当种植体周围组织健康的牙种植体在受到过大载荷的咬合力也会出现边缘性骨吸收，进而引发种植体周围炎。这是由于种植体颈部周围骨组织的刺激性吸收，致使种植体颈部或体部暴露，导致牙菌斑的附着且不便清洁，从而产生炎症，促使种植体周围炎的产生和发展，炎症再次加剧种植体周围的骨吸收。因此，如何能精准的调整，咬合时应避免早接触和牙合干扰，并且种植体牙冠的咬合应为轻接触，并能够实时监控，并主观控制咬合力，以调节咀嚼力，是现在种植牙研究的一个新的方向。
国内外研究现状
种植体能否长久牢固的在颌骨内行使功能，受到种植体本身的结构和种植体与周围颌骨结合的方式的影响。其中，一部分学者想通过改变种植体的结构及材料来提高种植体的性能。另一部分学者则考虑种植体与周围骨的结合方式。
种植体的骨性结合是代谢活跃的骨组织和具有生物相容性的金属，不过这些主流材料与骨直接接触，形成骨性结合的时间较为长些，早期功能修复及负荷不利于形成，因而学者们试图通过对种植体的表面处理，促使两者之间的结合速度加快，从而达到缩短两者之间愈合时间的目的。表面纳米技术是把一些纳米材料打碎成纳米级的粉沫后，把这些粉沫固定在物理的表面，以使纳米材料重新具有新的功能用途。特别在纳米这种新技术出现之后，表面涂层的颗粒粒径的梯度变化被严格控制在了纳米级，从而这使得种植体进一步具备了高度的机械特性及其耐用性的优点。纳米传感器具有咀嚼这一功能，则是依照口腔系统的统一协调运动来完成的，口腔系统的统一协调运动又是通过运动器官的神经系统、感受器、中枢神经系统来调控完成的。
牙周膜组织中有很多本体感受器是传到这个通路的起端，在维持口颌系统健康和口颌系统正常的咀嚼功能等一些方面有着非常重要的作用。
近几年来科学家和工程师采用纳米传感器技术，研制出了纳米传感器（nanosensor）这种新一代的微纳传感装置。将微纳传感器植入到所种植义齿的周围，一方面让种植义齿承受的咀嚼压力通过这种传感器转化成电脉冲来刺激种植义齿周围的神经，另一方面可以提高成骨细胞的活性，从而对周围骨组织的伤害降到了最低，并且更好的骨组织重建，促使种植体和骨组织的更好的相容，这样不但极大地提高了种植义齿对咬合力感知的功能，而且使种植义齿的成功率得到提高。
综上所述，现有技术存在的问题是：
目前3d打印种植牙修复术后，无感觉较弱带来的术后维护技术问题；易造成继发性创伤，却无法感知；不能辅助专业口腔种植医师种植成后，在发生意外时，医生更相对可视化地的诊断相应疾病，并做出相应的治疗；而且，不能对病人在咀嚼过程中造成的颌创伤及牙周炎症等的应对情况，进行量化的数据提示，进行合理的施加咀嚼压力；作为咬合力的实施者，病人不能参与到预防、诊断及治疗中，使得治疗效果较差；医患专业知识的缺失的不对等性，使得病人不自觉地依从性较差；数据的不能及时搜集，保存并整理，使得种植牙脱落几乎无因可循；现有对3d打印种植牙咬合检测的传感装置不能从理论和应用方面对实际应用提供指导意义。
技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种检测3d打印种植牙咬合力的传感系统及方法。解决基于材料应变技术及信息传输技术在3d打印种植牙中的应用。
本发明是这样实现的，一种检测3d打印种植牙咬合力的传感系统，在3d打印种植牙中均匀布置微型柔性压力传感器感知咬合力，并使用嵌入牙冠中的有源rfid传输信号，组成一套牙齿咬合力测量报警系统；3d打印种植牙牙根周围涂抹有钛浆纳米涂层；种植体外侧分布镀有压力敏感材料；压力敏感材料连接到牙冠中的有源rfid芯片；牙齿咬合时，微型柔性压力传感器实时感受咬合力变化，通过rfid芯片传输到移动设备端；通过移动设备端分析显示咬合力数据；测量数据通过智能设备上传到云端数据库存储，通过分析数据库中的咬合力大数据，分析病人对种植牙的使用情况；对后续的打印种植牙提供改进建议，构建医生和病人同时参与对待3d打印种植牙寿命的预防体系。
进一步，压力敏感材料镀在圆柱形种植体外围，成90°均匀分布，通过外接细线缆连接到有源rfid芯片，芯片内部电桥连接，实时感受应变电阻变化并向外传输测量信号；当应变电阻值达到超过一定范围时，开始向移动端传输信号，并持续记录一段时间。
进一步，3d打印种植牙在一期种植过程中将周围骨骼组织、血液与种植牙合在一起，开始收集部分咬合力数据；二期种植过程中，通过对收集到的咬合力数据分析，合理改变3d种植牙的结构，使其更适应病人的咀嚼习惯。
收集到的咬合力信号直接传输到移动设备端，移动设备端包括：具有nfc功能的手机、具有nfc功能的手环；在移动设备端上对数据进行校准、显示、传输。
进一步，在装配种植牙前，在量程区间对牙体内的压敏材料进行在线校准，记录压敏材料漂移量及漂移特性，输入到移动设备端；移动设备端在接收到信号后进行补偿、记录。
进一步，3d打印种植牙咬合力数据超出一定阈值通过移动设备端的模块进行报警；应力阈值峰值小于400psi。
本发明的另一目的在于提供一种检测3d打印种植牙咬合力的方法包括：
步骤一，3d打印种植牙内的压力敏感材料感受到咬合力；
步骤二，咬合力出超过200psi时，内部电路导通，内置有源rfid芯片向外传输信号；
步骤三，移动设备端接受到信号后，对模拟信号以0.1秒间隔抽取样值，使连续的信号变成离散的信号；抽取的样值变换为最接近的数字值，用数字量表示抽取样值的大小；量化的数值用一组设备可存储的二进制的数码来表示；最后对量化后的数值加上误差补偿信号，得到准确的咬合力数值；
步骤四，将处理数据显示在种植牙咬合力显示模块，当咬合力数据超过400psi时，移动设备端发出报警信号，并进行相应显示。
所述阈值根据种植体与颌骨的接触面骨模块接触应力过大、过小或过于集中进行确定。促进骨组织生长的最适应力峰值为400psi，约为2.75mpa；维持骨组织健康的应力峰值为450psi，约为4.83mpa，过高的应力可以使骨组织内的学业供应量降低或造成骨内血液的局部淤积，应力或可以直接激活牙槽骨内破骨细胞的相关感受器，从而造成骨局部坏死和吸收。
种植时，在3d打印种植牙周围喷涂一层钛浆纳米涂层，形成种植体表面粗化，应变材料提前加工到种植体表面。
咬合力作用在种植体上，使骨拉伸变形，间接反映在骨长度的变化上，应用微应变表示，1000代表0.1%的变形；拉伸变形的总量与加在骨上的应力相对应，例如种植体周围骨的负重。但这种应力同样依赖于骨所受的咬合力性质，这意味着一个外力对不同的骨及骨组织有不同的影响，同样的力在不同的骨上会导致不同的拉伸效应。数据指出，骨细胞会对咬合力导致的骨微变形产生适应，在一稳定时期内，对于轻微增大的应力，骨会发生增殖反应，如果超过骨的承受能力，骨会发生断裂。通常骨行使功能需要大约50-1500微应变范围内，如果力的峰值超过1500-3000微应变时，骨的轻微超载会发生，当应力造成变形达到25000微应变时，骨断裂就会突然发生。相反，如果骨的功能负重为超过50-100微应变，就会发生废用性骨吸收。
本发明的优点及积极效果为：
本发明能够实时的将咬合力数据显示给医生和患者，提高术后的预防和追踪效果；
本发明将感知的信号存储到移动设备，实时计算出咬合时力的大小，超过设定阀值时报警，纠正使用者的危险行为，即时辅助效果明显；
本发明运用云存储技术将数据上传至数据库，有利于后期的追踪，更为后期的种植牙研究储存大量量化数据；
本发明能够更好的为患者和医生提供3d打印种植牙术后康复、修复和维护等提供数据依据。
本发明打破了以往几乎医生诊疗的模式，能够让患者真正参与到自己的疾病的预防、诊断和治疗中，会极大地改变了他们的主动地位，提高依从性向家庭医生诊疗方向发展，提供了更好的理论基础；
本发明的医疗云端共享系统及时收集数据，提供实时电子数据电子病历，以数字化医院、远程医疗、区域卫生平台的规划为目标，意味着向理想中的“全联接医疗”又迈进了一步；
本发明的计算资源云化，充分发挥了服务器虚拟化的资源按需供给、绿色节能、环保及业务弹性的特点，真正做到简化诊疗记录过程，使医生从繁杂的诊疗过程管理中解放出来，业务永远在线；
本发明解决了基于人工3d打印种植牙、咬合力实时测量技术及信息传输技术的应用问题；
本发明用可视化数据技术感知和分析数据，特别是构建和完善了医生和病人同时参与预防、诊断及治疗的概念，提高治疗效率和3d打印种植牙寿命。
本发明在3d打印种植牙中均匀布置微型柔性压力传感器感知咬合力，并使用嵌入牙冠中的有源rfid传输信号，组成一套牙齿咬合力测量报警系统；3d打印种植牙牙根周围涂抹有钛浆纳米涂层，种植体外侧分布镀有压力敏感材料，压敏材料连接到牙冠中的有源rfid芯片；牙齿咬合时，传感器实时感受咬合力变化，通过rfid芯片传输到移动设备端，通过移动设备分析显示咬合力数据；测量数据通过智能设备上传到云端数据库存储，通过分析数据库中的咬合力大数据，分析病人对种植牙的使用情况，对后续的打印种植牙提供改进建议，构建医生和病人同时参与对待3d打印种植牙寿命的预防体系。
附图说明
图1是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的传感系统示意图。
图2是本发明实施例提供的有源rfid芯片在种植体上的布置示意图；
图3是本发明实施例提供的压力敏感材料在种植体上的布置示意图；
图4是本发明实施例连接的移动设备端示意图；
图5是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的传感系统与移动设备端无线连接示意图；
图中：1、牙冠；2、粘贴剂；3、芯片与压力敏感材料应变传感部分连接线；4、有源rfid芯片；5、压力敏感材料；6、固定螺钉；7、种植体；8、移动设备端；9、咬合力度显示模块；10、报警次数显示模块；11、咬合力数据显示模块；12、数据/曲线切换按钮；13、注意事项按钮。
图6是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的方法原理图；
图7是本发明实施例提供的应变材料电阻随咬合力变化原理图；
图8是本发明实施例提供的模拟信号采样处理原理图；
图9是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明应用于多学科和多领域的交叉；以牙列缺损发生后的种植修复为主要切入点，分析基于3d打印种植牙、传感器、通讯技术的应用与交互，解决目前3d打印种植牙修复因术后无感觉较弱带来的术后维护技术问题，辅助专业口腔种植医师种植成后，发生意外时，病人根据图像、数据及报警提示及时合理地控制咬合力。医生也能更相对直观的诊断相应疾病，并做出相应的治疗。此外，也解决了病人在咀嚼过程中造成的颌创伤及牙周炎症等情况，根据数据提示，合理的施加咀嚼压力。从理论和应用方面，使得思路和方法都有一定的现实指导意义。本发明解决了基于人工3d打印种植牙、压力传感器技术及信息传输技术的应用，国内外还没有成熟的一体化分析报道。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。
本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的传感系统，在3d打印种植牙中均匀布置微型柔性压力传感器感知咬合力，并使用嵌入牙冠中的有源rfid传输信号，组成一套牙齿咬合力测量报警系统；3d打印种植牙牙根周围涂抹有钛浆纳米涂层；种植体外侧分布镀有压力敏感材料；压力敏感材料连接到牙冠中的有源rfid芯片；牙齿咬合时，微型柔性压力传感器实时感受咬合力变化，通过rfid芯片传输到移动设备端；通过移动设备端分析显示咬合力数据；测量数据通过智能设备上传到云端数据库存储，通过分析数据库中的咬合力大数据，分析病人对种植牙的使用情况；对后续的打印种植牙提供改进建议，构建医生和病人同时参与对待3d打印种植牙寿命的预防体系。
压力敏感材料镀在圆柱形种植体外围，成90°均匀分布，通过外接细线缆连接到有源rfid芯片，芯片内部电桥连接，实时感受应变电阻变化并向外传输测量信号；当应变电阻值达到超过一定范围时，开始向移动端传输信号，并持续记录一段时间。
3d打印种植牙在一期种植过程中将周围骨骼组织、血液与种植牙合在一起，开始收集部分咬合力数据；二期种植过程中，通过对收集到的咬合力数据分析，合理改变3d种植牙的结构，使其更适应病人的咀嚼习惯。
收集到的咬合力信号直接传输到移动设备端，移动设备端包括：具有nfc功能的手机、具有nfc功能的手环；在移动设备端上对数据进行校准、显示、传输。
在装配种植牙前，在量程区间对牙体内的压敏材料进行在线校准，记录压敏材料漂移量及漂移特性，输入到移动设备端；移动设备端在接收到信号后进行补偿、记录。
3d打印种植牙咬合力数据超出一定阈值通过移动设备端的模块进行报警；应力阈值峰值小于400psi。
下面结合附图及具体分析对本发明作进一步描述。
如图1至图5所示，本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的传感系统，设置有3d打印种植体牙；
3d打印种植体牙外侧镀有压力敏感材料5。咬合发生时，种植体受力发生微变形，压力敏感材料产生的电阻变化信号通过芯片与压力敏感材料应变传感部分连接线3传输到有源rfid芯片4中，当咬合力超过某一设定值（假设的一个安全咬合值）时，有源rfid芯片4开始向移动设备端（镶嵌有种植牙咬合力显示模块）8发射咬合信号，模拟量咬合信号在移动设备端中转化成数字量，并在咬合力数据显示模块11。移动设备端8的数据收集一段时间后上传到云端数据库，为医护人员提供参考，构建医生和病人同时参与对待3d打印种植牙寿命的预防体系。
所述3d打印种植牙包括：种植体7和固定螺钉6；牙冠1通过粘贴剂2贴覆在种植体7上。
咬合力信号在有源rfid芯片中以模拟量存储，有源rfid芯片在使用之前使用测量仪器在两成区间内加外力在线测量，根据校准压力点与相对应量程区间内的放大倍数和偏移量，对有源rfid芯片进行压力补偿校准，获取对应的校准方程参数，并更新到移动端设备中；移动端接收到信号后，根据相应的校准方程参数，对采集到的原始压力信号进行校准输出。
所述移动设备端集成有对3d打印种植牙咬合力数据超出一定阈值进行报警的报警信号；所述阈值应力峰值小于400psi。
所述阈值根据种植体与颌骨的接触面骨模块接触应力过大、过小或过于集中进行确定。促进骨组织生长的最适应力峰值为400psi，约为2.75mpa；维持骨组织健康的应力峰值为450psi，约为4.83mpa，过高的应力可以使骨组织内的学业供应量降低或造成骨内血液的局部淤积，应力或可以直接激活牙槽骨内破骨细胞的相关感受器，从而造成骨局部坏死和吸收。
所述移动设备端8上集成有咬合力数据显示模块11、咬合力度显示模块9、报警次数显示模块10及模块曲线和数据切换按钮12和注意事项提示13。
下面结合原理分析对本发明作进一步描述。
图6是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的方法原理图；
图7是本发明实施例提供的应变材料电阻随咬合力变化原理图；
图8是本发明实施例提供的模拟信号采样处理原理图；
图9是本发明实施例提供的检测3d打印种植牙咬合力的方法，包括：
s101：3d打印种植牙内的压力敏感材料感受到咬合力；
s102：咬合力出超过200psi时，内部电路导通，内置有源rfid芯片向外传输信号；
s103：移动设备端接受到信号后，对模拟信号以0.1秒间隔抽取样值，使连续的信号变成离散的信号；抽取的样值变换为最接近的数字值，用数字量表示抽取样值的大小；量化的数值用一组设备可存储的二进制的数码来表示；最后对量化后的数值加上误差补偿信号，得到准确的咬合力数值；
s104：将处理数据显示在种植牙咬合力显示模块，当咬合力数据超过400psi时，移动设备端发出报警信号，并进行相应显示;提醒患者减轻咬合力度。
牙齿咬合时，微型柔性压力传感器实时感受咬合力变化，通过rfid芯片传输到移动设备端；通过移动设备端分析显示咬合力数据；测量数据通过智能设备上传到云端数据库存储，通过对数据库中的不同年龄、性别、地域、时间段的咬合力数据进行汇总、归类，分析咬合力大小与其中不同因素的关联，分析不同病人对种植牙的使用情况；对后续的打印种植牙提供建议，构建医生和病人同时参与对待3d打印种植牙寿命的预防体系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。