一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，根据阻抗检测模块的电路特性生成驱动信号，在驱动信号的作用下检测并计算阻抗检测模块和不同负载情况下的阻抗检测电路的虚拟传递函数，利用虚拟传递函数计算机电阻抗传感器在自由状态和紧连接状态下的电阻抗，以电阻抗为中间参数计算标量化的种植体骨弥合度指标，减小了结构和电路的参数误差对测量结果的影响。还公开了一种运用机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法的设备，包括机电阻抗传感器、信号电缆、以及骨弥合度检测仪，把机械阻抗转换为电阻抗，检验了整个种植体和牙槽骨结合面的剪切弹性模量，准确地反映了口腔种植体的骨弥合程度，电路简单，操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法及设备
本专利技术涉及口腔种植体骨弥合度检测设备
，尤其涉及一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法及设备。
技术介绍
在缺失牙替代的临床方案中，口腔种植体以其功能自然、形态美观、坚固耐用和生理友好的特点，得到了缺失牙患者的欢迎和口腔医学界的推广。在临床上，口腔种植手术一般分两步进行：第一步，通过骨科手术将种植体植入缺失牙所在位置的牙槽骨内；第二步，恢复三到六个月，待种植体-牙槽骨结合面通过新生骨的重建形成稳定的骨弥合，再安装基台和牙冠，完成种植手术。在手术过程和术后维护中，种植体稳定度检测都具有重要意义。在植入阶段，良好的植入稳定性有助于后继恢复过程中种植体-牙槽骨结合面更快更好地发生骨重建和骨弥合；在恢复过程中，及时检测种植体-牙槽骨结合体系的骨弥合稳定度，既有助于在恢复不利的情况下及早发现问题，采取补救措施，也有利于在恢复顺利的情况下及早安排第二步手术，减小患者不适；在术后维护阶段，定期进行种植体骨弥合度检测，有利于及早发现种植体周围骨吸收和种植体周围炎等健康隐患，提前进行预防和治疗。当前，临床上使用的非破坏性口腔种植体骨弥合度检测方法包括经验叩诊法、射线影像法和生物机械法。经验叩诊法是普遍使用的方法，医生利用口腔观察镜等器具敲击种植体，根据敲击的触听体验判断种植体骨弥合程度，是一种纯经验的主观方法。射线影像法使用也比较普遍，包括根尖片、全景影像、锥形束扫描等，射线影像法能够在某种程度上评估种植体-牙槽骨结合界面的骨重建情况，其缺点在于金属植体会对射线产生显著的散射干扰，测量结果主要反映的是种植体周围的骨组织形态，与种植体-牙槽骨弥合体系的力学稳定性并没有必然联系。生物机械法基于种植体-牙槽骨结合体系的生物机械特性对冲击或振动的响应来测量种植体稳定度，典型方法包括敲击回弹法和共振频率分析法，一般认为种植体与牙槽骨结合越稳定，则敲击回弹时间越短，共振频率越高。振动法在测量原理上能够直观反映种植体和牙槽骨结合体系的机械稳定度，存在的缺点是测量结果受骨密度、种植位置、植入深度、植体形状和敲击/振动方位的影响很大，基本上只有相对参考意义。新型的口腔种植体骨弥合度检测设备应该具备以下条件：一是信号准确，检测信号应该准确反映口腔种植体-牙槽骨结合体系的机械稳定性；二是结果可靠，检测结果应该集中体现口腔种植体-牙槽骨结合体系的稳定情况；三是操作方便，设备要体现便携性和智能化，检测指标简明清晰。现有技术中，没有能具备上述三个条件的设备，也没有真正有效方法能够进行口腔种植体骨弥合度检测。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法及设备，利用机电阻抗传感器将口腔种植体和牙槽骨结合面的机械阻抗信号转换为电阻抗信号，在此基础上检测和计算口腔种植体骨弥合指标。本专利技术的上述技术方案是通过以下方式实现的：一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，包括以下步骤：S01检测并计算信号输出电路的输出端和信号采集电路的输入端经校准开关直连后的阻抗检测模块的传递函数的逆函数解算生成口腔种植体骨弥合度检测的驱动信号xd(n)。S02在驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算阻抗检测模块的虚拟传递函数H0(k)，虚拟传递函数为处理器模块通过信号采集电路读取的数字信号的离散傅里叶变换和处理器模块通过信号输出电路输出的理想宽带数字信号的离散傅里叶变换的复数比。S03将信号电缆的一端插入骨弥合度检测仪上的信号电缆插座，另一端接入机电阻抗传感器并保持自然悬垂状态，在驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算阻抗检测电路在无负载状态下的虚拟传递函数H1(k)，并求取机电阻抗传感器在自由状态下的电阻抗Zp1(k)。S04将机电阻抗传感器与口腔种植体紧连接，在驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算阻抗检测电路在带负载状态下的虚拟传递函数H2(k)，并求取机电阻抗传感器与口腔种植体紧连接后的电阻抗Zp2(k)。S05计算并显示口腔种植体的骨弥合度指标，计算公式为：式中，SI为口腔种植体的骨弥合度指标，Za(k)为压电陶瓷片在自由状态下的电阻抗，测量方法为：在压电陶瓷片被粘贴到振动基台之前，将两片并联连接的压电陶瓷片接入S03中的信号电缆另一端并保持自然悬垂，根据S03的方法测量得到Za(k)，并永久存储在处理器模块内。Abs为复数求模算子。N为驱动信号xd(n)的长度。Zp1(k)为S03中求得的电阻抗。Zp2(k)为S04中求得的电阻抗。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、利用压电陶瓷和结构主体之间的机电阻抗耦合原理设计机电阻抗传感器，使压电陶瓷片的各向振动主要以轴向伸缩振动的模式耦合到口腔种植体-牙槽骨结合体系，检验了整个口腔种植体-牙槽骨结合面的剪切弹性模量，同时把口腔种植体-牙槽骨结合体系的机械阻抗信号转换为电阻抗信号进行测量，能够准确地反映口腔种植体的骨弥合程度，测量电路简单，临床操作方便。2、通过解算并生成驱动信号，在驱动信号的作用下检测并计算阻抗检测模块和不同负载下情况下的阻抗检测电路的虚拟传递函数，使得在计算机电阻抗传感器在不同状态下的电阻抗时消除了信号输出电路的传递函数，信号采集电路的传递函数和信号采集电路的输入阻抗等电路参数对测量结果的影响，减小了测量误差。3、定义了标量化的口腔种植体骨弥合度指标，该定义方法消除了压电陶瓷片的结构参数和信号输出电路的传递函数，信号采集电路的传递函数和信号采集电路的输入阻抗等电路参数对测量结果的影响，综合反映了口腔种植体骨弥合度在整个测量频率带宽范围内的表现情况，指标值最小为0，随着口腔种植体骨弥合度的增加而单调增加，测量结果准确，指标意义清晰。进一步优化为：S01中产生驱动信号xd(n)的公式为：式中，x(k)为处理器模块产生的理想宽带数字电压信号x(n)的离散傅里叶变换，其中n＝0,1,2,…,N-1，k＝0,1,2,…,N-1，N为宽带数字电压信号x(n)的长度，决定于其采样频率和频率分辨率。为S01中求得的信号输出电路的输出端和信号采集电路的输入端经校准开关直连后的总传递函数的逆函数，IFFT表示快速傅里叶变换的反变换。采用上述技术方案，通过解算并生成驱动信号，在计算各种状态下的虚拟传递函数的表达式中，可以消除信号输出电路和信号采集电路的传递函数对计算结果的影响，减小了数模转换、模数转换和信号调理带来的测量误差。进一步优化为：S03和S04中求取电阻抗Zp1(k)和电阻抗Zp2(k)的计算公式为：式中，Z(k)对应Zp1(k)或Zp2(k)，Zp1(k)和Zp2(k)分别是S03和S04中需要求取的电阻抗。当Z(k)对应Zp1(k)时，H(k)对应H1(k)，H1(k)是S03中计算得到虚拟传递函数。当Z(k)对应Zp2(k)时，H(k)对应H2(k)，H2(k)是S04中计算得到虚拟传递函数。H0(k)是S02中计算得到虚拟传递函数。R为精密检测电阻的阻值。k＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，其特征在于：/nS01检测并计算信号输出电路的输出端和信号采集电路的输入端经校准开关直连后的阻抗检测模块的传递函数的逆函数

【技术特征摘要】
1.一种机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，其特征在于：
S01检测并计算信号输出电路的输出端和信号采集电路的输入端经校准开关直连后的阻抗检测模块的传递函数的逆函数解算生成口腔种植体骨弥合度检测的驱动信号xd(n)；
S02在所述驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算所述阻抗检测模块的虚拟传递函数H0(k)，所述虚拟传递函数为处理器模块通过所述信号采集电路读取的数字信号的离散傅里叶变换和所述处理器模块通过所述信号输出电路输出的理想宽带数字信号的离散傅里叶变换的复数比；
S03将信号电缆的一端插入骨弥合度检测仪上的信号电缆插座，另一端接入机电阻抗传感器并保持自然悬垂状态，在所述驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算阻抗检测电路在无负载状态下的虚拟传递函数H1(k)，并求取所述机电阻抗传感器在自由状态下的电阻抗Zp1(k)；
S04将所述机电阻抗传感器与口腔种植体紧连接，在所述驱动信号xd(n)的作用下，检测并计算所述阻抗检测电路在带负载状态下的的虚拟传递函数H2(k)，并求取所述机电阻抗传感器与口腔种植体紧连接后的电阻抗Zp2(k)；
S05计算并显示口腔种植体的骨弥合度指标，计算公式为：



式中，SI为口腔种植体的骨弥合度指标，Za(k)为压电陶瓷片在自由状态下的电阻抗，测量方法为：在所述压电陶瓷片被粘贴到振动基台之前，将两片并联连接的所述压电陶瓷片接入所述S03中的所述信号电缆另一端并保持自然悬垂，根据所述S03的方法测量得到Za(k)，并永久存储在处理器模块内；Abs为复数求模算子；N为所述驱动信号xd(n)的长度；Zp1(k)为所述S03中求得的电阻抗；Zp2(k)为所述S04中求得的电阻抗。


2.根据权利要求1所述的机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，其特征在于：所述S01中产生所述驱动信号xd(n)的公式为：



式中，x(k)为处理器模块产生的理想宽带数字电压信号x(n)的离散傅里叶变换，其中n＝0,1,2,…,N-1，k＝0,1,2,…,N-1，N为所述理想宽带数字电压信号x(n)的长度，决定于其采样频率和频率分辨率；为所述S01中求得的所述信号输出电路的输出端和所述信号采集电路的输入端经所述校准开关直连后的总传递函数的逆函数，IFFT表示快速傅里叶变换的反变换。


3.根据权利要求1所述的机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法，其特征在于：所述S03和所述S04中求取所述电阻抗Zp1(k)和所述电阻抗Zp2(k)的计算公式为：



式中，Z(k)对应Zp1(k)或Zp2(k)，Zp1(k)和Zp2(k)分别是所述S03和所述S04中需要求取的电阻抗；当Z(k)对应Zp1(k)时，H(k)对应H1(k)，H1(k)是所述S03中计算得到虚拟传递函数；当Z(k)对应Zp2(k)时，H(k)对应H2(k)，H2(k)是所述S04中计算得到虚拟传递函数；H0(k)是所述S02中计算得到虚拟传递函数；R为精密检测电阻的阻值；k＝0,1,2,…,N-1，N为所述理想宽带数字电压信号x(n)的长度，决定于其采样频率和频率分辨率。


4.一种运用机电阻抗式口腔种植体骨弥合度检测方法的设备，其特征在于：包括机电阻抗传感器、信号电缆、以及骨弥合度检测仪；所述机电阻抗传感器的下端伸入种植体中，所述机电阻抗传感器与所述种植体螺纹连接，所述机电阻抗传感器的顶部与所述信号电缆的一端电连接，所述信号电缆的另一端与所述稳定度检测仪电连接；其中，所述机电阻抗传感器用于将所述种植体与牙槽骨结合面的机械阻抗信号转换为电阻抗信号，并将所述电阻抗信号传输给所述信号电缆，所述信号电缆用于将所述电阻抗信号传输给所述骨弥合度检测仪；所述骨弥合度检测仪用于向所述信号电缆传输驱动信号以驱动所述机电阻抗传感器工作，所述驱动信号为所述骨弥合度检测仪发出的用于驱动所述机电阻抗传感器工作的宽带信号，所述信号电缆还用于将所述驱动信号传输至所述机电阻抗传感器，驱动所述机电阻抗传感器工作；
所述骨弥合度检测仪还分别用于分析所述电阻抗信号、计算所述口腔种植体的骨弥合度指标、提供显示与操作界面，其中，所述口腔种植体的骨弥合度指标为以所述电阻抗信号为中间参数而计算得出的体现口腔种植体与牙槽骨结合稳定程度的数值；
所述机电阻抗传感器包括振动基台，所述振动基台自下而上包括螺纹连接段、锥形压接段、振动耦合段以及紧固螺帽段，所述锥形压接段与所述种植体的上部内表面适配，所述螺纹连接段与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐忠林，
申请(专利权)人：陕西工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61