基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法及装置，包括如下步骤：S1，将测力正畸弓丝安装在牙齿上，所述测力正畸弓丝包括正畸弓丝以及设置在正畸弓丝上的光纤布拉格光栅；S2，连接光纤布拉格光栅、光纤信号解调仪和上位机；S3，执行咬合动作，上位机根据布拉格光栅波长偏移量计算牙齿的横向力和/纵向力。本发明专利技术实现了正畸力横向分力和扭矩分量的动态连续测量，能够为矫正过程提供更多的数据支持，辅助医生做出更加准确的诊疗方案，解决了传统的应变式和压电式传感器尺寸大、难以入口直接测量的问题。入口直接测量的问题。入口直接测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法及装置


[0001]本专利技术属于牙齿矫正
，具体涉及一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法及装置。

技术介绍

[0002]正畸的基本原理为通过施加外力牵引牙槽骨从而让牙齿缓慢移动，一般通过将正畸装置粘接于牙齿，将正畸丝结扎于正畸装置，通过正畸丝的回弹或刚性形态产生拉力和压力，从而促进牙槽骨改建、牙齿移动。在正畸过程中，施力的大小对于牙齿移动的快慢、是否造成牙根吸收有着明显的影响，如施力太大，虽然牙齿移动较为快速、正畸进程加快，但可能出现牙根外吸收，导致牙根圆钝、变短，影响长期的牙齿健康；如施力太小，可能导致牙齿移动缓慢从而拉长正畸进程、甚至对于个别牙齿无法移动，影响患者的正畸周期。因此，对于生理状态下正畸过程中施加于牙齿力的大小的测量极为重要。
[0003]现有的技术方案通常基于常见的应变式或压电式力传感器，由于应变式/压电式力传感器的尺寸相对较大无法在测量力的同时保持口腔的正常闭合，因此通常会借助一些辅助的装置将力进行有效地传导，实现在口腔外测量正畸力。薄膜力传感器由于其超薄的尺寸在口腔正畸领域得到了广泛的应用，通常用于测量咬合过程的正压力，然而牙齿正畸过程中更为重要的是横向的受力，薄膜力传感器无法测量其它方向的分力，矫治过程强烈依赖于医生的经验，因此时常有发生非预期移动、牙根吸收等现象，导致矫治周期延长或未达到满意矫治效果。

技术实现思路

[0004]针对以上问题，本专利技术提出了一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法及装置。为解决以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，包括如下步骤：
[0006]S1，将测力正畸弓丝安装在牙齿上，所述测力正畸弓丝包括正畸弓丝以及设置在正畸弓丝上的光纤布拉格光栅；
[0007]S2，连接光纤布拉格光栅和受力计算组件；
[0008]S3，执行咬合动作，受力计算组件根据测力正畸弓丝的应变量计算牙齿的正畸力，所述正畸力包括横向力和/或纵向力；所述测力正畸弓丝的应变量基于布拉格光栅波长偏移量得到。
[0009]所述正畸弓丝的靠近唇侧的中部设有开槽，所述光纤布拉格光栅位于开槽中。
[0010]在步骤S3之前，对光纤布拉格光栅的波长变化状态进行监测，待光纤布拉格光栅的波长稳定后再执行步骤S3。
[0011]所述正畸力还包括相对转矩，计算公式为：
[0012]M0＝(EI∈)/y；
[0013]式中，M0表示相对转矩，I表示正畸弓丝的截面惯性矩，y表示光纤布拉格光栅的中
心到正畸弓丝中心的垂直距离，∈表示测力正畸弓丝的应变量，E表示正畸弓丝的弹性模量。
[0014]所述横向力采用F
x
表示，其计算公式为：
[0015]F
x
＝EA∈；
[0016]式中，A表示正畸弓丝的横截面积，E表示正畸弓丝的弹性模量，∈表示测力正畸弓丝的应变量；
[0017]纵向力采用F
y
表示，其计算公式为：
[0018][0019]式中，L表示相邻两颗牙齿之间的间距，x0表示光纤布拉格光栅的中心距离相对固定侧牙齿的距离，I表示正畸弓丝的截面惯性矩，y表示光纤布拉格光栅的中心到正畸弓丝中心的垂直距离。
[0020]一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量装置，包括用于对牙齿进行矫正的测力正畸弓丝和基于测力正畸弓丝的应变量计算牙齿的横向力和/或纵向力的受力计算组件；所述测力正畸弓丝包括正畸弓丝，正畸弓丝的靠近唇侧的一侧设有开槽，开槽内设有光纤布拉格光栅。
[0021]所述横向力的计算公式为：
[0022]F
x
＝EA∈；
[0023]式中，F
x
表示横向力，A表示正畸弓丝的横截面积，E表示正畸弓丝的弹性模量，∈表示测力正畸弓丝的应变量；
[0024]纵向力的计算公式为：
[0025][0026]式中，L表示相邻两颗牙齿之间的间距，x0表示光纤布拉格光栅的中心距离相对固定侧牙齿的距离，I表示正畸弓丝的截面惯性矩，y表示光纤布拉格光栅的中心到正畸弓丝中心的垂直距离。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本申请通过在正畸弓丝中设置光纤布拉格光栅，进而根据光纤布拉格光栅的布拉格光栅波长偏移量计算出能反馈牙齿受力状况的测力正畸弓丝的应变量，再基于该应变量计算牙齿正畸过程中的牙齿的横向力、纵向力、相对转矩，实现了正畸力横向分力、纵向分力和扭矩分量的动态连续测量，能够为矫正过程提供更多的数据支持，辅助医生做出更加准确的诊疗方案，解决了传统的应变式和压电式传感器尺寸大、难以入口直接测量的问题。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]图1为本专利技术的流程示意图。
[0031]图2为本专利技术的测力正畸弓丝的剖视图。
[0032]图3为横向力的受力示意图。
[0033]图4为弯矩的受力示意图。
[0034]图5为纵向力的受力示意图。
[0035]1为测力正畸弓丝，11为正畸弓丝，12为光纤布拉格光栅，2为光纤信号解调仪，3为上位机，4为牙齿，5为正畸托槽。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]实施例1：一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，包括如下步骤：
[0038]S1，将测力正畸弓丝1安装在牙齿4上，所述测力正畸弓丝1包括正畸弓丝11以及设置在正畸弓丝11上的光纤布拉格光栅12；
[0039]在制作测力正畸弓丝时，可以首先根据测量需求制作对应长度的光纤布拉格光栅，再将制作好的光纤布拉格光栅安装在正畸弓丝的开槽中即可，优选地，所述开槽设置在正畸弓丝的靠近唇侧的中部。安装测力正畸弓丝时，医生可以通过正畸托槽5将其安装固定在牙齿表面，优选地，测力正畸弓丝处于正畸托槽的中间，避免光栅被卡入正畸托槽内影响测量精度。
[0040]S2，如图1所示，对光纤布拉格光栅12、光纤信号解调仪2和上位机3进行连接；
[0041]光纤信号解调仪用于接收光纤布拉格光栅的反射光并将光信号转换为电信号，上位机用于基于转换后的电信号检测光谱信号的变化，进而根据变化的光谱对牙齿受力进行分析，两者分别对信号进行处理，一起组成了受力计算组件。
[0042]S3，执行咬合动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，将测力正畸弓丝(1)安装在牙齿(4)上，所述测力正畸弓丝(1)包括正畸弓丝(11)以及设置在正畸弓丝(11)上的光纤布拉格光栅(12)；S2，连接光纤布拉格光栅(12)和受力计算组件；S3，执行咬合动作，受力计算组件根据测力正畸弓丝(1)的应变量计算牙齿(4)的正畸力，所述正畸力包括横向力和/或纵向力；所述测力正畸弓丝(1)的应变量基于布拉格光栅波长偏移量得到。2.根据权利要求1所述的基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，其特征在于，所述正畸弓丝(11)的靠近唇侧的中部设有开槽，所述光纤布拉格光栅(12)位于开槽中。3.根据权利要求1所述的基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，其特征在于，在步骤S3之前，对光纤布拉格光栅(12)的波长变化状态进行监测，待光纤布拉格光栅(12)的波长稳定后再执行步骤S3。4.根据权利要求1所述的基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，其特征在于，所述正畸力还包括相对转矩，计算公式为：M0＝(EI∈)/y；式中，M0表示相对转矩，I表示正畸弓丝(11)的截面惯性矩，y表示光纤布拉格光栅(12)的中心到正畸弓丝(11)中心的垂直距离，∈表示测力正畸弓丝(1)的应变量，E表示正畸弓丝(11)的弹性模量。5.根据权利要求1所述的基于布拉格光栅的牙齿矫正正畸力测量方法，其特征在于，所述横向力采用F
x
表示，其计...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘筱菁，吴灵，张雷锋，李长乐，
申请(专利权)人：北京大学口腔医学院，
类型：发明
国别省市：