AT511383B1 - METHOD FOR THE QUALITATIVE COMPARISON OF APPROXIMAL CONTACT POINT STICKERS OF ADJUSTABLE TEETH - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Abschätzung der Kontaktkräfte benachbarter Zähne, mit einem in den Interdentalraum einführbaren Prüfkörper, der als Faden (1) ausgebildet und zwischen zwei Zinken (2) einer Gabel (3) angeordnet ist, wobei zwischen der Gabel und einem Handgriff (4) eine Kraftmesszelle (5) angeordnet ist und zumindest zwei Dehnungssensoren (9o, 9u) zum Messen von zwei Kräften in unterschiedlichen Richtungen Aufweist.A device for estimating the contact forces of adjacent teeth, having a test body insertable into the interdental space, formed as a thread (1) and arranged between two prongs (2) of a fork (3), wherein between the fork and a handle (4) Force measuring cell (5) is arranged and at least two strain sensors (9o, 9u) for measuring two forces in different directions has.

Description

österreichisches Patentamt AT511 383B1 2013-06-15Austrian Patent Office AT511 383B1 2013-06-15

VERFAHREN ZUM QUALITATIVEN VERGLEICH APPROXIMALER KONTAKTPUNKTKRÄFTE BANACHBARTER ZÄHNEMETHOD FOR THE QUALITATIVE COMPARISON OF APPROXIMAL CONTACT POINT FORCETS OF BANACHBAR TEETH

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abschätzung der Kontaktkräfte benachbarter Zähne, mit einem in den Interdentalraum einführbaren Prüfkörper und einer mit diesem zusammenwirkenden Kraftmesszelle, die an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist.Description: [0001] The invention relates to a device for estimating the contact forces of adjacent teeth, having a test body which can be introduced into the interdental space and a load cell cooperating therewith, which is connected to an evaluation device.

[0002] Interdentale Kontaktkräfte sind ein wichtiges Kriterium für Zahnärzte und Kieferorthopä-den, da sie sowohl für das subjektive Befinden des Patienten als auch für dessen Gesundheit wesentliche Parameter sind. Man versucht daher, diese Kräfte durch verschiedene Verfahren, die allesamt zwischen den Zähnen eingesetzte Probekörper verwenden, abzuschätzen, wobei eine direkte Messung dieser Kräfte in der Praxis ausscheidet.Interdental contact forces are an important criterion for dentists and orthodontists, as they are essential parameters for both the subjective condition of the patient and his health. It is therefore attempted to estimate these forces by various methods, all of which use specimens inserted between the teeth, whereby a direct measurement of these forces is ruled out in practice.

[0003] Aus R. Fuhrmann, C. Grave und P. Diedrich, „In-vitro-Erprobung einer Meßmethodik zur quantitativen Bewertung einer interdentalen, mesial gerichten Kraft", Fortschritte der Kieferorthopädie, vol.59, pp: 362-370 (Nr.6,1998) ist ein Messverfahren bekannt geworden, bei dem ein Edelstahlplättchen zwischen benachbarte Zähne eines Humanpräparats geschoben und dieses Plättchen sodann unter Zwischenschaltung einer Federwaage mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Interdentalraum gezogen wird. Aus der beim Herausziehen gemessenen Kraft, entsprechend der zwischen dem Edelstahlplättchen und den Zahnflanken auftretenden Reibungskraft lassen sich Rückschlüsse auf die mesialen Interdentalkräfte ziehen. Im Gegensatz zur Anwendung an einem extrakorporalen Präparat kann die beschriebene Vorrichtung bzw. das Verfahren in vivo kaum angewendet werden, da das Platzangebot vor allem distal und bukkal ungenügend ist.R. Fuhrmann, C. Grave, and P. Diedrich, "In Vitro Testing a Measurement Methodology for the Quantitative Assessment of Interdental Mesial Force", Advances in Orthodontics, vol.59, pp: 362-370 (No. No. 6,1998), a measuring method has become known in which a stainless steel plate is pushed between adjacent teeth of a human preparation and this plate is then pulled out of the interdental space with the aid of a spring balance at a constant speed. From the force measured during extraction, in accordance with the frictional force occurring between the stainless steel plate and the tooth flanks, conclusions can be drawn on the mesial interdental forces. In contrast to the application to an extracorporeal preparation, the described device or the method can hardly be used in vivo, since the available space, especially distally and buccally, is insufficient.

[0004] Kim Hee-Sun, Na Hyun-Joon, Kim Hee-jung, Kang Dong-Wan und Oh Sang-Ho, „Evaluation of proximal contact strenghts by postural changes", Journal of Advanced Prosthodontics 2009; 1(3): 118-123 beschreiben ein ähnliches Verfahren, bei welchem das Ende eines Metallstreifen in einen Zahnzwischenraum gebracht wird, der Streifen umgelenkt und mittels eines Motors bei konstanter Geschwindigkeit unter Messung der auftretenden Kraft mittels eines Dehnmessstreifens aus dem Zwischenraum gezogen wird. Durch die vorgesehene Umlenkung ist zwar auch eine Messung an weiter hinten gelegenen Zahnpaaren möglich, doch ist der Aufwand für das motorische Herausziehen und die Umlenkung des Stahlbandes erheblich und nicht praxisgeeignet. Messfehler durch unkorrekte Haltung seitens des Arztes sind sehr wahrscheinlich, wobei insbesondere an ein Verkanten oder Verkippen des Stahlstreifens gedacht werden muss.Kim Hee-Sun, Na Hyun-Joon, Kim Hee-jung, Kang Dong-Wan and Oh Sang-Ho, "Evaluation of proximal contact by postural changes", Journal of Advanced Prosthodontics 2009; 1 (3): 118-123 describe a similar method in which the end of a metal strip is brought into a tooth space, the strip is deflected and pulled out of the gap by means of a motor at a constant speed while measuring the force occurring by means of a Dehnmessstreifens. Although the intended deflection also makes it possible to measure at tooth pairs located further back, the expenditure for the motorized extraction and the deflection of the steel strip is considerable and not practical. Measuring errors due to incorrect posture on the part of the physician are very likely, and in particular must be thought of tilting or tilting of the steel strip.

[0005] Eine Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung einer Vorrichtung, die bei einfachem und billigen Aufbau eine aussagekräftige Kräftemessung bzw. -abschätzung ermöglicht, wobei Bedienungsfehler wenig oder keinen Einfluss auf die Messergebnisse haben bzw. sofort ersichtlich sein sollen.An object of the invention is to provide a device that allows a simple and inexpensive construction a meaningful force measurement or estimation, with operating errors have little or no effect on the measurement results or should be immediately apparent.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäß der Prüfkörper als Faden ausgebildet und zwischen zwei Zinken einer Gabel angeordnet ist, die Kraftmesszelle zwischen der Gabel und einem Handgriff angeordnet ist und zumindest zwei Dehnungssensoren zum Messen von zwei Kräften in unterschiedlichen Richtungen aufweist.This object is achieved with a device of the type mentioned, in which according to the invention the test piece is formed as a thread and disposed between two prongs of a fork, the load cell between the fork and a handle is arranged and at least two strain sensors for measuring two Having forces in different directions.

[0007] Dank der Erfindung kann der Benutzer, z. B. ein Zahnarzt, keine signifikanten Fehlmessungen vornehmen, da durch die Messung von zwei Kräften und deren Auswertung die korrekte Justierung der Vorrichtung, insbesondere des Fadens angezeigt und seitens des Benutzers eingehalten werden kann. Wie weiter unten zu zeigen ist, kann nämlich aus dem Verhältnis der gemessenen Kräfte die Winkelorientierung des Fadens ermittelt werden. Im Gegensatz zu den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik kann die Vorrichtung nach der Erfindung seitens eines Benutzers händisch verwendet werden und eine physikalische Bewegungsreferenz zu der 1 /12 österreichisches Patentamt AT511 383B1 2013-06-15 zu untersuchenden Person kann entfallen.Thanks to the invention, the user, z. As a dentist, make no significant incorrect measurements, as indicated by the measurement of two forces and their evaluation, the correct adjustment of the device, in particular the thread and can be adhered to by the user. As will be shown below, the angular orientation of the thread can be determined from the ratio of the measured forces. In contrast to the devices according to the prior art, the device according to the invention can be used manually by a user and a physical motion reference to the person to be examined can be dispensed with.

[0008] Um die Signalverarbeitung zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn die Sensitivitätsvek-toren der Messzelle eine Ebene aufspannen, die im Wesentlichen orthogonal zur Fadenachse verläuft.In order to simplify the signal processing, it is advantageous if the Sensitivitätsvek-gates of the measuring cell span a plane which is substantially orthogonal to the thread axis.

[0009] Im Sinne einer vereinfachten Bedienerführung und aus hygienischen Gründen kann vorgesehen sein, dass die Gabel mit dem Faden eine Einwegausführung ist und mit der Messzelle auswechselbar verbunden ist.In terms of a simplified operator guidance and hygienic reasons, it can be provided that the fork with the thread is a one-way and is connected interchangeably with the measuring cell.

[0010] Bei einer in der Praxis einfach realisierbaren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kraftmesszelle ein Quader aus elastisch verformbaren Material mit an gegenüberliegenden Oberflächen angeordneten Dehnungssensoren ist, wobei in ein Ende des Quaders die Gabel eingesetzt und das diesem Ende gegenüberliegende mit dem Handgriff verbunden ist.In an easily realizable in practice embodiment, it is provided that the load cell is a cuboid of elastically deformable material with arranged on opposite surfaces strain sensors, wherein inserted into one end of the cuboid, the fork and the end opposite this is connected to the handle ,

[0011] Hierbei kann vorgesehen sein, dass die gegenüberliegenden Oberflächen des Quaders parallel zu einer Ebene verlaufen, welche die Achse des Fadens enthält und dass die Dehnungssensoren einander gegenüberliegen, in dem Quader im Bereich jedes Dehnungssensors je eine durchgehende Bohrung ausgebildet ist, wobei die Achsen der Bohrungen im Wesentlichen parallel zur Achse des Fadens verlaufen, und von jeder Bohrung ausgehend ein den Rest des Quaders schräg durchsetzender Schlitz vorhanden ist.It can be provided that the opposite surfaces of the cuboid parallel to a plane containing the axis of the thread and that the strain sensors facing each other, is formed in the cuboid in the region of each strain sensor depending on a continuous bore, wherein the axes the bores extend substantially parallel to the axis of the thread, and from each bore starting a slit passing through the rest of the cuboid obliquely.

[0012] Falls die Dehnungssensoren Dehnmessstreifen sind, ergibt sich bei einfacher Auswertung eine kostengünstige Variante.If the strain sensors are strain gauges, results in a simple evaluation, a cost-effective variant.

[0013] In der Praxis ist es nicht zuletzt aus hygienischen Gründen zweckmäßig, wenn die Gabel an einem Ende der Kraftmesszelle lösbar befestigt ist.In practice, it is not least useful for hygienic reasons, when the fork is releasably secured to one end of the load cell.

[0014] Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigen [0015] Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung die Anwendung eines Prüfkörpers einer Vorrich tung nach der Erfindung an einer Gebissnachbildung, [0016] Fig. 2 in schematischer Seitenansicht eine Gabel mit Prüfkörper und Kraftmesszelle einer Vorrichtung nach der Erfindung und die verwendeten Koordinatensysteme, [0017] Fig. 3 entsprechend Fig. 2 eine Gabel mit Prüfkörper und den Zusammenhang zwi schen den Koordinatensystemen der Vorrichtung und des Interdentalraumes zweier Zähne, [0018] Fig. 4 ein mögliches Flussdiagramm der Kraftmessung beim Einpressen bzw. Heraus ziehen des Prüfkörpers bei einer Vorrichtung nach der Erfindung, [0019] Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung der Vorrichtung nach der Erfin dung, [0020] und [0021] Fig. 6 einen beispielsweisen Kräfteverlauf während des Einpressens bzw. Herauszie hens des fadenförmigen Prüfkörpers.The invention together with further advantages is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, which is illustrated in the drawing. 1 shows a diagrammatic view of the application of a test piece of a device according to the invention to a set of teeth, FIG. 2 shows a schematic side view of a fork with test piece and load cell of a device according to the invention and the coordinate systems used 3 shows a fork with test specimen and the relationship between the coordinate systems of the device and the interdental space of two teeth, according to FIG. 2. FIG. 4 shows a possible flow diagram of the force measurement during pressing or pulling out of the specimen 5 shows a block diagram of an evaluation device of the device according to the invention, [0020] FIG. 6 shows an example of a course of force during the pressing or pulling out of the thread-like test specimen. [0021] FIG.

[0022] Gemäß Fig. 1 ist ein Prüfkörper als Faden 1 ausgebildet und zwischen zwei Zinken 2 einer Gabel 3 angeordnet. Die Gabel 3 kann mit Hilfe eines Handgriffes 4 zu einem Zahnzwischenraum (Interdentalraum) geführt und in diesen gepresst bzw. eingeführt werden. Im Prinzip ist dieser Vorgang jenem der Anwendung von sogenannten Zahnseide Sticks bei der Zahnpflege ähnlich.1, a test specimen is formed as a thread 1 and arranged between two prongs 2 of a fork 3. The fork 3 can be guided by means of a handle 4 to a tooth space (interdental space) and pressed into this or introduced. In principle, this process is similar to the use of so-called dental floss sticks in dental care.

[0023] Um die auf den Faden 1 ausgeübten Kräfte messen zu können, ist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, zwischen der Gabel 3 und dem Handgriff 4 eine Kraftmesszelle 5 angeordnet. An dem Vorderende dieser Messzelle 5 ist eine Sackbohrung 6 zur Aufnahme des stiftförmigen Hinterendes der Gabel 3 vorgesehen, wobei eine nicht dargestellte Fixierschraube in eine Gewindebohrung 7 eingeschraubt werden kann, um das Hinterende der Gabel 3 zu fixieren. Der Hand- 2/12 österreichisches Patentamt AT511 383B1 2013-06-15 griff 4 kann beispielsweise an dem hinteren Ende der Messzelle 5 mit einer angedeuteten Fixierung 8, beispielsweise mit zwei Schrauben, befestigt werden. Der Handgriff 4 ist hier rohrförmig ausgebildet und umgreift die Messzelle 5 und einen Abschnitt der Gabel 3.In order to measure the forces exerted on the thread 1, is, as is apparent from Fig. 2, between the fork 3 and the handle 4, a load cell 5 is arranged. At the front end of this measuring cell 5, a blind bore 6 is provided for receiving the pin-shaped rear end of the fork 3, wherein a fixing screw, not shown, can be screwed into a threaded hole 7 to fix the rear end of the fork 3. The hand grip 4 can for example be attached to the rear end of the measuring cell 5 with an indicated fixation 8, for example with two screws. The handle 4 is here tubular and surrounds the measuring cell 5 and a portion of the fork. 3

[0024] Die Kraftmesszelle 5 ist bei dieser Ausführung ein Quader aus elastisch verformbaren Material, z. B. Stahl, mit an gegenüberliegenden Oberflächen angeordneten Kraftmesssensoren, im vorliegenden Fall Dehnungssensoren 9o, 9u.The load cell 5 is in this embodiment, a cuboid of elastically deformable material, for. As steel, arranged on opposite surfaces force measuring sensors, in the present case strain sensors 9o, 9u.

[0025] Die gegenüberliegenden Oberflächen der quaderförmigen Kraftmesszelle 5 verlaufen parallel zu einer Ebene, welche die Achse des Fadens 1 enthält, wobei die Dehnungssensoren 9o, 9u einander gegenüberliegen und in der quaderförmigen Kraftmesszelle im Bereich jedes Dehnungssensors je eine durchgehende Bohrung 10o, 10u ausgebildet ist, wobei die Achsen dieser Bohrungen im Wesentlichen parallel zur Achse des Fadens 1 verlaufen, und von jeder Bohrung ausgehend ein den Rest des Quaders schräg durchsetzender Schlitz 11 o, 11 u vorhanden ist. Die Bohrungen 10o, 10u und die von diesen ausgehenden Schlitze 11 o, 11 u ergeben die erforderliche Beweglichkeit der Kraftmesszelle 5 im Bereich der Dehnungssensoren 9o, 9u.The opposite surfaces of the cuboid load cell 5 are parallel to a plane containing the axis of the thread 1, wherein the strain sensors 9o, 9u opposite each other and in the cuboid load cell in the region of each strain sensor each have a through hole 10o, 10u is formed , wherein the axes of these bores are substantially parallel to the axis of the thread 1, and from each bore starting from the rest of the cuboid obliquely passing through slot 11 o, 11 u is present. The holes 10o, 10u and the outgoing of these slots 11 o, 11 u give the required mobility of the load cell 5 in the region of the strain sensors 9o, 9u.

[0026] Falls die Dehnungssensoren 9o, 9u wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einander unmittelbar gegenüber und auf einer Achse mit den Bohrungen 10o, 10u liegen, ergibt sich ein mittiger Drehpunkt bei Verbiegungen und demnach kein Ungleichgewicht bei Dehnen und Stauchen.If the strain sensors 9o, 9u as in the embodiment shown directly opposite each other and on an axis with the holes 10o, 10u, results in a central pivot point in bending and therefore no imbalance in stretching and compression.

[0027] Bei der beispielsweisen Ausführung sind die Dehnungssensoren 9o, 9u handelsübliche Dehnmessstreifen, die bei geringer Baugröße kostengünstig sind und lediglich aufgeklebt werden müssen, doch stehen dem Fachmann viele bekannte Möglichkeiten zur Kraftmessung zur Verfügung, beispielsweise kapazitive, induktive, interferenzoptische oder piezoelektrische Geber.In the exemplary embodiment, the strain sensors 9o, 9u commercially available strain gauges that are inexpensive in size and only need to be glued, but the skilled person many known ways to measure force available, such as capacitive, inductive, interference optical or piezoelectric encoder.

[0028] Das Prinzip der Kraftmessung beruht darauf, dass die zum Einpressen des verwendeten Prüfkörpers benötigte Kraft zunächst in einem Sensor-Koordinatensystem erfasst wird. Bei gegebener Geometrie der Anordnung ergibt sich eindeutig eine Kraft in einem Messzellen-Koordinatensystem, deren zeitlicher Verlauf unter Verwendung zweier Dehnmessstreifen in elektrische Signale umgewandelt wird.The principle of the force measurement is based on the fact that the force required to press in the test specimen used is first detected in a sensor coordinate system. Given the geometry of the arrangement clearly results in a force in a measuring cell coordinate system, the time course is converted using two strain gauges into electrical signals.

[0029] Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 eine mögliche Auswertung der mithilfe der Messzelle 5 bzw. der Dehnungssensoren 9o, 9u ermittelten Signale erläutert. Dabei werden vektorielle Größen durch einen Pfeil gekennzeichnet (z. B. F,ex). In einem gegebenenIn the following, a possible evaluation of the signals determined by means of the measuring cell 5 or the strain sensors 9o, 9u will be explained with reference to FIGS. Vectorial quantities are indicated by an arrow (eg F, ex). In a given

Koordinatensystem CS kann der Vektor durch Betrag und Richtung oder seine Koordinaten ausgedrückt werden, d. h.Coordinate system CS, the vector can be expressed by magnitude and direction or its coordinates, i. H.

-Fe CS-Fe CS

(1) [0030] Wenn keine Verwechslungsgefahr besteht, wird auf die Bezeichnung des Koordinatensystems verzichtet.(1) If there is no likelihood of confusion, the name of the coordinate system will be omitted.

[0031] Ein Koordinatensystem in 2D ist definiert durch den Ursprung O, sowie durch ein ortho-normales Paar von Basisvektoren er und <?v. x y [0032] In der hier verwendeten Modellierung werden drei Koordinatensysteme verwendet, nämlich ein Messzellen-Koordinatensystem, ein Sensor-Koordinatensystem und ein Interdental-Koordinatensystem.A coordinate system in 2D is defined by the origin O, as well as by an ortho normal pair of basis vectors er and <? V. x y In the modeling used here, three coordinate systems are used, namely a measuring cell coordinate system, a sensor coordinate system and an interdental coordinate system.

[0033] Messzellen-Koordinatensystem: [0034] Bezug nehmend auf Fig. 2 befindet sich der Ursprung 0M des Koordinatensystems am Schnittpunkt der Messzellen-Achse a mit der Stirnfläche der Messzelle. Das System ist so 3/12 österreichisches Patentamt AT511 383B1 2013-06-15 orientiert, dass die x -Achse (Einheitsrichtungsvektor exM) in Richtung der Messzellen-Achse vom Ursprung nach rechts und die y-Achse (Einheitsrichtungsvektor eyM) orthogonal dazu nach unten weist.Measuring Cell Coordinate System: Referring to Fig. 2, the origin 0M of the coordinate system is at the intersection of the measuring cell axis a with the end face of the measuring cell. The system is oriented so that the x-axis (unitary direction vector exM) in the direction of the measuring cell axis from the origin to the right and the y-axis (unitary direction vector eyM) orthogonal to it downwards 3/12 Austrian Patent Office AT511 383B1 2013-06-15 has.

[0035] Sensor-Koordinatensystem: [0036] Der Ursprung Os dieses Koordinatensystems befindet sich im Durchstoßpunkt des Prüfkörpers bzw. Fadens 1 durch die Zeichenebene (Fig. 2). Das System ist so orientiert, dass die x-Achse (Einheitsrichtungsvektor exS) parallel zur Messzellen-Achse nach rechts und die y-Sensor Coordinate System: The origin Os of this coordinate system is located in the puncture point of the test piece or thread 1 through the plane of the drawing (FIG. 2). The system is oriented so that the x-axis (unit-direction vector exS) moves to the right parallel to the measuring cell axis and the y-

Achse (Einheitsrichtungsvektor ey S) orthogonal dazu nach unten weist.Axis (unit direction vector ey S) orthogonal facing down.

[0037] Interdental-Koordinatensystem: [0038] In Fig. 3 sind zwei nebeneinander liegende Zähne Dl, Dr ersichtlich, wobei sich zwischen deren Kronen der Interdentalraum Z befindet, der nach unten durch das Zahnfleisch G abgeschlossen ist. Der Ursprung Oi dieses Koordinatensystems befindet sich im Durchstoßpunkt des Fadens 1 durch die Zeichenebene. Das System ist so orientiert, dass die x-Achse (Einheitsrichtungsvektor exl) nach links und die y-Achse (Einheitsrichtungsvektor eya) in Richtung des Zahnzwischenraumes zeigt.Interdental Coordinate System: In Fig. 3, two adjacent teeth Dl, Dr can be seen, between which crowns the interdental space Z is located, which is closed down through the gums G. The origin Oi of this coordinate system is located at the piercing point of the thread 1 through the plane of the drawing. The system is oriented so that the x-axis (unit-direction vector exl) points to the left and the y-axis (unit-direction vector eya) toward the interdental space.

[0039] Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Die gesuchte Messgröße ist der Betrag der Einpresskraft Fj (t) in Richtung des Interdentalraumes Z ermittelt zum Zeitpunkt der Einpressung t=t0. Diese Kraft wird aus den zeitlichen Verläufen der Sensorsignale der beiden Dehnmessstreifen 9o, 9u in nachfolgend angeführten Schritten geschätzt. Der weiteren Modellierung liegt die Annahme zugrunde, dass die Ausrichtung des Fadens 1 durch den Arzt so erfolgt, dass der Faden orthogonal zur Zeichenebene orientiert ist (vgl. Fig. 3). Die Orientierung des Sensor-Koordinatensystems (Rotation um den Faden) ist dabei im Rahmen anatomischer Grenzen beliebig.Reference is made to FIG. 3. The sought-after parameter is the amount of the press-in force Fj (t) in the direction of the interdental space Z determined at the moment of press-fitting t = t0. This force is estimated from the time profiles of the sensor signals of the two strain gauges 9o, 9u in the following steps. The further modeling is based on the assumption that the orientation of the thread 1 by the doctor is such that the thread is oriented orthogonally to the plane of the drawing (see FIG. 3). The orientation of the sensor coordinate system (rotation around the thread) is arbitrary within the limits of anatomy.

[0040] Für die Kräfte im Messzellen-Koordinatensystem gilt unter Auswertung der Widerstandsänderungen äRi und AR2 der beiden Dehnmessstreifen AR1+AR2 Γχ,μ-- una γ„μ· 2-k ARi -AR2 2rk (2) [0041] Bei gegebener Geometrie der Messanordnung gemäß Fig. 2 besteht zwischen den Kräften im Messzellen-Koordinatensystem und jenen im Sensor-Koordinatensystem der ZusammenhangFor the forces in the measuring cell coordinate system, the evaluation of the resistance changes aRi and AR2 of the two strain gauges AR1 + AR2 Γχ, μ-- una γ "μ · 2-k ARi-AR2 2rk (2) For a given geometry The measuring arrangement according to FIG. 2 has the relationship between the forces in the measuring cell coordinate system and those in the sensor coordinate system

F = 1 M 1 0" ~F 1 xM /3 l2 X/ F 1 y,M h h py,s = MFC (3) [0042] beziehungsweiseF = 1 M 1 0 " ~ F 1 × M / 3 l 2 X / F 1 y, M h h py, s = MFC (3) [0042] or

Fs=M'-Fm. (4) [0043] Die primäre Messgröße der Vorrichtung ist die während des Einpressens des Fadens 1 gemessene Kraft Ft in Richtung des Interdentalraumes Z (Fig. 3). Diese Kraft wird aus dem Kraftvektor Fs unter Berücksichtigung folgender systematischer Abweichungen bestimmt: [0044] · Die Ausrichtung der Gabel 3 und des Fadens 1 zum Zahnzwischenraum schwankt bei unterschiedlichen Anwendern und Anwendungen. Darüber hinaus ist während einer Messung eine Schwankung zu beobachten. 4/12 österreichisches Patentamt AT511 383 B1 2013-06-15 [0045] · Während des Einpressens kann es zu Querkräften abweichend von Fl kommen, falls der Faden 1 dem geometrischen Verlauf der Kontaktfläche folgt oder der Anwender eine Querkraft ausübt.Fs = M 'Fm. (4) The primary measure of the device is the force Ft measured during the insertion of the thread 1 in the direction of the interdental space Z (FIG. 3). This force is determined from the force vector Fs taking into account the following systematic deviations: The orientation of the fork 3 and the thread 1 to the interdental space varies with different users and applications. In addition, a fluctuation is observed during a measurement. During the pressing in, transverse forces can deviate from Fl, if the thread 1 follows the geometric course of the contact surface or the user exerts a transverse force.

[0046] Ausgangspunkt für die Korrektur dieser Abweichungen ist die Schätzung der aktuellen Orientierung des Fadens 1 aus den Zeitverläufen von Fs Diese erfolgt durch φ{ΐ) = arctan ^(0 (5) [0047] Systematische Abweichungen werden minimiert, indem die mittlere Orientierung φ des Fadens 1 vor dem Einpressen (t = t0) mittels (6) [0048] geschätzt wird. Diese Orientierung wird zur Lagebestimmung des Fadens 1 und damit zur Bestimmung der Richtung des Interdentalraumes Z herangezogen, da angenommen wird, dass ohne systematische Abweichung ?,’=«(-¢)¾ (7) [0049] gilt, wobei R(-^) eine Rotation des Messzellen -Koordinatensystems um den Winkel -φ darstellt. Der Zeitverlauf der Messgröße Fi(t) ergibt sich - insbesondere bei Auftreten der beschriebenen systematischen Abweichungen φ(ΐ) Φφ- aus der Projektion der Kraft Fs auf die Interdentalachse el durch (8) [0050] Die gesuchte Einpresskraft entspricht dem Momentanwert dieser Größe zum Einpresszeitpunkt, d. h. F1=F1(t = t0). (9) [0051] Fig. 4 kann man ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Messung der Einpresskraft entnehmen. Nach einer Initialisierung der Vorrichtung (Schritt A1, „Initialisierung") erfolgt kontinuierlich die Erfassung und Schätzung des Kraftvektors Fs(t) im Messzellen-Koordinatensys- tem (Schritt A2, „Schätzung Fs(t)"). Dieser Kraftvektor wird zur Detektion des Einpressereignisses (Schritt A3, „Detektion einer Messung") herangezogen. Das Ergebnis dieses Verarbeitungsschrittes ist die Einpresszeit t0. Liegt kein Einpressereignis vor, wird mit der Erfassung bei Schritt A2 fortgefahren.The starting point for the correction of these deviations is the estimation of the current orientation of the thread 1 from the time courses of Fs. This is done by φ {ΐ) = arctan ^ (0 (5)). Systematic deviations are minimized by the mean orientation φ of the thread 1 before pressing (t = t0) is estimated by (6) [0048] This orientation is used for determining the position of the thread 1 and thus for determining the direction of the interdental space Z, since it is assumed that without systematic deviation. , '=' (- ¢) ¾ (7), where R (- ^) represents a rotation of the measuring cell coordinate system by the angle -φ. The time profile of the measured variable Fi (t) is obtained - especially when it occurs of the projection of the force Fs onto the interdental axis el by (8) [0050] The sought-in insertion force corresponds to the instantaneous value of this variable at the time of insertion, ie F1 = F1 (t = t0) ) FIG. 4 shows an example flow chart for measuring the press-in force. After an initialization of the device (step A1, "initialization"), the detection and estimation of the force vector Fs (t) in the measuring cell coordinate system takes place continuously (step A2, "estimation Fs (t)"). This force vector is used to detect the injection event (step A3, "detection of a measurement"). The result of this processing step is the press-in time t0. If there is no press-in event, the detection in step A2 is continued.

[0052] Wurde ein Einpressereignis erkannt, wird im nächsten Schritt die Orientierung des Fadens 1 und damit der Gabel 3 bzw. der Messzelle 5 geschätzt (Schritt A4, „Schätzung des Sensorwinkels"). Auf Basis dieser Schätzung und vorgegebener Grenzen der Orientierung wird die Gültigkeit der Messung überprüft (Schritt A5, „Gültigkeitsprüfung"). Messungen außerhalb erlaubter Orientierungen, bzw. Messungen mit hohem Störanteil werden dabei unter Rückmeldung der Ursache an den Bediener verworfen (Schritt A6, „Rückmeldung an Bediener"). In diesen Fällen wird direkt mit der Erfassung weiterer Daten fortgefahren.If a press-in event has been detected, the orientation of the thread 1 and thus the fork 3 or the measuring cell 5 is estimated in the next step (step A4, "estimation of the sensor angle"). Based on this estimate and given limits of orientation, the validity of the measurement is checked (step A5, "validity check"). Measurements outside permitted orientations, or measurements with a high noise component are thereby rejected to the operator while the cause is reported (step A6, "Feedback to operator"). In these cases, the process continues with the capture of additional data.

[0053] Für gültige Messungen wird im nächsten Schritt A7 („Schätzung der in den Interdentalraum projizierten approximalen Kontaktkraft") die Einpresskraft zum Zeitpunkt t = t0 geschätzt und dem Operator mitgeteilt (Schritt A8, „Anzeige der Kontaktkraft"). 5/12 österreichisches Patentamt AT511 383 B1 2013-06-15 [0054] Wenn von der „Kontaktkraft" die Rede ist, so soll klargestellt werden, dass diese Kraft, die von den nebeneinander liegenden Zähnen Dl, Dr gegenseitig bzw. auf den Faden 1 ausgeübt wird, nicht direkt gemessen wird, sondern aus der Einpresskraft geschätzt wird, beispielsweise aus Erfahrungswerten oder an Hand einer Tabelle.For valid measurements, in the next step A7 ("estimate of the proximal contact force projected into the interdental space"), the press-fit force is estimated at time t = t0 and communicated to the operator (step A8, "contact force indication"). 5/12 Austrian Patent Office AT511 383 B1 2013-06-15 [0054] If, of the "contact force " it is to be made clear that this force, which is exerted on the thread 1 by the adjacent teeth D1, Dr, is not directly measured, but is estimated from the press-in force, for example, based on experience or on hand a table.

[0055] Selbstverständlich können Methoden zur Verbesserung der Robustheit des Verfahrens (Statistik, Ausreißerbehandlung etc.) auch im Rahmen der Erfindung angewendet werden, doch wird in diesem Zusammenhang auf solche dem Fachmann bekannte Methoden nicht eingegangen.Of course, methods for improving the robustness of the method (statistics, outlier treatment, etc.) can also be used in the context of the invention, but will not be discussed in this context to those skilled in the known methods.

[0056] Nachstehend wir an Hand der Fig. 5 ein mögliches Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung 12, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet, erläutert.A possible block diagram of an evaluation device 12, which forms part of the device according to the invention, will be explained below with reference to FIG.

[0057] Folgende Bearbeitungsblöcke (siehe Abbildung 4) werden zur Bestimmung der Einpresskraft verwendet: [0058] B1 stellt einen Umsetzer dar, welcher die Umsetzung der Widerstandssignale AR^t), AR2 (t) in entsprechende Kräfte FM(t) bzw. Kraftsignale unter Berücksichtigung der Geometrie der Messzelle 5 vornimmt.The following processing blocks (see FIG. 4) are used to determine the press-in force: B1 represents a converter, which converts the resistance signals AR ^ t), AR2 (t) into corresponding forces FM (t) or force signals taking into account the geometry of the measuring cell 5 makes.

[0059] Im Block B2 erfolgt eine Transformation M —> S der Kräfte im Messzellen-Koordinaten-system in das Sensor-Koordinatensystem und in Block B3 eine Projektion S —> I, d. h. eine Transformation der Kräfte im Messzellen-Koordinatensystem in das Interdental-Koordinatensystem mit Projektion der Hauptkomponente der Kraft auf die Interdentalachse.In block B2, a transformation M - > S of the forces in the measuring cell coordinate system in the sensor coordinate system and in block B3 a projection S - > I, d. H. a transformation of forces in the measuring cell coordinate system in the interdental coordinate system with projection of the main component of the force on the interdental axis.

[0060] Im Block B4 wird die Sensor-Orientierung φ aus dem Zeitverlauf des Kraftvektors Fs(t) bestimmt und in Block B5 erfolgt die Detektion des Messzeitpunktes t0 aus dem Zeitverlauf des Kraftvektors Fs(t).In block B4, the sensor orientation φ is determined from the time course of the force vector Fs (t) and in block B5, the detection of the measurement time t0 from the time course of the force vector Fs (t).

[0061] Im Block B6 erfolgt die Bestimmung der Einpresskraft F aus dem Zeitverlauf von F,(t) und der Block B7 dient der Beurteilung der Signalqualität und der Rückmeldung, z. B. „gut", „schlecht" an den Bediener.In block B6, the determination of the pressing force F from the time course of F, (t) and the block B7 is used to assess the signal quality and the feedback, z. Eg "good", "bad" to the operator.

[0062] Das Verständnis der Erfindung wird auch durch die Darstellungen der Fig. 6 erleichtert. In Fig. 6a ist der zeitliche Verlauf des Kraftsignals F,(t) dargestellt, welches beim Einpressen bzw. Herausziehen des Fadens 1 in einen Interdentalraum auftritt. Während des Einpressens des Fadens 1 steigt die Kraft etwa linear bis auf 2,52 N an, beim Verlassen des Interdentalraumes fällt sie kurzeitig ab (Spitze des Verlaufs nach oben in dem Diagramm) und eine weiter kurzzeitige Erhöhung der Kraft zeigt in diesem Fall das Auftreffen des Fadens auf dem Zahnfleisch. Beim Herausziehen des Fadens steigt die Kraft wieder - in die entgegengesetzte Richtung - an, bis auf 2,86 N in diesem Beispiel, um beim endgültigen Verlassen des Interdentalraumes naturgemäß auf Null abzufallen.The understanding of the invention is also facilitated by the illustrations of FIG. 6. In Fig. 6a, the time course of the force signal F, (t) is shown, which occurs during the pressing or pulling out of the thread 1 in an interdental space. During the insertion of the thread 1, the force increases approximately linearly to 2.52 N, when leaving the interdental space it falls off for a short time (peak of the upward course in the diagram) and a further brief increase in force in this case shows the impact of the thread on the gum. When pulling out the thread, the force increases again - in the opposite direction - up to 2.86 N in this example, to naturally fall to zero at the final leaving the interdental space.

[0063] Der Verlauf der Orientierung (Winkel φ) in Fig. 6b zeigt den Einpressvorgang kurz nach der Zeit 1s und dort einen Winkel ^>von ca. 50°. Die Verläufe zu Beginn der Messung (bis ca. 0,5 s) und nach dem Ende der Messung (ab ca. 1,9 s) stellen auf Grund der geringen auftretenden Kräfte im Prinzip Rauschen dar und können anhand der Größe des Kraftsignals Fj(t) zuverlässig erkannt und von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden.The course of the orientation (angle φ) in Fig. 6b shows the press-in process shortly after the time 1s and there an angle ^> of about 50 °. The curves at the beginning of the measurement (up to approx. 0.5 s) and after the end of the measurement (from approx. 1.9 s) constitute noise in principle due to the low forces occurring and can be determined by the magnitude of the force signal Fj (FIG. t) reliably detected and excluded from further processing.

[0064] Bei der Vorrichtung nach der Erfindung hat es sich auch als besonders vorteilhaft erwiesen, dass sie selbst bei den beengten Raumverhältnissen im Mundraum eines Patienten anwendbar ist und dass die Gabel samt dem Faden als steriler und äußerst billiger Einwegartikel ausgebildet und leicht vor jeder neuen Anwendung ausgewechselt werden kann. Die Anzeige der Kraft und der korrekten Orientierung (Winkellage) kann in leicht lesbarer Form, z. B. digital erfolgen, wobei für die Anzeige der korrekten Orientierung auch eine binäre Darstellung, wie „gut"-„schlecht" oder eine entsprechende Anzeige mit einer grünen und einer roten LED direkt am Handgriff 4 möglich ist. 6/12In the device according to the invention, it has also proved to be particularly advantageous that it is applicable even in the confined spaces in the mouth of a patient and that the fork formed together with the thread as a sterile and extremely cheap disposable articles and easily before each new Application can be replaced. The display of the force and the correct orientation (angular position) can be easily readable, z. For example, in order to display the correct orientation, a binary representation such as " good " - " bad " or a corresponding display with a green and a red LED directly on the handle 4 is possible. 6/12

Claims (8)

österreichisches Patentamt AT511 383B1 2013-06-15 Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Abschätzung der Kontaktkräfte benachbarter Zähne, mit einem in den Interdentalraum einführbaren Prüfkörper (1) und einer mit diesem zusammenwirkenden Kraftmesszelle (5), die an eine Auswerteeinrichtung (12) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfkörper als Faden (1) ausgebildet und zwischen zwei Zinken (2) einer Gabel angeordnet ist, die Kraftmesszelle (5) zwischen der Gabel und einem Handgriff angeordnet ist und zumindest zwei Dehnungssensoren (9o, 9u) zum Messen von zwei Kräften, in unterschiedlichen Richtungen aufweist.Austrian Patent Office AT511 383B1 2013-06-15 Claims 1. A device for estimating the contact forces of adjacent teeth, comprising a test body (1) insertable into the interdental space and a load cell (5) cooperating therewith and connected to an evaluation device (12), characterized in that the test body is formed as a thread (1) and arranged between two prongs (2) of a fork, the load cell (5) between the fork and a handle is arranged and at least two strain sensors (9o, 9u) for measuring two Forces, in different directions. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensitivitätsvektoren der Messzelle (5) eine Ebene aufspannen, die im Wesentlichen orthogonal zur Fadenachse verläuft.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the sensitivity vectors of the measuring cell (5) span a plane which is substantially orthogonal to the thread axis. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabel (3) mit dem Faden (1) eine Einwegausführung ist und mit der Messzelle (5) auswechselbar verbunden ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the fork (3) with the thread (1) is a disposable design and with the measuring cell (5) is interchangeable connected. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmesszelle (5) ein Quader aus elastisch verformbaren Material mit den an gegenüberliegenden Oberflächen angeordneten Dehnungssensoren (9o, 9u) ist, wobei in ein Ende des Quaders die Gabel (3) eingesetzt und das diesem Ende gegenüberliegende mit dem Handgriff (4) verbunden ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load cell (5) is a cuboid of elastically deformable material with the arranged on opposite surfaces strain sensors (9o, 9u), wherein in one end of the cuboid, the fork (3 ) and the opposite end of this with the handle (4) is connected. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Oberflächen des Quaders parallel zu einer Ebene verlaufen, welche die Achse des Fadens (1) enthält.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the opposite surfaces of the cuboid parallel to a plane containing the axis of the thread (1). 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoren einander gegenüberliegen, in dem Quader im Bereich jedes Dehnungssensors (9o, 9u) je eine durchgehende Bohrung (10o, 10u) ausgebildet ist, wobei die Achsen der Bohrungen im Wesentlichen parallel zur Achse des Fadens (1) verlaufen, und von jeder Bohrung ausgehend ein den Rest des Quaders schräg durchsetzender Schlitz vorhanden ist.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the strain sensors are opposed to each other in the cuboid in the region of each strain sensor (9o, 9u) is formed a continuous bore (10o, 10u), wherein the axes of the bores substantially parallel extend to the axis of the thread (1), and starting from each hole, a the rest of the cuboid obliquely penetrating slot is present. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungssensoren (9o, 9u) Dehnmessstreifen sind.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the strain sensors (9o, 9u) are strain gauges. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gabel (3) an einem Ende der Kraftmesszelle (5) lösbar befestigt ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen 7/128. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fork (3) at one end of the load cell (5) is releasably attached. For this 5 sheets drawings 7/12