APPAREIL POUR MESURER LES MOUVEMENTSRELATIFS DES MACHOIRES D'UN PATIENT
La présente invention concerne un appareil capable de mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient en vue d'établir un diagnostic de la dynamique des maxillaires. Les grandeurs mesurées peuvent être utilisées ultérieurement pour piloter un robot destiné . à reproduire les mouvements des maxillaires du patient et à rendre possible de ce fait, la réalisation de prothèses dentaires en laboratoire.
La mâchoire inférieure est principalement constituée par une ossature quasi indéformable dont les deux extrémités sont appelées les condyles. Chaque condyle est logé dans une cavité osseuse de forme complexe située à l'arrière de la mâchoire supérieure au niveau du crâne.
Les mouvements maxillaires sont des mouvements très complexes. Les dimensions des condyles et des cavités varient d'un individu à l'autre et de plus, lors de la mastication, chaque individu effectue des mouvements maxillaires qui lui sont propres. Si ces mouvements sont assez bien connus pour les limites extérieures de l'enveloppe de mouvement, ce n'est cependant pas le cas pour les déplacements situés à l'intérieur de cette enveloppe.
Actuellement, l'élaboration d'une prothèse dentaire suit un long cheminement. On prend d'abord l'empreinte de la dentition du patient, cette empreinte sert alors à un mécanicien dentiste pour façonner une prothèse, et ensuite le dentiste ajuste la prothèse sur le patient par des essais et des rectifications successifs, chaque retouche nécessitant la présence du patient.
Des techniques avancées en dentisterie visent à reproduire le mouvement relatif des maxillaires du patient à partir d'un petit robot pour simplifier les essais de la prothèse et opérer les rectifications au moyen de ce robot. Cette technique n'est cependant applicable que si l'on dispose d'un appareil capable de mesurer les mouvements maxillaires de chaque patient afin de les mémoriser pour pouvoir ensuite les reproduire.
Divers appareils sont connus pour mesurer les mouvements du maxillaire inférieur. Ces appareils sont basés sur différentes techniques : par exemple capteur capacitif, procédé électromagnétique, procédé optoélectronique. Ce procédé optoélectronique semble être une des techniques les plus performantes. Ce procédé consiste à fixer des sources lumineuses à la mâchoire inférieure et à monter des cellules photoélectriques sur la mâchoire supérieure de manière qu'elles captent les rayons lumineux envoyés par les sources lumineuses. Les variations des intensités lumineuses ainsi captées par les cellules photoélectriques sont liées aux positions des sources par rapport aux cellules photoélectriques et par conséquent aux positions de la mâchoire inférieure par rapport à la mâchoire supérieure.
Les variations des tensions électriques aux sorties des cellules photoélectriques représentent les mouvements de la mâchoire inférieure par rapport à la mâchoire supérieure.
Dans une forme de réalisation connue, trois sources lumineuses sont attachées à un arceau destiné à être collé contre les dents de la mâchoire inférieure et trois cellules photoélectriques sont fixées sur un casque destiné à être posé et serré sur la tête du patient. Ce dispositif, s'il présente l'avantage d'une pose facile sans contrainte sur la mâchoire supérieure, a l'inconvénient de ne pouvoir être fixé de façon parfaitement rigide sur la tête du patient et de ne pouvoir donc être jamais rigoureusement solidaire de la mâchoire supérieure : il risque par conséquent de se déplacer durant les mouvements de la mâchoire inférieure et de rendre les mesures imprécises.
Une autre forme de réalisation connue consiste à fixer trois cellules photoélectriques sur un arceau destiné à être collé contre les dents de la mâchoire supérieure du patient. Ce dispositif mesure directement les mouvements relatifs des deux mâchoires puisque chaque arceau est rigoureusement solidaire de la mâchoire à laquelle il est attaché. Cependant, le poids et l'encombrement des organes supportés par la mâchoire supérieure entravent dans une certaine mesure le mouvement de la mâchoire inférieure, affectant ainsi la précision et surtout l'exactitude physiologique des mesures.
Afin de pouvoir enregistrer des mouvements très faibles et les plus naturels possibles, il est nécessaire que le dispositif présente une résistance très faible aux mouvements de la mâchoire inférieure. Certes un dispositif basé sur le procédé optoélectronique est peu encombrant et évite tout contact supplémentaire entre les deux mâchoires, qui risquerait de perturber les mouvements. Il faut aussi idéalement viser à ré-duire le poids et l'encombrement des organes supportés par les deux mâchoires à des valeurs aussi faibles que possible.
Le but de la présente invention est de proposer un appareil optoélectronique dans lequel le poids et l'encombrement des organes supportés par les mâchoires sont considérablement réduits de manière à optimiser la précision des mesures effectuées sur un patient.
Conformément à l'invention, un appareil pour mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient comprend un premier arceau destiné à être attaché aux dents de la mâchoire inférieure du patient et un second arceau destiné à être attaché aux dents de la mâchoire supérieure, plusieurs générateurs de spots lumineux fixés sur le premier et sur le second arceau, un arc de référence destiné à être placé devant le visage du patient, un support pour porter l'arc de référence, et au moins un capteur de position fixé sur l'arc de référence de manière à capter les spots desdits générateurs de spot, chaque capteur de position produisant des signaux électriques représentant la position relative de l'impact du spot incident.
L'arc de référence précité est avantageusement attaché à un dispositif réglable fixé au support précité de manière à permettre de positionner le ou chaque capteur de position par rapport aux générateurs de spots.
Dans un mode d'exécution exemplaire préféré, chaque générateur de spot est constitué d'une microlentille fixée à une extrémité d'une fibre optique dont l'autre extrémité est connectée à une source lumineuse, par exemple une diode laser.
Dans un mode de réalisation avantageux, les sources lumineuses sont alimentées par au moins un générateur de signal porteur pour moduler l'intensité lumineuse des faisceaux produits par lesdites sources lumineuses.
Les signaux électriques des capteurs de position sont convertis en courants électriques. On obtient alors un ensemble de signaux dont les amplitudes représentent, à chaque instant, la position instantanée des mâchoires du patient. Après amplification et multiplexage, les signaux analogiques sont reçus dans un dispositif d'acquisition électronique qui effectue essentiellement la conversion en signaux numériques en vue d'un traitement.ayant pour but, à l'aide d'un logiciel approprié, de calculer les coordonnées spatiales absolues des impacts des faisceaux sur les capteurs et, à partir de ces coordonnées, de déterminer les caractéristiques des mouvements relatifs des mâchoires du patient.
Les avantages de l'appareil conforme à l'invention résident en ceci que l'utilisateur dispose en direct de l'évolution dans l'espace des mouvements maxillaires avec une grande précision, même pour de très faibles déplacements des maxillaires.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, dans laquelle l'invention est exposée plus en détail à l'aide des dessins joints.
La figure 1 représente en perspective un mode de réalisation exemplaire de l'appareil selon l'invention. La figure 2 est une vue de côté de l'appareil représenté à la figure 1.
Les figures 3 et 4 illustrent schématiquement deux états typiques de l'appareil de la figure 1 au cours de son utilisation sur un patient.
La figure 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure des mouvements maxillaires, dans lequel est utilisé l'appareil selon la figure 1.
Se reportant aux figures 1 et 2, l'appareil selon l'invention comprend essentiellement trois organes mécaniques : un premier arceau 11 destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire inférieure ou mandibule d'un patient, un second arceau 12 destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire supérieure ou maxillaire supérieur du patient, et un arc de référence 13 servant d'organe référentiel indépendant de l'une et l'autre mâchoire-du patient. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'arc de référence 13 est attaché à un dispositif articulé porté par un casque ou serretête 14 destiné à être fixé sur la tête du patient. Le support de l'arc de référence 13 peut cependant être un dispositif différent quelconque permettant de positionner l'arc de référence 13 devant le visage du patient comme il sera expliqué plus loin.
Chacun des arceaux 11 et 12 porte plusieurs générateurs de spots lumineux à très faible divergence (par exemple, un angle de divergence de 1 degré) produisant un faisceau à rayons pratiquement parallèles. A la figure 1, l'arceau 11 porte trois générateurs de spots lumineux 15 et l'arceau 12 porte trois générateurs de spots lumineux 16. Les générateurs de spots lumineux 15 sont montés sur un arc porteur 21 fixé par des branches 23 sur le pourtour extérieur de l'arceau 11. De manière similaire les générateurs de spots 16 sont montés le long d'un arc porteur 22 fixé par des branches 24 sur le pourtour extérieur de l'arceau 12. Chacun des arcs porteurs 21 et 22 porte deux générateurs à proximité des condyles et un générateur en face des incisives.
Les générateurs de spots lumineux 15 et 16 sont par exemple constitués de microlentilles (telles que les microlentilles Selfoc de la firme NSG) montées à l'extrémité de fibres optiques 17 qui transmettent chacune un faisceau lumineux provenant d'une source lumineuse et chaque microlentille est placée dans un guide 18. Les microlentilles focalisent les faisceaux incidents et leur montage à l'intérieur des guides permettent de produire des spots lumineux directionnels très étroits .qui ne déborderont pas de la surface sensible de capteurs de position qui devront les capter comme on le verra plus loin. Le dispositif selon l'invention produit ainsi deux groupes de spots lumineux : un groupe de spots 18s liés à la position de la mâchoire supérieure du patient et un groupe de spots 18i liés à la position de la mâchoire inférieure.
L'arc de référence 13 porte plusieurs capteurs de position 19 positionnés de manière à capter les différents spots lumineux. Dans le mode de réalisation illustré, l'arc de référence 13 porte trois capteurs de position, attachés chacun sur une face d'une plaquette 25 suspendue à l'arc de référence 13. Chaque capteur est ici disposé pour capter un spot 18s solidaire de la mâchoire supérieure et un spot 18i solidaire de la mâchoire inférieure. Les capteurs sont par exemple des cellules photoélectriques à effet latéral qui permettent de capter un maximum de rayons lumineux des spots qui les illuminent. Le positionnement correct de chaque capteur de position par rapport aux générateurs de spots se fait en ajustant la position de l'arc de référence 13 au moyen d'un dispositif articulé dont un mode d'exécution exemplaire est décrit ciaprès.
L'arc de référence 13 est fixé sur une fourchette 31 solidaire d'un bras 32 coulissant dans un bloc 33. Celui-ci est monté pour pouvoir pivoter autour d'un axe vertical 34 autour duquel peut pivoter un deuxième bloc 35. Dans celui-ci passe une tige horizontale 36 dont une extrémité est logée dans un troisième bloc
37. La tige 36 peut à la fois coulisser et tourner autour de son axe longitudinal dans le bloc 35. Quant au bloc 37, il est traversé par une tige verticale coulissante et rotative 38 attachée à un quatrième bloc 39. Celui-ci est traversé par un bras localisateur coulissant 40 qui est fixé à son extrémité au dispositif de support 14, lequel en l'occurrence est un serre-tête ou un casque, par exemple. Le dispositif de support pourrait également être un dispositif monté pour ne pas être placé sur la tête du patient. Grâce au dispositif articulé, l'arc de référence 13 peut être orienté par rapport au support 14 de manière à positionner correctement les capteurs en regard des générateurs de spots lorsque les arceaux 11 et 12 desquels ils sont solidaires se trouvent attachés sur les dents d'un patient.
Il n'est évidemment pas nécessaire que le nombre de générateurs de spots soit le même sur les deux arceaux
11 et 12. D'autre part, il n'est nullement indispensa-ble que les capteurs de position soient prévus pour recevoir chacun deux spots.
Les capteurs de position sont des dispositifs bidimensionnels qui ont quatre électrodes et quatre sorties. Celles-ci produisent des signaux électriques qui permettent, grâce à un traitement approprié, de déterminer les coordonnées de la position du centre de l'impact du spot lumineux sur le capteur. Les impacts des spots sur chaque capteur varient en fonction des positions respectives et des mouvements des deux mâchoires. Cela est illustré par les figures 3 et 4 qui représentent schématiquement les organes de détection pour deux positions des arceaux 11 et 12. Comme expliqué plus haut, ces arceaux sont liés aux mâchoires d'un patient et leurs positions relatives sont donc celles des mâchoires du patient. La figure 3 illustre le cas où les mâchoires sont serrées et parallèles l'une à l'autre.
Les impacts des axes des spots sur la surface sensible des capteurs de position sont représentés symboliquement par les points repérés par les signes de référence 20. Sur la figure 3 on voit que les points 20 sur chacun des capteurs 19 sont écartés d'une distance égale. Par contre, lorsque la mâchoire inférieure est déplacée, par exemple lorsque les mâchoires sont inclinées l'une par rapport à l'autre et forment un angle entre elles comme représenté à la figure 4, on voit que l'écart entre les points 20 est différent sur chaque capteur 19. Ledit écart est plus grand sur le capteur de gauche que sur les deux autres et il est le plus petit sur le capteur de droite. Les signaux électriques produits par chaque capteur 19 en réponse au spot qui l'illumine varient donc en fonction de la position relative de ce spot.
Ces signaux permettent, par un traitement approprié, de déterminer à tout moment la position relative et le mouvement relatif de chaque maxillaire par rapport à un référentiel prédéterminé.
Les sources lumineuses connectées pour activer les fibres optiques sont avantageusement des diodes de puissance, par exemple des diodes laser émettant des faisceaux de 2 mW à une longueur d'onde de 790 nm. Les intensités lumineuses des faisceaux sont de préférence modulées par un signal porteur ayant une fréquence et une amplitude fixées notamment en fonction de la précision de mesure désirée et de la vitesse de mouvement des mâchoires. La modulation des faisceaux permet de séparer les signaux utiles du bruit éventuel et d'éliminer l'influence de l'éclairage ambiant. En pratique, pour la mesure de petits mouvements relatifs dont la vitesse ne dépasse guère 30 mm/seconde, la fréquence du signal porteur peut être choisie égale à 30 kHz.
Pour l'utilisation de l'appareil conforme à l'invention, les fibres optiques doivent être activées de manière à assurer une discrimination entre les faisceaux de chaque groupe, c'est-à-dire entre les faisceaux qui sont associés à chaque mâchoire. Par exemple, les faisceaux lumineux peuvent être modulés par une même fréquence porteuse et les fibres appartenant à un même groupe peuvent alors être activées séquentiellement. On obtient cependant le même effet de différenciation en activant toutes les fibres optiques en même temps mais en modulant alors les faisceaux à l'aide d'une porteuse différente pour chaque groupe au moins. Bien entendu, la fréquence porteuse pourrait être différente aussi pour chaque fibre d'un même groupe.
Les signaux des capteurs de position sont des signaux de courant qui, grâce à un traitement approprié, permettent de déterminer les coordonnées des points d'impact des spots qui atteignent la surface sensible de chaque capteur. La figure 5 représente un schéma synoptique du système de mesure. Dans cette figure, les signes de référence 51, 52, 53, 54 et 55 désignent respectivement un générateur de signal porteur, les sources lumineuses telles que des diodes laser, les fibres optiques, les générateurs de spots et les capteurs de position. Les éléments 53, 54 et 55 correspondent respectivement aux fibres optiques 17, aux générateurs de spot 15 et 16 et aux capteurs de position 19 dans les figures 1 et 2.
Les signaux de sortie des capteurs 55 sont convertis en signaux de tension et amplifiés dans des amplificateurs 56; à la sortie des amplificateurs on obtient un ensemble de signaux dont les amplitudes représentent à chaque instant une position instantanée des mâchoires du patient. Ces signaux sont multiplexes dans un circuit multiplexeur 57 de manière à pouvoir effectuer ensuite une détection synchrone au moyen d'un détecteur 58 unique, la détection servant à extraire le signal utile du signal reçu. A la sortie du détecteur, le signal utile est filtré et appliqué à l'entrée d'un circuit d'acquisition 59. Celui-ci consiste essentiellement en un convertisseur analogique-numérique ayant pour fonction de convertir le signal utile analogique en un signal numérique ayant un nombre de bits dépendant de la résolution et de la précision souhaitées pour l'appareil.
Un signal de mesure à douze bits est exemplaire.
Les signaux numériques sont ensuite traités dans une unité de traitement adéquate 60 dans laquelle, à l'ai-de d'un logiciel approprié, sont calculées les coordonnées spatiales absolues des impacts des faisceaux lumineux sur les capteurs de position précités et, à partir de ces coordonnées, les caractéristiques des mouvements relatifs des mâchoires du patient. L'unité de traitement est un dispositif connu en soi et le logiciel nécessaire pour commander l'unité de traitement peut être organisé aisément par un homme du métier pour effectuer les calculs requis à partir des signaux de mesure délivrés par l'appareil conforme à l'invention. L'unité de traitement peut par exemple être constituée à partir d'un ordinateur personnel doté d'un processeur, d'un coprocesseur mathématique et d'une mémoire de capacité suffisante.
L'unité peut avantageusement se compléter d'un dispositif de visualisation graphique qui permet de suivre visuellement l'évolution des mouvements maxillaires.
Le mode de réalisation de l'invention décrit dans ce qui précède est un exemple donné à titre illustratif et l'invention n'est nullement limitée à cet exemple. Toute modification, toute variante et tout agencement équivalent doivent être considérés comme compris dans le cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Appareil pour mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient, comprenant un premier arceau
(11) destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire inférieure du patient et plusieurs premiers générateurs de spots lumineux (15) fixés le long dudit premier arceau, lequel appareil est caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
un second arceau (12) destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire supérieure,
un arc de référence (13) destiné à être placé devant le visage du patient,
un support (14) pour porter l'arc de référence
(13).
plusieurs seconds générateurs de spots lumineux
(16) fixés le long du second arceau (12), et
au moins un capteur -de position (19) fixé sur l'arc de référence (13) de manière à capter les spots des générateurs de spot (15, 16), le ou chaque capteur de position produisant des signaux électriques représentant la position relative de l'impact du spot incident.
APPARATUS FOR MEASURING THE RELATIVE MOVEMENTS OF A PATIENT'S JAWS
The present invention relates to an apparatus capable of measuring the relative movements of the jaws of a patient in order to establish a diagnosis of the dynamics of the maxillae. The measured quantities can be used later to control a intended robot. to reproduce the movements of the patient's maxillae and thereby make it possible to produce dental prostheses in the laboratory.
The lower jaw is mainly constituted by an almost non-deformable bone structure, the two ends of which are called the condyles. Each condyle is housed in a bone cavity of complex shape located at the back of the upper jaw at the level of the skull.
Maxillary movements are very complex movements. The dimensions of the condyles and the cavities vary from one individual to another and moreover, during chewing, each individual performs its own maxillary movements. If these movements are fairly well known for the outer limits of the movement envelope, this is not the case for the displacements located inside this envelope.
Currently, the development of a dental prosthesis follows a long path. We first take the impression of the patient's dentition, this impression is then used by a dental mechanic to shape a prosthesis, and then the dentist adjusts the prosthesis on the patient by successive tests and corrections, each touch-up requiring the presence of the patient.
Advanced techniques in dentistry aim to reproduce the relative movement of the patient's jawbones from a small robot to simplify the prosthesis tests and make the adjustments using this robot. This technique is however only applicable if there is a device capable of measuring the maxillary movements of each patient in order to memorize them so that they can then be reproduced.
Various devices are known for measuring the movements of the lower jaw. These devices are based on different techniques: for example capacitive sensor, electromagnetic process, optoelectronic process. This optoelectronic process seems to be one of the most efficient techniques. This method consists in attaching light sources to the lower jaw and mounting photoelectric cells on the upper jaw so that they capture the light rays sent by the light sources. The variations in the light intensities thus picked up by the photoelectric cells are linked to the positions of the sources relative to the photoelectric cells and consequently to the positions of the lower jaw relative to the upper jaw.
The variations in the electrical voltages at the outputs of the photoelectric cells represent the movements of the lower jaw relative to the upper jaw.
In a known embodiment, three light sources are attached to a hoop intended to be glued against the teeth of the lower jaw and three photoelectric cells are fixed on a helmet intended to be placed and tightened on the patient's head. This device, if it has the advantage of an easy installation without constraint on the upper jaw, has the drawback of not being able to be fixed in a perfectly rigid manner on the patient's head and therefore of never being able to be rigorously integral with upper jaw: it may therefore move during movements of the lower jaw and make the measurements inaccurate.
Another known embodiment consists in fixing three photoelectric cells on a hoop intended to be glued against the teeth of the patient's upper jaw. This device directly measures the relative movements of the two jaws since each hoop is rigorously secured to the jaw to which it is attached. However, the weight and size of the organs supported by the upper jaw hinder to some extent the movement of the lower jaw, thus affecting the precision and above all the physiological accuracy of the measurements.
In order to be able to record very small and most natural movements possible, the device must have very low resistance to movements of the lower jaw. Admittedly, a device based on the optoelectronic process is compact and avoids any additional contact between the two jaws, which would risk disturbing the movements. It should also ideally aim to reduce the weight and size of the bodies supported by the two jaws to values as low as possible.
The object of the present invention is to provide an optoelectronic device in which the weight and the bulk of the members supported by the jaws are considerably reduced so as to optimize the precision of the measurements carried out on a patient.
According to the invention, an apparatus for measuring the relative movements of the jaws of a patient comprises a first hoop intended to be attached to the teeth of the lower jaw of the patient and a second hoop intended to be attached to the teeth of the upper jaw, several light spot generators fixed on the first and on the second arch, a reference arc intended to be placed in front of the patient's face, a support for carrying the reference arc, and at least one position sensor fixed on the reference arc so as to capture the spots of said spot generators, each position sensor producing electrical signals representing the relative position of the impact of the incident spot.
The aforementioned reference arc is advantageously attached to an adjustable device fixed to the aforementioned support so as to make it possible to position the or each position sensor relative to the spot generators.
In a preferred exemplary embodiment, each spot generator consists of a microlens attached to one end of an optical fiber, the other end of which is connected to a light source, for example a laser diode.
In an advantageous embodiment, the light sources are supplied by at least one carrier signal generator to modulate the light intensity of the beams produced by said light sources.
The electrical signals from the position sensors are converted into electrical currents. A set of signals is then obtained, the amplitudes of which represent, at each instant, the instantaneous position of the patient's jaws. After amplification and multiplexing, the analog signals are received in an electronic acquisition device which essentially performs the conversion into digital signals for processing. The purpose of which is, using appropriate software, to calculate the coordinates absolute spatial impacts of the beams on the sensors and, from these coordinates, to determine the characteristics of the relative movements of the patient's jaws.
The advantages of the apparatus according to the invention lie in that the user has direct access to the evolution in space of the maxillary movements with great precision, even for very small displacements of the maxillae.
Other characteristics of the invention will emerge from the description which follows, in which the invention is explained in more detail with the aid of the accompanying drawings.
Figure 1 shows in perspective an exemplary embodiment of the apparatus according to the invention. Figure 2 is a side view of the apparatus shown in Figure 1.
Figures 3 and 4 schematically illustrate two typical states of the device of Figure 1 during its use on a patient.
FIG. 5 is a block diagram of a device for measuring the maxillary movements, in which the apparatus according to FIG. 1 is used.
Referring to Figures 1 and 2, the apparatus according to the invention essentially comprises three mechanical organs: a first hoop 11 intended to be attached to the teeth of the lower jaw or mandible of a patient, a second hoop 12 intended to be attached to the teeth of the upper or upper jaw of the patient, and a reference arc 13 serving as a referential organ independent of one and the other jaw of the patient. In the illustrated embodiment, the reference arc 13 is attached to an articulated device carried by a helmet or headlock 14 intended to be fixed on the patient's head. The support of the reference arc 13 can however be any different device making it possible to position the reference arc 13 in front of the patient's face as will be explained below.
Each of the arches 11 and 12 carries several light spot generators with very low divergence (for example, a divergence angle of 1 degree) producing a beam with practically parallel rays. In FIG. 1, the hoop 11 carries three light spot generators 15 and the hoop 12 carries three light spot generators 16. The light spot generators 15 are mounted on a carrying arc 21 fixed by branches 23 on the periphery outside the hoop 11. Similarly, the spot generators 16 are mounted along a carrying arc 22 fixed by branches 24 on the outer periphery of the hoop 12. Each of the carrying arcs 21 and 22 carries two generators near the condyles and a generator in front of the incisors.
The light spot generators 15 and 16 are for example made up of microlenses (such as Selfoc microlenses from the firm NSG) mounted at the end of optical fibers 17 which each transmit a light beam coming from a light source and each microlens is placed in a guide 18. The microlenses focus the incident beams and their mounting inside the guides make it possible to produce very narrow directional light spots. which will not extend beyond the sensitive surface of position sensors which will have to pick them up as we will see further. The device according to the invention thus produces two groups of light spots: a group of spots 18s linked to the position of the patient's upper jaw and a group of spots 18i linked to the position of the lower jaw.
The reference arc 13 carries several position sensors 19 positioned so as to pick up the different light spots. In the illustrated embodiment, the reference arc 13 carries three position sensors, each attached to one face of a plate 25 suspended from the reference arc 13. Each sensor is here arranged to capture a spot 18s integral with the upper jaw and a spot 18i secured to the lower jaw. The sensors are for example photoelectric cells with lateral effect which make it possible to capture a maximum of light rays from the spots which illuminate them. The correct positioning of each position sensor relative to the spot generators is done by adjusting the position of the reference arc 13 by means of an articulated device, an exemplary embodiment of which is described below.
The reference arc 13 is fixed on a fork 31 secured to an arm 32 sliding in a block 33. The latter is mounted so as to be able to pivot around a vertical axis 34 around which a second block 35 can pivot. In that -this passes a horizontal rod 36, one end of which is housed in a third block
37. The rod 36 can both slide and rotate around its longitudinal axis in the block 35. As for the block 37, it is crossed by a sliding and rotating vertical rod 38 attached to a fourth block 39. The latter is crossed by a sliding locator arm 40 which is fixed at its end to the support device 14, which in this case is a headband or a helmet, for example. The support device could also be a device mounted so as not to be placed on the patient's head. Thanks to the articulated device, the reference arc 13 can be oriented relative to the support 14 so as to correctly position the sensors facing the spot generators when the arches 11 and 12 of which they are integral are attached to the teeth of a patient.
It is obviously not necessary that the number of spot generators is the same on the two arches
11 and 12. On the other hand, it is by no means essential that the position sensors are provided to each receive two spots.
Position sensors are two-dimensional devices that have four electrodes and four outputs. These produce electrical signals which, thanks to appropriate processing, determine the coordinates of the position of the center of the impact of the light spot on the sensor. The impacts of the spots on each sensor vary according to the respective positions and the movements of the two jaws. This is illustrated by FIGS. 3 and 4 which schematically represent the detection members for two positions of the arches 11 and 12. As explained above, these arches are linked to the jaws of a patient and their relative positions are therefore those of the jaws of the patient. patient. Figure 3 illustrates the case where the jaws are clamped and parallel to each other.
The impacts of the axes of the spots on the sensitive surface of the position sensors are symbolically represented by the points identified by the reference signs 20. In FIG. 3 we see that the points 20 on each of the sensors 19 are spaced an equal distance . On the other hand, when the lower jaw is moved, for example when the jaws are inclined with respect to each other and form an angle between them as shown in FIG. 4, it can be seen that the distance between the points 20 is different on each sensor 19. Said difference is greater on the left sensor than on the other two and it is smallest on the right sensor. The electrical signals produced by each sensor 19 in response to the spot which illuminates it therefore vary as a function of the relative position of this spot.
These signals make it possible, by appropriate processing, to determine at any time the relative position and the relative movement of each jaw with respect to a predetermined reference frame.
The light sources connected to activate the optical fibers are advantageously power diodes, for example laser diodes emitting beams of 2 mW at a wavelength of 790 nm. The light intensities of the beams are preferably modulated by a carrier signal having a frequency and an amplitude fixed in particular as a function of the desired measurement precision and of the speed of movement of the jaws. The modulation of the beams makes it possible to separate the useful signals from the possible noise and to eliminate the influence of the ambient lighting. In practice, for the measurement of small relative movements whose speed hardly exceeds 30 mm / second, the frequency of the carrier signal can be chosen equal to 30 kHz.
For the use of the apparatus according to the invention, the optical fibers must be activated so as to ensure discrimination between the beams of each group, that is to say between the beams which are associated with each jaw. For example, the light beams can be modulated by the same carrier frequency and the fibers belonging to the same group can then be activated sequentially. However, the same differentiation effect is obtained by activating all the optical fibers at the same time but then modulating the beams using at least one different carrier for each group. Of course, the carrier frequency could also be different for each fiber of the same group.
The signals from the position sensors are current signals which, thanks to appropriate processing, make it possible to determine the coordinates of the points of impact of the spots which reach the sensitive surface of each sensor. FIG. 5 represents a block diagram of the measurement system. In this figure, the reference signs 51, 52, 53, 54 and 55 respectively designate a carrier signal generator, light sources such as laser diodes, optical fibers, spot generators and position sensors. The elements 53, 54 and 55 correspond respectively to the optical fibers 17, to the spot generators 15 and 16 and to the position sensors 19 in FIGS. 1 and 2.
The output signals from the sensors 55 are converted into voltage signals and amplified in amplifiers 56; at the output of the amplifiers, a set of signals is obtained, the amplitudes of which represent an instantaneous position of the patient's jaws at all times. These signals are multiplexed in a multiplexer circuit 57 so that synchronous detection can then be carried out by means of a single detector 58, the detection serving to extract the useful signal from the received signal. At the output of the detector, the useful signal is filtered and applied to the input of an acquisition circuit 59. This essentially consists of an analog-digital converter whose function is to convert the useful analog signal into a digital signal having a number of bits depending on the resolution and the precision desired for the device.
A twelve bit measurement signal is exemplary.
The digital signals are then processed in a suitable processing unit 60 in which, using appropriate software, the absolute spatial coordinates of the impacts of the light beams on the aforementioned position sensors are calculated and, from these coordinates, the characteristics of the relative movements of the patient's jaws. The processing unit is a device known per se and the software necessary to control the processing unit can be easily organized by a person skilled in the art to carry out the required calculations from the measurement signals delivered by the device conforming to the invention. 'invention. The processing unit can for example be constituted from a personal computer provided with a processor, a mathematical coprocessor and a memory of sufficient capacity.
The unit can advantageously be completed by a graphic display device which makes it possible to visually follow the evolution of the maxillary movements.
The embodiment of the invention described in the foregoing is an example given by way of illustration and the invention is in no way limited to this example. Any modification, any variant and any equivalent arrangement must be considered to be within the scope of the invention.
CLAIMS
1. Apparatus for measuring the relative movements of the jaws of a patient, comprising a first arch
(11) intended to be attached to the teeth of the patient's lower jaw and several first light spot generators (15) fixed along said first hoop, which device is characterized in that it further comprises:
a second hoop (12) intended to be attached to the teeth of the upper jaw,
a reference arc (13) intended to be placed in front of the patient's face,
a support (14) for carrying the reference arc
(13).
several second light spot generators
(16) fixed along the second arch (12), and
at least one position sensor (19) fixed on the reference arc (13) so as to pick up the spots of the spot generators (15, 16), the or each position sensor producing electrical signals representing the relative position of the impact of the incident spot.