CN117158975A - 一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法，该装置包括多通道压应力敏感组件、包覆压应力敏感组件的柔性外壳，压应力敏感组件用于将测量到的作用力转化为电信号；包覆压应力敏感组件的柔性外壳用于保护电路。作用力传递给压应力敏感组件，结合多通道柔性压阻传感器，可以得到一颗牙齿上不同部位压应力；同时，通过咬合纸在牙齿上着色，实现原位测量咬合力。因压力传感器可以测量牙齿咬合力的大小，多通道传感器可以同时测量一颗牙齿上的不同位置，咬合纸留在牙齿上的颜色可以标定测量位置，三者结合有利于更准确记录测量咬合过程中一颗牙齿上的咬合力的大小以及分布。
Description
技术领域
本发明涉及口腔正畸及其他牙科技术领域，特别是涉及一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法。
背景技术
在口腔研究中，咬合力已成为牙体修复、牙周治疗和正畸治疗的重要疗效评价指标。咬合力是评价咀嚼***疗效的重要参数。医师通过测量不同治疗阶段的咬合力和咬合接触的动态变化，获得咬合调整的治疗依据，客观评价治疗效果。
咀嚼***的功能和完整性对一个人的生活质量有重要影响。许多相互关联的因素可能导致咀嚼***的不良健康状况，包括蛀牙、牙齿脱落、错咬合、颞下颌关节功能障碍和下颌骨骨折。在口腔正畸及口腔各学科诊疗过程中必须详细检查且最好能够精确记录上述的压力值，这样可以更加精确地判断病因，预测治疗结果，防止病理性的损伤等。因此，及时诊断和治疗这些疾病对于提高生活质量至关重要。
目前已有多种设备用于记录咬合力。这些设备大多使用力传感器来检测咬合力，如应变传感器、压阻传感器、压电传感器、光纤传感器和压力敏感薄膜。这些工具只能粗略地测定正畸治疗过程中佩戴口腔内部的弹性牵引圈以及佩戴于口腔外部矫形装置受到的拉力等。口腔各学科中关于咬合力的测定目前也没有非常理想的方法，存在应变片易于变形，硬度大，测量不准确，不能进行原位测量等问题。
目前最常用的方式仍是采用医用咬合纸记录咬合印记，通过咬合印记的深浅与留在牙齿上的痕迹凭经验进行判断，而牙齿咬合力的大小目前均难以进行定量测量。因此，开发一种能够在口腔正畸及口腔各学科中精确测量压应力的装置是非常必要的。
准确地测量正畸过程中牙齿或面部骨骼所受到的矫治力的大小，对于正畸的成功率提高有着重要的意义；原位测量对于同时准确定位咬合位置与咬合力大小十分重要；牙齿咬合力的测量对错合畸形的发生机制及颅面部畸形的矫正都具有非常重要的诊断和治疗意义；而在口腔各个学科中针对咬合力的精确测量及对加载外力的精确控制是实现理想治疗结果并防止产生医源性伤害的根本保证。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够定位位置和精确测量并能够准确记录作用力大小的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法。
一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，包括：
压应力敏感组件，包括衬底、位于衬底上的电极片、与电极片和衬底相对设置的导电材料层以及PI胶带封装层和咬合纸封装层；
所述导电材料层和所述电极片连接处设置有第一接触电阻；
所述电极片两端之间设置有第二接触电阻；
所述导电材料层为多孔结构体，在相邻孔壁之间设置有第三接触电阻；
所述第一接触电阻、所述第二接触电阻和所述第三接触电阻中所有电阻累计电信号输出值表征牙齿作用在压应力敏感组件上的作用力；并通过着色咬合纸上着色位置与咬合着色深浅进行判断一颗牙齿上不同位置受力情况。
所述压应力敏感组件为多通道柔性压阻传感器，所述多通道设置有至少四个通道，所述多通道呈环形阵列分布，形状大小完全相同，且每个通道相互独立。
进一步地，所述电极片为两个导电片，两个导电片之间构成多通道柔性压阻传感器上的一个通道。
进一步地，两个所述电极片构成扇形叉指形状；所述电极片为四组，相邻所述电极片之间的扇形成90度。
进一步地，判断一颗牙齿上不同位置受力逻辑为：
所述第一接触电阻为R1x，x＝1,2,…,X，X≥2；
所述第二接触电阻为R1y，y＝1,2,…,Y，Y≥2；
所述第二接触电阻为R1z，z＝1,2,…,Z，Z≥2；
通过压应力敏感组件的等效电路模型，获得电极片140两端之间的电阻R＝R11+R21+R31+......+R3z+R2y+R1x。
进一步地，所述导电材料层采用高性能压阻材料，所述PI胶带封装层和咬合纸封装层将PI胶带和医用咬合纸封装在导电材料层外侧。
进一步地，还包括叉指电极与导线，所述导线连接所述叉指电极，柔性外壳包覆所述导线和叉指电极的一面，所述导线另一端与所述电极片相连。
进一步地，所述柔性外壳内包覆多通道压应力敏感组件。
一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置的制作方法，所述方法包括：
制作压应力敏感组件，并采用柔性外壳进行包覆。
进一步地，所述制作压应力敏感组件，包括：
将导电材料层、电极片、衬底、PI胶带封装层和咬合纸封装层进行组装。
本发明一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法的技术效果和优点：
本发明所使用的柔性外壳相对刚性表面受力较均匀、较稳定，结合压阻传感器灵敏度较高，使压应力敏感组件输出的电信号较稳定，对作用力的测量结果较准确。因多通道可以同时测量不同部位受力情况，有利于准确判断测量过程中牙齿表面不同位置作用力的大小；同时，咬合纸在牙齿上着色可以帮助判断受力部位，结合作用力大小，可进行一颗牙齿上咬合力的原位测量。
附图说明
图1为一个实施例的口腔正畸咬合力测量的柔性压力传感装置的结构示意图；
图2为图1中压应力敏感组件与叉指电极电性连接图；
图3为图1中压应力敏感组件的结构示意图；
图4为一个多口腔正畸咬合力测量的柔性压力传感装置作用在牙齿上后，咬合纸在牙齿上着色图；
图5为图3中压应力敏感组件制作流程图；
图6为图1中压应力敏感组件工作原理图；
图中：100、压应力敏感组件；110、咬合纸封装层；120、PI胶带封装层；130、导电材料层；140、电极片；150、衬底；200、导线；300、柔性外壳；400、叉指电极；500、着色咬合纸；600、压力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
以下结合图1-6所示，提供一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法加以说明本实施例。
如图1-2所示，本实施例提供一种口腔正畸咬合力测量的柔性压力传感装置，包括压应力敏感组件100、包覆压应力敏感组件100的柔性外壳300。压应力敏感组件100为多通道柔性压阻传感器，每一个多通道柔性压阻传感器有四个通道，并且四个通道呈环形阵列分布，四个通道相互独立。
这里需要说明的是，由于牙齿在咬合过程中，会产生四个方向的着力点，因此在设计的时候，优选四条通道，实际上通道数量越多，对于压应力敏感检测准确度越高，压应力敏感组件100用于将测量到的作用力转化为电信号的数值越准确，对于口腔正畸及其他牙科领域应力检测都是非常有利的；同样，随着通道数量的增加，会对生产工艺以及生产成本的要求增高，并结合检测的效果来看，四个通道在试验中为最优的选择，因此，在本实施例中，以四条通道为例进行说明，
导线200远离压应力敏感组件100的一端设置有叉指电极400。柔性外壳300包覆导线200以及叉指电极400靠近压应力敏感组件100的一端。
如图3所示，牙齿作用在着色咬合纸500上，可以查看着色咬合纸500的着色情况，根据着色咬合纸500上着色位置与咬合力大小，可以更加准确判断一颗牙齿上不同位置受力情况。
判断一颗牙齿上不同位置受力逻辑如图6所示，压应力敏感组件的等效电路模型，R11和R12代表导电材料层和电极片140之间的接触电阻，R2n代表导电材料层的三维多孔结构体电阻，R3n代表两个孔壁之间的接触电阻。因此，电极片140两端之间的电阻R＝R11+R21+R31+......+R3n+R2n+R12。在受压的情况下，压力600使导电材料层和电极片140紧密接触，导致R11和R12减小，此时，进一步的压力600使孔壁之间紧密接触，降低了R3n。因此，在受力的情况下，接触电阻对灵敏度的影响起主导作用。
上述一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置及制作方法，柔性外壳相对刚性表面受力较均匀、较稳定，多通道压阻气凝胶传感器灵敏度较高，并且可以同时测量一颗牙齿上不同位置咬合情况，结合咬合纸在牙齿上的着色进行位置判断、实现原位测量。着色咬合纸500封装在咬合纸封装层110上，咬合纸封装层110上设置有对应四组叉指电极，当牙齿某个点接触到咬合纸和某个对应叉指电极，就会发生电阻变化。
另外，所述压应力敏感组件由高性能压阻材料制成，制备方法多样，材料众多，例如MXene复合气凝胶、CNT压阻薄膜等。
使用咬合纸原本的定位功能，创造性的将其与压阻材料相结合，制备了可以进行原位测量的咬合力测量装置。同时，多通道的电极设计提高了咬合力测量的分辨率。该压应力敏感组件在正畸临床医学上有着广泛的应用，可测量上下颌牙齿咬合所产生的力、上下唇的闭合肌力、戴用矫治器后上下颌骨之间的相互作用力、吞咽过程中舌体对颌骨的作用力、外力作用下支撑组织所承受的压力以及面部肌肉触诊时的疼痛阈值测定等。相较于现有的口腔正畸及其他牙科领域应力测量装置有着更加广泛的应用，具有较高的医学价值。
如图4-5所示，压应力敏感组件100包括衬底150、位于衬底150上的电极片140、与电极片140和衬底150相对设置的导电材料层130以及PI胶带封装层120和咬合纸封装层110，衬底150采用PI材料，其中PI材料为聚酰亚胺材料。导电材料层130采用高性能压阻材料，提高传感器灵敏度，电极片140采用金电极叉指结构，可以仅仅一面电极，解决传统传感器上下电极布置方式。将导电材料层130与PI胶带封装层120，主要用于封装，避免水渗透进去导致传感器失效，咬合纸封装层110，用来上下牙齿咬合定位，电极片140和衬底层150组装制备压应力敏感组件100，实现传感器集成。导电材料层130可采用一维材料，例如纳米纤维素；二维材料，例如石墨烯；三维材料，例如MXene复合气凝胶。
衬底150上设置的四组电极片140，四组电极片140为八个导电片，所述八个导电片两个为一对构成扇形叉指形状，每一对扇形成90度，四对共360度，另一侧设置所述PI胶带封装层120，每个通道形状大小相同；各通道上的导电材料层130相互独立。
此外，还提供了一种用于制作上述口腔正畸咬合力监测的柔性压力传感装置的方法；所述方法包括：
制作压应力敏感组件100，并采用柔性外壳300进行包覆。
压应力敏感组件用于将测量到的作用力转化为电信号，压应力敏感组件包括导电材料层130、电极片140与封装层，封装层包括PI胶带封装层120与咬合纸封装层110；包覆压应力敏感组件100的柔性外壳300用于保护电路，为PI或PET材料；
作用力传递给压应力敏感组件100，结合多通道柔性压阻传感器，可以得到一颗牙齿上不同部位压应力；同时，通过咬合纸在牙齿上着色，实现原位测量咬合力。因压力传感器可以测量牙齿咬合力的大小，多通道传感器可以同时测量一颗牙齿上的不同位置，咬合纸留在牙齿上的颜色可以标定测量位置，三者结合有利于更准确记录测量咬合过程中一颗牙齿上的咬合力的大小以及分布。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，包括：
压应力敏感组件(100)，包括衬底(150)、位于衬底(150)上的电极片(140)、与电极片(140)和衬底(150)相对设置的导电材料层(130)以及PI胶带封装层(120)和咬合纸封装层(110)；
所述导电材料层(130)和所述电极片(140)连接处设置有第一接触电阻；
所述电极片(140)两端之间设置有第二接触电阻；
所述导电材料层(130)为多孔结构体，在相邻孔壁之间设置有第三接触电阻；
所述第一接触电阻、所述第二接触电阻和所述第三接触电阻中所有电阻累计电信号输出值表征牙齿作用在压应力敏感组件(100)上的作用力；并通过着色咬合纸(500)上着色位置与咬合着色深浅进行判断一颗牙齿上不同位置受力情况。
2.根据权利要求1所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，所述压应力敏感组件(100)为多通道柔性压阻传感器，所述多通道设置有至少四个通道，所述多通道呈环形阵列分布，形状大小完全相同，且每个通道相互独立。
3.根据权利要求2所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，所述电极片(140)为两个导电片，两个导电片之间构成多通道柔性压阻传感器上的一个通道。
4.根据权利要求3所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，两个所述电极片(140)构成扇形叉指形状；所述电极片(140)为四组，相邻所述电极片(140)之间的扇形成90度。
5.根据权利要求1所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，判断一颗牙齿上不同位置受力逻辑为：
所述第一接触电阻为R1x，x＝1,2,…,X，X≥2；
所述第二接触电阻为R1y，y＝1,2,…,Y，Y≥2；
所述第二接触电阻为R1z，z＝1,2,…,Z，Z≥2；
通过压应力敏感组件(100)的等效电路模型，获得电极片140两端之间的电阻R＝R11+R21+R31+......+R3z+R2y+R1x。
6.根据权利要求2所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，所述导电材料层(130)采用高性能压阻材料，所述PI胶带封装层(120)和咬合纸封装层(110)将PI胶带和医用咬合纸封装在导电材料层(130)外侧。
7.根据权利要求1所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，还包括叉指电极(400)与导线(200)，所述导线(200)连接所述叉指电极(400)，柔性外壳(300)包覆所述导线(200)和叉指电极(400)的一面，所述导线(200)另一端与所述电极片(140)相连。
8.根据权利要求7所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置，其特征在于，所述柔性外壳(300)内包覆多通道压应力敏感组件(100)。
9.一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
制作压应力敏感组件(100)，并采用柔性外壳(300)进行包覆。
10.根据权利要求9所述的一种口腔正畸咬合力原位测量的压力传感装置的制作方法，其特征在于，所述制作压应力敏感组件(100)，包括：
将导电材料层(130)、电极片(140)、衬底(150)、PI胶带封装层(120)和咬合纸封装层(110)进行组装。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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