一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法

技术领域

本发明涉及咬合力测量装置技术领域，具体为一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法。

背景技术

咀嚼系统由咀嚼肌、关节、牙齿共同组成。

力对口颌系统的协调、稳定、健康至关重要，目前已有大量研究对/>

为了克服上述现有检测方法的不足，利用计算机辅助设计与制作技术，进一步改进检测器主体结构的设计与制作方法，寻求芯片与树脂载体最佳“三明治”组合。同时根据控制模块、蓝牙传输、终端服务、智能APP等技术设备，最终形成咬合力检测系统的设计及制作。本发明的目的在于研发基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，患者通过佩戴该无线咬合力检测器，可实现咬合力的动态检测，进一步实现对咬合疾病的评估、检测及干预。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，可以实现上述背景技术中提出的技术效果。

为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器，包括咬合力检测器主体结构，所述咬合力检测器主体结构为改良式稳定性咬合垫，所述改良式稳定性咬合垫由上、中、下三层组成；其中上、下两层由医用的树脂材料通过3D打印技术制作而成；中间层为中间贯通且镂空的结构，嵌入有压力感应芯片且注入有光固化流动树脂；双侧后牙区覆盖整个牙弓和腭表面。

优选的，还包括双侧后牙区镂空厚度约0.8mm，用于压力感应芯片的放置。

优选的，还包括在双侧上颌后牙的腭面形成2mm圆孔贯通结构，用于芯片材料的固定。

优选的，还包括前牙腭侧面向后延伸24～26mm，此区域镂空厚度约2～4mm，用于电池、控制芯片的存储。

优选的，还包括前牙腭侧面为开窗结构，用于芯片、电池附件将从开窗结构嵌入，所述开窗结构上设置有用于密封的开窗附件。

一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：首先，在光固化托盘上利用光固化树脂在上颌牙列模型上进行检测器主体结构的设计与制作改良式稳定性咬合垫；

步骤二：其次，使用口内三维扫描系统对已经硬化的改良式稳定性咬合垫进行3D图像扫描，扫描后的数据通过stl.格式进行保存，接下来通过使用计算机辅助设计软件进行图形设计；

步骤三：设计完成后将数据导入3D打印机，通过使用医用复合树脂材料，借助增材制造技术，利用3D打印机进行打印；

步骤四：根据检测器主体结构镂空体积，选择相应尺寸的压电膜感应芯片、超低功耗微控制单元(MCU)、多通道模数转换器(ADC)元器件及纽扣电池，利用工科技术组装；

步骤五：采用光固化流动树脂注入镂空结构内部，使得镂空结构变成实心结构，再后进行边缘封闭，将光固化流动树脂轻轻注射于开窗结构边缘缝隙内，接下来选择牙光固化灯对封口的流动树脂进行光照，通过光固化使其硬化，进而实现边缘封闭。

与现有技术相比，发明的有益效果是：

1、该基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，利用计算机辅助设计与制作技术，设计出的咬合检测装置具有体积微小、佩戴方便的优势。

2、该基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，通过3D打印技术制作的镂空式检测器主体，充分发挥数字化科学的优势，使得产品的制作更加便宜、精密。

3、该基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，基于全牙列

4、该基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，通过蓝牙无线传输技术及智能算法可实现咬合应力信息的传输、存储及云端智能处理。

5、该基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器及制备方法，通过手机APP可查看分析咬合应力变化，根据应力变化对咬合相关疾病进一步诊治、干预。

附图说明

图1为无线咬合力检测器的腭侧开窗的三维模式示意图；

图2为无线咬合力检测器的腭侧开窗附件的三维模式示意图；

图3为改良式稳定性咬合垫的咬合面观与唇面观示意图；

图4为改良式稳定性咬合垫的组织面观与咬合面观示意图；

图5为改良式稳定性咬合垫的开窗及镂空结构的设计示意图；

图6为特殊设计的压力加载头及加载方式示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

一、装置设计简介：

请参阅图1-4，发明提供一种技术方案：一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器，基于“三明治”法理念，通过计算机辅助设计与3D打印技术，设计并制作无线咬合力检测器。该无线咬合力检测器的主体结构由稳定性

该无线咬合力检测器需放置到口腔内容并且采集咬合应力，因此需要满足以下几点要求：

(1)无线咬合力检测器初步设计为改良式稳定性

(2)无线咬合力检测器需放置于患者的牙列，当患者上下颌牙列咬合时，才能真正发挥功能，因此装置载体的厚度既要保证承受机械压力的强度，要不能过厚，影响患者的咬合及检测的灵敏度。

(3)患者咬合状态下产生的数据需实时记录，患者咬合应力的变化与电阻的变化形成明确关联。

二、无线咬合力检测器的设计、制作及测验

本申请利用计算机辅助设计(CAD)和3D打印技术、工科信息技术，提出了一种基于三明治法及3D打印技术的无线咬合力检测器。无线咬合力检测器设计完成后，首先通过机械压力加载试验确定压力信号的有效性、可靠性和灵敏度，同时通过传感器的压力信号测量，将压力信号采集并转化为电压变化。该无线咬合力检测器的制作分三部分，分别为无线咬合力检测器的计算机辅助设计、无线咬合力检测器的3D打印及芯片的封装、无线咬合力检测器的数据的无线传输及存储。

1.无线咬合力检测器的载体计算机辅助设计与制作

如图3所示，该无线咬合力检测器的主体结构设计如下：无线咬合力检测器的总体结为改良式稳定性

首先，选用光固化托盘上利用光固化树脂在上颌牙列模型上进行检测器主体结构的设计与制作，如图3所示。

其次，使用口内三维扫描系统对已经硬化的改良式稳定性

如图4所示，接下来通过使用计算机辅助设计(CAD)软件进行图形设计。该无线咬合力检测器整体设计为中间贯通且镂空结构，双侧后牙区覆盖整个牙弓和腭表面，便于提供摩擦固位，双侧后牙区镂空厚度约0.8mm，主要用于压力感应芯片的放置。

2.无线咬合力检测器的3D打印及芯片封装

无线咬合力检测器的主体将通过使用计算机辅助设计(CAD)软件进行设计。设计完成后将数据导入3D打印机，通过使用医用复合树脂材料，借助增材制造技术，利用3D打印机进行打印。上述所提复合树脂材料在牙科实践中也经常使用。

根据无线咬合力检测器主体结构镂空体积，选择相应尺寸的压电膜感应芯片、超低功耗微控制单元(MCU)、多通道模数转换器(ADC)等元器件及纽扣电池，利用工科技术组装。内部附件设计和选用的总原则是在保证检测器正常功能的前提下尽量减小尺寸。对检测器尺寸进行控制，主要为了避免对患者造成明显的咬合干扰和不适。本申请拟选用的压电膜感应芯片长、宽、厚度分别为8mm、6mm、0.3mm，因此可有效嵌入检测器的双侧后牙咬合面的中空结构中。此外，微型电池为0％Hg氧化银，额定电压为1.55V，尺寸为8mm*2.6mm(直径*厚度)。根据产品说明，电池工作时间至少为1年。纽扣型电池可通过特殊设计嵌入探测器腭面的中空部分。因此，除了生物安全性之外，尺寸是所有附件选择过程中非常关键的考虑因素。对于组装完成的所有附件采用柔和的力度嵌入检测器主体的镂空结构内。感应薄膜芯片分别轻轻插入检测器双侧后牙区，在双侧后牙区开孔部分，利用探针机构固定芯片到磨牙区。芯片插入过程中应当轻松无阻力，缓慢推入，记强行插入，以免损坏芯片材料。此外，在前牙腭侧端分别植入控制芯片及纽扣电池等，利用流动性光固化纸质进行固定。

芯片植入后，最核心的步骤为开窗结构及双侧后牙开孔结构的封闭。本申请采用光固化流动树脂进行边缘封闭。光固化流动树脂在未固化前有较好的流动性，可有效注入镂空结构内部，从而使得镂空结构变成实心结构，防止载体在承受咬合压力时产生折裂。另一方面将流动树脂轻轻注射于开窗结构边缘缝隙内，接下来选择牙科通用的光固化灯(3M,EliparTM LED固化光源，光固化单元能量：1200mW/cm2,圣保罗，明尼苏达州，美国)对封口的流动树脂进行光照，通过光固化使其硬化，进而实现边缘封闭。本申请拟选用Filtek

3.压力感应式咬合检测器应力模拟加载及数据的无线传输存储

制作完成的应力感应器需要进行应力与电压的测量。在实验中，根据计算机辅助程序和设备(PT-1198小型拉力实验机，宝大仪器有限公司，广东，中国)进行机械压力加载试验。机械应力通过特殊定制的，尖端成圆弧面，直径为2mm的加载头进行应力加载，如图6所示。为模拟口内多位点咬合应力，此处加载头应做特殊设计。在压力测试阶段，加载应力的最大量程设置为500N。当实验开始后，计算机程序加载的应力值也同时存储在计算机系统中，一方面可以测量应力加载情况，另一方面也能实时观测树脂载体破损情况。在机械压力加载测试的同时，应力感应芯片的电路线同时与电阻测量装置连接。敏感的压阻芯片将采集压力信号，然后输出随机械压力变化的相应电压变化。最终以力的形式存储于收集APP。

对口腔医生而言，当掌握了患者咬合作用力的足够信息时，便可通过此项信息分析患者已经存在的咬合及咬合相关问题，对于即将治疗的患者可能潜在存在的分险进行足够的预判，从而让咬合疾病的诊治可测量、可控制、可预见。这便是该设备的潜在推广价值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。