AT511383A1 - METHOD FOR THE QUALITATIVE COMPARISON OF APPROXIMAL CONTACT POINT STICKERS OF ADJUSTABLE TEETH - Google Patents
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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 die Kraftmesszelle (5) an eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, welche dazu eingerichtet ist, die Größe zumindest einer Kraft anzuzeigen.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 the load cell (5) is connected to an evaluation device which is adapted to indicate the size of at least one force.
Description
PI2090PI2090
Verfahren zum qualitativen Vergleich approximaler KontaktpunktkräfteMethod for the qualitative comparison of approximal contact point forces
BANACHBARTER ZÄHNEBANACHBAR TEETH
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.The invention relates to a device for estimating the contact forces of adjacent teeth, with an insertable into the interdental space specimen and cooperating with this load cell, which is connected to an evaluation device.
Interdentale Kontaktkräfte sind ein wichtiges Kriterium für Zahnärzte und Kieferorthopäden, 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 both for the subjective health of the patient and for 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.
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.From 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. 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 with the interposition of a spring balance at a constant speed from the interdental space. 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.
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 * · • * · • · « « * • · ·** P12090 *·»·** · ♦ ·· »« « · · * ·*« -2-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 * * * * * · · ** P12090 * · »· ** · ♦ ··» «« · · * · * «-2-
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.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.
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 which 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.
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 und dazu eingerichtet ist, zwei Kräfte in unterschiedlichen Richtungen zu messen, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Größe zumindest einer Kraft anzuzeigen.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 is arranged between two prongs of a fork, the load cell between the fork and a handle arranged and is adapted to measure two forces in different directions , wherein the evaluation device is adapted to display the size of at least one force.
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 • · • · • · · P12090 ··»··« · * • I ·· · « «Μ · * » -3- verwendet werden und eine physikalische Bewegungsreferenz zu der 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. Unlike the devices of the prior art, the device according to the invention can be manually operated by a user. can be used and a physical motion reference to the person to be examined can be omitted.
Um die Signalverarbeitung zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn die Sensitivitäts-vektoren der Messzelle eine Ebene aufspannen, die im Wesentlichen orthogonal zur Fadenachse verläuft.In order to simplify the signal processing, it is advantageous if the sensitivity vectors of the measuring cell span a plane which is substantially orthogonal to the thread axis.
Im Sinne einer vereinfachten Bedienerführung und um Fehlmessungen zu vermeiden kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den gemessenen Kräften den relativen Winkel der Verdrehung des Fadens bzw. der Gabel bezüglich der Einführrichtung des Fadens in den Interdentalraum zu bestimmen.In the sense of a simplified operator guidance and in order to avoid erroneous measurements, it can be provided that the evaluation device is set up to determine from the measured forces the relative angle of rotation of the thread or fork relative to the direction of insertion of the thread into the interdental space.
Zweckmäßig ist es ferner, wenn die Aus Werteeinrichtung dazu eingerichtet ist, aus den gemessenen Kräften die Einpresskraft in Richtung des Interdentalraumes zu ermitteln, da diese Kraft repräsentativ für die interdentale Kontaktkraft ist.It is also expedient if the value-value device is set up to determine the press-in force in the direction of the interdental space from the measured forces, since this force is representative of the interdental contact force.
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 embodiment that is easy to implement in practice, it is provided that the force measuring cell is a cuboid made of elastically deformable material with strain sensors arranged on opposite surfaces, wherein the fork is inserted into one end of the cuboid and the end opposite to the handle is connected.
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. PI2090 • * • *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, in the cuboid in the region of each strain sensor each has a through hole is formed, wherein the axes of the holes in Run substantially parallel to the axis of the thread, and from each hole starting a slit passing through the rest of the cuboid obliquely. PI2090 • * • *
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Falls die Dehnungssensoren Dehnmessstreifen sind, ergibt sich bei einfacher Auswertung eine kostengünstige Variante.If the strain sensors are strain gauges, a simple evaluation results in a cost-effective variant.
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 useful not least for hygienic reasons, when the fork is releasably secured to one end of the load cell.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im Folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigenThe invention together with further advantages is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, which is illustrated in the drawing. In this show
Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung die Anwendung eines Prüfkörpers einer Vorrichtung nach der Erfindung an einer Gebissnachbildung,1 is a perspective view of the application of a test body of a device according to the invention on a denture model,
Fig. 2 in schematischer Seitenansicht eine Gabel mit Prüfkörper und Kraftmesszelle einer Vorrichtung nach der Erfindung und die verwendeten Koordinatensysteme,2 is a schematic side view of a fork with test body and load cell of a device according to the invention and the coordinate systems used,
Fig. 3 entsprechend Fig. 2 eine Gabel mit Prüfkörper und den Zusammenhang zwischen den Koordinatensystemen der Vorrichtung und des Interdentalraumes zweier Zähne,2 a fork with test specimen and the relationship between the coordinate systems of the device and the interdental space of two teeth,
Fig. 4 ein mögliches Flussdiagramm der Kraftmessung beim Einpressen bzw. Herausziehen des Prüfkörpers bei einer Vorrichtung nach der Erfindung,4 shows a possible flow chart of the force measurement during the pressing in and out of the test specimen in a device according to the invention,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung der Vorrichtung nach der Erfindung, undFig. 5 is a block diagram of an evaluation device of the device according to the invention, and
Fig. 6 einen beispielsweisen Kräfteverlauf während des Einpressens bzw. Herausziehens des fadenförmigen Prüfkörpers.Fig. 6 shows an example of force during the pressing or pulling out of the thread-like test specimen.
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 -5- -5-1, a test specimen is formed as a thread 1 and arranged between two prongs 2 of a fork 3. The fork 3 can with the help of a handle 4 to a -5- -5-
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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.Interdental space (interdental space) out and pressed into this or introduced. In principle, this process is similar to the use of so-called dental floss sticks in dental care.
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 Handgriff 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, as shown in 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 is a blind bore 6 for receiving the pin-shaped rear end of Fork 3 is provided, wherein a fixing screw, not shown, can be screwed into a threaded hole 7 to fix the rear end of the fork 3. The handle 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
Die Kraftmesszelle 5 ist bei dieser Ausführung ein Quader aus elastisch verformbaren Material, z. B. Stahl, mit an gegenüberliegenden Oberflächen angeordnetenThe load cell 5 is in this embodiment, a cuboid of elastically deformable material, eg. As steel, arranged on opposite surfaces
Kraftmesssensoren, im vorliegenden Fall Dehnungssensoren 9o, 9u.Force measuring sensors, in the present case strain sensors 9o, 9u.
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 Kraft-messzelle im Bereich jedes Dehnungssensors je eine durchgehende Bohrung 10ο, lOu 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 llo, Hu vorhanden ist. Die Bohrungen 10ο, lOu und die von diesen ausgehenden Schlitze llo, llu ergeben die erforderliche Beweglichkeit der Kraftmesszelle 5 im Bereich der Dehnungssensoren 9o, 9u.The opposing surfaces of the cuboid load cell 5 extend parallel to a plane containing the axis of the thread 1, wherein the strain sensors 9o, 9u opposite each other and in the cuboid force cell in the region of each strain sensor each have a through hole 10o, lou formed, wherein the axes of these bores are substantially parallel to the axis of the thread 1, and starting from each bore, a slit llo, Hu passing through the rest of the cuboid is present. The bores 10o, 10u and the slots llo, lu out of these give the required mobility of the load cell 5 in the region of the strain sensors 9o, 9u.
Falls die Dehnungssensoren 9o, 9u wie bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel einander unmittelbar gegenüber und auf einer Achse mit den Bohrungen 10ο, lOu - 6 - PI2090 • * • · · ·«*»«» · * *····# · ·· Μ · »I» I·· liegen, ergibt sich ein mittiger Drehpunkt bei Verbiegungen und demnach kein Ungleichgewicht bei Dehnen und Stauchen.If, as in the exemplary embodiment shown, the strain sensors 9o, 9u lie directly opposite one another and on an axis with the holes 10o, 10 '' · ··················································································································································
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 are commercially available strain gauges, which 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.
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 body used is first detected in a sensor coordinate system, given a geometry of the arrangement clearly results in a force in a measuring cell coordinate system, the time course using two strain gauges in electrical Signals is converted.
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 gegebenen Koordinatensystem CS kann der Vektor durch Betrag und Richtung oder seine Koordinaten ausgedrückt werden, d. h.In 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 coordinate system CS, the vector can be expressed by magnitude and direction or its coordinates, i. H.
Fcs = F-e^Fcs = F-e ^
0)0)
Wenn keine Verwechslungsgefahr besteht, wird auf die Bezeichnung des Koordinatensystems verzichtet.If there is no likelihood of confusion, the designation of the coordinate system is omitted.
Ein Koordinatensystem in 2D ist definiert durch den Ursprung O, sowie durch ein orthonormales Paar von Basisvektoren ex und e .A coordinate system in 2D is defined by the origin O, as well as by an orthonormal pair of basis vectors ex and e.
In der hier verwendeten Modellierung werden drei Koordinatensysteme verwendet, nämlich ein Messzellen-Koordinatensystem, ein Sensor-Koordinatensystem und ein Inter d ental -Koordinatensy s tem.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.
Messzellen-Koordinatensystem:Cells coordinate system:
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 orientiert, dass die x -Achse (Einheitsrichtungsvektorex M ) in Richtung der Messzellen-Achse vom Ursprung nach rechts und die y-Achse (Einheitsrichtungsvektor e u) orthogonal dazu nach unten weist.Referring to Fig. 2, the origin OM 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 (unit-direction vector x M) points rightward from the origin in the direction of the measuring cell axis and orthogonal to the y-axis (unit-direction vector e u).
Sensor-Koordinatensystem:Sensor coordinate system:
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 (EinheitsrichtungsvektorexS) parallel zur Messzellen-Achse nach rechts und die y -Achse (Einheitsrichtungsvektor ev S) orthogonal dazu nach unten weist, I nter denta 1-Koor dinatensy stem:The origin Os of this coordinate system is located at the piercing 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 xS) points to the right parallel to the measuring cell axis and the y-axis (unit-direction vector evS) points orthogonal to it, using the 1-coordinate system:
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 O, dieses Koordinatensystems befindet sich im Durchstoßpunkt des Fadens 1 durch die Zeichenebene. Das System ist so orientiert, dass die λ-Achse (Einheitsrichtungsvektore,.,) nach links und die y-In Fig. 3, two adjacent teeth Dl, Dr can be seen, which is between the crown of the interdental space Z, which is closed down through the gums G. The origin O, 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 λ-axis (unit-direction vectors,.,) To the left and the y-
Achse (Einheitsrichtungsvektor e }) in Richtung des Zahnzwischenraumes zeigt. -8- P12090 • « • · · ·»···# · a *·**·· • * I t * » »· ···Axis (unit direction vector e}) in the direction of the interdental space shows. -8- P12090 • «· · · · · ··· # * a * · ** ·· • * I t *» »· ···
Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Die gesuchte Messgröße ist der Betrag der Einpresskraft FT(i) 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. Für die Kräfte im Messzellen-Koordinatensystem gilt unter Auswertung der Widerstandsänderungen Δ/Ϊ, und ΔR2 der beiden Dehnmessstreifen ΔRi+M2 r. =--- Λ/?. - Mt. (2)Reference is made to FIG. The desired measured variable is the amount of the press-in force FT (i) 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. The forces in the measuring cell coordinate system are evaluated by evaluating the changes in resistance Δ / Ϊ and ΔR2 of the two strain gauges ΔRi + M2 r. = --- Λ / ?. - Mt. (2)
Bei gegebener Geometrie der Messanordnung gemäß Fig. 2 besteht zwischen den Kräften im Messzellen-Koordinatensystem und jenen im Sensor-Koordinatensystem der ZusammenhangGiven the geometry of the measuring arrangement according to FIG. 2, there is the connection between the forces in the measuring cell coordinate system and those in the sensor coordinate system
f 1 j,M ' 1 h 0' h Xs" F 1 >‘,M . h L F,S_ = M-FS, (3) beziehungsweisef 1 j, M '1 h 0' h Xs " F 1 > 'M. h L F, S_ = M-FS, (3) respectively
Fs=M‘! F,Fs = M '! F,
M (4)M (4)
Die primäre Messgröße der Vorrichtung ist die während des Einpressens des Fadens 1 gemessene Kraft Fl in Richtung des Interdentalraumes Z (Fig. 3). Diese Kraft wird aus dem Kraftvektor Fs unter Berücksichtigung folgender systematischer Abweichungen bestimmt: • 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. • Während des Einpressens kann es zu Querkräften abweichend von f\ kommen, falls der Faden 1 dem geometrischen Verlauf der Kontaktfläche folgt oder der Anwender eine Querkraft ausübt.The primary measure of the device is the force Fl measured during the pressing in 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 process, lateral forces may deviate from f \ if the thread 1 follows the geometric course of the contact surface or the user exerts a lateral force.
Ausgangspunkt für die Korrektur dieser Abweichungen ist die Schätzung der aktuellen Orientierung des Fadens 1 aus den Zeitverläufen vonFs. Diese erfolgt durchThe starting point for the correction of these deviations is the estimate of the current orientation of the thread 1 from the time courses of Fs. This is done by
<p{t)= arctan V< p {t) = arctane V
(5)(5)
Systematische Abweichungen werden minimiert, indem die mittlere Orientierung φ des Fadens 1 vor dem Einpressen (t = i0) mittelsSystematic deviations are minimized by the mean orientation φ of the thread 1 before being pressed in (t = i0) by means of
(6) 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 5,s = ä(~pKs (7) gilt, wobei R(-φ) eine Rotation des Messzellen -Koordinatensystems um den Winkel -φ" darstellt. Der Zeitverlauf der Messgröße /^(/) ergibt sich - insbesondere bei P12090 * * » ·(6) is estimated. This orientation is used to determine the position of the thread 1 and thus to determine the direction of the interdental space Z, since it is assumed that without systematic deviation 5, s = ä (~ pKs (7)), where R (-φ) is a rotation of the measuring cell Coordinate system by the angle -φ ". The time course of the measured variable / ^ (/) results - in particular with P12090 * * »·
-10--10-
Auftreten der beschriebenen systematischen Abweichungen <p(t) ψ φ - aus der Projektion der Kraft Fs auf die Interdentalachse e, durch F,(l) = (e?J-Fs(,) . (8)Occurrence of the described systematic deviations <p (t) ψ φ - from the projection of the force Fs onto the interdental axis e, by F, (l) = (e? J-Fs (,). (8)
Die gesuchte Einpresskraft entspricht dem Momentanwert dieser Größe zum Einpresszeitpunkt, d. h. o) · P)The required press-in force corresponds to the instantaneous value of this size at the time of insertion, ie. H. o) · P)
Fig. 4 kann man ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Messung der Einpresskraft entnehmen. Nach einer Initialisierung der Vorrichtung (Schritt Al, „Initialisierung") erfolgt kontinuierlich die Erfassung und Schätzung des Kraftvektors F&(t) im Mess-zellen-Koordinatensystem (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.FIG. 4 shows an example flow chart for measuring the press-in force. After an initialization of the device (step Al, "initialization"), the detection and estimation of the force vector F & (t) in the measuring cell coordinate system is performed 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.
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. Für gültige Messungen wird im nächsten Schritt A7 („Schätzung der in den Interdentalraum projizierten approximalen Kontaktkraft") die Einpresskraft zum Zeitpunkt PI2090 PI2090If 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. For valid measurements, in the next step A7 ("estimation of approximal contact force projected into the interdental space"), the insertion force becomes PI2090 PI2090
-11 t ----- tly geschätzt und dem Operator mitgeteilt (Schritt A8, „Anzeige der Kontaktkraft").-11 t ----- tly estimated and communicated to the operator (step A8, "contact force display").
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.If from 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.
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 within the scope of the invention, but in this context, methods known to those skilled in the art are not discussed.
Nachstehend wir an Hand der Fig. 5 ein mögliches Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung 12, die Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet, erläutert.Below, with reference to FIG. 5, a possible block diagram of an evaluation device 12, which forms part of the device according to the invention, is explained.
Folgende Bearbeitungsblöcke (siehe Abbildung 4) werden zur Bestimmung der Einpresskraft verwendet:The following processing blocks (see Figure 4) are used to determine the press-in force:
Bl stellt einen Umsetzer dar, welcher die Umsetzung der Widerstandssignale Δ/?, (t), AR2 (t) in entsprechende Kräfte FM (t) bzw. Kraftsignale unter Berücksichtigung der Geometrie der Messzelle 5 vomimmt.Bl represents a converter, which decodes the conversion of the resistance signals Δ /,, (t), AR2 (t) into corresponding forces FM (t) or force signals taking into account the geometry of the measuring cell 5.
Im Block B2 erfolgt eine Transformation M S der Kräfte im Messzellen-Koordinatensystem in das Sensor-Koordinatensystem und in Block B3eine Projektion S -> /, 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 there is a transformation M S of the forces in the measuring cell coordinate system into the sensor coordinate system and in block B3 a projection S - > /, 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.
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 KraftvektorsFs(/).In block B4, the sensor orientation φ " 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 (/).
Im Block B6 erfolgt die Bestimmung der Einpresskraft F aus dem Zeitverlauf von 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 and the block B7 is used to assess the signal quality and the feedback, z. Eg "good", "bad" to the operator.
Das Verständnis der Erfindung wird auch durch die Darstellungen der Fig. 6 erleichtert. In Fig. 6a ist der zeitliche Verlauf des Kraftsignals /^(/) 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. In Fig. 6a, the time course of the force signal / ^ (/) 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.
Die Auswertung kann sich das plötzliche Abfallen der Kraft im Sinne einerThe evaluation can be the sudden drop of the force in the sense of a
Der Verlauf der Orientierung (Winkel φ) in Fig. 6b zeigt den Einpressvorgang kurz nach der Zeit ls und dort einen Winkel φ 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 an hand der Größe des Kraftsignals F,(/) zuverlässig erkannt und von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen werden.The course of the orientation (angle φ) in Fig. 6b shows the press-fitting shortly after the time ls and there an angle φ of about 50 °. The curves at the beginning of the measurement (up to about 0.5 s) and after the end of the measurement (from about 1.9 s) represent due to the low forces acting in principle noise and can on hand of the size of the force signal F , (/) reliably detected and excluded from further processing.
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 PI 2090 -13- " ·*·« «*»· ·«··In the device according to the invention it has also proved to be particularly advantageous that it is applicable even in the confined space in the mouth of a patient and that the fork together with the thread as a sterile and extremely PI 2090 -13- " · * · «« * »· ·« ··
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.cheaper disposable items and can be easily replaced before each new application. 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.
Wien, den 9. Mai 2011Vienna, May 9, 2011
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT511383B1 (en) | 2013-06-15 |
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