一种高精度激光牙齿松动位移测量仪的研制

　　1　引　　言

　　“牙动度”即自然牙或种植体在受力作用时的活动程度。目前传统牙动度的临床测量方法(通常是由医生利用牙科镊子晃动患牙来判断松动程度)缺乏客观量化标准。而牙齿松动度的量化测量对于早期的牙周病诊断,评价牙齿支持组织状况以及患牙治疗方案的设计和预后评估具有重要意义。

　　目前的牙齿松动测量仪器按检测方法区分,大致可分为两类[1]:

　　一类是直接测量牙齿的松动位移。成都电子科技大学研制的牙齿松动度位移测量仪[2]属于此类,由于病人的头部和医生手持的探头有很大的误差位移(有时这种误差在牙动位移的几个数量级之上),所以这类测量仪器在测量精度上有一定不足。同类国外精度较高的产品,如Periodontometry[3],采用口内附着式,测量时需要固定仪器及病人头位,操作繁琐,所以未能临床使用。

　　另一类是测量牙齿阻抗型。Periotest[4]牙动度自诊断系统[5]以及国内FX—1型牙动度测量仪[6]均属于此类产品,多采用扣击牙齿的方式来测量振动频率、振动幅值和衰减系数等相关数据,从而推测牙齿的松动情况。而牙动度的衡量标准——牙齿松动位移,没有得到直接的、准确的体现。而且,在探头扣击牙齿时,发生刚体的弹性碰撞现象,理论上讲,其探头的振动情况一般不是牙齿振动的准确反映,而是一种在回复力的作用下与牙齿反复碰撞的复杂过程[5]。

　　综上所述,准确测量牙齿松动位移的关键在于如何克服医生手动误差和病人的头动误差,并且在测量到牙齿松动位移的同时,还能够测得检测力的大小。本装置采用双激光位移传感器测量牙齿相对位移,理论误差为10μm,医生的手动和病人的头动不影响测量结果,从根本上解决了手动误差和头动误差问题。同时,用来晃动牙齿的探杆装有压力传感器,从而可测得检测力的大小,为医学研究和临床提供较为科学的参考数据。

　　2　测量原理

　　2.1　牙齿松动位移和造成误差原因

　　S为牙动位移牙齿松动位移是指牙齿相对牙齿长轴的松动位移。而在一定高度牙槽骨情况下,可以认为牙齿位移轴心(牙根中下1/3处)与牙槽骨以及被覆黏膜的位移为零,那么牙齿松动位移即为牙齿相对于牙槽骨的松动位移。如图1所示。

　　一般测量方法的位移传感器是由可伸缩的探头和外壳构成,其输出结果就是两者的相对位移。如图2所示。

　　在测量过程中,如果牙龈和传感器外壳相对静止,则测量结果比较可靠。但这种由于病人头动和医生手动造成的误差在实际中是不可避免的,而且数量级有时远远大于牙动位移。从信号分析角度看,这三种位移量没有明显特征,从而不容易区分、提取有用信号量。如图3所示。