三維咀嚼力測量系統(tǒng)及下頜運動跟蹤裝置的研制.pdf

1、人類的咀嚼活動是由中樞神經(jīng)系統(tǒng)控制并受食品性能影響的復(fù)雜生理過程和物理過程。咀嚼時,牙齒與食物接觸所產(chǎn)生的力通過牙根傳至頜骨,除了能刺激兒童頜骨的正常發(fā)育外,也能增進成人牙周組織的健康,減緩老人的牙齒松動及頜骨萎縮。所以,咀嚼力(或咬合力)的大小、方向及分布常常作為描述人類咀嚼功能的重要標志,而這種基于食物變形、斷裂和研碎時所產(chǎn)生的隨時空變化的力學信息通過人體感覺器官的感知并經(jīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)集成后反過來又會成為人們對食品質(zhì)感性能的主觀評判

2、。弄清人體器官與食品之間相互作用特別是咀嚼力、下頜運動模式和食物性能之間的相互關(guān)系不僅對于牙齒健康水平的評價、牙齒保健(包括牙齒矯正)、咀嚼功能恢復(fù)、口腔生理及人類感官感知機制研究具有十分重要的意義,而且也可為義齒結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造、義齒材料的研究和開發(fā)、食品品質(zhì)評估和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供詳實可靠的科學基礎(chǔ)。因此,測量和分析咀嚼力及下頜(或牙齒)運動模式既是了解口頜系統(tǒng)生理功能、評價人類咀嚼能力、弄清食品質(zhì)感性能感官感知機制的客觀需要,也是

3、口腔生理學、口腔病理學、咀嚼生物力學、食品質(zhì)感學等與咀嚼肌及顳下頜關(guān)節(jié)有關(guān)的臨床診斷及科學研究中不可或缺的技術(shù)手段。
　　 根據(jù)研究內(nèi)容,本文主要由以下兩部分組成:
　　 1.三維咀嚼力測量系統(tǒng)的研制與開發(fā)
　　 由于咀嚼力在牙齒咀嚼效率評估、內(nèi)植假體失效和牙合紊亂疾病的生物力學因素分析以及食品質(zhì)感性能本質(zhì)研究等過程中特有的價值,自上世紀六十年代以來咀嚼力的測量和分析一直是口腔醫(yī)學、牙科學及食品質(zhì)感學等相關(guān)研究領(lǐng)

4、域的關(guān)鍵組成部分。盡管有許多測定咀嚼力或咬合力的方法,但大部分僅涉及到垂直于頜面方向單向力的測量。事實上,當下頜橫向運動或者下頜縱向運動但上、下齒尖端的傾斜部位相互接觸時,食物必定受到水平力的作用。大量研究發(fā)現(xiàn),食物對牙齒的水平反作用力有可能是造成牙周結(jié)構(gòu)破壞和各種種植體失效的主要因素,對食品質(zhì)感性能的評估也會產(chǎn)生較大的影響。為了精確地測量和監(jiān)測人類咀嚼過程中咀嚼力的變化,我們采用具有獨特設(shè)計的梁式三維力傳感器和國內(nèi)牙病患者常佩帶的全口

5、義齒研制與開發(fā)了一套三維咀嚼力測量系統(tǒng)。本文介紹該測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、試驗驗證以及基于電阻應(yīng)變片的梁式三維力傳感器的設(shè)計與標定原理。結(jié)果表明,利用梁式三維力傳感器和全口義齒研制的三維咀嚼力測量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)可靠、成本低廉、重復(fù)性好等優(yōu)點,可以滿足不同學科對三維咀嚼力測量與分析的需要。
　　 2.下頜運動跟蹤裝置的研制與開發(fā)
　　 同咀嚼力一樣,測量和分析下頜的三維運動軌跡也是咀嚼生物力學、口腔生理學、食品質(zhì)感

6、學等研究領(lǐng)域最基本的研究方法之一。在國外設(shè)備普遍昂貴而國內(nèi)尚無廠家可生產(chǎn)類似的產(chǎn)品,因此我們在參照國外同類儀器的基礎(chǔ)上,研制與開發(fā)了一種由霍爾傳感器、固定面架、自由運動磁鋼和相應(yīng)的放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路組成的磁性下頜運動跟蹤裝置。其工作原理是,當固定在下頜中心切齒上的磁鋼隨下頜運動時,由于其到固定面架上各個霍爾傳感器間的距離發(fā)生變化,則霍爾傳感器周圍的磁場強度發(fā)生變化,相應(yīng)地霍爾傳感器的輸出電壓也將發(fā)生變化。根據(jù)磁場強度隨距離變化的規(guī)