устройство для контроля и коррекции угловых отклонений стоматологического инструмента

Формула изобретения

1. Устройство для контроля и коррекции угловых отклонений стоматологического инструмента, содержащее стоматологический наконечник с рабочим инструментом, отличающееся тем, что на стоматологическом наконечнике закреплен лазерный излучатель с формирователем лазерного луча, причем плоскость лазерного излучения ортогональна оси симметрии стоматологического инструмента, а на равноудаленном расстоянии от излучателя и между собой размещены фотоприемники, подключенные к системе сбора и обработки данных, имеющая беспроводную связь с системой индикации, при этом лазерный излучатель закреплен на стоматологическом наконечнике с возможностью вращения в трех плоскостях.

2. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что формирователь лазерного луча выполнен в виде цилиндрической линзы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый фотоприемник имеет фоточувствительный слой, состоящий из фоточувствительных датчиков по всей длине, например фотодиодов.

4. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что перед фоточувствительным слоем фотоприемника установлен стекло-фильтр.

5. Устройство по п.5, отличающееся тем, что фотоприемник укреплен на шасси и установлен на телескопической ножке с подставкой.

6. Устройство по п.6, отличающееся тем, что количество фотоприемников должно быть не менее двух.

7. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый фоточувствительный датчик фотоприемника соединен с системой сбора и обработки данных.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система сбора и обработки данных состоит из блока сбора данных и ПК.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система индикации представляет собой видеоочки врача, например epson moverio bt-100.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к стоматологии, в частности к ортопедической стоматологии, терапевтической стоматологии, хирургической стоматологии, и направлено на препарирование опорных зубов под несъемные конструкции, подготовку челюстей под имплантационные системы, установку имплантационных систем в челюсти, препарирование твердых тканей зубов в терапевтической стоматологии, получение параллельности в зуботехнической лаборатории.

Врач стоматолог при любом положении кресла осуществляет визуальный контроль над операционным полем в ротовой полости, находясь несколько сбоку от пациента. При таком положении трудно ориентироваться как относительно средней линии лица пациента, так и следить за тем, чтобы оси обрабатываемых зубов совпадали между собой.

При постановке коронок необходимы параллельные ретенционные пункты на опорных зубах.

Современные публикации относительно препарирования зубов с использованием CEREC технологий CAD/САМ отмечают, что оптимальным углом конвергенции стенок препарированного зуба под несъемные конструкции считается угол 6°.

Клинические наблюдения и лабораторные исследования показали, что в реальных клинических условиях средний угол конвергенции препарируемых зубов составляет 20-25°.

Человеческий глаз не может, в клинической ситуации, обнаруживать различие между параллельной подготовкой и скосом линий боковых стенок культи, имеющей высоту 5-7 мм, до 10°.

Ошибка в 10° и доведение угла конвергенции препарируемых стенок зуба до 30° и более может увеличить процент опрокидывания всей конструкции несъемного мостовидного протеза или одиночной коронки.

Это приводит к многочисленным расцементировкам одиночных коронок и мостовидных несъемных протезов, вследствие чего происходят осложнения кариесного процесса.

Известно устройство для параллельного препарирования зубов, которое взято за прототип (патент РФ 2080099, МПК A61C 3/02, опубл. 27.05.1997), содержащее стоматологический наконечник с головкой для закрепления и вращения режущего инструмента, исполнительный механизм, конструктивно представляющий собой управляемый шарнир, снабженный двумя микросервомоторами. При этом управление исполнительным механизмом обеспечивается блоком управления посредством электронных логических схем сравнения.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность определения параллельных поверхностей препарирования зубов, что способствует невысокой надежности и долговечности работы мостовой конструкции протеза.

В основу изобретения поставлена задача - повысить точность определения параллельности поверхностей препарируемых зубов и вследствие этого повысить надежность и долговечность работы мостовой конструкции зубов.

Задача решается за счет того, что в устройстве для контроля и коррекции угловых отклонений стоматологического инструмента, содержащем стоматологический наконечник с рабочим инструментом, согласно изобретению, на стоматологическом наконечнике закреплен лазерный излучатель с формирователем лазерного луча, причем плоскость лазерного излучения ортогональна оси симметрии стоматологического инструмента, а на равноудаленном расстоянии от излучателя и между собой размещены фотоприемники, подключенные к системе сбора и обработки данных, имеющие беспроводную связь с системой индикации, при этом лазерный излучатель закреплен на стоматологическом наконечнике с возможностью вращения в трех плоскостях.

Кроме того, формирователь лазерного луча выполнен в виде цилиндрической линзы.

Каждый фотоприемник имеет фоточувствительный слой, состоящий из фоточувствительных датчиков по всей длине, например фотодиодов.

Перед фоточувствительным слоем фотоприемника установлен стекло-фильтр.

Каждый фотоприемник укреплен на шасси и установлен на телескопической ножке с подставкой.

Количество фотоприемником должно быть не менее двух.

Каждый фоточувствительный датчик фотоприемника соединен с системой сбора и обработки данных.

Система индикации представляет собой видеоочки, например epson moverio bt-100.

Устройство поясняется чертежами, где

На фиг.1 представлена схема устройства,

на фиг.2 представлен фотоприемник,

на фиг.3 схематично показано расположение излучателя и фотоприемников,

на фиг.4 - угловое отклонение рабочего инструмента и изменение места падения луча на фотоприемники,

на фиг.5 - информация об угловом отклонении на видеоочках.

на фиг.6 - структурная схема сбора данных.

Устройство состоит из стоматологического наконечника 1 с рабочим инструментом 2. На стоматологическом наконечнике закреплен лазерный излучатель 3 с формирователем плоского излучения 4. На равноудаленном расстоянии от излучателя 3 расположены фотоприемники 5. Каждый фотоприемник имеет фоточувствительный слой, состоящий из фоточувствительных датчиков 6 по всей длине. Фоточувствительный слой закрыт защитным стеклом-фильтром 7. Каждый фотоприемник 6 закреплен на телескопической ножке 8 с подставкой. Количество фотоприемников должно быть не менее двух. Фотоприемники подключены к системе сбора и обработки информации 9, состоящей из блока сбора данных 10 и персонального компьютера (ПК) 11. Система сбора и обработки данных имеет беспроводную связь с системой индикации 12, представляющей собой видеоочки врача, например epson moverio bt-100. Плоский лазерный луч 13. Блок сбора данных 10 считывает показания с фотоприемников 5 и состоит из последовательно соединенных: порта ввода и согласования данных 14, микроконтроллера 15 и интерфейса передачи данных на ПК 16.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный излучатель 3, укрепленный на стоматологическом наконечнике 1, формирует и излучает луч 11, который одновременно падает на фотоприемники 5. Лазерный луч 11 формируется путем прохождения через цилиндрическую стеклянную линзу 4.

Для работы всей системы необходимо выдержать одно условие: плоскость лазерного излучения должна быть строго ортогональна оси симметрии O₁ инструмента. Это достигается путем использования специального крепежа, который позволяет вращать лазерный излучатель 3 в трех плоскостях и настраивать плоскость луча под каждый конкретный инструмент на конкретном стоматологическом наконечнике. Каждый фотоприемник 5 представляет собой вертикальную стойку с фоточувствительными датчиками по всей длине 6. Устройство может быть выполнено в двух вариантах - с использованием двух фотоприемников, и трех и более фотоприемников. Так как ось О₁ инструмента 2 ортогональна плоскости лазерного луча 11, то для однозначного определения углового положения оси инструмента 2 необходимо определить положение плоскости лазерного луча в пространстве. Для того чтобы определить положение плоскости в пространстве, нужно знать хотя бы три точки, принадлежащие этой плоскости. Такими «известными точками в пространстве» будут являться засвеченные области каждого из фотоприемников 5, в месте падения на каждый фотоприемник луч 11 будет засвечивать собой малую область фоточувствительных датчиков. Информация о положении засвеченной области от каждого фотоприемника попадает на систему сбора и обработки данных 9, т.е. на видееочки врача. Исходя из полученной с фотоприемников информации, система сбора и обработки данных 9 делает вывод о текущем угловом положении плоскости луча в пространстве относительно заданного (т.е. фактически делает вывод о степени отклонения луча от заданной плоскости). Плоскость луча связанна с положением рабочего инструмента врача и не меняется в процессе работы, система приема и обработки данных 9 с фотоприемников вычисляет текущее угловое отклонение рабочего инструмента врача относительно заданного. Эта информация через блок сбора данных 10, ПК 11 и систему индикации 12 поступает врачу.

При испытаниях данного прибора были установлены два фотоприемника 5, отстоящие друг от друга на расстояние 1 метра. Одновременно с этим два фотоприемника равноудалены от излучателя 3 на расстояние 1 метра (от этих расстояний будет зависеть точность и диапазон изменения угловых отклонений устройства, чем больше эти расстояния, тем больше точность измерения и тем меньше диапазон измерений). В итоге взаимное расположение комплекса рабочий инструмент, первый фотоприемник и второй фотоприемник описывается с помощью треугольника (если все расстояния между элементами комплекса равны, как в нашем случае, треугольник получается равносторонний), где вершинами треугольника являются фотоприемники и излучатель.

При таком расположении комплекса рабочий инструмент - фотоприемники можно производить измерение углового отклонения рабочего инструмента, опираясь на изменения места падения луча на фотоприемники (фиг.4).

Случай с использованием двух фотоприемников фиг.3. Если рабочий инструмент 2 на всем протяжении работы будет оставаться в одной области (при одном и том же удалении от фотоприемников), и лазерный луч 13 на протяжении всей работы будет падать на фотоприемники 5, то все угловые отклонения рабочего инструмента во всех плоскостях (кроме плоскости перпендикулярной плоскости бора) будут изменять место падения лазерного луча на фотоприемники. По изменению засвеченной области на фотоприемнике можно судить об изменении углового положения рабочего инструмента.

Блок сбора и обработки данных 9 отслеживает, какая область и на каком фотоприемнике засвечена. Персональный компьютер полученную информацию с блока сбора и обработки данных обрабатывает следующим образом:

X₀ - нулевое (начальное) положение луча на фотоприемнике 1 (координата засвеченной области на фотоприемнике);

Y₀ -нулевое (начальное) положение луча на фотоприемнике 2 (координата засвеченной области на фотоприемнике);

Х₀+Y₀=а - нулевой (начальный) крен;

X₀-Y₀=b - нулевой (начальный) тангаж.

Во время отклонений наконечника происходит приращение значения крена и тангажа (здесь применена терминология для определения углового положения наконечника в пространстве по аналогии с той, что используется в авиации, вместо самолета просто представляется наконечник), меняется номер засвеченного кристалла на каждой ноге с начальных X₀ (Y₀ ) до новых X₁(Y₁):

_.

k₁ - величина приращения положения луча на первой ноге (количество кристаллов).

k₂ - величина приращения положения луча на второй ноге (количество кристаллов).

[(k]₁ +k₂) - приращения тангажа.

[(k]-k ₂) - приращение крена.

Результирующее значение угла отклонения крена и тангажа от нулевого положения:

Зависимость показаний угла индикатором от угла :

Предлагается в качестве системы индикации, показывающей врачу текущее отклонение рабочего инструмента, во время работы использовать прозрачные видеоочки (например epson moverio bt-100). Использование прозрачных видеоочков позволит врачу не отводя глаз от поля работы получать информацию о текущем угловом отклонении рабочего инструмента относительно заданного положения. Информация на эти видеоочки поступает с персонального компьютера (в соответствии с функциональными возможностями видеоочков).

Информацию об угловом отклонении на видеоочки предлагается передавать в следующим виде (Фиг.5).

Центр неподвижного круга является нулевой точкой 17, малый круг 18 описывает отклонение рабочего инструмента от нулевой точки, цель врача выполнять работу, выбрав такое положение рабочего инструмента, при котором центры этих кругов были совмещены. При этом отклонение рабочего инструмента от заданной оси будет минимальным. Информация поступает на видеоочки в виде креста на черном фоне, сквозь черный фон видеоочков без затруднений просматривалось поле работы для врача.

Плоский лазерный луч одновременно падает на два и более фотоприемника. При известных расстояниях между наконечником и обоими фотоприемниками, и между двумя фотоприемниками мы получаем возможность измерить угловое отклонение рабочего инструмента. Для измерения углового отклонения в первую очередь нужно задать «нулевое положение» - положение рабочего инструмента, относительно которого будет вычисляться угловое отклонение в пространстве. Угловое отклонение рабочего инструмента от «нулевого положения» будет вычисляться всякий раз, как лазерный луч попадает одновременно на два фотоприемника. В случае использования двух фотоприемников задавать нулевое положение необходимо вблизи места обточки, в этом случае накопленная в связи с отклонением от места задания нулевого положения погрешность будет достаточно мала. С увеличением расстояния от места задания «нулевого положения» до места работы будет возрастать погрешность определения отклонения углового положения рабочего инструмента пропорционально этому расстоянию. В случае использования трех фотоприемников погрешность определения углового отклонения зависеть от расстояния между местом задания «нулевого положения» и местом работы не будет.

Данное устройство позволяет врачу контролировать и измерять угловое положение инструмента во время работы, повышается точность определения параллельности поверхностей препарированных зубов, и вследствие этого повышается надежность и долговечность работы мостовой конструкции зубов.