第一口咬合过程的力学监测装置及初步试验应用

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第一口咬合过程是人类用切齿对食物块进行切割的过程,由咀嚼系统和食物块相互作用共同完成。第一口咬合过程中力和下颌切点位移的变化不仅可以反映出咀嚼系统的工作状况同时也反映出食物块的固有力学属性对咬合过程的影响。因此第一口咬合过程的研究对于口腔医学,口腔修复学,生物力学以及食品质感学研究都有现实意义。本研究在以往的研究基础上制作并改进第一口咬合过程的自制力学监测装置,通过压缩试验测量试验材料的固有力学属性,在受试者的配合下应用监测装置测量试验材料的咬合参数,并将监测结果与试样的固有力学属性进行综合分析。本研究中的力学监测装置包括咬合力测量装置和下颌跟踪装置。咬合力测量装置的监测对象是在第一口咬合过程中切齿周围分布的空间二维咬合力。二维咬合力测量装置的传感器采用电阻应变原理设计,使用悬臂梁作为弹性元件,传感器被埋入全口义齿的下颌切齿出用于测量切齿处在咬合过程中的竖直方向和水平面内前后方向上的二维咬合力。下颌切点跟踪装置的数据采集单元为霍尔元件,霍尔阵列的分布为下颌运动轨迹描记仪(mandibular kinesiograph,MKG)式,装置的直接测量结果通过数学中解非线性方程的拟牛顿算法进行处理,得到下颌切点在监测过程中任意位置的空间三维坐标值。结果处理程序采用VB编写算法,设计相关操作界面和编写数据接口。在第一口咬合试验之前,确定试验材料以及对试验材料进行压缩试验,测定试验材料的弹性模量,压缩强度等固有属性值。初步试验需要全口义齿佩戴者(受试者)进行配合。试验中,受试者在佩戴装有咬合力传感器的全口义齿以及下颌跟踪装置的面弓的情况下对不同尺寸的试样进行第一口咬合动作,装置监测第一口过程中咬合力随时间的变化,下颌切点位移随时间的变化,并用DV对试验过程进行全程拍摄。结合第一口咬合过程的咬合参数,试样的固有力学属性以及DV拍摄情况分析咬合过程中力,位移与食品固有力学性能之间的关系。研究结果表明:第一口咬合过程的力学监测装置能够有效测量空间二维咬合力以及空间三维运动轨迹;竖直方向和水平面内水平方向的运动是相互影响,同时发生的;竖直方向咬合力与试样的物理尺寸,弹性模量,压缩强度等有关,但不是简单的线性关系;这一过程中水平面内前后位移与试样在压缩试验中最大压力对应的应变有关。
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