TWI449518B - 牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統及其控制方法 - Google Patents

Description

牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統及其控制方法

本發明是有關於一種醫療檢測技術，特別是有關於一種能夠利用超音波準確測定牙科植體與齒槽骨接合面之骨整合狀態之檢測系統。

近年來，由於醫療科技日新月異，人工植牙已經成為一種很普遍的技術。人工植牙就是將金屬製的牙科植體植入顎骨內，以代替失去作用的牙根，之後需要經歷一段時間的骨整合期，使顎骨會與牙科植體慢慢的整合在一起，最後再裝上牙冠。在骨整合期間，為了能夠有效測定顎骨與牙科植體間骨整合的程度，各式各樣的檢測儀器也就應運而生。

目前有多種能夠檢測顎骨會與牙科植體骨整合狀態的檢測儀器。例如，可使用超音波振動牙科植體，再檢測牙科植體的振動程度，並接收其振動訊號，以測定其骨整合狀態。但是這種方式會對正在進行骨整合的顎骨會及牙科植體造成一定的傷害。

另一種檢測方式則是利用裝設有加速規在探針尖端的牙科探針，經由電磁式激振器激振後，以加速規接收來自牙科植體的振動訊 號，但這種方式不但會對正在進行骨整合的顎骨及牙科植體造成一定的傷害，檢測儀器的構造也相當複雜而昂貴。而其它侵入式的檢測系統也有相同的問題。

還有另一種方式是使用生醫感測材料披覆在牙科植體表面，再利用無線偵測器進行監測，並對牙科植體發射電磁波，透過生醫感測材料機電能量轉換產生電與磁的訊號，以檢測牙科植體之穩固度。但是這種方式僅能檢測牙科植體之穩固度，並無法測量顎骨及牙科植體間之骨缺損位置、嚴重程度及深度，因此其功能相當有限。

臨床上也常使用X光來進行骨整合狀態的檢測，但是X光僅能表示二維的影像，故對於醫師診斷顎骨及牙科植體骨整合程度的幫助有限。因此，如何開發出一種非侵入式的檢測系統，不會對正在進行骨整合的顎骨及牙科植體造成傷害，構造簡單，又能夠準確測定顎骨及牙科植體間之骨缺損位置、嚴重程度及深度，即為本發明所欲解決的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統及其控制方法，以解決習知技藝之檢測系統容易對顎骨及牙科植體造成傷害，構造複雜，價格昂貴及無法準確測定顎骨及牙科植體間之骨缺損位置、嚴重程度及深度等問題。

根據本發明之目的，提出一種牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統，係包含：檢測承座，係包含本體及複數個壓電換能器，複數 個壓電換能器係設置於本體周圍，且相互之間留有間隔；超音波驅動器，係驅動複數個壓電換能器發出超音波；以及訊號接收分析器，係分析複數個壓電換能器回傳之電壓時域訊號；其中，當檢測時，檢測承座被設置於牙科植體之基台上，再透過超音波驅動器驅動複數個壓電換能器產生超音波，並傳遞至牙科植體與齒槽骨之接合面，複數個壓電換能器能接收由牙科植體與齒槽骨之接合面各部位反射超音波所產生之反射波，並將反射波轉換為電壓時域訊號，再回傳至訊號接收分析器，以測定牙科植體與齒槽骨之接合面各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位。

根據本發明之目的，再提出一種牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法，係包含下列步驟：將檢測承座鎖附在牙科植體之基台上，檢測承座包含本體及複數個壓電換能器；利用超音波器驅動檢測承座上之複數個壓電換能器產生超音波，並傳遞至牙科植體與齒槽骨之接合面；透過複數個壓電換能器接收由牙科植體與齒槽骨接合面之各部位反射超音波所產生之反射波，並將反射波轉換為電壓時域訊號；經由訊號接收分析器接收電壓時域訊號，以測定牙科植體與齒槽骨之接合面各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位。

其中，各複數個壓電換能器中心軸與本體中心軸之夾角係可以自由調整，以降底超音波傳遞時產生之衰減及誤差。

其中，訊號接收分析器係可將電壓時域訊號轉換為頻域訊號，以進行分析。

其中，超音波係為橫波或縱波。

其中，複數個壓電換能器為壓電陶瓷片。

承上所述，依本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統及其控制方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統構造簡單，價格低廉，因此可以有效地降低進行人工植牙的成本。

(2)此牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統其超音波發射端及接收端均為檢測承座，因此不會對正在進行骨整合的顎骨及牙科植體造成傷害。

(3)此牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統之特殊的結構設計，可以使檢測承座上之壓電換能器接收反射波之訊號，並傳送至訊號接收分析器進行快速比對，因此能夠準確測定顎骨及牙科植體間之骨缺損位置、嚴重程度及深度。

1、2‧‧‧骨缺損檢測系統

11‧‧‧超音波驅動器

12、22、30‧‧‧檢測承座

121‧‧‧超音波

122‧‧‧電壓時域訊號

13‧‧‧訊號接收分析器

14‧‧‧齒槽骨及牙科植體之接合面

141、62‧‧‧反射波

21‧‧‧檢測儀器

211‧‧‧液晶螢幕

212‧‧‧超音波發射/接收驅動器

213‧‧‧訊號接收分析器

214‧‧‧中央處理器

215‧‧‧記憶體

216‧‧‧按鈕控制裝置

23‧‧‧個人電腦

3011、3021‧‧‧中心軸

302‧‧‧壓電片

31‧‧‧牙科植體

311‧‧‧基台

312‧‧‧植入體

32‧‧‧骨缺損

33‧‧‧齒槽骨

61‧‧‧起始脈波

S71~S74‧‧‧步驟流程

第1圖係為本發明骨缺損檢測系統之方塊圖。

第2圖係為本發明骨缺損檢測系統之第二實施例之方塊圖。

第3圖係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之檢測承座示意圖。

第4圖係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之檢測承座上視圖。

第5圖係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之實際應用示意圖。

第6圖係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之電壓訊號分析 圖。

第7圖係為本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法之流程圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，係為本發明骨缺損檢測系統之方塊圖。如圖所示，本發明之骨缺損檢測系統1包含超音波驅動器11、檢測承座12及訊號接收分析器13。檢測承座12包含本體及複數個壓電換能器。壓電換能器設置於本體之周圍，各換能器相互之間隔著一定的距離，本體之材料需與牙科植體之材料相同，一般而言，本體是使用鈦(Ti)等金屬材料製成，純鈦與人體組織之相容性很高，經常被使用在人工植牙等醫療用途。

其中，壓電換能器中心軸與本體中心軸之夾角可視實際需求而自由調整，如此則可大幅降底超音波傳遞時產生之衰減及誤差，使骨缺損檢測系統1更加的精確。壓電換能器可使用任何壓電材料製成，例如，壓電陶瓷片等。

超音波驅動器11可驅動設置於檢測承座12上之壓電換能器高速振動，並產生超音波121，並傳遞超音波121至齒槽骨及牙科植體之接合面14。由於檢測承座12本體之材料與牙科植體之材料相同，在超音波121傳遞的過程中，若本體與牙科植體之間無任何的間隙，將不會有音阻抗的現象發生，因此超音波121可以順利地傳遞至牙科植體。其中，此超音波可為橫波或縱波。

複數個壓電換能器能接收由齒槽骨及牙科植體之接合面14各部位反射超音波121所產生之反射波141，由於壓電材料具備壓電可逆性，複數個壓電換能器可將反射波141之反射音壓轉換為電壓時域訊號122，再回傳至訊號接收分析器13。此外，複數個壓電換能器之可同時或序列地發射及接收訊號，使用者可依照實際應用的情況來自由調整。

當齒槽骨及牙科植體之接合面14發生骨缺損時，由於產生骨缺損的部位具有不同的音阻抗，因此，訊號接收分析器13經由分析回傳之電壓時域訊號122即可準確測定齒槽骨及牙科植體之接合面14各部位之骨缺損深度及方位。此外，訊號接收分析器13可經由分析回傳之電壓時域訊號122之幅值，來判定骨缺損區域的大小，藉以判斷骨缺損的嚴重程度。當骨缺損程度小時，回傳之電壓時域訊號122之幅值會較大，這是因為訊號傳送所遭遇到的間隙範圍或缺損程度較小。相反的，若是骨缺損程度大時，由於訊號傳送所遭遇到的間隙阻礙較大，因此回傳之電壓時域訊號122之幅值會較為微弱。因此，訊號接收分析器13藉由分析回傳之電壓時域訊號122之幅值，即可精確判定齒槽骨及牙科植體之接合面14之骨缺損嚴重程度。在另一方面，訊號接收分析器13更可以將電壓時域訊號122轉換為頻域訊號，以進行進一步的分析。

值得一提的是，由於本發明骨缺損檢測系統1巧妙的設計，複數個壓電換能器能接收由齒槽骨及牙科植體之接合面14各部位反射超音波121所產生之反射波141，再傳換為電壓時域訊號122，並傳送至訊號接收分析器13做立即的比對及分析，因此與習知技藝之檢測系統相較，能夠更準確測定齒槽骨及牙科植體之接合面14 各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位。

請參閱第2圖，係為本發明骨缺損檢測系統之第二實施例之方塊圖。如圖所示，本發明之骨缺損檢測系統2包含檢測儀器21、檢測承座22及個人電腦23。其中，檢測儀器21包含液晶螢幕211、超音波發射/接收驅動器212、訊號接收分析器213、中央處理器214、記憶體215及按鈕控制裝置216。檢測承座22可透過各種方式與檢測儀器21連結，而在本實施例中，檢測承座22係透過訊號線與檢測儀器21連結。

使用者可以透過按鈕控制裝置216來操作檢測儀器21。中央處理器即可根據使用者輸入之指令控制超音波發射/接收驅動器212驅動檢測承座22產生超音波，並傳遞此超音波至齒槽骨及牙科植體之接合面。同樣的，設置於檢測承座22上之複數個壓電換能器能接收由齒槽骨及牙科植體之接合面各部位反射超音波所產生之反射波，並將此反射波轉換為電壓時域訊號，並傳送至檢測儀器21。

中央處理器214將此電壓時域訊號傳送至訊號接收分析器進行分析，再透過液晶螢幕211顯示，如此則可以有效地檢測牙科植體與齒槽骨之接合面之骨整合狀態。中央處理器214更可將各項檢測資料儲存於記憶體215中。同樣的，訊號接收分析器213更可以將電壓時域訊號轉換為頻域訊號，以進行進一步的分析。

個人電腦23透過USB連結線與檢測儀器21連結，更可下載儲存於記憶體215中之各項檢測資料。使用者可以透過個人電腦23，使用具有管理功能的軟體，有效地管理各受測者資料，也可藉由個 人電腦23直接控制檢測儀器21的運作。

請參閱第3圖，係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之檢測承座示意圖。如圖所示，檢測承座30係包含本體301及複數個矩形的壓電片302。在一般的情況之下，為了能夠達到較準確的測量結果，壓電片302之間的僅留存一點點間隔即可。當執行檢測時，檢測承座30被設置於牙科植體31之基台311上，植入體312則埋入齒槽骨中。複數個矩形的壓電片302之中心軸3021與本體301之中心軸3021的夾角可視情況調整，使超音波傳遞時產生之衰減及誤差能夠降到最低。

請參閱第4圖，係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之檢測承座上視圖。由第4圖中可以很明顯的看出，檢測承座30具有10個設置於本體301之周圍且大小相同的矩型壓電片302，而各個壓電片302相互之間保持有一定的間隔距離。當然，本實施例的配置僅為舉例，壓電片302及本體301的形狀、大小及壓電片之間的間隔大小可依實際應用來調整，本發明並不以此為限。

請參閱第5圖，係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之實際應用示意圖。如圖所示，當執行骨整合狀態檢測時，檢測承座30被裝置在牙科植體31之基台311上，檢測承座上設置之複數個壓電片302經由驅動而發出超音波。如圖中所示，壓電片302發出之入射波傳遞到骨缺損32，當入射波音壓接觸到空氣時，由於音阻抗的不同，超音波會反射一反射音壓，此音壓回彈至壓電片302，再轉換為電壓時域訊號。由於10個壓電片302被分別設置在不同的位置，因此可以經由分析比對由不同壓電片302回傳之電壓時域訊號，來測定齒槽骨33及植入體312接合面之骨缺損方位及 深度。另外，藉由分析回傳之電壓時域訊號之幅值，更能夠準確測定齒槽骨33及植入體312接合面之骨缺損區域的大小。當然，本實施例的配置僅為舉例，壓電片302的數量、形狀及大小可依實際應用來調整，本發明並不以此為限。

請一併參閱第5圖及第6圖，第6圖係為本發明骨缺損檢測系統之第三實施例之電壓訊號分析圖。如圖所示，當壓電片302發出之入射波傳遞到骨缺損32時，由於骨缺損32有不同的音阻抗，因此會產生如圖中所示之反射波62，起始脈波61與反射波62之時間間隔為T。因此，可得到下列的關係式：T=(2×L)/V (1)

其中，T為起始脈波與反射波之時間間隔，V為縱波或橫波之波速，L為骨缺損之深度。因此，利用這種方法，本發明之骨缺損檢測系統可以很準確的測定出齒槽骨33及植入體312接合面之骨缺損32的深度。

儘管前述在說明本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統的過程中，亦已同時說明本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法的概念，但為求清楚起見，以下仍另繪示流程圖詳細說明。

請參閱第7圖，係為本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法之流程圖。本方法係包含下列步驟：在步驟S71中，將一檢測承座鎖附在牙科植體之基台上，該檢測承座包含本體及複數個壓電換能器。

在步驟S72中，利用超音波器驅動檢測承座上之複數個壓電換能 器產生超音波，並傳遞至牙科植體與齒槽骨之接合面。

在步驟S73中，透過複數個壓電換能器接收由牙科植體與齒槽骨之接合面之各部位反射超音波所產生之反射波，並將反射波轉換為電壓時域訊號。

在步驟S74中，經由訊號接收分析器接收電壓時域訊號，以測定牙科植體與齒槽骨之接合面各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位。

本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法的詳細說明以及實施方式已於前面敘述本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統時描述過，在此為了簡略說明便不再敘述。

綜上所述，本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統構造簡單，價格低廉，因此可以有效降低進行人工植牙的成本。另外，本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統其超音波發射端及接收端均為檢測承座，因此不會對正在進行骨整合的顎骨及牙科植體造成傷害。再者，本發明之牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統有著巧妙的結構設計，可使檢測承座上之壓電換能器接收反射波之訊號，並傳送至訊號接收分析器快速比對，因此能夠準確測定顎骨及牙科植體間之骨缺損位置、嚴重程度及深度。可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精 神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧骨缺損檢測系統

11‧‧‧超音波驅動器

12‧‧‧檢測承座

121‧‧‧超音波

122‧‧‧電壓時域訊號

13‧‧‧訊號接收分析器

14‧‧‧齒槽骨及牙科植體之接合面

141‧‧‧反射波

Claims (10)

1. 一種牙科植體骨整合期之骨缺損檢測系統，係包含：一檢測承座，係包含一本體及複數個壓電換能器，該複數個壓電換能器係設置於該本體周圍，且相互之間留有間隔；一超音波驅動器，係驅動該複數個壓電換能器發出一超音波；以及一訊號接收分析器，係分析該複數個壓電換能器回傳之一電壓時域訊號；其中，當檢測時，該檢測承座被設置於一牙科植體之基台上，再透過該超音波驅動器驅動該複數個壓電換能器產生該超音波，並傳遞至一牙科植體與齒槽骨接合面，該複數個壓電換能器能接收由該牙科植體與齒槽骨接合面各部位反射該超音波所產生之一反射波，並將該反射波轉換為一電壓時域訊號，再回傳至該訊號接收分析器，以測定該牙科植體與齒槽骨接合面各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位；以及其中該檢測承座之該本體之材料與該牙科植體之材料相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之骨缺損檢測系統，其中各該複數個壓電換能器中心軸與該本體中心軸之夾角係可以自由調整，以降底該超音波傳遞時產生之衰減及誤差。
3. 如申請專利範圍第2項所述之骨缺損檢測系統，其中該訊號接收分析器係可將該電壓時域訊號轉換為一頻域訊號，以進行分析。
4. 如申請專利範圍第2項所述之骨缺損檢測系統，其中該超音波係為 橫波或縱波。
5. 如申請專利範圍第2項所述之骨缺損檢測系統，其中該複數個壓電換能器為壓電陶瓷片。
6. 一種牙科植體骨整合期之骨缺損檢測方法，係包含下列步驟：將複數個壓電換能器設置於一檢測承座之一本體周圍，且該複數個壓電換能器相互之間留有間隔；將該檢測承座鎖附在一牙科植體之基台上，其中該檢測承座之該本體之材料與該牙科植體之材料相同；利用一超音波器驅動該檢測承座上之該複數個壓電換能器產生一超音波，並傳遞至一牙科植體與齒槽骨接合面；透過該複數個壓電換能器接收由該牙科植體與齒槽骨接合面之各部位反射該超音波所產生之一反射波，並將該反射波轉換為一電壓時域訊號；經由該訊號接收分析器接收該電壓時域訊號，以測定該牙科植體與齒槽骨接合面各部位之骨缺損深度、嚴重程度及方位。
7. 如申請專利範圍第6項所述之骨缺損檢測方法，其中更包含下列步驟：調整各該複數個壓電換能器中心軸與該本體中心軸之夾角，使該超音波傳遞時產生之衰減及誤差降到最低。
8. 如申請專利範圍第7項所述之骨缺損檢測方法，其中更包含下列步驟：利用該訊號接收分析器將該電壓時域訊號轉換為一頻域訊號。
9. 如申請專利範圍第7項所述之骨缺損檢測方法，其中該超音波係為橫波或縱波。
10. 如申請專利範圍第7項所述之骨缺損檢測方法，其中該複數個壓電 換能器為壓電陶瓷片。