Brevet FR2986148A1 — publié le 20130802

Capteur de forces occlusales. DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un capteur de forces occlusales destiné à mesurer une force de serrage entre les dents d'un patient. TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans le domaine de l'odontologie, il peut être important pour les praticiens de connaître les forces occlusales développées par leurs patients, c'est-à-dire les forces avec lesquelles ils tendent à fermer la mandibule contre le maxillaire. L'intérêt de cette mesure est multiple : - elle peut servir d'élément de diagnostic dans la prévention du bruxisme. - elle permet au chirurgien-dentiste de définir 15 rapidement et simplement à quelle classe de forces occlusales appartient son patient dans un objectif diagnostic et curatif. - elle peut servir au dimensionnement d'éléments prothétiques classiques ou implantés chez le patient. 20 Le document US 4,856,993 propose un dispositif permettant d'établir une cartographie de la pression de serrage entre les dents d'un patient. Le principe est basé sur la modification de résistance entre deux électrodes séparées par un film en polymère. Un tel 25 capteur nécessite une électronique spécifique d'amplification et d'analyse. Il nécessite également un étalonnage du capteur à chaque changement. C'est pourquoi, en raison aussi de son coût élevé, il est réservé aujourd'hui à un usage limité aux laboratoires de 30 recherche. Le document US 2008/0096160 montre un dispositif de mesure de forces occlusales comportant deux unités de mesure destinées à chaque branche de l'arcade. Les unités de mesure sont basées sur des capteurs à jauges de déformation, mais leur constitution n'est pas détaillée. Le document DE 10 2007 024479 montre une méthode de dimensionnement de prothèses dentaires basée sur la 5 mesure de forces occlusales maximales. Un capteur comporte deux disques entre lesquels un élément sensible piézoélectrique ou piézo-résistif est inséré. Le capteur est recouvert d'une housse en matière synthétique pour faciliter la mise en oeuvre du serrage entre les dents. 10 Le document JP 57-142531 montre un capteur de forme cylindrique comportant un boîtier et un corps d'épreuve sur lequel des forces occlusales sont transmises. Les forces sont réparties par l'intermédiaire d'un anneau de matière viscoélastique sur une surface annulaire du corps 15 d'épreuve qui est maintenu Sur le boîtier par sa périphérie. L'utilisation d'une matière viscoélastique qui répartit la charge diminue la sensibilité du Corps d'épreuve et ne permet pas sa miniaturisation. OBJECTIFS DE L'INVENTION 20 L'invention vise à fournir un capteur de force pour la mesure de forces occlusales qui soit de bonne sensibilité, de petite taille pour pouvoir s'insérer entre les dents d'un patient sans décaler excessivement la position des articulations temporo-maxillaires. 25 EXPOSt. DE L'INVENTION Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient, le capteur comportant un boîtier de forme tubulaire et ayant un axe de révolution, 30 deux faces d'appui sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution et destinées à être serrées entre les dents du patient, un corps d'épreuve monté dans le boîtier entre les faces d'appui et des moyens d'application pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve, 35 caractérisé en ce que le corps d'épreuve comporte un disque, les moyens d'application comportant un piston appuyant sur une zone centrale du disque sur une première face et une couronne à la périphérie du disque sur une deuxième face à l'opposé de la première face. Un capteur de ce type peut être réalisé dans une taille suffisamment petite pour l'application souhaitée. La réalisation du corps d'épreuve sous la forme d'un disque avec l'application de la contrainte entre le centre et la périphérie permet d'obtenir une déformation du disque avec une bonne sensibilité. Le piston permet de transmettre des efforts correspondant uniquement à la direction perpendiculaire au disque, sans prendre en compte des efforts de cisaillement. Selon une disposition constructive, des jauges de déformation sont placées sur la deuxième face du disque. Les jauges ne sont pas gênées par la présence du piston. Elles sont disposées sur une surface soumise à la déformation, ce qui garantit la sensibilité. Selon une disposition particulière, le boîtier et 20 la couronne comportent une encoche par laquelle un câble passe et est relié électriquement aux jauges de déformation. La sortie du câble se situe sur la partie cylindrique qui est dégagée des faces d'appui, et donc ne gêne pas l'application des forces sur le capteur. Le 25 câble est la réunion de plusieurs conducteurs électriques, avec ou sans gaine. Selon un perfectionnement, les jauges de déformation sont réparties de manière symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de révolution et au 30 milieu de l'encoche. Les petites imperfections dans la déformation du disque susceptibles d'être causées par la présence de l'encoche sont symétriques et affectent les jauges de déformation de manière égale de chaque côté du plan. Ainsi, ces imperfections n'ont pas d'influence sur 35 la mesure. Selon une disposition constructive, le piston est guidé par une glissière centrée dans le boîtier. La direction de son action est maintenue en permanence. De manière particulière, la couronne est d'un seul tenant avec le disque et est en appui contre un chapeau 5 qui porte une première des faces d'appui. La couronne permet de maintenir un écartement entre le disque et le chapeau, de manière à loger les jauges de déformation et le câble, et à permettre la flexion du disque. Elle pourrait aussi être séparée ou d'un seul tenant avec le 10 chapeau. Le chapeau matérialise la première surface d'appui et transmet les forces en périphérie du disque grâce à la couronne. Par ailleurs, la deuxième des faces d'appui est portée par une pastille qui est en contact selon une 15 rotule avec le piston. La liaison rotule permet d'obtenir une force qui s'applique selon l'axe de révolution et une déformation contrôlée du disque. La surface de la pastille est par exemple bombée de manière à ce qu'elle se loge facilement dans un creux de la dentition du 20 patient. Selon un perfectionnement, la pastille est maintenue dans le boîtier par l'intermédiaire d'un anneau en matière souple entourant la pastille. La pastille est ainsi maintenue en place sans que sa mobilité soit 25 grandement affectée en rapport avec les forces à mesurer et les déplacements attendus du piston et de la pastille. Selon une autre caractéristique, le boîtier comporte un manche s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution. Le capteur 30 peut ainsi être placé entre les mâchoires tout en étant maintenu manuellement en place grâce au manche. De manière particulière, le manche est de forme sensiblement plate. Il comporte ainsi une référence d'orientation qui est facilement visualisée et maintenue 35 manuellement par le praticien pendant l'opération de mesure. De manière avantageuse, le câble est logé dans le manche. Il est donc protégé et n'affecte pas la tenue du capteur par le praticien. De plus, la sortie du câble est déportée en dehors de la bouche du patient. Le capteur peut comporter en outre une housse en matière souple, la housse comportant deux matelas s'étendant sur les faces d'appui respectives Le patient n'est pas gêné par un appui trop dur au contact du capteur. Il peut développer la force occlusale sans restriction, et la mesure est représentative des capacités du patient. De manière particulière, la housse est en élastomère de silicone. Cette matière a un bon comportement élastique, une bonne résistance mécanique et au déchirement, ainsi qu'une possibilité de stérilisation par traitement thermique. La housse comporte par exemple une cavité entre les matelas de forme adaptée à celle du boîtier. Le boîtier s'insère dans la cavité par une éventuelle déformation élastique et s'y maintient sans autre moyen de fixation. Elle s'enlève tout aussi facilement pour être jetée dans le cas d'un usage unique ou nettoyée. La cavité peut être fermée ou débouchante. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'un capteur de force conforme à un mode de réalisation de l'invention, équipé d'une housse ; la figure 2 est une vue en coupe du capteur de la figure 1, sans la housse ; la figure 3 est une vue des jauges de déformation qui équipent le capteur ; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne IV-IV de la figure 5 d'un boîtier et d'un manche du capteur avec un capot ; la figure 5 est une vue de dessus du boîtier et du manche de la figure 4 sans le capot ; la figure 6 est une vue en perspective de la housse de la figure 1, vue par l'avant ; la figure 7 est une vue de la housse de la figure 6 par l'arrière ; la figure 8 est une vue similaire à la figure 6 d'une deuxième mode de réalisation de la housse ; la figure 9 est un diagramme montrant la réponse du capteur sans housse soumis à une force de serrage ; la figure 10 est un diagramme similaire à la figure 10 pour un capteur avec housse selon le premier et le deuxième mode de réalisation. DESCRIPTION DETAILLÉE Un capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient est montré en particulier sur la figure 1. Le capteur comporte un boîtier 1 de forme tubulaire et ayant un axe de révolution R, un manche 2 s'étendant perpendiculairement à l'axe de révolution R et une housse 3 qui entoure le boîtier 1. Le manche 2 est de forme sensiblement plate comme une languette, selon un plan perpendiculaire à l'axe de révolution R, et a une largeur équivalente à celle du boîtier 1. Le capteur de force est destiné à être placé dans une bouche, entre les maxillaires d'un patient de telle sorte que des dents soient dans l'axe de révolution R du boîtier 1, comme si le patient allait mastiquer le capteur. La housse 3 comporte deux matelas 30 qui s'étendent le long de deux faces d'appui 11, 12 du capteur, les faces d'appui 11, 12 étant sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution R. Comme le montrent les figures 4 et 5, le manche 2 et le boîtier 1 sont réalisés d'un seul tenant. Ils sont réalisés par exemple par usinage d'un bloc métallique, par exemple en acier inoxydable. Le manche 2 comporte une 5 rainure 20 longitudinale dans laquelle un câble 4 électrique est inséré. Un capot 21 est fixé par-dessus la rainure 20 pour la fermer. A l'extrémité opposée au boîtier 1, le manche 2 comporte une cavité 22 pour loger un connecteur, non représenté, relié au câble 4. 10 En se référant à la figure 2, le capteur comporte un corps d'épreuve 13 monté dans le boîtier 1 entre les faces d'appui 11, 12 et des moyens d'application 10 pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve 13. Le corps d'épreuve 13 comporte un disque 130 15 s'étendant perpendiculairement à l'axe de révolution R. Les moyens d'application 10 comportent un piston 101 appuyant sur une zone centrale 1300 du disque 130 sur une première face 1301 et une pastille 102 qui est en contact selon une articulation rotule avec le piston 101. Le 20 piston 101 est guidé par une glissière 103 centrée dans le boîtier 1 et qui vient en appui contre la première face 1301 du corps d'épreuve 13 en périphérie du disque 130. Les moyens d'application 10 comportent en outre une couronne 104 à la périphérie du disque 130 sur une 25 deuxième face 1302 à l'opposé de la première face 1301 et qui est d'un seul tenant avec le disque 130. Les moyens d'application 10 comportent en outre un chapeau 105 qui porte une première des faces d'appui 11 et contre lequel la couronne 104 est en appui. Le chapeau 105 est emboîté 30 dans le boîtier 1 et y est maintenu par collage. Il pourrait aussi être fixé par vissage. La pastille 102 porte la deuxième face d'appui 12 du capteur. Elle est maintenue dans le boîtier 1 par l'intermédiaire d'un anneau 1020 en matière souple 35 entourant la pastille 102. L'anneau 1020 est réalisé par exemple en élastomère de silicone, en le déposant en place en phase de polymérisation. L'anneau 1020 laisse à la pastille 102 la possibilité de se déplacer selon l'axe de révolution R ou en pivotement sur le piston 101. Il réalise aussi l'étanchéité du capteur. La liaison avec le piston 101 est réalisée par un creux 1021 de forme conique dans la pastille 102 et par une forme sphérique 1010 de l'extrémité du piston 101 qui se loge dans le creux 1021. Le capteur comporte en outre des jauges de déformation 14 qui sont placées sur la deuxième face 1302 du disque 130. La deuxième face 1302 est la plus accessible pour fixer les jauges de déformation 14. Les jauges de déformation 14 transforment une déformation de surface en une variation de résistance électrique, d'une manière connue en soi. Cette variation de résistance donne accès à une mesure de la force appliquée sur le capteur. On constate une bonne linéarité entre la force et la mesure. Les jauges de déformation 14 comportent par exemple deux premiers réseaux 140, chaque premier réseau comportant une série de fils qui s'étendent radialement par rapport au disque 130, les fils étant reliés entre eux en quinconce. La série de fils forme ainsi un seul conducteur relié à ses extrémités à des plots de connexion pour les fils du câble 4. Les jauges de déformation 14 comportent en outre deux seconds réseaux 141, chaque second réseau 141 comportant une série de fils qui s'étendent en demi-cercles centrés par rapport au disque 130, les fils étant reliés entre eux en quinconce. La série de fils forme ainsi un seul conducteur relié à ses extrémités à des plots de connexion pour les fils du câble 4. Le boîtier 1 et la couronne 104 comportent une encoche 15 dans le prolongement de la rainure 20 du manche 2 et par laquelle le câble 4 passe et est relié électriquement aux jauges de déformation 14. Les réseaux 140 des jauges de déformation 14 sont répartis de manière symétrique par rapport à un plan P passant par l'axe de révolution R et au milieu de l'encoche 15, avec par exemple un premier réseau 140 et un second réseau 141 de part et d'autre du plan P. La housse 3 est réalisée en matière souple, par exemple en élastomère de silicone. Les deux matelas 30 sont reliés par deux parois latérales 31 parallèles entre elles en délimitant une cavité 33 entre elles et les matelas 30. La cavité 33 a une forme ajustée à celle du boîtier 1, de manière à épouser sa forme et à être positionnée de manière répétable sur le boîtier 1. Dans un deuxième mode de réalisation de la housse 3', montrée sur la figure 8, celle-ci comporte en outre une paroi de fond 32 qui obture la cavité 33' et qui sert ainsi de butée lors de l'introduction de la housse 3 sur le boîtier 1. Le capteur ainsi réalisé a une épaisseur totale de 7,5 mm pour un diamètre de 14 mm. Des mesures de qualification ont été réalisées. Les résultats sont illustrés par les figures 9 et 10. Des mesures ont d'abord été réalisées sur le capteur sans housse 3. Les courbes A et B de la figure 9 montrent la déformation mesurée par les jauges de déformation 14 en fonction de la force appliquée entre les faces d'appui 11, 12, la courbe A avec des pas de lON et la courbe B avec des pas de 20N. Les droites Ai et Bi montrent l'interpolation linéaire des courbes respectivement A et B et montrent une linéarité acceptable de la réponse du capteur. Sur la figure 10, des mesures ont été réalisées sur le capteur avec la housse 3 selon le premier mode de réalisation pour la courbe E, et selon le deuxième mode de réalisation pour les courbes C et D. La courbe C correspond à un chargement avec des pas de 10N et la courbe D à un chargement avec des pas de 20N Les droites Ci, Di et Ei représentent l'interpolation linéaire pour les courbes respectivement C, D et E. Ces droites montrent une bonne linéarité pour la housse 3 du premier mode de réalisation, et une linéarité acceptable avec un décalage de l'origine pour la housse 3' selon le deuxième mode de réalisation. Si on privilégie la précision des mesures, on préférera le premier mode de réalisation de la housse 3. REVENDICATIONS1. Capteur de force pour la mesure de forces occlusales d'une mâchoire d'un patient, le capteur comportant un boîtier (1) de forme tubulaire et ayant un axe de révolution (R), deux faces d'appui (11, 12) sensiblement perpendiculaires à l'axe de révolution (R) et destinées à être serrées entre les dents du patient, un corps d'épreuve (13) monté dans le boîtier (1) entre les faces d'appui (11, 12) et des moyens d'application (10) pour appliquer les forces de serrage sur le corps d'épreuve (13), caractérisé en ce que le corps d'épreuve (13) comporte un disque (130), les moyens d'application (10) comportant un piston (101) appuyant sur une zone centrale du disque (130) sur une première face (1301) et une couronne (104) à la périphérie du disque (130) sur une deuxième face (1302) à l'opposé de la première face (1301). 2. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel des jauges de déformation (14) sont placées sur la deuxième face (1302) du disque (130). 3. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le boîtier (1) et la couronne (104) comportent une encoche (15) par laquelle un câble (4) passe et est relié électriquement aux jauges de déformation (14). 4. Capteur de force selon la revendication 3, dans lequel les jauges de déformation (14) sont réparties de manière symétrique par rapport à un plan passant par l'axe de révolution (R) et au milieu de l'encoche (15). 5. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le piston (101) est guidé par une glissière (103) centrée dans le boîtier (1). 6. Capteur de force selon la revendication 1, dans 35 lequel la couronne (104) est d'un seul tenant avec le disque (130) et est en appui contre un chapeau (105) quiporte une première des faces d'appui (11). 7. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel la deuxième des faces d'appui (12) est portée par une pastille (102) qui est en contact selon une rotule avec le piston (101). 8. Capteur de force selon la revendication 7, dans lequel la pastille (102) est maintenue dans le boîtier (1) par l'intermédiaire d'un anneau (1020) en matière souple entourant la pastille (102). 9. Capteur de force selon la revendication 1, dans lequel le boîtier (1) comporte un manche (2) s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe de révolution (R). 10. Capteur de force selon la revendication 9, dans lequel le manche (2) est de forme sensiblement plate. 11. Capteur selon les revendications 3 et 9 prises en combinaison, dans lequel le câble (4) est logé dans le manche (2). 12. Capteur de force selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une housse (3) en matière souple, la housse (3) comportant deux matelas 30 s'étendant sur les faces d'appui (11, 12) respectives. 13. Capteur de force selon la revendication 12, dans lequel la housse (3) est en élastomère de silicone. 14. Capteur de force selon la revendication 12, dans lequel la housse (3) comporte une cavité (33, 33') entre les matelas (30) de forme adaptée à celle du boîtier (1).