Аппарат для моделирования и исследования сил, возникающих в процессе жевания

Полезная модель относится к медицине, а именно к стоматологии, и может использоваться для исследования стоматологических материалов, новых методик и технологий лечений дефектов твердых тканей зубов и зубных рядов.
Важной медицинской проблемой, которая несет еще и социальный характер, является восстановление анатомической формы зубов, а также возмещение дефектов зубных рядов после кариеса, осложнений кариеса и некариозных заболеваний. Существующая аномалия в зубочелюстной системе, возникшая в результате разнообразных факторов, влияет на различные функции, а именно измельчение пищи, глотание, звукообразование, дыхание. Появившаяся локально проблема может непосредственно и опосредованно влиять на организм в целом. Поэтому так важно своевременно лечить заболевания, связанные с полостью рта. Однако из-за неправильно выбранной методики, технологии лечения или конструкции выбранного протеза существует вероятность не добиться положительного эффекта. Поэтому в стоматологии создаются аппараты, которые используются для проверок материалов и конструкций.
В литературе и технике существует окклюдатор зуботехнический особоточный [RU 196559]. Он решает ряд проблем, а именно воспроизведение открывания и закрывания моделей, регулирование рамок окклюдатора по высоте, а также выполнять несколько работ на одном окклюдаторе за счет возможной смены моделей без повреждений, исключая ударные воздействия. Однако он имеет ряд недостатков, а именно: для воспроизведения движений необходимо участие человека, невозможность моделирование нагрузки и испытания материалов на прочность, отсутствие воспроизведения боковой окклюзии.
Известен аппарат для имитации работы височно-нижнечелюстного сустава и жевательных мышц [RU 188728], взятый нами за прототип. Эта полезная модель способна моделировать движения нижней челюсти. Также в аппарате предусмотрена функция воспроизведения жевательного усилия, оказываемого на модели челюстей.
Прототип имеет следующие недостатки:
1. Для открывания рта необходимо участие человека, т.к. применяемые пружины работают только на сжатие моделей.
2. Отсутствует автономность работы прототипа.
3. Использование данной полезной модели предусмотрено только в воздушной среде, при этом материалы и конструкции во рту пациента будут находиться преимущественно во влажной среде.
4. Устройство суставного механизма предполагает движение моделей челюстей, однако пространственное расположение самого суставного механизма не повторяет анатомические особенности и находится не в физиологичном положении (на уровне окклюзионной плоскости, в то время как височно-нижнечелюстной сустав находится выше окклюзионной плоскости), из-за этого воспроизводимые движения будут сильно отличаться от естественных движений нижней челюсти относительно верхней.
Техническим результатом полезной модели является аппарат для моделирования и исследования сил, возникающих в процессе жевания, который способен моделировать нагрузку на модели челюстей, физиологичное движение нижней челюсти относительно верхней.
Существенная особенность данной полезной модели заключается в том, что конструкция данного устройства допускает движение рамы нижней челюсти при помощи электрического двигателя, в результате воспроизводится открывание и закрывание рта. Также устройство способно воспроизводить латеральную окклюзию, как левую, так и правую, благодаря смещению в соответствующую сторону неравнополочных уголков, на которых закреплена нижняя челюсть.
Положение верхней челюсти относительно переднему основанию черепа может быть вариабельно. Конструкция аппарата позволяет изменять не только высоту верхней челюсти, но и различные наклоны (вращение челюсти во фронтальной и сагиттальной плоскости).
Аппарат позволяет изменять силу сжатия моделей челюстей благодаря изменению длины шатуна. Регистрацию давления осуществляют тензодатчики, которые установлены между горизонтальной площадкой, являющейся  частью корпуса, и пластиной с закрепленной верхней челюстью.
Существует возможность проводить исследования в жидкой среде благодаря емкости. Емкость находится под пластиной с закрепленной моделью верхней челюсти. При этом достигается безопасность использованием аппарата, так как электрическая часть (электрический двигатель и тензодатчики) находится сверху емкости и при повреждении последней исключается короткое замыкание и повреждение электрическим током.
Краткое описание чертежей.
Ниже настоящая полезная модель раскрыта более подробно со ссылкой на примеры осуществления, показанные на сопроводительных изображениях. На изображениях представлены:
на фиг. 1 – пример осуществления аппарата для моделирования и исследования сил, возникающих в процессе жевания, вид во фронтальной проекции;
на фиг. 2 – профильная проекция отображения устройства;
на фиг. 3 – вид в аксонометрии под углом устройства;
на фиг. 4 – отдельно изображенный неравнополочный уголок на виде в аксонометрии под углом сверху;
на фиг. 5 – изображение крепления верхней челюсти к настоящему устройству на виде в аксонометрии под углом сверху;
на фиг. 6 – изображение плиты нижней с тремя полусферическими углублениями для болтов с шаровой головкой и отверстиями для гипсовки модели верхней челюсти;
на фиг. 7 - изображение плиты верхней с тремя полусферическими углублениями и отверстиями для прохождения болтов с шаровой головкой;
на фиг. 8 – изображение сборки из плиты нижней, плиты верхней и болтов с шаровой головкой в продольном разрезе через середину болтов;
на фиг. 9 – изображение рамы нижней челюсти на виде в аксонометрии под углом сверху;
на фиг. 10 – изображение шатуна, состоящего из двух частей (верхней и нижней) и контргайки для изменения длины и фиксации в заданном положении.
Составные элементы аппарата для моделирования и исследования сил, возникающих в процессе жевания
Корпус (1)
Горизонтальная площадка (2)
Электрический двигатель (3)
Неравнополочный уголок (4)
Тензодатчик (5)
Пластина (6)
Болт с шаровой головкой (7)
Плита нижняя (8)
Плита верхняя (9)
Контргайки  (10)
Рама нижней челюсти (11)
Шатун (12)
Кривошип (13)
Емкость (14)
Стопорная шайба (15)
°
Осуществление полезной модели. В своей конструкции он имеет корпус (1) и горизонтальную площадку (2), на которых размещены сборочные единицы (фиг. 1, фиг. 2). Кверху от горизонтальной площадки (2) располагается электрический двигатель (3), который осуществляет движение рамы нижней челюсти (11) за счет кривошипа (13) и шатуна (12) (фиг. 3). Данное решение позволяет исключить работу оператора в процессе моделирования нагрузки. Выходной вал электродвигателя совершает вращательные движения в пределах 90. На нижней поверхности горизонтальной площадки (2) укрепляются своей меньшей полкой 2 неравнополочных уголка (4) (фиг. 4). На меньшей полке имеются продолговатые отверстия. Данное решение делает возможным изменять положение рамы нижней челюсти (11) в трансверзальном (боковом) направлении, что позволяет моделировать как центральное окклюзию, так и боковую (левую и правую), когда контакт между зубами-антагонистами возникает на одной стороне челюсти. На большей полке для фиксации рамы нижней челюсти (11) имеется отверстие, которое находится на уровне верхней челюсти, что является физиологичным расположением височно-нижнечелюстного сустава (фиг. 2). На нижней поверхности горизонтальной площадки (2) установлены 4 тензодатчика (5), а к ним закрепляется пластина (6). Пластина (6) имеет отверстия для прохождения неравнополочных уголков (4), шатуна (12) и отверстия с внутренней резьбой для трех болтов с шаровой головкой (7).
Изменение положения верхней челюсти стала возможна из-за специальной конструкции для фиксации модели верхней челюсти из плиты нижней (8), плиты верхней (9) и болтов с шаровой головкой (7) (фиг. 5). Плита нижняя (8) (фиг.6) имеет три полусферических углубления, в этих же проекциях на плите верхней (9) находятся три полусферических углубления с отверстиями для расположения на болтах с шаровой головкой (7) (фиг. 7, 8). К плите нижней (8) путем гипсовки будет фиксироваться модель верхней челюсти за счет отверстий. Сборка из плиты нижней (8), плиты верхней (9), болтов с шаровой головкой (7) и контргаек (10) закрепляется на пластине (6). Благодаря изменению глубины завинчивания болтов с шаровой головкой (7) появляется возможность изменять положение верхней челюсти в пространстве: одновременное закручивание болтов (7) позволяет изменять расположение по высоте модели верхней челюсти, закручивание отдельных болтов (7) позволяет наклонять модель верхней челюсти в различные стороны.
Модель нижней челюсти будет фиксироваться к раме нижней челюсти (11)  (фиг. 9) путем гипсовки. За счет стоек, которые выполнены по форме ветвей нижней челюсти, рама (11) фиксируется к большим полкам неравнополочных уголков (4). Данное решение осуществляет одну из главных задач: подвижной становится нижней челюсть, а верхняя – неподвижная. Движение нижней челюсти будет осуществляться за счет разборного шатуна (12) (фиг. 10). Разборный шатун (12) состоит из верхней и нижней частей. Верхняя часть имеет проушину для фиксации к кривошипу (13) и наружную резьбу. Нижняя часть разборного шатуна (10) имеет проушину для фиксации к раме нижней челюсти (11) и внутреннюю резьбу. Резьбовое соединение позволяет изменять длину шатуна, что дает возможность изменять нагрузку, оказываемую на модели челюстей, тем самым моделировать различное жевательное давление.
В зависимости от исследования, которое будет проводиться в аппарате, существует возможность испытывать конструкции и материалы на моделях челюстей во влажной среде за счет емкости (14), которую можно заполнить жидкостью. Емкость (14) выполнена из прозрачного материала, который позволяет вести наблюдение за процессом моделирования жевательной нагрузки без остановки аппарата и извлечение моделей из емкости (14).  Используемая жидкость может быть прозрачной, так и с добавлением красителя, который визуализирует дефекты в виде трещин и нарушения краевого прилегания испытываемых материалов.
Предложенная полезная модель решает ряд проблем, которые были в аналогах и прототипе. Ряд механизмов, применяемых в аппарате, позволяют предоставить максимально достоверные данные об исследуемых материалах, их сопротивляемость механическим воздействиям, а также конструкция аппарата предоставляет возможность создавать нагрузки, отличающиеся силой и направлением.