设计用于测量并通过无线接口发送读数数据的电子扭矩仪以及包括所述扭矩仪的系统的制作方法

1.本发明属于牙科和医学领域，特别涉及植入物、刚性内固定系统和其他医疗设备，更确切地说涉及植入物和牙科或矫形假体。
2.本发明然后描述了一种牙科或医疗扭矩扳手是数字电子的，用于牙科或医疗的植入物或假体放置手术。它的目标是实时准确地呈现扭矩数据，以便生成一系列存档数据，供专家更好地分析，并避免或减少由于不正确的扭矩应用而导致的植入物和假体损失的发生率。本发明还涉及一种系统，包括所述扭矩扳手和用于记录、处理和分析所获取的数据的控制台。


背景技术：

3.在牙科植入物或假体部件的最终安装过程中施加的扭矩的精度是一个关键的外科手术步骤，它要求外科医生的灵敏度和灵巧性。在植入学领域中，弯机头作为安装仪器的使用是众所周知的，因为它们具有耦接到电机的旋转设备，这使得施加的扭矩具有机械精度。然而，使用钥匙或棘轮的手动安装也有其支持者和捍卫其优势的专业人士。
4.在目前的市场上，只有具有速度降低的弯机头允许植入物/部件以不受机械故障影响的扭矩插入。尽管电机通常提供传递到植入物的扭矩的准确读数，但如果弯机头不能足够快地降低速度，电机上标示的扭矩将不能有效地被传达。
5.另一方面，现有的手动安装仪器允许根据用户的判断手动控制所有步骤。然而，当完全依赖于外科医生的视觉测量时，即使当合格并有经验的专业人员使用该仪器时，不精确的扭矩可能会反复出现。
6.此外，目前，市场上有两种类型的扭矩扳手可用于这里描述的目的：手术扭矩扳手和假体扭矩扳手。
7.顾名思义，手术扭矩扳手适用于在将医疗设备插入手术部位的过程期间使用。其目的是保证在手术中施加扭矩的精度，以保持假体或植入物，并确保其理想的放置。
8.另一方面，假体扭矩扳手适用于将临时或最终的假体固定在植入物上。
9.在市场上更常见的是机械扭矩扳手，它们的测量精度较低，而且不允许将生成的/测量的数据存档。
10.我们在下面突出了一些涉及该主题的现有技术的教导：
11.专利文献br 11 2015 012031 8描述了用于驱动紧固件的扭矩扳手(扭矩扳手)。开关包括设置在与开关主体适配的外壳中的电子单元，电子单元能够检测和测量由开关施加到紧固件上的扭矩，并向用户提供扭矩水平输出。数据存储在设备中，而不经由无线接口发送到另一设备。它不适合于这里提出的目的。
12.另一方面，文献br 10 2018 010649 0描述了一种用于牙科植入物放置手术和/或在牙科植入物上放置假体的数字电子牙科扭矩扳手，其部件允许减少由于应用不适当的扭矩而导致的植入物和假体部件丢失的发生率，并且在电子文件中记录包含在扭矩扳手使用
期间施加的扭矩值，增加了种植牙领域中的外科和修复过程的可预测性和可追溯性。它是数字电子扭矩扳手，存储从测量中获取的数字数据。然而，数据存储在设备中，而不经由无线接口发送到另一设备。此外，还必须将电子电路移除，以进行高压灭菌。
13.文献br 0114546-0描述了用于通过检查用户口腔的一部分向用户提供牙科诊断和/或牙科用具的装置、系统和方法。用户还可以通过将尺子或其他测量设备放置在他们的嘴巴附近来拍摄他们嘴巴的图像。然后可以将图像传输到个人和/或中央处理单元以用于诊断。但是，它不适用于扭矩测量。
14.文献us 9,168,418描述了一种便携式物理治疗/康复/锻炼设备，用于评估患者的病情并评估和跟踪患者随时间的进展。在每种模式下的练习期间，所有关于力(压缩、张力、扭矩等)的数据与其他类型的定量和定性数据一起存储在设备中。存储的数据可上传到因特网或外部计算机系统，以便以后进行分析。它没有专门处理牙科应用的扭矩测量。
15.另一方面，文献de 19820640描述了指示输入到计算机的最大允许负载的设备。从实际处理中确定部分负载值，并添加到从先前处理中获取的特定条件的总负载值上。最大允许负载与更新的总负载进行比较。如果整个负荷量达到或超过允许负荷，则发出改变信号。负载量由转数、扭矩和牙科治疗的持续时间决定。
16.文献wo 03/092526涉及一种医疗设备，包括踏板操作的控制单元和被设计用于医疗器械的机头，所述机头适于通过每个踏板的所述致动控制单元来控制。所述部分包括监控设备，用于控制数据以操作医疗器械，所述数据可在信息系统中处理，信息系统安装在由踏板操作的控制单元中，并与所述机头进行数据交换。因此，它是一种存储数据并在设备本身中以数字方式处理数据的设备。
17.文献cn 204698716描述了一种手动牙科设备，包括按钮调节和手机主机，该按钮调节设备的传输线端连接到移动主体部分，该按钮调节设备通过在按钮上预先设置限制值来设有功率限制超限机构。如果该值达到最大值，则按钮调节设备与手机的主体部分之间的扭矩传递出现断裂。
18.另一方面，文献kr 20110074949涉及一种用于集成式牙植入物的稳定性的测量设备，以防止植入物的螺钉的一部分被损坏并获取准确数据。在该装置中，扭矩扳手用于连接内螺钉的连接件和换能器。移动的胶片相机在控制盒中确认屏幕的位置。使用距离传感器和角度传感器，叩诊杆体的一部分容易地接近换能器。叩诊杆以恒定的功率撞击换能器本体。
19.文献br 1102343提到了一种数字牙科扭矩扳手，它将一个电子系统集成到机械设备的结构中，使得其能够测量项目中所确定的扭矩力，允许最大程度的紧固，而不存在损坏材料的风险，此外还可以预测手术期间数据存储的可能性。没有提到通过无线接口发送数据。
20.文献ep 2 055 434描述了一种由抗生素材料制成的螺丝刀。该螺丝刀包括与各种形状的螺丝头相对应的鼻刀片和由金属丝或树脂丝制成的绳状轴，该绳状轴具有足够的柔韧性、柔软性和恢复性能。旋转计或数字扭矩显示设备设置在轴的开口端。本发明还包括显示器，该显示器包括设置在手柄本体上的紧固扭矩传感器和轴，该轴包括信号导体，该信号导体包括用于传输来自传感器紧固扭矩的信号的弦形轴或弦形部分，其中，扭矩显示部分具有与绳状轴和手柄本体的旋转轴同心的圆形，或者扭矩显示部分具有与绳状轴和手柄本
体的旋转轴同心地设置在外壳上的显示设备，并且在相对盒的一侧上的小横截面中通过光、声音或数字显示指示紧固扭矩，该相对盒在具有连接到轴的扭矩的屏幕的一部分的旁边。
21.文献us 8,021,151描述了一种手术设备，包括配备有用于驱动工具的旋转电机和用于确定电机的至少一个操作参数的至少一个传感器的手动仪器。该设备还包括电子发动机伺服控制模块和将仪器电连接到电子模块的柔性连接。该仪器包括数字电子电路，用于处理传感器输出信号，并通过柔性连接将信号传输到电子模块。
22.以及文献us 7,002,469描述了一种远程显示单元，用于显示远程生成的数据，而不要求医生将他的头部从医生关注的对象移开。它是一种用于向用户传送牙科数据的方法，包括提供远程显示单元，该远程显示单元包括连接到锁的外壳和用于向用户传送牙科数据的显示器，使得用户同时查看牙科数据和牙科过程的对象；以及将外壳保持在用户视野内的对象附近，以将牙科数据传送给仍然在远程显示单元上接收携带牙科数据的控制信号的用户。
23.因此，在现有技术中没有与本发明中提出的解决方案等效的方案，该解决方案结合了技术差异、实用性、经济优势、安全性和可靠性。


技术实现要素：

24.本发明的目的
25.为了供应市场上缺乏的高精度扭矩仪器，本发明旨在开发一种经由无线技术具有信号发射的电子扭矩扳手，允许在植入物/螺钉或其他相关医疗领域产品的手动插入期间实时主动测量扭矩。
26.因此，本发明的目的是提供一种经由无线接口向外部设备发送数据的数字电子扭矩扳手。
27.本发明的另一个目的是提供一种数字电子扭矩扳手，可用于假体植入物和其他医疗设备，这些设备为了其适当的性能和其预期用途而需要施加扭矩。
28.本发明的另一个目的是提供一种数字电子扭矩扳手，包括小型化部件，使得该设备除了特定的嵌入式软件之外还具有供用户使用的理想尺寸。
29.本发明的另一个目的是提供一种提供高精度扭矩测量的数字电子扭矩扳手。
30.本发明的另一个目的是提供一种数字式电子扭矩扳手，可以在标准的高压灭菌处理中消毒，而不需要拆卸和移除其电子部件。
31.本发明的另一个目的是提供一种用于临床应用的设备，除了修复过程之外，还包括牙科、颅颌面和矫形外科手术。
32.本发明的另一个目的是提供一种数字电子扭矩扳手，生成并发送数据序列，数据序列可以在诸如计算机、膝上型计算机、移动电话、可穿戴设备和具有无线接口的其他电子设备的外部设备中进行分析和处理。
33.本发明的内容
34.本发明通过一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手来实现这些和其他目的，包括：
[0035]-上部，包括头插座和棘轮机构；
[0036]-下部；
[0037]-中央部分，包括传感器、rf天线、rf发射器、电路板、微处理器电路，所有这些电子部件都耐高温并密封在所述中央部分(还包括覆盖被焊接的整个所述部分的窗口)中，
[0038]
其中，扭矩数据被读取并发送到外部控制台进行记录、处理和分析。
[0039]
本发明通过特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手实现这些和其他目的，该扳手包括中央部分，包括焊接到rf发射器(8)和天线(3)上的窗口，窗口由允许rf辐射通过的材料制成。
[0040]
此外，本发明通过特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手实现这些和其他目的，该扳手包括中央部分，中央部分包括电子部件，电子部件为传感器、rf天线、rf发射器、电路板、微处理器电路，都是耐高温并密封在所述中央部分(还包括覆盖被焊接的整个所述部分的窗口)中。
[0041]
此外，本发明通过一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手来实现这些和其他目的，包括：
[0042]-中央部分，包括电子部件，电子部件耐高温并密封在所述中央部分(还包括覆盖被焊接的整个所述部分的窗口)中，
[0043]
经受与诸如高压灭菌处理的灭菌过程相关联的温度和压力，拆卸针对这种过程的中央部分。
[0044]
此外，本发明通过一种特别用于牙科和/或医疗过程的系统来实现这些和其他目的，该系统包括：
[0045]-如上定义的扭矩扳手；
[0046]-具有嵌入式软件的控制台；
[0047]-固定到所述扭矩扳手上的棘轮；
[0048]
通过使用扭矩扳手获取的所有数据都被发送到控制台进行记录、处理和分析。
附图说明
[0049]
将基于这里所附的附图来描述本发明，示出：
[0050]
图1示出了本发明的扭矩扳手对象的优选实施例的物理布局；
[0051]
图2示出了本发明的扭矩扳手对象的结构；
[0052]
图3示出了通过本发明的扭矩扳手获取的电子数据的处理流程。
具体实施方式
[0053]
本发明涉及一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手，包括：
[0054]-上部，包括头插座和棘轮机构；
[0055]-下部；
[0056]-中央部分，包括传感器、rf天线、rf发射器、电路板、微处理器电路的，所有这些电子部件都耐高温并密封在所述中央部分(还包括覆盖被焊接的整个所述部分的窗口)中，扭矩数据被读取并发送到外部控制台进行记录、处理和分析。本发明还涉及一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手，包括中央部分，中央部分包括焊接到rf发射器和天线上的窗口，该窗口由允许rf辐射通过的材料制成。
[0057]
本发明还涉及一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手，包括中央部分，中央部分包括电子部件(为传感器、rf天线、rf发射器、电路板、微处理器电路)，它们都耐高温并密封在所述中央部分(还包括覆盖被焊接的整个所述部分的窗口)中。
[0058]
本发明还涉及一种特别用于牙科和/或医疗设备的电子扭矩扳手，包括：
[0059]-中央部分，包括电子部件，电子部件耐高温并密封在所述中央部分中，中央部分还包括覆盖焊接的整个所述部分的窗口，经受与诸如高压灭菌处理的灭菌过程相关联的温度和压力，而不拆卸针对这种过程的中央部分。
[0060]
本发明还涉及一种特别用于牙科和/或医疗过程的系统，该系统包括：
[0061]-如本文所述的扭矩扳手；
[0062]-具有嵌入式软件的控制台；
[0063]-固定到所述扭矩扳手上的棘轮；
[0064]
通过使用扭矩扳手获取的所有数据都被发送到控制台进行记录、处理和分析。
[0065]
本发明的电子扭矩扳手被开发成特别用于牙科和/或医疗设备，例如植入物、假体和刚性固定系统。值得注意的是，所述扭矩扳手传递由操作者施加到棘轮2的扭矩，将促进植入物的固定或放置或假体螺钉的紧固。
[0066]
本发明的扭矩扳手对象优选地适用于：
[0067]
种植学、牙周学、颅颌面：安装牙植入物、假体部件和内固定用钢板和螺钉系统；
[0068]
骨科：除了一般的骨科假体之外，还安装内固定钢板和螺钉系统。
[0069]
本发明涉及一种数字式电子扭矩扳手，包括三个部分：上部、中央部分和下部。这些部分是连续的并且构成本发明的扭矩扳手对象，具有优选的基本圆柱形状并且其纵轴比其横截面的直径大得多。这些部分被金属或聚合体10(促进所述扭矩扳手的外部精加工)依次连接和包围。
[0070]
在本发明的优选实施例中，扭矩扳手具有以下尺寸：114毫米
×
10毫米
×
7毫米。这些数据显示了它的尺寸是如何理想地用于操作者，如外科医生。特别是由于该设备中存在的电子部件的小型化，达到了这些比例。
[0071]
值得注意的是，本发明的扭矩扳手对象由耐湿热灭菌(例如高压灭菌器或高压灭菌操作)的材料制成。
[0072]
优选地，本发明的扭矩扳手由钛及其合金或其它医用级金属如医用级不锈钢制成，并进一步包括位于其中央部分的窗口(或取景器)，中央部分由允许rf辐射通过的材料制成。这个窗口允许集成一个无线传输系统。
[0073]
本发明的数字电子扭矩扳手或牙科/医疗扭矩扳手是允许在外科医生固定牙科/医疗植入物和螺钉时主动实时测量扭矩的设备。扭矩读数是为定制界面设计的，最好是诸如智能手机或平板电脑的移动设备。
[0074]
在本发明的扭矩扳手中，小型化的内部传感器将检测施加到扭矩扳手上部的扭矩。从这些传感器得到的信号被放大并送入基于数据采集系统的微控制器。然后，获取的数据被投射到自定义接口设备上，如智能手机或平板电脑，只要它们在信号范围内即可。读取生成的数据可以立即向操作者提供反馈，允许操作者监控驱动过程，且如果需要，甚至可以在预先设置的水平上停止。该系统还具有可湿热灭菌的优点，确保了安全重复使用。该设备也可适用于其他相关医学领域的外科手术。
[0075]
数据读数向操作者提供数据，允许他监控驱动过程，并在需要时在预定义的水平上停止。该系统不比现有的机械等效装置大，可以在标准的高压灭菌处理中消毒。在本发明的扭矩扳手内部有小型化传感器，用于检测施加到所述扭矩扳手头部的扭矩。
[0076]
从这些传感器得到的信号被放大并送入基于数据采集系统的微控制器。采集的数据被无线传输到附近的监控设备。
[0077]
从图1中可以看出，在它的上部有连接到棘轮机构2的头插座1。
[0078]
在本发明的扭矩扳手对象的下部(与上部相对)设置有电池仓5和位于所述扭矩扳手的下端以接近仓5以便更换电池的盖6。盖6可以是旋入的或过盈适配的。
[0079]
在本发明的扭矩扳手的中央部分中，除了rf天线3(是将射频转换成交流电流的电气设备)之外，还有传感器腔9和rf发射器8(是用于发射和/或接收信号的小型电子设备)。rf天线3辐射在发射器8中生成并通过传输线馈送到天线的射频能量。它除了抑制在不期望的方向上的辐射外，还将能量引导到期望的方向。因此，由位于腔9中的传感器执行的扭矩测量的读数由发射器8通过天线3发射。
[0080]
在优选实施例中，传感器9形成补偿热漂移的桥配置。
[0081]
此外，在中央部分中，有印刷电路板4和微处理器电路7，它们将工作并转换要发送到优选的移动设备的读取数据。本发明的优点之一是不需要拆卸设备来通过高压灭菌进行灭菌处理。
[0082]
这一事实是可能的，因为电子部件被密封在一个仓内，所有都被选择为耐高温。此外，电子部件不会暴露在来自高压灭菌室的湿气中。医用级环氧材料和密封剂可以承受高压灭菌过程中使用的温度。激光焊接也被用来密封传感器组件。
[0083]
值得注意的是，这种技术的灵感来自航空航天和汽车应用，这些应用使用类似的组件，可以承受高温和潮湿的暴露。此外，在优选实施例中，使用能够承受这些温度的特殊电池。
[0084]
然而，在优选实施例中，本发明的扭矩扳手对象包括设计成能够经受反复暴露于高压灭菌消毒环境的电子电路。
[0085]
在本发明中，电子部件是矩阵半导体(管芯半导体)，这意味着硅直接安装在印刷电路板(pcb)4上。使用了电阻器和无源电容器(未示出)，这是可用的最小的部件。pcb 4板采用瑞士和德国现有的最先进的光刻技术制造，并通过激光打孔实现小型化。还使用了提供最高水平pcb集成的盲埋通路技术。因此，可以提供使本发明的扭矩扳手在整个制造过程中便携、轻便、实用、可重复并且具有高可靠性的最先进的电子部件。
[0086]
此外，在本发明的优选实施例中，本发明的扭矩扳手包括通知如何直接读取连接状态信息的彩色发光二极管或显示面板，以及给出反馈和/或信息状态的声音换能器。
[0087]
此外，还使用特殊的粘接机构将透明窗口附接到中央部分。
[0088]
在优选实施例中，本发明的扭矩扳手还包括优选地插入其中央部分的存储器。该存储器用于记录和存储本发明装置测量的数据。
[0089]
此外，所述装置可以包括呈现包括连接状态的读取信息的多色led或显示面板，以及提供连接或读取信息的声音换能器。
[0090]
图2示出了存在于本发明的设备对象中的电子部件的操作。从上述图中可以看出，在本发明的扭矩扳手的中央部分中，有热补偿桥传感器21，接收与扭矩测量有关的信号，连
接到放大器22a，放大器22a又连接到滤波器和信号调节电路22b，信号调节电路22b连接到微处理器23，微处理器23将信号带到rf发射器24，将数据转发到天线25。因此，该信号通过无线接口发送到诸如计算机、膝上型计算机、平板电脑、智能手机、可穿戴设备等互联网设备上安装的应用程序或软件。
[0091]
本发明的扭矩扳手的操作和性能
[0092]
本发明的扭矩扳手优选地根据以下步骤使用：
[0093]
a)当开始需要具有扭矩应用的医疗设备的外科手术时，基于对骨健康和密度的评估，操作者(外科医生)将输入要施加到患者骨结构的定义的扭矩值和最大扭矩值；
[0094]
b)外科医生将校准设备；
[0095]
c)在手术过程中，收集钥匙并在钥匙与主机设备之间自动建立通信链路；
[0096]
d)植入物旋入到位，扭矩扳手向外科医生提供实时扭矩数据；
[0097]
e)当达到目标和极限时，触发指示器和警报；
[0098]
f)数据通过无线接口立即自动发送到安装在诸如计算机、膝上型计算机、智能手机、平板电脑等设备上的应用程序，然后进行记录，用于进行分析、治疗、建立患者或治疗历史等；
[0099]
g)手术后，移除电池盖6和电池5设备。钥匙和盖6被送去灭菌。
[0100]
在本发明的优选实施例中，扭矩扳手能够以十进制精度(0.1n.cm)测量范围在0到100n.cm之间的扭矩。
[0101]
用于处理由本发明的扭矩扳手读取的数据的嵌入控制台中的软件的操作
[0102]
在使用所述扭矩扳手中的代码将控制台链接到本发明的扭矩扳手后，数据被传输到网关并开始操作。如果扭矩扳手和网关之间的链接丢失，警报就会响起。扭矩扳手上呈现的颜色指示器持续地指示链接状态信息和其他可以编程到设备中的提示。在本发明的优选实施例中，例如，低电池被显示为闪烁的红灯。
[0103]
数据在扭矩扳手处加密，然后在网关处解密。然后可以将其上传到多个显示平台。在另一种模式中，网关可以是平板设备。
[0104]
从读数中获取和处理数据
[0105]
由存在于本发明扭矩扳手中的传感器读取的数据根据图3所示的以下步骤进行处理：
[0106]
(i)来自传感器的数据被放大；
[0107]
(ii)数据通过滤波器；
[0108]
(iii)然后在模数转换器中对信号数字化；
[0109]
(iv)信号被校正缩放以用于校准并在微处理器中加密；
[0110]
(v)信号流被馈入ble模块；
[0111]
(vi)通过天线发射信号；
[0112]
(vii)信号通过空气波；
[0113]
(viii)通过网关天线接收信号；
[0114]
(ix)信号被馈入网关；
[0115]
(x)以图形格式解释信号，以便在监视器上显示；
[0116]
在优选实施例中，按照以下步骤获取和处理数据：
[0117]-传感器数据是电压变化的形式。这些变化被仪表放大器放大；
[0118]-然后使用低压前置滤波器的4阶带通滤波器(在进入adc或模数转换器之前消除噪声)对数据进行滤波；
[0119]-一旦数字化，数据点被缩放，并使用一种算法，使用校准表将电压映射到扭矩；
[0120]-本质上，施加的扭矩越大，传感器之间测量的电压差就越大；
[0121]-一旦转换成扭矩，数据通过微控制器和ble模块之间的串行链路发送到低功耗蓝牙模块；
[0122]-射频链路然后将数据传送到由ble接收模块和小型计算机组成的网关模块；
[0123]-此网关将数据重新分配给监视器或在配备有显示器的网关上显示；
[0124]-在优选实施例中，可以使用平板电脑；
[0125]-数据在gui(通用用户界面)中以扭矩数据或变体表示(例如，颜色方案)的形式呈现给主治医生或牙医。
[0126]
与现有技术相比，本发明具有许多技术和经济优势，其中一些如下所示：
[0127]-它是电子扭矩扳手，可在牙科及医疗植入手术中进行准确的扭矩测量，避免或减少因施加不正确的扭矩而造成的植入物及假体部件的损失；
[0128]-能够将通过无线接口收集的数据发送到移动设备，优选的，诸如智能手机和平板电脑，以便在为此目的的软件和/或应用程序中处理和分析这些数据。因此，记录的数据生成了对操作者非常有用的历史记录；
[0129]-它是一种测量扭矩的设备，并通过无线接口将所述测量结果发送到控制台或设备，如智能手机或平板电脑，以进行精确和定量的手动调整；
[0130]-包括抗极端环境的小型化电子电路，例如：防震、防极端温度、防水等；
[0131]-它是轻便的设备，理想的尺寸并易于使用；
[0132]-本发明的扭矩扳手生产成本低，易于组装和操作。电池消耗仍然很低。
[0133]
在描述了本发明的优选实施例的示例之后，应当理解，本发明的范围包括所描述的发明概念的其他可能的变化，仅受所附权利要求的内容的限制，包括其中的可能的等效。