APPAREIL POUR MESURER LES MOUVEMENTSRELATIFS DES MACHOIRES D'UN PATIENT
La présente invention concerne un appareil capable de mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient en vue d'établir un diagnostic de la dynamique des maxillaires. Les grandeurs mesurées peuvent être utilisées ultérieurement pour piloter un robot destiné . à reproduire les mouvements des maxillaires du patient et à rendre possible de ce fait, la réalisation de prothèses dentaires en laboratoire.
La mâchoire inférieure est principalement constituée par une ossature quasi indéformable dont les deux extrémités sont appelées les condyles. Chaque condyle est logé dans une cavité osseuse de forme complexe située à l'arrière de la mâchoire supérieure au niveau du crâne.
Les mouvements maxillaires sont des mouvements très complexes. Les dimensions des condyles et des cavités varient d'un individu à l'autre et de plus, lors de la mastication, chaque individu effectue des mouvements maxillaires qui lui sont propres. Si ces mouvements sont assez bien connus pour les limites extérieures de l'enveloppe de mouvement, ce n'est cependant pas le cas pour les déplacements situés à l'intérieur de cette enveloppe.
Actuellement, l'élaboration d'une prothèse dentaire suit un long cheminement. On prend d'abord l'empreinte de la dentition du patient, cette empreinte sert alors à un mécanicien dentiste pour façonner une prothèse, et ensuite le dentiste ajuste la prothèse sur le patient par des essais et des rectifications successifs, chaque retouche nécessitant la présence du patient.
Des techniques avancées en dentisterie visent à reproduire le mouvement relatif des maxillaires du patient à partir d'un petit robot pour simplifier les essais de la prothèse et opérer les rectifications au moyen de ce robot. Cette technique n'est cependant applicable que si l'on dispose d'un appareil capable de mesurer les mouvements maxillaires de chaque patient afin de les mémoriser pour pouvoir ensuite les reproduire.
Divers appareils sont connus pour mesurer les mouvements du maxillaire inférieur. Ces appareils sont basés sur différentes techniques : par exemple capteur capacitif, procédé électromagnétique, procédé optoélectronique. Ce procédé optoélectronique semble être une des techniques les plus performantes. Ce procédé consiste à fixer des sources lumineuses à la mâchoire inférieure et à monter des cellules photoélectriques sur la mâchoire supérieure de manière qu'elles captent les rayons lumineux envoyés par les sources lumineuses. Les variations des intensités lumineuses ainsi captées par les cellules photoélectriques sont liées aux positions des sources par rapport aux cellules photoélectriques et par conséquent aux positions de la mâchoire inférieure par rapport à la mâchoire supérieure.
Les variations des tensions électriques aux sorties des cellules photoélectriques représentent les mouvements de la mâchoire inférieure par rapport à la mâchoire supérieure.
Dans une forme de réalisation connue, trois sources lumineuses sont attachées à un arceau destiné à être collé contre les dents de la mâchoire inférieure et trois cellules photoélectriques sont fixées sur un casque destiné à être posé et serré sur la tête du patient. Ce dispositif, s'il présente l'avantage d'une pose facile sans contrainte sur la mâchoire supérieure, a l'inconvénient de ne pouvoir être fixé de façon parfaitement rigide sur la tête du patient et de ne pouvoir donc être jamais rigoureusement solidaire de la mâchoire supérieure : il risque par conséquent de se déplacer durant les mouvements de la mâchoire inférieure et de rendre les mesures imprécises.
Une autre forme de réalisation connue consiste à fixer trois cellules photoélectriques sur un arceau destiné à être collé contre les dents de la mâchoire supérieure du patient. Ce dispositif mesure directement les mouvements relatifs des deux mâchoires puisque chaque arceau est rigoureusement solidaire de la mâchoire à laquelle il est attaché. Cependant, le poids et l'encombrement des organes supportés par la mâchoire supérieure entravent dans une certaine mesure le mouvement de la mâchoire inférieure, affectant ainsi la précision et surtout l'exactitude physiologique des mesures.
Afin de pouvoir enregistrer des mouvements très faibles et les plus naturels possibles, il est nécessaire que le dispositif présente une résistance très faible aux mouvements de la mâchoire inférieure. Certes un dispositif basé sur le procédé optoélectronique est peu encombrant et évite tout contact supplémentaire entre les deux mâchoires, qui risquerait de perturber les mouvements. Il faut aussi idéalement viser à ré-duire le poids et l'encombrement des organes supportés par les deux mâchoires à des valeurs aussi faibles que possible.
Le but de la présente invention est de proposer un appareil optoélectronique dans lequel le poids et l'encombrement des organes supportés par les mâchoires sont considérablement réduits de manière à optimiser la précision des mesures effectuées sur un patient.
Conformément à l'invention, un appareil pour mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient comprend un premier arceau destiné à être attaché aux dents de la mâchoire inférieure du patient et un second arceau destiné à être attaché aux dents de la mâchoire supérieure, plusieurs générateurs de spots lumineux fixés sur le premier et sur le second arceau, un arc de référence destiné à être placé devant le visage du patient, un support pour porter l'arc de référence, et au moins un capteur de position fixé sur l'arc de référence de manière à capter les spots desdits générateurs de spot, chaque capteur de position produisant des signaux électriques représentant la position relative de l'impact du spot incident.
L'arc de référence précité est avantageusement attaché à un dispositif réglable fixé au support précité de manière à permettre de positionner le ou chaque capteur de position par rapport aux générateurs de spots.
Dans un mode d'exécution exemplaire préféré, chaque générateur de spot est constitué d'une microlentille fixée à une extrémité d'une fibre optique dont l'autre extrémité est connectée à une source lumineuse, par exemple une diode laser.
Dans un mode de réalisation avantageux, les sources lumineuses sont alimentées par au moins un générateur de signal porteur pour moduler l'intensité lumineuse des faisceaux produits par lesdites sources lumineuses.
Les signaux électriques des capteurs de position sont convertis en courants électriques. On obtient alors un ensemble de signaux dont les amplitudes représentent, à chaque instant, la position instantanée des mâchoires du patient. Après amplification et multiplexage, les signaux analogiques sont reçus dans un dispositif d'acquisition électronique qui effectue essentiellement la conversion en signaux numériques en vue d'un traitement.ayant pour but, à l'aide d'un logiciel approprié, de calculer les coordonnées spatiales absolues des impacts des faisceaux sur les capteurs et, à partir de ces coordonnées, de déterminer les caractéristiques des mouvements relatifs des mâchoires du patient.
Les avantages de l'appareil conforme à l'invention résident en ceci que l'utilisateur dispose en direct de l'évolution dans l'espace des mouvements maxillaires avec une grande précision, même pour de très faibles déplacements des maxillaires.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui suit, dans laquelle l'invention est exposée plus en détail à l'aide des dessins joints.
La figure 1 représente en perspective un mode de réalisation exemplaire de l'appareil selon l'invention. La figure 2 est une vue de côté de l'appareil représenté à la figure 1.
Les figures 3 et 4 illustrent schématiquement deux états typiques de l'appareil de la figure 1 au cours de son utilisation sur un patient.
La figure 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure des mouvements maxillaires, dans lequel est utilisé l'appareil selon la figure 1.
Se reportant aux figures 1 et 2, l'appareil selon l'invention comprend essentiellement trois organes mécaniques : un premier arceau 11 destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire inférieure ou mandibule d'un patient, un second arceau 12 destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire supérieure ou maxillaire supérieur du patient, et un arc de référence 13 servant d'organe référentiel indépendant de l'une et l'autre mâchoire-du patient. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'arc de référence 13 est attaché à un dispositif articulé porté par un casque ou serretête 14 destiné à être fixé sur la tête du patient. Le support de l'arc de référence 13 peut cependant être un dispositif différent quelconque permettant de positionner l'arc de référence 13 devant le visage du patient comme il sera expliqué plus loin.
Chacun des arceaux 11 et 12 porte plusieurs générateurs de spots lumineux à très faible divergence (par exemple, un angle de divergence de 1 degré) produisant un faisceau à rayons pratiquement parallèles. A la figure 1, l'arceau 11 porte trois générateurs de spots lumineux 15 et l'arceau 12 porte trois générateurs de spots lumineux 16. Les générateurs de spots lumineux 15 sont montés sur un arc porteur 21 fixé par des branches 23 sur le pourtour extérieur de l'arceau 11. De manière similaire les générateurs de spots 16 sont montés le long d'un arc porteur 22 fixé par des branches 24 sur le pourtour extérieur de l'arceau 12. Chacun des arcs porteurs 21 et 22 porte deux générateurs à proximité des condyles et un générateur en face des incisives.
Les générateurs de spots lumineux 15 et 16 sont par exemple constitués de microlentilles (telles que les microlentilles Selfoc de la firme NSG) montées à l'extrémité de fibres optiques 17 qui transmettent chacune un faisceau lumineux provenant d'une source lumineuse et chaque microlentille est placée dans un guide 18. Les microlentilles focalisent les faisceaux incidents et leur montage à l'intérieur des guides permettent de produire des spots lumineux directionnels très étroits .qui ne déborderont pas de la surface sensible de capteurs de position qui devront les capter comme on le verra plus loin. Le dispositif selon l'invention produit ainsi deux groupes de spots lumineux : un groupe de spots 18s liés à la position de la mâchoire supérieure du patient et un groupe de spots 18i liés à la position de la mâchoire inférieure.
L'arc de référence 13 porte plusieurs capteurs de position 19 positionnés de manière à capter les différents spots lumineux. Dans le mode de réalisation illustré, l'arc de référence 13 porte trois capteurs de position, attachés chacun sur une face d'une plaquette 25 suspendue à l'arc de référence 13. Chaque capteur est ici disposé pour capter un spot 18s solidaire de la mâchoire supérieure et un spot 18i solidaire de la mâchoire inférieure. Les capteurs sont par exemple des cellules photoélectriques à effet latéral qui permettent de capter un maximum de rayons lumineux des spots qui les illuminent. Le positionnement correct de chaque capteur de position par rapport aux générateurs de spots se fait en ajustant la position de l'arc de référence 13 au moyen d'un dispositif articulé dont un mode d'exécution exemplaire est décrit ciaprès.
L'arc de référence 13 est fixé sur une fourchette 31 solidaire d'un bras 32 coulissant dans un bloc 33. Celui-ci est monté pour pouvoir pivoter autour d'un axe vertical 34 autour duquel peut pivoter un deuxième bloc 35. Dans celui-ci passe une tige horizontale 36 dont une extrémité est logée dans un troisième bloc
37. La tige 36 peut à la fois coulisser et tourner autour de son axe longitudinal dans le bloc 35. Quant au bloc 37, il est traversé par une tige verticale coulissante et rotative 38 attachée à un quatrième bloc 39. Celui-ci est traversé par un bras localisateur coulissant 40 qui est fixé à son extrémité au dispositif de support 14, lequel en l'occurrence est un serre-tête ou un casque, par exemple. Le dispositif de support pourrait également être un dispositif monté pour ne pas être placé sur la tête du patient. Grâce au dispositif articulé, l'arc de référence 13 peut être orienté par rapport au support 14 de manière à positionner correctement les capteurs en regard des générateurs de spots lorsque les arceaux 11 et 12 desquels ils sont solidaires se trouvent attachés sur les dents d'un patient.
Il n'est évidemment pas nécessaire que le nombre de générateurs de spots soit le même sur les deux arceaux
11 et 12. D'autre part, il n'est nullement indispensa-ble que les capteurs de position soient prévus pour recevoir chacun deux spots.
Les capteurs de position sont des dispositifs bidimensionnels qui ont quatre électrodes et quatre sorties. Celles-ci produisent des signaux électriques qui permettent, grâce à un traitement approprié, de déterminer les coordonnées de la position du centre de l'impact du spot lumineux sur le capteur. Les impacts des spots sur chaque capteur varient en fonction des positions respectives et des mouvements des deux mâchoires. Cela est illustré par les figures 3 et 4 qui représentent schématiquement les organes de détection pour deux positions des arceaux 11 et 12. Comme expliqué plus haut, ces arceaux sont liés aux mâchoires d'un patient et leurs positions relatives sont donc celles des mâchoires du patient. La figure 3 illustre le cas où les mâchoires sont serrées et parallèles l'une à l'autre.
Les impacts des axes des spots sur la surface sensible des capteurs de position sont représentés symboliquement par les points repérés par les signes de référence 20. Sur la figure 3 on voit que les points 20 sur chacun des capteurs 19 sont écartés d'une distance égale. Par contre, lorsque la mâchoire inférieure est déplacée, par exemple lorsque les mâchoires sont inclinées l'une par rapport à l'autre et forment un angle entre elles comme représenté à la figure 4, on voit que l'écart entre les points 20 est différent sur chaque capteur 19. Ledit écart est plus grand sur le capteur de gauche que sur les deux autres et il est le plus petit sur le capteur de droite. Les signaux électriques produits par chaque capteur 19 en réponse au spot qui l'illumine varient donc en fonction de la position relative de ce spot.
Ces signaux permettent, par un traitement approprié, de déterminer à tout moment la position relative et le mouvement relatif de chaque maxillaire par rapport à un référentiel prédéterminé.
Les sources lumineuses connectées pour activer les fibres optiques sont avantageusement des diodes de puissance, par exemple des diodes laser émettant des faisceaux de 2 mW à une longueur d'onde de 790 nm. Les intensités lumineuses des faisceaux sont de préférence modulées par un signal porteur ayant une fréquence et une amplitude fixées notamment en fonction de la précision de mesure désirée et de la vitesse de mouvement des mâchoires. La modulation des faisceaux permet de séparer les signaux utiles du bruit éventuel et d'éliminer l'influence de l'éclairage ambiant. En pratique, pour la mesure de petits mouvements relatifs dont la vitesse ne dépasse guère 30 mm/seconde, la fréquence du signal porteur peut être choisie égale à 30 kHz.
Pour l'utilisation de l'appareil conforme à l'invention, les fibres optiques doivent être activées de manière à assurer une discrimination entre les faisceaux de chaque groupe, c'est-à-dire entre les faisceaux qui sont associés à chaque mâchoire. Par exemple, les faisceaux lumineux peuvent être modulés par une même fréquence porteuse et les fibres appartenant à un même groupe peuvent alors être activées séquentiellement. On obtient cependant le même effet de différenciation en activant toutes les fibres optiques en même temps mais en modulant alors les faisceaux à l'aide d'une porteuse différente pour chaque groupe au moins. Bien entendu, la fréquence porteuse pourrait être différente aussi pour chaque fibre d'un même groupe.
Les signaux des capteurs de position sont des signaux de courant qui, grâce à un traitement approprié, permettent de déterminer les coordonnées des points d'impact des spots qui atteignent la surface sensible de chaque capteur. La figure 5 représente un schéma synoptique du système de mesure. Dans cette figure, les signes de référence 51, 52, 53, 54 et 55 désignent respectivement un générateur de signal porteur, les sources lumineuses telles que des diodes laser, les fibres optiques, les générateurs de spots et les capteurs de position. Les éléments 53, 54 et 55 correspondent respectivement aux fibres optiques 17, aux générateurs de spot 15 et 16 et aux capteurs de position 19 dans les figures 1 et 2.
Les signaux de sortie des capteurs 55 sont convertis en signaux de tension et amplifiés dans des amplificateurs 56; à la sortie des amplificateurs on obtient un ensemble de signaux dont les amplitudes représentent à chaque instant une position instantanée des mâchoires du patient. Ces signaux sont multiplexes dans un circuit multiplexeur 57 de manière à pouvoir effectuer ensuite une détection synchrone au moyen d'un détecteur 58 unique, la détection servant à extraire le signal utile du signal reçu. A la sortie du détecteur, le signal utile est filtré et appliqué à l'entrée d'un circuit d'acquisition 59. Celui-ci consiste essentiellement en un convertisseur analogique-numérique ayant pour fonction de convertir le signal utile analogique en un signal numérique ayant un nombre de bits dépendant de la résolution et de la précision souhaitées pour l'appareil.
Un signal de mesure à douze bits est exemplaire.
Les signaux numériques sont ensuite traités dans une unité de traitement adéquate 60 dans laquelle, à l'ai-de d'un logiciel approprié, sont calculées les coordonnées spatiales absolues des impacts des faisceaux lumineux sur les capteurs de position précités et, à partir de ces coordonnées, les caractéristiques des mouvements relatifs des mâchoires du patient. L'unité de traitement est un dispositif connu en soi et le logiciel nécessaire pour commander l'unité de traitement peut être organisé aisément par un homme du métier pour effectuer les calculs requis à partir des signaux de mesure délivrés par l'appareil conforme à l'invention. L'unité de traitement peut par exemple être constituée à partir d'un ordinateur personnel doté d'un processeur, d'un coprocesseur mathématique et d'une mémoire de capacité suffisante.
L'unité peut avantageusement se compléter d'un dispositif de visualisation graphique qui permet de suivre visuellement l'évolution des mouvements maxillaires.
Le mode de réalisation de l'invention décrit dans ce qui précède est un exemple donné à titre illustratif et l'invention n'est nullement limitée à cet exemple. Toute modification, toute variante et tout agencement équivalent doivent être considérés comme compris dans le cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Appareil pour mesurer les mouvements relatifs des mâchoires d'un patient, comprenant un premier arceau
(11) destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire inférieure du patient et plusieurs premiers générateurs de spots lumineux (15) fixés le long dudit premier arceau, lequel appareil est caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
un second arceau (12) destiné à être attaché sur les dents de la mâchoire supérieure,
un arc de référence (13) destiné à être placé devant le visage du patient,
un support (14) pour porter l'arc de référence
(13).
plusieurs seconds générateurs de spots lumineux
(16) fixés le long du second arceau (12), et
au moins un capteur -de position (19) fixé sur l'arc de référence (13) de manière à capter les spots des générateurs de spot (15, 16), le ou chaque capteur de position produisant des signaux électriques représentant la position relative de l'impact du spot incident.