DE2452578A1

DE2452578A1 - Anordnung zum untersuchen des menschlichen zahnhalteapparates

Info

Publication number: DE2452578A1
Application number: DE19742452578
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dr Phil Foerster
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-06
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1976-05-13
Also published as: FR2290179B1; DE2452578B2; DE2452578C3; FR2290179A1

Description

Anmelder: Dr. Friedrich Förster Mein Zeichen: A 243

Anordnung zum Untersuchen des menschlichen Zahnhalteapparates

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Untersuchen des menschlichen Zahnhalteapparates, in der eine Kraft auf den von der Untersuchung betroffenen Zahn einwirkt und die aus der Kraftwirkung resultierende Bewegung des Zahnes ermittelt wird, wobei die Kraft durch ein in einem Wandlerkopf gleitendes starres Medium auf den Zahn übertragen und die Auslenkung des Zahnes gemessen wird.

Eine derartige Anordnung ist beschrieben in einer Veröffentlichung von M. Hofmann mit dem Titel "Die Periodontographie des gesunden und erkrankten Parodontiums", erschienen in der Zeitschrift "Deutsche Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde», Band 48 (1967), Heft 518, des Verlags Johann Ambrosius Barth, Leipzig. Die in dieser Arbeit dargestellten Untersuchungen des Verfassers, bei denen eine Anordnung der oben angegebenen Gattung benutzt wurde, haben für die Früherkennung der Parodontose grundlegende Bedeutung erlangt.

Bei der Parodontose im weiteren Sinne handelt es sich um eine weit verbreitete Volkskrankheit. Das Gefährliche dieser degenerativen Erscheinung des Zahnbettes liegt in der Tatsache, daß die Parodontose in den weitaus meisten Fällen schmerzlos verläuft, wodurch eine Früherkennung der Erkrankung erschwert ist. Bei öffentlichen Reihenuntersuchungen in der Bundesrepublik Deutschland wer-

609820/0101

den Zahnbetterkrankungsquoten von über 80 % festgestellte Wach umfangreichen statistischen Untersuchungen leiden 25 % der Jugendlichen von 6-20 Jahren^ 50 % der Erwachsenen von 21 - 45 Jahren und nahezu 100 % der Erwachsenen ab 45 Jahren an Parodontopathieno

Die seuchenartige Schnelligkeit der Ausbreitung der Zahnbetterkrankungen und das Fehlen von rechtzeitig für den Laien erkennbaren Warnzeichen machen Verfahren für eine leicht und schnell duchzuführende Frühdiagnose., möglichst mit quantitativer Erfassung der Degenerationserscheinungen, dringend erforderlieh„ Das umso mehr, als diese Volkskrankheit im Frühstadium noch gute Heilungsaussichten bietete

Ein wichtiges Hilfsmittel zur Beurteilung der meisten Arten von Parodontopathien besteht in der genauen Festlegung des Beweglichkeitsgrades eines Zahnes= Dabei beschränkte man sich in früheren Jahren zumeist auf die Ermittlung des Endwertes einer in der Regel einmaligen Auslenkung eines Zahnes unter definierter Belastung=

Von Hofmann wurden mit der o.g, Arbeit erstmals die Ergebnisse von Untersuchungen vorgelegt, bei denen systematisch an einer größeren Anzahl von Probanden die genauen Auslenkungen eines Zahnes in Abhängigkeit von der Zeit erfaßt wurden, während auf den Zahn eine zeitlinear ansteigende Kraft mit bei allen Untersuchungen gleich bleibender Anstiegssteilheit einwirkte,, Auf die dabei ermittelten Weg-Zeit-Diagramme, von Hofmann Parodontogramme genannt, soll im beschreibenden Teil der vorliegenden Patentanmeldung wegen der Bedeutung der Diagramme für das Verständnis und die Auswertung der Erfindung näher ©ingegangen werden„

Hofmann verwendete zur Messung der Zahnauslenkung einen Ia Institut Dr₀ Förster entwickelten elektronischen Weg-

2 4 S 2 5 7 8

aufnehmer in Verbindung mirt einem in eigener Entwicklung entstandenen Kraftgeber. Bei dem Wegaufnehmer handelt es sich um einen induktiven Meßtaster, während der Kraftgeber über einen Synchronmotor und ein einfaches Getriebe die Federkraft einer Spiralfeder linear ansteigen und auf den Zahn einwirken läßt.

Während bei früheren Entwicklungen der Bezugspunkt, gegenüber, dem die Kraft auf den Zahn sich auswirkte und die Zahnauslenkung gemessen wurde, sich außerhalb des Probanden befand, so daß jede kleinste Kopfbewegung das Meßergebnis störte, wurde von Hofmann der Bezugspunkt am Gebiß des Probanden fixiert. Als solcher diente ein Mundeinsatz in Form eines durch Zusammenfassen mehrerer Zahngruppen entstandenen starren Systems, das im Vergleich mit dem zu untersuchenden Zahn als unbeweglich angesehen werden konnte. Der Mundeinsatz bestand aus zwei starr miteinander verbundenen Abdrucklöffeln, auf die das Kraftgeber- und Wegaufnehmersystem aufgebaut war und von denen der eine an den Zähnen des Oberkiefers, der andere an denen des Unterkiefers mittels Gips oder Kaltpolymerisat befestigt war. Sollte der Lockerungsgrad der Oberkiefer-Frontzähne bestimmt werden, so umfaßte die Befestigung des Mundeinsatzes sämtliche Unterkieferzähne und die Seitenzähne des Oberkiefers. Bei der Beweglichkeitsmessung von Unterkiefer-Frontzähnen war es umgekehrt. Auf diese Weise gelang es, Kopfbewegungen des Probanden für das Meßergebnis zu eliminieren. Allerdings mußte bei langer dauernden Untersuchungen der Kopf des Probanden durch eine Kinnstütze entlastet werden, die - in der Höhe verstellbar - an seine Körpergröße angepaßt wurde.

Wie eingangs erwähnt wurde, erfordert der Umfang der Bevölkerungsgruppen mit degenerativen Zahnbetterkrankungen einfache, schnell und ohne großen vorbereitenden Aufwand einzusetzende diagnostische Hilfsmittel zur Früherkennung einer Erkrankung des Parodontiums, zur Beurteilung seines

609820/0101 ORIGINAL INSPECTED

funktioneilen Zustandes und zur Bewertung der Wirksamkeit therapeutischer Maßnahmen.

So aufschlußreich sich das von Hofmann entwickelte Verfahren zur exakten und reproduzierbaren Zahnbeweglichkeitsmessung für die Aufklärung der Mechanismen und Vorgänge der physiologischen und pathologischen Zahnbeweglichkeit erwiesen hat, so erscheint doch die von ihm benutzte, zuvor beschriebene Untersuchungsanordnung für problemlose schnelle Untersuchungen großer Bevölkerungskreise noch nicht hinreichend geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer Anordnung für die Untersuchung der Zahnbeweglichkeit, die einerseits einen geringen oder mäßigen apparativen Aufwand umfaßt, die andererseits eine schnelle, einfache und sichere Durchführung der Untersuchungen ermöglicht und dabei zu hinreichend genauen Ergebnissen führt. Darüber hinaus soll die den zu untersuchenden Zahn bewegende Kraft in einfacher Weise nach einer beliebigen Zeitfunktion auf den Zahn aufgebracht werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Anordnung der eingangs definierten Gattung, die gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist.

Bei einer derartigen Anordnung ist die auf den zu untersuchenden Zahn einwirkende Kraft nur von der Feldstärke des Magnetfeldes, von Länge und Anzahl der vom Magnetfeld durchsetzten elektrischen Leiter und vom durch die Leiter fließenden Strom abhängig. Eine zusätzlich wirkende Richtkraft ist nicht erforderlich. Das o.g. starre Medium kann seine Lage relativ zum Untersuchungskopf ändern, ohne daß sich innerhalb des Bereichs konstanter Feldstärke beigegebenen Strom die Kraft ändert. Auf diese Weise kann ermöglicht werden_P daß auch ohne die umständliche und aufwendige Schaffung eines Fixpunktes durch einen Mundeinsatz gute Untersuchungsergebnisse erzielt

808820/0101

werden. Der Kopf des Probanden kann dabei durch eine einfache Kopf- bzw. Kinnstütze ruhig gestellt werden. Der Wandlerkopf kann in einem einfachen Stativ oder u.U. sogar von Hand gehalten werden.

Mit Hilfe elektronischer Funktionsgeber läßt sich unschwer jede beliebige Zeitfunktion für die auf den Zahn einwirkende Kraft realisieren, gleichgültig ob sinusförmiger, rechteckiger, treppenförmiger oder sägezahnförmi moger Kraftanstieg gewünscht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im nunmehr folgenden beschreibenden Teil ersichtlich, in dem- die Erfindung an Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert wird.

Es zeigen im einzelnen:

Figur 1 ein Parodontogramm nach Hofmann Figur 2 einen Wandlerkopf

Figur ' 3 den Feldlinienverlauf im Magnetkreis des obigen Wandlerkopfs

Figur 4 ein Schaltschema für den Einsatz des obigen Wandlerkopfs

Figur 5 eine Wandlerkopfaufhängung Figur 6 eine Stützeinrichtung am Wandlerkopf Figur 7 eine modifizierte Wandlerkopfaufhängung Figur 8 ein Hodogramm der Zahnbeweglichkeit Figur 9 ein modifiziertes Schaltschema

6 0 9 8 2 0/0101 °^m}NAL

Figur 10 ein weiteres Sehaltsehema Figur 11 den Zeitverlauf einer Kraft und einer Bewegung

Das in Figur 1 wiedergegebene Parodontogramm nach Hofmann zeigt die Gegenüberstellung der mittleren Zahnbewegungen bei gesundem (strichpunktierte Linie 1) und erkranktem (durch gezogene Linie 2) Parodontium, jeweils bei zeitlinear ansteigender Kräfteinwirkung in oraler Richtung und anschließender Entlastung des betroffenen Zahnes. In der Ordinate ist die Zahnauslenkung S in /um, in der Abszi se die Zeit t in see, bzw. in einer weiteren Skala die auf den Zahn einwirkende Kraft K in pond wiedergegeben.

Die Bewegung des belasteten und plötzlich nach 3,2 see ent lasteten Zahnes verläuft nach Hofmann in vier Phasen, die in Aufbau und Funktion des Parodontiums ihre Erklärung finden und deren Verlauf zunächst für den Fall des gesunden Parodontiums gemäß der strichpunktierten Linie 1 besprochen werden soll_o

In Phase I, der initialen oder interperiodontalen Phase, die der Strecke 0 - A entspricht, strecken sich unter dem Einfluß der Kraft K die in der Ruhelage wenig geordneten und gewellten Fibrillenbündel des Parodontiums, während gleichzeitig eine Flüssigkeitsverschiebung stattfindet.

Phase II, die periodontale Phase, entspricht der Strecke A-B. Unter dem Einfluß der zunehmenden Kraft straffen und spannen sich die kollagenen Fibrillen innerhalb der Faserbündel, woran anschließend eine Zugbeanspruchung der Hartgewebe beginnt.

Phase III setzt ein mit dem plötzlichen Abschalten der Kraft K nach Erreichen der maximalen Kraftamplitude von im vorliegenden Fall 120p und umfaßt die Strecke B-C.

609820/0101

Die schnelle Rückkehr auf etwa 45 % der Zahnauslenkung in etwa 1/20 Sekunde entspricht der Entspannung der in Phase II angespannten Faserbündel. Phase III ist von Phase IV, der langsamen Rückstellbewegung, deutlich durch den Umschlagpunkt C getrennt, wo der anfänglich nach der Entlastung näherungsweise geradlinige Abfall bogenförmig umschlägt.

In der entlang der Linie C-D verlaufenden langsamen Rückstellbewegung der Phase IV, die bis zu Minuten dauern kann, nähert sich der Zahn langsam und kontinuierlich seiner Ausgangslage. Dabei formieren sich die Faserbündel wieder zur ungeordneten gewellten Ausgangsstellung, während die interperiodontale Flüssigkeitsverschiebung der Phase I im hydrostatischen Druckausgleich rückgängig gemacht wird.

Bei der Entwicklung von Verfahren zur Beurteilung des funktioneilen Zustandes des Parodontiums sowie zur objektiven Bewertung von Therapiemaßnahmen, schließlich zur Früherkennung eines beginnenden krankhaften Geschehens ist es erforderlich, solche Phänome besonders ins Auge zu fassen, bei welchen sich möglichst signifikante Unterschiede ergeben, je nachdem ob physiologisches oder pathologisches Verhalten des Zahnhalteapparates vorliegt.

Dem Verlauf der Bewegung des gesunden Zahnes bei Be- und Entlastung, d.h. der physiologischen Zahnbewegung 1, wird daher die pathologische Zahnbewegung 2 bei erkranktem Parodontium gegenübergestellt.

Der pathologisch geschädigte Zahnhalteapparat weist in Phase I (Strecke 0 - E) eine gegenüber dem gesunden beträchtlich vergrößerte initiale Auslenkung auf. In der Gegenüberstellung der mittleren oralen Zahnbewegungen zeigt an Punkt E, dem Ende der initialen Phase, der Zahn bei erkranktem Parodontium dne 2,8mal größere Auslenkung als der Zahn bei gesundem Parodontium (Punkt A).

Auch in der periodontalen Phase II (Strecke B-F) erfolgt die Auslenkung bei erkrankt em Parodontium im Mittel etwa mit doppelter Steilheit wie beim gesunden Parodontium, jedoch ist der Steilheitsunterschied der Zahnbewegung zwischen erkranktem und gesundem Parodontium in Phase II deutlich geringer als in der initialen Phase

In Phase III (Strecke F-G) ist aus apparativen Gründen (zu geringe Registriergeschwindigkeit) ein Unterschied in der schnellen Rückstellung zwischen erkranktem und gesundem Parodontium nicht zu beobachten.

Dagegen läßt sich in Phase IV (Strecke G-H) beim erkrankten Parodontium ein gegenüber gesundem Parodontium besonders signifikantes Phänomen beobachten; Die Rückstellung erfolgt in periaisch auftretenden Stufen, deren Frequenz der Pulsfrequenz entspricht. Diese Pulsationsbewegungen treten als gemeinsames Symptom aller von Hofmann untersuchten Parodontopathien auf, auch - und das ist von besonderer Wichtigkeit - in den Fällen, in denen die Größe der Auslenkung des Zahnes entsprechend Figur 1 in die Variationsbreite der Zahnauslenkung bei gesundem Parodontium hineinreicht. Hofmann wertet daher diese Pulsati onsbewegungen des Zahnes in der langsamen Rückstellphase IV als Frühsymptom einer beginnenden entzündlichen Veränderung des Zahnhalteapparates.

Die von Hofmann ebenfalls untersuchten Zahnbewegungen unter dem Einfluß vestibulärer Kraftrichtung ergeben nach ihrer Ausweitung als vestibuläre Parodontogramme ein in den Grundzügen ähnliches Bild. Jedoch sind hier die Unterschiede zwischen gesundem und erkranktem Parodontium nicht annähernd so ausgeprägt wie bei den oralen Parodontogrammen.

Nach Figur 1 durchläuft die Zahnbewegung bei linearem Kraftanstieg die initiale Phase I und darauf die periodontale Phase II. Dabei ist erstaunlich und nur aus der speziell gewählten Kraftanstiegsgeschwindigkeit zu erklären,

6 0 9820/0101

daß die Steilheit dS/dK der Zahnauslenkung S mit der Kraft K sich in Phase I und II nicht stärker unterscheidet; ist doch der Medianismus der Vorgänge in Phase I und II weitgehend voneinander verschieden.

In Phase I laufen spannungsfreie Ordnungsvorgänge, Ausrichtung der gewellten Fibrillenbündel sowie interperiodontale Flüssigkeitsverschiebungen ab, alles Vorgänge, welche keine nennenswerte potentielle Energie zu speichern imstande sind. In Phase I wird keine "Feder gespannt", sondern die aufzubringende Kraft wird quasi irreversibel in der zu überwindenden Reibung verbraucht.

Phase II zeigt dagegen alle Anzeichen einer elastischen Anspannung der kollagenen Fibrillen, woran sich eine elastische Deformation der Hartgewebe anschließt. In Phase II wird die aufgebrachte Verformungsarbeit als Produkt von Kraft und Weg weitgehend gespeichert.

Der physikalisch völlig andere Mechanismus, welcher den Phasen I und II zugrunde liegt, tritt in den Entlastungsphasen III und IV wesentlich besser in Erscheinung. Hier läßt sich die in 1/20 see sich abspielende Zahnbewegung eindeutig als Aufbrauchen der gespeicherten elastischen Energie ausdeuten, während .die Umschlagpunkte C und G deutlich den Übergang in eine Kriechzone erkennen lassen.

Aus dem Gesagten ergibt sich, daß in der Phase I die Zahnbewegung um Größenordnungen empfindlicher auf Änderungen der Kraftanstiegsgeschwindigkeit reagieren muß als in Phase II. Je höher die auf den Zahn wirkende Kraftanstiegsgeschwindigkeit gewählt wird, umso mehr wird sich der Zahn in Phase I einer Auslenkung widersetzen, da nicht genügend Zeit bleibt für die spannungsfreie, Ordnung und Ausrichtung der gewellten Fibrillenbündel sowie für die interperiodontale Flüssigkeitsverschiebung. Man kann daher annehmen, daß wegen der weit-

609820/0101

gehend unterschiedlichen Mechanismen der Kraftumsetzung in den Phasen I und II sich in beiden Phasen ein sehr verschiedenes Verhalten ergeben muß, wenn der Zahn statt durch die bisherige, quasistatische, zeitlinear ansteigende Kraft durch eine periodisch wirkende Kraft in eine Hin™ und Herbewegung versetzt wird. Dabei kann die periodische Auslenkung entweder um die Ruhelage des Zahnes stattfinden oder einer Auslenkung überlagert sein_P die durch eine zusätzliche statische Kraft hervorgerufen wird«,

Die in Figur 2 im Schnitt dargestellte Anordnung bietet die Möglichkeit j, sowohl eine statische als auch eine periodisch wirkende Wechselkraft auf den Zahn aufzubrin» gen_o Die genannten Kräfte sind dabei getrennt voneinander dosierbar_s nur von den in die Anordnung einzuspeisenden Strömen abhängig und unabhängig von der Lage des Kraft und Auslenkung übermittelnden Mediums„

Der Wandlerkopf 10 umfaßt im wesentlichen einen Weggeber 11g einen zusätzlich in den Wandlerkopf hineinintegrierten dynamischen Wegaufnehmer 12 und einen außen angeflanschten statischen Wegaufnehmer 13o Das Verbindungsglied zwischen dem Wandlerkopf 10 und dem zu untersuchenden Zahn₉ eingangs als starres Gebilde bezeichnet, besteht hieran einem dünnen, stabilen Rohr 9_O Die stationären Teile des Kraftgebers 11 und des Wegaufnehmers 12 werden jeweils zusammengehalten injeiner Montagebuchse 14, die ihrerseits in einem zylindrischen Gehäuse 15 mit den Deckeln 16 und 17 eingebaut ist»

Ein von den stationären Teilen des Kraftgebers 11 gebildeter Magnetkreis besteht im einzelnen aus dem ringförmigen Permanentmagneten 18, einer Weicheisenscheibe 19 mit Bohrung, einem ebenfalls aufgebohrten Weicheisenkern 20g, einem Luftspalt 21 sowie aus einem ringförmigen Polschuh 22 β Im Luftspalt 21 herrscht ein- hoher magnetischer Kraftfluß 8 mit radialem Kraftlinienverlauf,

609820/0101

dessen Konstanz über fast die gesamte Länge des Luftspaltes Ms jeweils etwa eine halbe Spaltbreite ^" ^vom Spaltende entfernt als gut bezeichnet werden kann. Im Luftspalt 21 befindet sich eine Spule 23 aus Leiterdraht, die auf ein am Rohr 9 starr befestigtes Rundteil 24 aufgewickelt ist. Bewegungen der Spule 23 werden über das Rundteil 24 und das Rohr 9, das in den Lagern 25 und 26 ruht, auf den zu untersuchenden Zahn übertragen.

In diesem Zusammenhang sei kurz etwas über die Lager 25 und 26 gesagt, die die Gleitbewegung des Rohres 9 möglichst reibungsfrei aufnehmen sollen. Im einfachsten Falle können axiale Kunststoffgleitlager besonderer Qualität gewählt werden, meist jedoch empfiehlt sich der Einsatz von Präzisionskugelführungen. Für extreme Anforderungen kann jedoch auch die Benutzung von Luftpolsterlagern notwendig werden. Luftpolsterlager werden jedoch zweckmäßiger Weise nicht außen an den Deckeln 18, 17 eingesetzt, sondern erstrecken sich, um ein breites Luftpolster zu gewähleisten, innerhalb der Bohrungen durch die Weicheisenteile 19, 20, 28, 29. Ein gutes Fluchten der Lager 25, 26 ist auf jeden Fall wichtig.

Die in der Spule auftretende Kraft K bestimmt sich aus: K = 0,32 . 10~³ . η . D . I . H (pond) (1)

mit der Spulenwindungszahl n, dem Spulendurchmesser D in cm, dem Strom I in Ampere und der Spaltfeldstärke H in Oerstedt. Bei einer Windungszahl η = 100, einem Strom von 100 mA, einer Feldstärke von 10000 Oe und einem Spulendurchmesser von 3,8 cm (nach Figur 2) ergibt sich eine Kraft von 121 pond, also etwa die Maximalkraft der Hofmannschen Versuche. Die auf den Zahn wirkende Kraft kann leicht durch Strommessung bestimmt werden. Darüber hinaus kann bei^egebenen Daten für Feldstärke und Spulendurchmesser die Windungszahl so gewählt werden, daß die Kraft K des Kraftgebers in pond zahlenmäßig genau mit

609820/0101

der Stromstärke I in mA übereinstimmt, so daß ein gutes Milliamperemeter zum geeichten Kraftmesser wird.

Da die Feldstärke in Luftspalt 21 bis nahezu zum Spaltende konstant ist, ist die auf den zu untersuchenden Zahn wirkende Kraft in diesem Bereich unabhängig von Verschiebungen der Spule 23, bzw. des Rohres 9 in axialer Richtung. Im Gegensatz zu bisher benutzten Kraftgebern ist also eine kleine Änderung der Lage des Probanden relativ zum Kraftgeber ohne Einfluß auf die wirkende Kraft. Auf das bisher notwendige Aufbringen der Kraft über zahnfixierte Bezugspunkte kann daher normalerweise verzichtet werden.

Dem dynamischen Wegaufnehmer stellt sich die Aufgabe, die Bewegungen des zu untersuchenden Zahnes als elektrisches Signal genau wiederzugeben, und zwar unabhängig von den zufälligen Anfangslage des Zahnes zu Beginn der Bewegungen. Aus diesem Grunde sind Wegaufnehmer 12 und Kraftgeber 11 über das gleiche starre Gebilde, das Rohr 9, mit dem Zahn verbunden und bis auf die Spulenwindungszahl gleich aufgebaut.

Der Wegaufnehmer 12 besitzt wie der Weggeber 11 einen magnetischen Kreis, der sich aus einem Permanentmagneten 27, einer Weicheisenscheibe 28, einem Weicheisenkern 29, einem Luftspalt 30 und einem Polschuh 31 zusammensetzt. Im Luftspalt 30 ist eine Spule 32 mit großer Windungszahl auf ein Rundteil 33 aufgewickelt, das starr am Rohr 9 befestigt ist.

Wesentlich ist hier wiederum die im Luftspalt 30 bis nahe an die Spaltenden 40 und 41 reichende Homogenität der Kraftlinien 42, deren Verlauf in Figur 3 noch einmal gesondert herausgezeichnet ist. Die Zahl der Kraftlinien im Weicheisenkern 29 nimmt pro Wegeinheit in Richtung von Spaltende 41 genau um soviel ab, wie pro Wegeinheit Kraftlinien in den Luftspalt austreten. Da aber die Feldstärke

6098 20/0101

im Luftspalt bis nahe zum Spaltende konstant ist, muß auch die Abnahme der Kraftliniendichte pro Wegeinheit im Weicheisenkern 29 fast über die ganze Spaltlänge hinweg konstant sein. Nach dem Induktionsgesetz wird bei der Bewegung einer Spule in einem Magnetfeld an deren Klemmen eine elektrische Spannung induziert, deren Größe der Änderungsgeschwindigkeit des von der Spule umschlossenen magnetischen Kraftflusses entspricht. Aus dem Gesagten ergibt sich, daß bei Bewegungen der Spule 32 im Luftspalt 30 in axialer Richtung unabhängig von der zufälligen Anfangslage der Spule bei gleichen Auslenkungen auch gleiche elektrische Spannungen entstehen. Bei periodischen Bewegungen ergibt sich der Betrag dieser Spannung aus der Formel:

E = 19,47 . η . f . D . A . H . 10~⁸ (V) (2)

worin η die Spulenwindungszahl, f die Frequenz der Bewegung, D den Durchmesser des Weicheisenkern 29 in cm, A die Auslenkung der Spule in cm und H die Feldstärke in Oerstedt bedeutet. In einem angenommenen Beispiel mit η = 1000 Windungen, f = 5 Hz, D = 3,8 cm, A = 1 /um =

10 cm und H = 10 000 Oe ergibt sich eine Spannung E = 3,7 mV. Eine Spannung dieser Größenordnung läßt sich noch mit hoher Genauigkeit störfrei messen. Damit erweist sich der Wegaufnehmer 12 bei periodischen Zahnbewegungen als geeignet für die Auflösung von Zahnauslenkungen noch unterhalb von 1 /um.

In manchen Fällen kann zusätzlich zum zuvor beschriebenen dynamischen Wegaufnehmer 12 noch ein statischer Wegaufnehmer 13 wünschenswert erscheinen. Ein solcher ist nach Figur 2 in ein zylindrisches Wandlergehäuse 51 eingebaut, das an den Deckel 17 angeflanscht ist. Zwei elektrisch zu einer Halbbrücke geschaltete Spulen 52 und 53 sind mit einem bestimmten axialen Abstand voneinander in das Gehäuse 51 eingebaut. Ein zylindrischer Kern 54 aus magnetisch hochpermeablem Material ist in der Mitte zwischen den beiden Spulen 52 und 53 sowie koaxial zu ihnen auf dem Rohr 9 befestigt.

609820/0101

Figur 4 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform der elektrischen Schaltung des zuvor beschriebenen Wandlersystems„ Darin ist 61 ein Funktionsgenerators, der elektrische Wechselspannungen
verschiedener Zeitverläufe abgeben kann_o Über einen Leistungsverstärker 62 und einen einstellbaren Widerstand 63a mit dessen Hilfe die Stromamplitude gewählt werden kannρ wird ein Strom durch die Kraftgeberspule 23 und
einen kleinen Serienwiderstand 64 geschickte Der letztere dient dazu_s einen dem Spulenstrom proportionalen Spannungsabfall zu erzeugen^ der mit Hilfe der Meßeinrichtung 65 gemessen iferden kann» Eine Gleichstromquelle 66 ermöglicht es ₉ über den für die Einstellung vorgesehenen Widerstand 67 dem Spulenwechselstrom einen Spulengleichstrom zu überlagern₀ Auf diese Weise ist es möglich^
getrennt dosierbar sowohl eine Wechselkraft als euch
gleichzeitig eine statische Kraft auf den Zahn 68 einwirken zu lassen,,

Die Spannung der Wegaufnehmerspule 32 wird durch Verstärker 69 verstärkt und gelangt über eine Filterstufe 70 und einen Integrator 71 auf eine Anzeigeeinrichtung 72p ein Registriergerät 73 und/oder eine beliebige andere Auswerteeinrichtung„ Filterstufe 70 dient zum Un= terdrücken störender Fremdsignale _s die außerhalb des
Bereichs der Generatorfrequenz liegen und die z.B.
hervorgerufen sein können durch Kopfbewegungen des Probanden. Durch Integrator 71 wird die geschwindigkeitsproportionale Spannung des Wegaufnehmers in eine wegproportionale Spannung umgewandelt. Der Integrator 71
bewirkt gleichzeitig, daß bei Zahnbewegungen mit einer veränderlichen Frequenz des Funktionsgenerator 61 sich der Frequenzeinfluß auf die Anzeige der Zahnauslenkung heraushebt.

609820/0101

Die "beiden Spulen 52 und 53 sind mit den Widerständen 74 und 75 zu einer Brücke geschaltet, die von einer HF-Spannungsquelle 76 mit einer Frequenz von z.B. 100 kHz gespeist wird. Die Brückenausgangsspannung gelangt über einen Verstärker 77 und einen mittels Steuerleitung 80 von der Brückenspeisespannung gesteuerten Demodulator 78 auf eine Anzeigeeinrichtung 79 oder sonst eine beliebige Auswertestufe. Brückenabgleich besteht, wenn der Kern 54 exakt in der Mitte zwischen den beiden Spulen 52 und 53 liegt. Der Kern 54 wird so fixiert, daß er die Abgleichlage einnimmt, wenn die Kraftgeberspule 23 und gleichfalls die Wegnehmerspule 32 sich in der Mitte des homogenen Magnetfeldbereichs des jeweiligen Luftspalts befinden. Am Ausgang des Demodulators 78 steht also eine Signalspannung an, die in der genannten Mittellage der Spulen 23 und 32 null ist, bzw. bei Abweichungen der Spulen von der Mittellage proportional dem Betrag der positiven oder negativen Abweichung ist. Während die Anzeige dieser Signalspannung durch die Anzeigeeinrichtung 79 eine Fernüberwachung der Mittellage der Wandlerspulen ermöglicht, kann andererseits durch diese Signalspannung eine Nachstelleinrichtung zum automatischen Einstellen des Wandlerkopfes in die gewünschte Mittellage gesteuert werden.

Figur 5 zeigt ein Stativ 85 mit darin aufgehängtem Wandlerkopf 10, wobei eine solche Nachstelleinrichtung vorgesehen ist. Es besteht aus einem fahrbaren Grundgestell 86 mit Rädern 87, einem darauf angebrachten Lagerblock 88, einer schwenkbaren und höheneinstellbaren Teleskopführung 89, einem an dieser befestigten Balken 90 und einer vom Balken 90 getragenen Horizontaleinstellung 91. Die letztere besitzt eine Horizontalführung 92, durch die sie mit dem Balken 90 verbunden ist, einen Läufer 93, der gleitend in der Horizontalführung 92 aufgehängt ist sowie einen Antriebsteil 94 mit Handgriff 95 und Auslö- · ser 96. Am Läufer 91 ist der Wandlerkopf 10 mittels der

609820/0101

Laschen 97 befestigt. Die Horizontalführung 92 trägt an ihrer Unterseite eine Zahnstange 98. In dieser greift ein Ritzel 99 ein, das von einem im Antriebsteil 94 befindlichen Stellmotor in Rotation versetzt werden kann, Darüberhinaus ist ein Nachlaufverstärker 100 vorgesehen, der durch Leitungen 101 und 102 mit dem statischen Wegaufnehmer 13 bzw. mit dem Stellmotor des Antriebsteils 94 verbunden ist.

Für die Ankopplung des im Wandlerkopf 10 frei gleitenden Rohres 9 an den Zahn 68 ist ein Gestänge 105 vorgesehen mit Gliedern 106, 107, 108 und Kugelgelenken 109, 110. Glied 108 ist im Rohr 9 verstellbar geführt und kann mittels einer Feststellschraube 111 fixiert werden. Glied trägt an seiner Spitze einen Haftmagneten 112. Für die Verbindung zwischen Zahn 68 und Haftmagnet 112 sind U-förmig gebogene Kappen 113 aus ferromagnetischem Material gedacht, die mittels eines schnellabbindenden Fixiermittels auf dem Zahn 68 befestigt werden. Die Position des Rohres 9 im Wandlerkopf 10 kann an einer Skala 114 direkt überwacht werden.

Bei der Inbetriebnahme der Wandlersysteme nach Figur 5 befestigt man zunächst in geeigneter Weise eine Kappe auf dem zu untersuchenden Zahn 68. Dann führt man das Fahrgestell 86 in die Nähe des Probanden und arretiert die Rollen 87. Durch Schwenken des Balkens 90, Höheneinstellung der Teleskopführung 89 und anschließende Arretierung wird der Wandlerkopf 10 mit dem Gestänge 105 in die Nachbarschaft des Zahnes 68 gebracht. Mit dem Handgriff 95 bewegt man den Läufer weiter in Richtung des Probanden, wobei man gleichzeitig mittels der Kugelgelenke 109, 110 für Parallelität zwischen der Seitenfläche der Kappe.113 und der Kontaktfläche des Haftmagneten 112 sorgt. Die Berührung der genannten beiden Flächen stellt eine feste Verbindung zwischen Zahn 68 und Gestänge 105 her, die mit einigen Hundert pond auf Zug belastet

609820/0101

werden kann, durch seitliches Verschieben des Haftmagneten 112 aber leicht wieder zu lösen ist. Nachdem diese Verbindung hergestellt ist, wird durch Betätigen des Auslösers 96 vorübergehend die Nachstelleinrichtung in Betrieb gesetzt. Dabei bleibt über den Nachlaufverstärker 100 der Stellmotor solange unter Strom und bewegt dabei über Ritzel 99 und Zahnstange 98 den Wandlerkopf gegenüber dem Rohr 9 solange, bis die gewünschte Mittellage der Spulen 23, 32 im jeweiligen Luftspalt 21, 30 erreicht ist. Durch Freigabe des Auslösers 96 ist die Nachstelleinrichtung ausgeschaltet. Nach Arretieren der Kugelgelenke 109, 110 und der Horizontalführung 91 ist die Anordnung bereit für Untersuchungen. Wird eine höhere Nachgiebigkeit des Gestänges 105 gegenüber Kippbewegungen des Zahnes 68 während seiner Auslenkung verlangt, so kann eines der Kugelgelenke 109, 110 beweglich bleiben.

Natürlich kann auch ohne den Bedienungskomfort einer automatischen Nachstelleinrichtung gearbeitet werden. In diesem Fall stellt man die Mittellage der Spulen 23, 32 nach der Skala 114 ein und öffnet die Feststellschraube 111. Anschließend führt man mit dem Läufer 93 den Wandlerkopf 10 und das Gestänge 105 auf den Zahn 68 zu bis der Haftmagnet anzieht. Nach Festziehen der Feststellschraube 111 und Arretieren der Kugelgelnke 109, 110 sowie der Horizontalführung 91 ist die Untersuchungsbereitschaft hergestellt. An die Stelle der automatischen Nachstelleinrichtung kann bei Bedarf auch eine mechanische Feinverstellung der Wandlerkopfaufhängung treten.

Beim bisher Beschriebenen wird im Interesse der Durchführbarkeit schneller Reihenuntersuchungen bewußt auf die Herstellung eines fixen Bezugspunktes am Probanden während der Zahnbeweglichkeitsuntersuchung mit periodischer Kräfteinwirkung verzichtet. Es genügt vielmehr, während der Untersuchung den Kopf des Probanden ruhig ge-

609820/0101

I k ¹O I Ό ! Ö

stellt und das Kinn gestützt zu halten. Kleine unvermeidliche Bewegungsamplitudeη des Kopfes können, wie schon vorher angedeutet, durch entsprechende Filterung des elektrischen Signales ausgeblendet werden.

Darüberhinaus soll aber für Fälle, wo dies gewünscht wird, z.B. für Zahnbeweglichkeitsmessungen mit einmaliger Krafteinwirkungs, eine einfache Möglichkeit zur Fixierung des Wandlersystems am Gebiß beschrieben werden. Figur 6 zeigt einen für diesen Zweck modifizierten Wandlerkopf 120 in der Draufsicht. Das Rohr 9 mit dem Gestänge 105 zum Ankoppeln der Kraft an den zu untersuchenden Zahn kann im wesentlichen den zuvor beschriebenen entsprechenden Gegenständen gleich sein«, Zusätzlich sind jedoch seitlich von Rohr 9 zwei Stützeinrichtungen 121 am Wandlerkopf gehäuse angebracht., Diese besitzen ähnlich wie Gestänge 105 drei durch Kugelgelenke 122, 123 miteinander verbundene Glieder 124, 125, 126. Glied 124- trägt an seiner Spitze einen Haftmagneten 127. Glied 126 ist verschiebbar mit dem an der Vorderseite des Gehäusedeckels 129 befestigten Rohr 128 verbunden und kann durch Feststellschraube 130 fixiert werden_o Die Haftmagneten 127 dienen zum Ankoppeln der Stützeinrichtungen 121 an Zähne oder Zahngruppen seitlich des zu untersuchenden Zahnes mit Hilfe von ferromagnetischen, U-förmig gebogenen Kappen^ die durch schnell abbindende Fixiermittel mit dem Zahn bzw. der Zahngruppe verbunden sind.

Die Aufhängung des Wandlerkopfs 120 erfolgt in einem gegenüber dem Stativ 85 nach Figur 5 leicht modifizierten Stativ, von dem in Figur 7 nur der Läufer 93 der Horizontalführung 91 herausgezeichnet ist. Der Wandlerkopf 120 ist in den Laschen 97 des Läufers 93 durch zwei oder besser vier Seile 135 aufgehängt. Betrachtet man das aufgehängte Wandlersystem als Pendel mit der Länge 1 in cm und dem Gewicht G in g, so ergibt sich für die Kraft K, mit der die Abstützeinrichtung 121 auf dem Gebiß auf-

609820/0101

liegt, für kleine Auslenkungen χ in cm näherungsweise die folgende einfache Formel:

Κ« G . f (3)

Ein Beispiel soll die Größenordnung dieser Kraft verdeutlichen. Bei einem Gewicht G von 2 kg und einer Länge 1 von 100 cm ergibt sich je cm Auslenkung χ eine Kraftzunahme um 20 p.

Hat man die Stützeinrichtungen 121 zuvor spannungslos fixiert, indem man bei gelösten Schrauben 130 die Haftmagneten 127 mit den ferromagnetischen Zahnkappen in Berührung brachte und dann die Schrauben 130 anzog, so kann man durch definiertes Verschieben des Läufers 93 um eine bestimmte Strecke χ jede gewünschte Auflagekraft der Abstützeinrichtungen 121 auf das Gebiß einstellen.

Im folgenden soll gezeigt werden, daß ein Verfahren der Zahnbeweglichkeitsuntersuchung, welches unter Benützung einer Einrichtung nach Figur 5 mit periodischen Krafteinwirkungen arbeitet, in der Lage ist, eine Reihe von wichtigen, das Untersuchungsobjekt kennzeichnenden Zahlenangaben zu liefern.

Bei den Parodontogrammen mit quasistatischer Zahnauslenkung nach Hofmann dient der gesamte Verlauf der Zahnauslenkungskurve zur Diagnose. Es bietet zweifellos erhebliche Vorteile, wenn ein pathologisches Verhalten des Parodontiums in seiner Abweichung vom physiologischen Verhalten durch fundamentale Zahlenwerte ausgedrückt werden kann.

Hierzu dient die Einführung der komplexen Zahnbewegungsebene, welche als Ordinate die reale und in der Abszisse die imaginäre Komponente der Zahnbewegung darstellt. Jeder Zahn wird bei definierten Versuchsbedingungen durch einen Vektor bzw. einen die Spitze dieses Vektors Ml-

609820/0101

denden Punkt in der komplexen Zahnbewegungsebene repräsentiert.

Der Zahn, welcher einer Wechselkraft ausgesetzt wird, folgt dieser Wechselkraft nicht unverzögert. Es besteht ganz allgemein bei der periodischen Zahnbewegung ein sogenannter Relaxationseffekt, d.h. ein zeitliches Zurückbleiben der Bewegung des Zahnes hinter der Kraft, weil innere Widerstände (insbesondere Reibungseffekte in Phase I der Parodontogramme) eine verzögerte Einstellung der der Kraft entsprechenden Zahnauslenkung bewirken. Die Zeit, welche bei Anlegen einer bestimmten Kraft an den Zahn bis zum Erreichen des neuen Gleichgewichtes der Zahneuslenkung, d.h. dem der betreffenden Kraft entsprechenden Endwert der Zahnauslenkung verstreicht, bezeichnet man als Relaxationszeit.

Aus dem Parodontogramm nach Figur 1 ist ersichtlich, daß sich die Relaxationszeiten in Phase I und II um mehrere Größenordnungen unterscheiden müssen. Dies wird besonders deutlich in den Zahnentlastungsphasen III und IV. Bei periodischer Kraftwirkung des Kraftgebers auf den Zahn wird infolge dieses Zurückbleibens der Zahnauslenkung hinter dem jeweiligen Momentanwert der Kraft eine Phasenverschiebung zwischen Kraft und Zahnauslenkung auftreten. Die periodische Zahnauslenkung hinkt hinter der periodischen Kraft auf den Zahn her. Nur bei unendlich langsamer Frequenz, d.h. bei der Frequenz 0 der Kraft auf den Zahn, folgt die Zahnauslenkung der Kraftwirkung unverzögert, d.h. ohne Phasenverschiebung.

Es möge an den Zahn eine periodische Kraft mit der Kraftamplitude Ayr und der Frequenz f gelegt werden, so folgt die Kraft K(t) in Abhängigkeit von der Zeit dem Gesetz

K(t) = A_K . sin 2 ψ f . t (4)

609820/0101

Die Zahnauslenkung S beantwortet diese periodische Kraft durch die Bewegungsgleichung

S(t) = A₃ . sin (2iff't -·/ ) (5)

Das heißt, bei der Frequenz f und einer Kraftsmplitude A^ ergibt sich eine Zahnbewegungsamplitude S, welche hinter der Kraft um den Phasenwinkel "V⁷ hinterher eilt.

In Figur 8, welche die komplexe Zahnbewegungsebene wiedergibt, ist der Vektor S der Zahnbewegung wie auch der Vektor K der Kraft eingetragen. Die Strecke 0 - L stellt die Amplitude An der Zahnbewegung S dar während der Winkel*f des Vektors S gegenüber der in die reale Achse fallenden Kraft K das Nacheilen der Zahnbewegung S hinter der Kraft K beschreibt. Ebenso wie durch Amplitude Ag und Winkel y kann man den Vektor S auch durch die reale Komponente S und die imaginäre Komponente S. kennzeichnen, deren geometrische Summe der Vektor S darstellt.

Ohne Zweifel hängt bei gegebener Kraftamplitude die Zahnauslenkungsamplitude Ag sowie die Phasenverschiebung *f zwischen periodischer Kraft und periodischer Zahnauslenkung von der Kraftfrequenz ab. Je höher die Frequenz ist, um so kleiner wird die Auslenkungsan plitude des Zahnes, desto größer aber wird das Nacheilen der Zahnbewegung hinter der Kraft, d.h. der Phasenwinkel ψ . Für die Frequenz 0, d.h. für unendlich langsamen Kraftanstieg, folgt die Zahnauslenkung der Kraft ohne zeitliche Verzögerung, d.h. ohne Phasenverschiebung, während die Zahnauslenkungsamplitude Ag gegenüber endlichen Kraftfrequenzen ein Maximum zeigt. Für diesen Fall bildet Punkt N in Figur 8 die Spitze des Vektors. Mit wachsender Frequenz der Kraft K bei konstanster Kraftamplitude durchlaufen die Spitzen der Vektoren S die Kurve 136, die auch als Frequenzhodogramm der Zahnbeweglichkeit bezeichnet wird, in Richtung des Pfeiles 137 bis zum Punkt 0, der unendlich hoher Fre- quenz entspricht. _609820/0101

Auf diesem Frequenzhodogramm wird diejenige Frequenz als Norm- oder Bezugswert festgehalten, bei der die Amplitude des Vektors S den halben Wert der Maximalamplitude bei der Frequenz 0 (Punkt N) aufweist. Dies ist am Punkt P der Fall. Die so definierte Frequenz wird als Grenzfrequenz f bezeichnet. Das Frequenzhodogramm

der Zahnbeweglichkeit wird normiert indem man das Verhältnis f/fp.» also Vielfache oder Bruchteile der Grenzfrequenz f , als Parameter des Hodogramms benutzt.

Ohne Zweifel sind wichtige Informationen aus dem Vektor S der Zahnbewegung bei konstanter Kraftamplitude und variabler Kraftfrequenz sowie bei konstanter Kraftfrequenz und variabler Kraftamplitude zu erhalten. Jener gibt Aufschluß über sogenannte Relaxations- oder Nachwirkungserscheinungen, dieser läßt Nichtlinearitäten in dem Kraft-Wegverlauf erkennen.

Zur Ermittlung der den Vektor S der Zahnbewegung kennzeichnenden Größen, nämlich der Amplitude Ag und des Phasenwinkels W⁵* bzw. der Komponenten S_r und S. sind Modifikationen der Schaltungsanordnung von Figur 4 in den Figuren 9 und 10 dargestellte Darin sind die gegenüber der bisherigen Schaltung übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Figur 9 zeigt eine Anordnung, bei der die dem Kraftspulenstrom und damit der periodischen Wechselkraft K proportionale Spannung an Widerstand 64 nach Verstärkung durch Verstärker 140 an die Horizontalablenkplatten 141 einer Elektronenstrahlröhre 143 gelangt, während die Ausgangsspannung des Integrators 71 an dessen Vertikalablenkplatten 142 liegt. An der auf dem Bildschirm der Elektronenstrahlröhre 143 erscheinenden Ellipse wird die Auslenkung h in vertikaler Richtung als Maß für die Amplitude der Zahnbewegung S, die Öffnung ο als Maß für die Phasenwinkel ^f ausgewertet.

609820/0101

Die Anordnung nach Figur 10 bietet die Möglichkeit zur unmittelbaren Darstellung der komplexen Zahribewegungsebene auf einem Bildschirm. Dazu wird die Ausgangsspannung des Integrators 71 zwei Phasendetektoren 150 und 151 zugeführt, deren Steuerspannung an den Eingängen 152 und 153 wie im folgenden beschrieben gewonnen wird. Die dem Kraf tspul.enstrom proportionale Spannung an Widerstand 64 wird im Phasenspalter 154 zerlegt in eine erste Steuerspannung mit der Phasendifferenz 0° zur Eingangsspannung des Phasenspalters und eine zweite Steuerspannung mit der Phasendifferenz 90 zur Eingangs— spannung des Phasenspalters. An den Ausgängen der beiden Phasendetektoren 150, 151 entstehen so Gleichspannungen, deren erste dem Realteil der Ausgangsspannung des Integrators 71 und deren zweite dem Imaginärteil der Ausgangsspannung des Integrators proportional ist. Die genannten Gleichspannungen werden an das vertikale Ablenkplattenpaar 155 bzw. das horizontale Ablenkplattenpaar 156 der Elektronenstrahlröhre 157 gelegt. Der am Bildschirm erscheinende Bildpunkt 158 wird auf diese Weise von seiner ursprünglichen Lage in der Bildmitte so ausgelenkt, daß seine Lage direkt der Spitze des Vektors S der Zahnbewegung entspricht. Die Spannung am vertikalen Ablenkplattenpaar 155 ist dabei proportional zur Realkomponente S des Vektors S, die Spannung am horizontalen Ablenkplattenpaar 157 proportional zur Imaginärkomponente S. des Vektors S.

Weitere wichtige Informationen erhält man, wenn man einer statischen Kräfteinwirkung auf den Zahn eine kleinere periodische Kraftamplitude überlagert. Läßt man z.B. die statische Kraft wie beim Hofmannschen Parodontogramm zeitlinear anwachsen indem man nach Figur 9 den Strom aus der Gleichstromquelle 66 zeitlinear steigert, während gleichzeitig ein kleinerer Wechselstrom aus dem Verstärker 62 in die Spule 23 eingespeist wird, so ergeben Phase und Amplitude der periodischen Zahnbewegung, welche sich der statischen Auslenkung überlagert, besonders wichtige

609820/0101

zusätzliche Informationen zu dem quasistatischen Parodontogramm. Der weitgehend verschiedene Bewegungsmechanismus der Phase I (im wesentlichen Reibung) und der Phase II (im wesentlichen elastische Spannung) der Zahnbewegung ergibt bei solcher Superposition einer kleinen periodischen Kraft über die zeitlinear anwachsende statische Kraft Meßwerte ρ die sich sowohl in Amplitude als auch Phasenwinkel extrem in Phase I und II unterscheiden.

Während bei den bisher beschriebenen Untersuchungen mit im wesentlichen periodischer Krafteinwirkung unter Anwendung einer Wandlerkopfaufhängung nach Figur 5 öin Fixpunkt am Probanden nicht erforderlich war, soll im folgenden gezeigt werden, daß das erfindungsgemäße Wandlersystem auch dann wesentliche Vorteile bietet, wenn quasistatische Untersuchungen der Zahnbeweglichkeit entsprechend den Hofmannschen Parodontogrammen durchgeführt werden sollen, bei denen eine Abstützung und Aufhängung des Wandlerkopfes gemäß Figuren 6 und 7 benutzt wird. Wurde der von Hofmann gewählte zeitlineare Anstieg mit mechanischen Mitteln realisiert, so lassen sich unter Einsatz elektronischer Funktionsgeber mit dem vorliegenden Wandlersystem leicht eine Reihe anderer zeitlicher Kraftverläufe bewirken, welche in dem daraus resultierenden Wegverlauf einen höheren Informationsgehalt über den funktionellen Zustand des Parodontiums erwarten lassen. Das soll an zwei Beispielen erläutert werden, von das eine sich mit einem Kraftverlauf in Form eines einmaligen Kraftsprunges, das andere mit einem treppenförmigen Kraftverlauf beschäftigt.

Im ersten Beispiel springt die Kraft zur Zeit t = 0 vom Wert 0 in sehr kurzer Zeit auf einen wählbaren Betrag K. und springt nach einer vorwählbaren Zeit t = t^ wieder auf den Wert K=O entsprechend Figur 11a. In der initialen Phase I, wo im wesentlichen Reibungsvorgänge ablaufen, zeigt die Zahnauslenkung S in Abhängigkeit von der Zeit t einen Verlauf entsprechend Figur 11b, der

609820/0101 «™«inal WSPECTED

- 25 durch Gleichung (6) beschrieben wird:

^St = ^St^ ⁽¹ * ^e ~^ÄB *> ⁽⁶⁾

Dabei ist S, die Zahnauslenkung zum Zeitpunkt t, während St₀^ den Gleichgewichtszustand der Zahnauslenkung nach sehr langer Zeit der Kraftwirkung, d.h. das Maximum der Zahnauslenkung beschreibt. Die Konstante λ. ist maßgebend für die Schnelligkeit, mit welcher der Zahnweg der Kraft folgt. Ein großer Λ -Wert bedeutet eine schnelle Einstellung des Zahnes auf das Gleichgewicht der maximalen Zahnauslenkung. Der Index B an der Konstanten Λ. in Gleichung (6) bedeutet, daß die Konstante Λ für den belasteten Zustand gilt. Nach Abschalten der Kraft im Moment t = t«, erfolgt der Rückstellvorgang, der nach Gleichung (7) abläuft:

Der Index U an der Konstanten A kennzeichnet den unbelasteten Zustand.

Hofmann weist bereits darauf hin, daß die Belastungszeit vor allem bei Kräften bis zu 200 ρ eine erhebliche Rolle spielt. Weiter sagt Hofmann aus, daß bei 150 ρ und Belastungszeiten zwischen 0,6 und 1,2 see sich die Meßwerte der Zahnauslenkung am selben Zahn bis zu 50 % unterscheiden.

Zweifellos ergibt der zeitliche Verlauf der Zahnauslenkung nach plötzlichem Kraftanstieg auf einen definierten Wert einen höheren Informationsinhalt als bei zeitlinearem Kraftanstieg, weil hier das Meßergebnis von der speziell gewählten Kraftanstiegsgeschwindigkeit abhängig ist. Dieser Sachverhalt ist deutlich aus Figur 1 zu erkennen, wo die Steilheit des Weganstieges mit der die Kraft sich in der initialen Phase I und der periodontalen Phase II

6 0 9 8 2 0/0101 ^O*G/AIAL inspected

_ 26 -

ganz wesentlich weniger unterscheidet, als es den der Zahnauslenkung zugrundeliegenden grundverschiedenen Mechanismen in Phase I und II entsprechen müßte. Nur durch die in Figur 1 gewählte Kraftanstiegsgeschwindigkeit von 120 ρ in 3,2 see kommen die beiden Steilheiten des Weganstieges in Phase I und II sich so nahe. Bei einem z.B. zehnmal langsameren Kraftanstieg würde die Anstiegssteilheit des Zahnweges S mit der Kraft K, nämlich dS/dK, in Phase I wesentlich zunehmen, während dS/dK in Phase II weitgehend unverändert bliebe.

Aus dem Diagramm nach Figur 11b und aus den Gleichungen (6) und (7) lassen sich vier wichtige absolute Kennzahlen für den funktioneilen Zustand des Parodontiums entnehmen, die im folgenden abgeleitet werden.

Bezeichnet man die Zahnauslenkungen zur Zeit t = ^^- t-| und t = t^ als S^ bzw. S. und den Quotienten der obigen Zahnauslenkung' als Qg » also

^QS = 2Ul. (8)

B S^

so erhält man durch Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (6) eine Gleichung (9), die das Bestimmen von ^ erlaubt:

^QS

Bei gegebener Belastungszeit t^ brauchen also nur noch

die Zahnauslenkungen zur Zeit t,, und zur Zeit 7 t^ ermittelt zu werden, um aus Gleichung (9) die wichtige, den Bewegungsvorgang während der Belastung des Zahnes kennzeichnende Größe Jt_Β berechnen zu können.

OWGlNAL INSPECTE

6098 2 0/0101

Die zweite der genannten Kennzahlen ist die Relaxationszeit für den Belastungsvorgang trelaxg, die als die Zeit bis zum Erreichen einer Auslenkung Srelax von 90 % der maximal möglichen Auslenkung S^ ^ definiert werden

soll. Durch Einsetzen von = 0,9 in Gleichung (6)

t
ergibt sich:

t = ^ln 10 ₌ 2,3 03
relax ji „ J^ _B

In ähnlicher Weise wie oben läßt sich für den Entlastungsvorgang des Zahnes der Kennwert A ermitteln, wenn man die Zahnauslenkungen für die Zeit t* und 2 t,, , nämlich S. bzw. S₂^ , sowie den Quotienten dieser Zahnauslenkungen, nämlich

Q₃ = ^2t1 (11)

in die Gleichung (7) einführt:

I . t₁ = In Q₈ (12)

Die vierte der genannten Kennzahlen, die Relaxationszeit für den Entlastungsvorgang trelax , soll definiert werden als die Zeit bis zur Rückstellung der Auslenkung S, im Zeitpunkt t,, auf einen um 90 % kleineren Wert S₂^ , zur Zeit 2 t^ . Durch Einsetzen von ^S2t,j = 0,1 in Gleichung (7) erhält man: BT

trelax_u = I*-!⁰- = Ιψΐ (₁₃)

«tu Jl u

Bei kleinen Rückstellgeschwindigkeiten des entlasteten Zahnes kann es zweckmäßig sein, für die Definition der Relaxations.zeit einen größeren Zeitraum als 2 t,, anzusetzen.

609820/0101 ^oaiG!^L inspected

Als zweites der o.g. beiden Beispiele soll ein Fall gelten, bei dem anstelle durch einen einmaligen Kraftsprung die maximale Zahnauslenkung durch ein treppenförmiges Ansteigen der Kraft bis zu ihrem Maximalwert erreicht wird. Durch entsprechende treppenförmige Reduzierung kann anschließend die Kraft wieder auf den Ausgangswert Null zurückgeführt werden. Dies kann z.B. geschehen in zehn aufwärtsgerichteten Stufen von je 3 see bis zu einem Endwert der Kraft von 120 pond und zehn darauffolgenden abwärts gerichteten KraftSprüngen, wobei jeweils über die Länge der Stufe die Kraft konstant gehal-

ten iiird.

Wie vorher bei der Behandlung der Zahnbewegung in nur einer Kraftstufe ausgeführt wurde, werden hierbei wichtige physiologische Größen, wie die Kennwerte A g und A, y» in welchen Reibungsvorgänge quantitativ erfaßt werden, sowie die Relaxati ons ze it ΐ_Γβ2._3Χ ^unc^ ^relax gewonnen.

B U

Bei einer Registrierung des Zahnbewegungsverlaufes bei treppenförmigen Aufwärts- und Abwärtskraftstufen wird die Verteilung der entsprechenden Kennwerte ₉ welche den physiologischen bzw« pathologischen Zustand des Parodontiums repräsentieren, über die gesamte initiale sowie periodontale Phase bei einer Vielzahl von Be- und Entlastungsstufen erhalten»

Zur Rationalisierung der Auswertung'derartiger Zahnbewegungsverläufe mit der Zeit kann ein Kleincomputer eingesetzt werden, der die jeweiligen A - und ^_Γβτ_ο_Χ""^^ΘΓ^^θ über den jeweiligen positiven und negativen Kraftstufen ausdruckt, so daß unmittelbar nach Durchlaufen der Kraftstufen das ausgedruckte Resultat vorliegt«,

Abschließend soll noch einmal die Hofmannsche Feststellung erwähnt werden^ nach welcher die periodisch mit der Systole auftretenden Sprünge in der Phase IV der Pa-

609820/0101

rodontogramme als gemeinsames signifikantes Kennzeichen aller von ihm untersuchten Parodontopathien zu werten sind und somit als FrüTisymptome einer beginnenden entzündlichen Veränderung des Faradontiums gelten können.

Bei oraler Kraftwirkung wirkt der Systolendruck der auslenkenden Kraft entgegen, während er die Rückstellung ■beschleunigt. Diese Rückstellung erreicht bei dem der komprimierten Gefäßwand eng anliegenden Zahn durch die erste Systole nach der Kraftabschaltung den größten Betrag» Wenn der Kraftgeber durch Kraft impulse von der Dauer des Zeitablaufes zwischen zwei Pulsschlägen beaufschlagt wird, nach denen jeweils eine Pulsperiode mit der Kraft K=O folgt, so kann der Phasenpunkt der ersten Systole auf den Zeitpunkt nach der Kraftentlastung des Zahnes (Rückstellung) geschoben werden, wo die größte Rückstellstufe durch die erste Systole nach Kraftabschaltung auftritt.

Diese Ein- und Ausschaltung der Kraft des Kraftgebers über eine oder einige Pulslängen zu einer konstanten Kraftwirkung kann durch den Pulsschlag selbst gesteuert werden, indem z.B. einem am Ohrläppchen zu befestigenden fotoelektrisohen Pulszähler die Steuerimpulse entnommen werden, um ein Ausschalten der Kraft in dem Moment am Kraftgeber zu bewirken, in welchem die erste auftretende Systole den größten Rückstelleffekt des Zahnes bewirkt.

Weiterhin kann das Verfahren noch dadurch exakter gemacht werden, daß nicht der Rückstellweg geschrieben wird, sondern die elektrische Spannung vor dem Integrator abgenommen wird und anschließend verstärkt wird, wodurch die Rückstellbewegung des Zahnes durch die erste Systole nach der Kraftentlastung sich als elektrischen Impuls darstellt« Dieser Impuls wird einem Kondensator zugeführt, welcher die Höhe des elektrischen Impulses als diagnostischen Kennwert zu einem. Instrumentenausschlag macht.

609820/0101

Claims

patehtähsprSgeb

1)/ ÄnordmEng zum Untersuchen des menschlichen Zahlhalte.-apparate®_s in der eine Kraft auf den von der Untersuchung !betroffenen. Zahn einwirkt und die aus der Kraftwirkung resultierende Bewegung des Zahnes ermittelt wirdj, wobei die Kraft durch ein in einem Wandlerkopf gleitendes starres Medium, auf den Zahn, übertragen und. die Auslenkung des Zahnes gemessen wird_s. dadurch gekennzeichnet ₈

daß die zwischen Wandlerkopf (1O₅ 120) und starrem. Medium (9) angreifende Kraft durch ein elektromagnetisches Kraftgebersystem (11) erzeugt wirdy das aus mindestens einem stromdurchflossenen Leiter (23)» einem, diesen Leiter senkrecht durchsetzenden Magnetfluß (8) und einer Quelle (61, 66) zum Einspeisen eines elektrischen Stromes in den Leiter (23) besteht j. wobei die Flußdichte des Magnetflusses (8) innerhalb eines gewissen Bereiches in Richtung der Kraftwirkung konstant ist«,

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet_s

daß die elektrischen Leiter eine am starren Medium. (9) befestigte Spule (23) "bilden und der Magnetfluß (S) im Luftspalt (21) eines vorzugsweise permanent magnetischen Kreises (19» 20> 21, 22) erzeugt wird, der im Wandlerkopf (10) stationär eingebaut ist.

3) Anordnung nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,.

daß die Länge des Bereichs konstanten Magnetflusses (8) im Luftspalt (21) deutlich größer ist ' als die Lange der Spule (23).

609820/0101

4) Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß Luftspalt (21) die Gestalt eines Ringes aufweist, in dem die Kraftlinien des Magnetflusses (8) radial verlaufen und in dem die Spule (23) koaxial angeordnet ist, wobei das genannte starre Medium in einem Rohr (9) besteht, an dem die Spule (23) über ein Rähmchen (24) befestigt ist und das in der Mittelachse von Luftspalt (21) und Spule (23) innerhalb einer Bohrung durch Elemente (19, 20) des magnetischen Kreises beweglich angeordnet ist.

5) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rohr (9) in an den Außenseiten des Wandlerkopfs (10) eingesetzten Axialgleitlagern (25, 26) mit Kunststoffbuchsen oder Axialkugelführungen geführt wird.

6) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das Rohr (9) in einem Luftpolsterlager geführt wird, das sich im Inneren der Bohrung durch die Elemente (19, 20) des magnetischen Kreises befindet.

7) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß im oder am Wandlerkopf (10) zusätzlich mindestens ein Wegaufnehmer (12, 13) eingebaut ist, dem die Auslenkung des zu untersuchenden Zahnes (68) durch das gleiche starre Medium (9) übermittelt wird, durch das auch dem Zahn (68) die Kraft des Kraftgebersystems (11) zugeführt wird.

609820/0101

_ 32 -

8) Anordnung nach Anspruch 7₉ dadurch gekennzeichnet,

daß im Wandlerkopf (10) ein dynamischer Weg» aufnehmer (12) eingebaut ist, der aus einer am Rohr (9) befestigten Spule (32) und einem vorzugsweise permanent magnetischen Kreis (27_S 28, 29j> 3O₅, 31) mit einem Luftspalt (30) besteht, in dem die Spule (32) sich bewegen kann_o

9) Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der magnetische Kreis (2?,, 28₉ 29» 3O₉ 31) des dynamischen Wegaufnehmers im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie der magnetische Kreis (18, 19, 20, 21, 22) des Kraftgebersystems (11).

10) Anordnung nach Anspruch 8 oder 9_g dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannung der Spule (32) vor ihrer Auswertung einer elektrischen Integrationseinrichtung (71) zugeführt wird_a

11) Anordnung nach einem oder mehreren, der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet ₉

daß die Spannung der Spule (32) vor ihrer Auswertung ein frequenzselektives Filter durchläuft.

12) Anordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 11p dadurch gekennzeichnet ₃

daß ein statischer Wegnehmer (13) im oder am Wandlerkopf (10) eingebaut ist, der eine der Auslenkung des Rohres (9) aus einer vorgegebenen Lage proportional© elektirsche Spannung abgibt=

070101

13) Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die genannte vorgegebene Lage der Mittellage der Spule (23) im konstanten Bereich des Magnetflusses (8) im Luftspalt (21) entspricht.

14) Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Spannung des statischen Wegnehmers (13) über einen Nachlaufverstärker (100) einem Stellmotor zugeführt wird, der den Wandlerkopf solange verstellt, bis die Mittellage der Spule (23) im homogenen Bereich des Magnetflusses (8) im Luftspalt (21) erreicht ist.

15) Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittellage der Spule (23) im homogenen Bereich des Magnetflusses (8) durch eine Marke oder Skala an Rohr (9) angegeben wird.

16) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Quelle (61, 66) zum Einspeisen eines Stromes in den Kraftgeber (11) in einem Sinusgenerator, einem Funktionsgenerator zur Erzeugung einmaliger oder periodischer elektrischer Zeitverläufe und/oder einem Gleichstromgenerator besteht.

17) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ströme der genannten Generatoren einander überlagert werden.

609820/0101

18) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannung der Spule (32)j, gegebenenfalls nach Durchlaufen von Filter (70) und Integrator (71), einem ersten Ablenkplattenpaar (142) einer Elektronenstrahlröhre (143), eine dem sinusförmigen Strom durch Spule (23) proportionale Spannung dem 'zweiten Ablenkplattenpaar (141) der Elektronenstrahlröhre (143) zugeführt wird.

19) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannung der Spule (32), gegebenenfalls nach Durchlaufen von Filter (70) und Integrator (71), einem Phasendetektor (150, 151) zugeführt wird, dessen Steuereingang (152, 153) durch eine vom sinusförmigen Strom durch Spule (23) abgeleitete Spannung gespeist wird»

20) Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannung der Spule (32), gegebenenfalls nach Durchlaufen von Filter (70) und Integrator (71), einem ersten (150) und einem zweiten (151) Phasendetektor zugeführt wird,

daß die Steuereingänge (152) und (153) der Phasendetektoren (150) bzw. (151) von zwei aufeinander senkrecht stehenden elektrischen Spannungen gespeist werden, die vom sinusförmigen Strom durch die Spule (23) abgeleitet sind.

21) Anordnung nach Anspruch 20_f dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgangsspannung des ersten Phasendetektors (150) einem Ablenkplattenpaar (155) einer Elektronenstrahlröhre (157), die Ausgangsspannung des zweiten Phasendetektors (151) dem anderen Ablenkplattenpaar (156) der Elektronenstrahlröhre (157) zugeführt wird6 09820/0101 ORIGINAL IHSPECTED

22) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Amplituden und Phasenwerte der
Zahnbewegung bei Variation der Frequenz oder Amplitude des Kraftgebers (11) durch einen Kleincomputer ausgewertet und ausgedruckt werden.

23) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kraftfolgewert A. und die Relaxationszeit "fen bei zeitlich an- und absteigenden Kraftstufen während der Untersuchung berechnet und ausgedruckt werden.

24) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß an der Krone des zu untersuchenden
Zahnes (68) eine seitlich offene Kappe (113) aus
ferromagnetische)» Material temporär befestigt wird und

daß für die Verbindung des Rohres (9)
mit dem zu untersuchenden Zahn (68) ein am Ende
des Rohres (9) angebrachter, an die Kappe (113)
gehefteter Haftmagnet (112) benutzt wird.

25) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wandlerkopf (120) pendelartig
an 4 Seilen (135) aufgehängt wird und sich mit
Stützeinrichtungen (121) auf das Gebiß des Probanden abstützt.

6098 2 0/0101

~ 36 -

26) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die bei der schnellen Rückstellungsphase III erhalteneρ durch den dynamischen Wegaufnehmer (12) nach der Zeit differenzierte Spannung ohne Integration zur Aufladung eines Kondensators benutzt wird₉ und der im Kondensator gespeicherte Spannungswert einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird,

27) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß ein am Probanden angebrachter Pulsgeber zur Steuerung der Abschaltung einer auf den zu untersuchenden Zahn (68) wirkenden Kraftstufe benutzt wird.

809820/0101