通过牙套对牙齿施加正畸力将牙齿合理排列从而治疗咬合不正是一种通用的的治疗方案。正畸力不足可能导致治疗失败或延长而过度的正畸力会引起疼痛，引起后遗症如牙根吸收和牙龈萎缩。最佳的正畸力可提供最快的牙齿移动速度，同时最大限度地减少副作用并保持患者的舒适度。然而，一方面，半个多世纪以来，由于无法连续测量正畸力以及显着的个体差异，导致临床实践中关于最佳正畸力大小的争议和不确定性。另一方面，牙医只能根据临床经验定期调整正畸牙套，以大致维持合适的正畸力水平。这些问题阻碍了正畸力的精确控制，极大地阻碍了正畸治疗的发展。现有的正畸力测量设备均由复杂的电缆和笨重的结构组成, 尺寸非常大, 只能适用于体外正畸模型. 因此,迫切需要开发一种无线化,小型化的正畸力测量装置，实时跟踪个性化的正畸力，以供实验室研究和临床操作使用。
香港科技大学杨征保教授课题组联合德州农工大学王文平教授和香港大学辜珉教授开发了一款能够实时监测牙齿矫正正畸力的小型,无线,无源的传感系统。相比于现有的有线且大尺寸的正畸力测量仪器, 该高度集成的柔性传感系统可以完全置于口腔内, 进行长时间的实时的正畸力监测。开发了 915 MHz远场射频能量收集系统为口腔内的传感系统供电，通过专为口腔环境优化设计的天线以及整流器, 该传感系统目前的的最大读取距离为220 mm, 大大增加了实际使用时的灵活性. 该系统可以随时随地进行体内正畸力监测，测得的数据通过无线的方式传输到移动终端或者电脑并实时显示。此外，体内实验表明，该系统即使在 350 mm 的距离内也能产生 2 V 的直流电压，这也凸显了该设备作为通过不同传感器监测各种口腔环境参数的多功能平台的潜力。
该系统由提供射频能量并主导无线通信的 RFID 读取器和集成 RF 能量收集、正畸力传感和 RFID 无线通信的电子系统组成。一旦激活，BWS 就会读取正畸力，并将数据无线传输到读取器。计算机和智能手机用于解码和可视化从 RFID 读取器上传的数据。电子元件纵向分布在薄而柔性的基材（聚酰亚胺）上，能够适应牙龈的弯曲表面。
该研究通过仿真迭代找到了在目标频段较优的偶极子天线长度及封装厚度并且通过实验得到了验证。同时,仿真结果显示在30 mm的距离下10g 比吸收率(SAR)为 1.83 W/kg并且在安全限值(2 W/kg)内。该研究还实测了射频能量由体外传输至口腔内的效率。在5 cm的距离, 发射功率为 4 W Equivalent isotropic radiated power (EIRP)时, 射频能量传输效率能达到1.5 %。大部分射频能量耗散在人体组织中. 仿真结果显示不同人体组织对射频能量的吸收量不同。其中,肌肉对射频能量的吸收量最大。
作者还绘制了该系统的能量传递路径。其中, 效率取决于输入功率、电源和负载之间的距离。 ηRTE 是射频功率传输效率。 ηECE是功能电子器件激活期间，功能电子器件的能耗与射频能量输入和来自电容器的部分能量之和的比值。通过该路径图可以发现, 由于人体组织的特性, 大部分能量(11.97 mJ) 在抵接收天线之前就已经被人体组织吸收掉了。流入传感器系统的能量仅为21.6 μJ。接着, 很大一部分的能量(29.84 μJ)被稳压器(LDO)前端的控制电路耗散掉了。该路径图为进一步的系统优化提供了依据。例如, 未来通过设计更智能的 LDO的控制电路可以大大减小能量的耗散。
作者开发的无线正畸力传感系统（BWS）具有以下主要优势：灵活性、无电池设计和远距离非接触式监测口腔内的正畸力。它为临床医生提供了实时、精确的正畸力控制，并让患者能够在家中定量监测治疗进展并与医生共享数据，减少不必要的临床就诊。然而，该系统的可能弱点包括需要进一步的定制化改进、尚未涵盖三维正畸力测量以及尺寸方面的改进空间。未来的发展方向包括如何于牙套融合以适应体内使用、扩展到三维正畸力测量以及通过进一步的尺寸小型化和生物相容性测试来改进系统。
【参考文献】
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523010819
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