CN106714710B - 高强度超声波舌清洁器 - Google Patents

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Abstract

一种超声波舌清洁器，其与机械刮擦作用同时地向舌头施加高强度非衰减的超声压力波。超声组件可操作以损伤和失活舌头的表面上和褶皱中的引起异味的细菌链。银基抗微菌附件进一步增强了舌清洁器的性能。公开了各种构造，包括具有和不具有抗微生物银的用户可移除和可替换的舌清洁器头。描述了以舌清洁器头的声波轨道振动为特征的机动版本。

Description

高强度超声波舌清洁器
技术领域
本发明涉及刮舌器，更具体地涉及利用声波和超声声学机构的刮舌器，以增加刮舌器的有效性并提供增强的口腔卫生。
背景技术
早期的刮舌器是在20世纪30年代在法国发明(0399946-5/1932)以减少口臭。随后是各种其它刮舌器，例如Shanley的US 1,893,524和Levit 的US 6,951,567B2以及许多其它的。随后是许多其它装置，其中刮舌器部分与手动牙刷(Tenzer的US 5,980,541和Rosenblood等的US 7,478,452 B2)组合出现，并且与牙线分配器(Brown的US 6,363,949B1)组合出现。所有这些装置被开发用于共同的主题，用于从舌头表面刮擦和去除引起不期望气味的物质。引起不期望气味的物质(碎屑)通常由酶、蛋白质、糖、菌斑和厌氧细菌组成。这些材料存在于舌头的顶表面上以及舌乳头之间的空腔的底部。当这些材料分解时，分解过程产生硫气，这是口臭的原因。
改进的尝试由WO2002034145代表，其公开了一种刮舌器，该刮舌器连接到通常在牙科诊所中用于从牙齿去除硬质钙化牙垢的超声牙科器械。虽然这种组合装置通过向刮舌器添加低幅度超声频率振动来提高刮舌器的有效性，但是它只能在牙科诊所中使用，因而对于日常家庭使用是不实用的。
超声波刮舌器(WO2014/004979A1)由Wawiluk提出，其被设计用于家庭使用。在他的公开的说明书中，Wawiluk提出了由刮舌器头部分100 和主体部分200构成的结构，其中主体部分200包括配置为产生超声波的超声波发生器。超声波发生器既没有在说明书中进一步限定，也没有在 WO2014/004979A1的附图中示出。未限定所提出的超声波发生器的结构，并且未限定所产生的超声波如何从主体部分200传输到刮舌器头部分100 是这种教导本领域的建议的关键故障。
在主体部分200中产生的超声波如何以及是否被传送到该发明的超声施加部分-刮舌器头部分100的前缘105-不是显而易见的。
清楚的是，为了到达用于接触舌头并且假定将超声波从装置传送到舌头以辅助手动刮除的前缘105的表面，在主体部分200中产生的超声波必须前进通过大量的结构衰减、多个超声衰减表面界面和超声消耗(ultrasound killing)空气间隙。因此，清楚的是，在WO2014/004979A1的说明书中描述的所有提出的实施例中，到达工作前缘105的超声波在强度和功效方面受到高度限制。
早期技术中关于碎屑如何从舌头的顶表面刮掉的教导是明确的。然而，从舌头的顶表面刮掉碎屑仅减少了由舌头的顶表面上的分解物质产生的硫气的恶臭，并且这只是暂时的。它不影响舌头的褶皱和舌乳头的折缝中的蛋白质、糖、菌斑和厌氧细菌。为了使这些隐藏的细菌无效，并且停止产生硫气的分解过程，需要强烈的超声压力波穿透到在舌头的褶皱和舌乳头腔中的的底部。所公开的现有技术没有教导这一点。
虽然到目前为止已经有朝向一种有效的舌清洁器装置以消除坏的口臭的进展，但是过去的进展仅仅是暂时和临时的解决方案。对消除恶臭的根本原因或使其无效的永久解决方案的寻求仍未得到满足，所述根本原因是来自舌头和乳头的厌氧细菌。
发明内容
响应于上述需求；本发明的目的是提供方法和装置，其除了从舌头的顶部除去产生硫气的分解碎屑之外，还有效杀灭隐藏在舌头和舌乳头的褶皱中的厌氧细菌或使其无效，并停止残留的隐藏物质如酶、蛋白质、糖、菌斑和其它物质的分解的硫气产生。
通过开发和公开一种采用高效率非衰减新型超声换能器系统的新的强度改进的超声波刮舌器，本发明实现了这些目的，其中换能器位于刮舌器头中，并穿过1/4波长匹配层和刮舌器的刮缘舌照射舌头。本发明消除了现有技术的超声换能器、手柄主体部分、主体部分的杆、头部分和前缘(刮缘) 之间的所有的众多超声衰减表面界面和超声阻挡空气间隙。
本发明还结合银作为超声换能器上的电接触表面。银的抗微生物性质在科学中已经知道许多世纪了。已知银抑制细菌生长并且使蛋白质和酶失活。银纳米颗粒已被大量研究和证明为抗微生物材料。它们的简单合成和高度有效的观察到的抗微生物活性使得它们是从超声换能器的暴露的银接触表面施用银的非常有吸引力的形式。
根据该发明内容，详细描述了本发明的两个优选实施例。在实施例中的一个中，在换能器与舌头之间使用了1/4波长超声匹配层，以增强非衰减超声能量到舌头组织的传输和耦合。在第二实施例中，换能器的银接触表面暴露以与舌头紧密接触。
使用者通过手动运动来操作本发明以从舌头上刮下碎屑并用超声波照射舌头的各个区域。一些实施例结合超声压力波将抗微生物银施加到舌头。在某些其它实施例中，刮舌器头的声频运动增强了用户的手动运动。
所有实施例利用新方法使舌头的褶皱和舌乳头中的厌氧细菌与装置的手动运动或声频振动同时地、相结合地或独立地经受超声压力波，该超声压力波的频率在20kHz至20MHz之间，更典型地在750kHz至2MHz内，其非衰减强度在0.02至0.5W/cm2之间，更典型地在0.035至0.150W/cm2 内。
因此，本发明的新的强度改进的超声波刮舌器包括手柄部分和刮舌器头部分。刮舌器头部分包括一个或多个超声换能器和一个或多个刮缘。刮舌器头部分通常可从手柄部分移除，并且在磨损时可更换。在可移除构造中，各种尺寸的头部可附接到手柄，有时具有各种性能特征。不可移除的构造将允许更低的成本和更简单的一次性系统。手柄部分包含电池组、产生刮舌器头部分的声频触觉振动的电子电动机、产生超声频率电流以激励刮舌器头部分中的超声换能器并且提供对刮舌器中的其它功能的控制的电子控制模块，所述控制例如电动机速度控制和电池充电控制。刮舌器系统还可以包括电池充电架，以通常通过导电电流装置提供用于对手柄中的电池充电的初级电流。
换能器直接暴露于舌头完全消除了现有技术的超声能量的所有结构衰减，并且提供了非衰减的高强度超声压力波以照射舌头。
本发明的主要创造性步骤之一是位于刮舌器头中的超声换能器与舌头直接接触，所述直接接触通过或不通过1/4波长超声匹配层。
本发明的另一创造性步骤是将超声换能器的靠近器械刮缘的银接触表面暴露于舌头的表面。在该实施例中，银不仅接触舌的表面，而且当刮缘被拉过舌头表面时，它打开舌头表面和舌乳突中的褶皱，从而允许银与隐藏在折缝中的酶、蛋白质和厌氧细菌接触并与它们相互作用。
总之，除了从舌头物理地移除碎屑之外，本发明还提供了一种协同机制，其中换能器位于刮舌器头中，将非衰减的超声压力波传递到舌部，和/或换能器的银接触表面是暴露的，以与舌头紧密接触，将传播到舌头中的非衰减的高强度超声波与银的抗微生物性质协同地增强，所述抗微生物性质用于消除和失活存在于舌头和舌乳头的褶皱中的厌氧细菌。
附图说明
图1A示出了包括结合有刮缘和超声换能器的刮舌器头部分以及包含驱动电机、电子控制器和电池的手柄部分的本发明的纵向截面图和示意图。
图1B示出了本发明的仰视图。
图2示出了具有暴露的非衰减超声换能器的可移除刮舌器头部分的横截面。
图3显示了使存在于舌头的褶皱中的厌氧细菌失能和失活的协同方法。
具体实施方式
术语“超声”和“超声波”和“超声压力波”是指具有20kHz及以上的操作频率的连续波超声或重复突发型超声模态中的声能。对“声音”和“声音或声频振动”的引用是指显著低于20kHz超声阈值(通常在100至500Hz的范围内) 的物理振动或振荡运动。与刮舌器相关的术语“空化”是指气泡的产生和/或分散以及声音或超声能量和振动与口腔流体环境内的气泡之间的相互作用。与超声相关的术语“结构衰减”是指在从超声发生换能器通过装置的其它部分到与超声应用解剖结构接触的施加表面传播超声波的过程中与各种表面界面、气隙和通常用于容纳超声换能器的材料相关的衰减效应。
超声对细菌和细菌菌落的破坏性影响以及使细菌菌落无效的方法是众所周知的，并且在科学界有记载。众所周知，超声的有效性与施加的强度相关，因此重要的是在组织加热阈值的限制内限制能量损失并使来自超声换能器的可用强度最大化。
在优选配置中的强度改进的超声波刮舌器20的发明在图1A和图1B中示出。刮舌器20包括手柄部分30和通常由刚性或半刚性塑料材料构成的刮舌器头部分60。
手柄部分30通常包含电池组36、电子控制模块34和具有安装在电动机32的轴上的偏心配重33的电动机32。电池组36通常是NiCd或NiMH 化学系统的多单元充电电池，其对电子控制模块34提供大约4.8VDC。然而，也可以在设备的构造中使用低至1.2VDC的单电池和不可充电电池。电子控制模块34具有由多功能开关40选择性地激活的多个功能。电子控制模块34控制电动机32以根据用户的偏好产生通常在100Hz至500Hz之间的各种速度的声波轨道振动44，或者当用户不想要时没有振动。电子控制模块34通常将通过电压倍增器电路将电池电压升高到9.6VDC至16.0VDC的范围，结合在20kHz至20MHz之间的频率，更典型地在750kHz至2MHz 的频率内的超声频率产生电流，用于通过连接线38和接触销42B对超声换能器62供能。
刮舌器头部60具有刮缘70并且容纳超声换能器62。超声换能器62通常具有镀银接触表面64，连接线66焊接到接触表面64，终止于插座42A。
换能器62通常由硬质压电材料的一个或多个元件构成，例如PZT-4或 PZT-8锆钛酸铅组合物陶瓷。PZT-8材料是用于舌清洁器应用的特别好的候选，因为它能够产生大的机械驱动振幅，同时保持低的机械和介电损耗。然而，本领域中还可以使用各种其它换能器材料，例如单晶硅、电容微机械加工材料、静电聚合物，以及将来可用于构造超声换能器的更多换能器材料。当通过由电子控制模块34经由互连布线38、引脚42B、插座42A和布线 66供应的超声频率电流供能时，换能器62与超声频率电流协调地膨胀和收缩，产生和发送超声压力波68通过1/4波超声匹配层69进入舌头，如图3 进一步所示。
图2示出了刮舌器头100的另一种构造。在刮舌器头100的刮缘70侧上，换能器62的镀银接触表面64的大部分暴露以与舌头紧密接触。银接触表面64可以用银纳米颗粒的浸渍来增强。使用尺寸为7nm、29nm、89nm 的银纳米颗粒的科学实验已经表明，尽管所有粒径都是有效的，但较小的纳米颗粒比较大的纳米颗粒对细菌菌落具有更多的抑制作用。此外，舌头上的唾液水分进一步活化银颗粒以释放银离子(Ag+)，这进一步增强银接触表面64的抗微生物性能。
图2的项目42A、66和68具有与图1A 中描述的相同编号的项目共同的功能。
图3描绘了通过同时施加超声压力波68和超声换能器62的银接触表面 64的抗微生物性质来失能和失活在舌头80的褶皱72中的厌氧细菌的协同方法。首先，用户冲洗刮头100的刮缘70侧和暴露的超声换能器62与水接触，并且通过控制开关40(图1A所示)启动超声压力波68，然后使刮头100的刮缘70侧进入然后用户沿方向A向下按压刮头100，直到银接触表面64与舌头80接触，并且刮缘70咬入并拉伸舌部80的顶表面。在接触的一刻，唾液水分进一步增强了超声压力波68到舌部80中的耦合，并且增强了Ag+离子从银接触表面64释放。
然后用户沿方向B朝向舌头80的前部拉动刮头100，从而刮掉舌头80 上的任何碎屑，并且用高强度超声压力波和来自银接触表面64的Ag+离子逐渐照射整个表面以及舌头80的褶皱72和舌乳突68。
本文和在所附信息公开声明中引用的所有专利和出版物通过引用以其整体并入本文。“超声”和“超声波”的表达可互换使用。
“典型的”、“典型地”、“通常”等的表述不排除其他部件、材料和方法，而仅示出一些更频繁使用的替代物。
尽管前面的描述包含许多特定性，但是这些不应被解释为对本发明的范围的限制，而是作为其许多附加实施例中的一些优选实施例的示例。本领域技术人员将能够容易地改变实施例中描述的各种部件的尺寸、形状和构造材料，并将本发明应用于所有类型的声波和超声能量应用。因此，本发明的范围不应由所说明的实施例来确定，而是由所附权利要求及其法律等同物来确定。

Claims (12)

1.一种超声波舌清洁器，包括：
a)舌清洁器头部分，其具有用于从舌头刮除碎屑的至少一个刮缘和位于该舌清洁器头部分内的至少一个超声换能器，其中至少一个刮缘从所述舌清洁器头部分的舌接触表面垂直延伸并用于推入和拉伸所述舌的顶表面，以及用于增强非衰减的超声压力波到所述舌的所述顶表面中的耦合,所述超声换能器将超声压力波操作地辐射并耦合到舌头，以冲击在舌头的顶表面上和褶皱中的细菌；
b)手柄部分，其包含产生超声频率电子电流的装置和所述电子电流的连接装置，以激励位于所述舌清洁器头部分中的所述超声换能器。
2.根据权利要求1所述的超声波舌清洁器，其中，由所述换能器辐射的超声压力波是非衰减的，并且在20kHz至20MHz之间的频率下操作并且产生0.02至0.5W/cm2的非衰减的超声强度。
3.根据权利要求1或2所述的超声波舌清洁器，其中由所述换能器辐射的所述超声压力波可操作以损坏和降低在舌头的顶表面上和褶皱中的引起异味的细菌和细菌菌落的有效性。
4.根据权利要求1或2所述的超声波舌清洁器，其中所述舌清洁器头部分能从所述手柄部分移除，并且包括将所述舌清洁器头部分牢固地连接到所述手柄部分的装置，以及从所述手柄部分连接所述超声频率电子电流以对在所述舌清洁器头部分的所述超声换能器供能的装置。
5.根据权利要求1或2所述的超声波舌清洁器，还包括固定到所述手柄部分的结构上的电机，其具有产生所述手柄部分和所述舌清洁器头部分的轨道振动的装置。
6.根据权利要求5所述的超声波舌清洁器，其中，所述轨道振动的频率在100Hz至500Hz之间。
7.根据权利要求5所述的超声波舌清洁器，还包括根据使用者的需要选择性地产生或不产生所述手柄部分和所述舌清洁器头部分的所述轨道振动的装置。
8.根据权利要求5所述的超声波舌清洁器，其中，所述舌清洁器头部分 能从所述手柄部分移除，并且包括将所述舌清洁器头部分牢固地连接到所述手柄部分的装置，其具有将所述轨道振动从所述手柄部分传递到所述可移除的舌清洁器头部分的装置，以及从所述手柄部分连接所述超声频率电子电流以对在所述舌清洁器头部分的所述超声换能器供能的装置。
9.一种超声波舌清洁器，包括：
a)可移除的舌清洁器头部分，其具有用于从舌头刮除碎屑的至少一个刮缘；以及具有朝向舌头的至少一个暴露银接触表面且位于该舌清洁器头部分内的至少一个超声换能器，其中至少一个刮缘从所述舌清洁器头部分的舌接触表面垂直延伸并用于推入和拉伸所述舌的顶表面，以及用于增强非衰减的超声压力波到所述舌的所述顶表面中的耦合,所述超声换能器将超声压力波操作地辐射并耦合到舌头，以冲击在舌头的顶表面上和褶皱中的细菌；
b)手柄部分，其包含产生超声频率电子电流的装置和所述电子电流的连接装置，以激励位于所述刷头部分或所述超声施加头部分中的所述超声换能器。
10.根据权利要求9所述的超声波舌清洁器，其中，由所述换能器辐射的所述超声压力波可操作以损坏并降低位于舌头的顶表面和褶皱中的引起异味的细菌和细菌菌落的有效性，并且所述暴露银接触表面可操作以利用银的抗微生物性质辅助进一步损坏并降低位于舌头的顶表面和褶皱中的引起异味的细菌和细菌菌落的有效性。
11.根据权利要求9所述的超声波舌清洁器，还包括固定到所述手柄部分的结构上的电机，其具有产生所述手柄部分的轨道振动的装置和将所述轨道振动从所述手柄部分耦合到所述可移除的舌清洁器头部分的装置。
12.根据权利要求11所述的超声波舌清洁器，还包括根据使用者的需要选择性地产生或不产生所述手柄部分和所述可移除的舌清洁器头部分的所述轨道振动的装置。
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