CN115484893A - 具有改进的性能耐久性的超声牙科器械、插入物组件和插入物 - Google Patents

具有改进的性能耐久性的超声牙科器械、插入物组件和插入物 Download PDF

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Abstract

提供了超声牙科器械、插入物、和插入物组件,超声牙科器械、插入物、和插入物组件包括声学转换器和尖端,声学转换器和尖端组合地被配置成在与驱动该组合的换能器的共振频率不同的操作频率下操作。其结果是,超声牙科器械、插入物、和插入物组件通过在例如2mm至3mm之间的标称磨损长度上提供改进的输出行程范围来提供改进的性能耐久性,这产生在更长的使用寿命上更耐久的性能。

Description

具有改进的性能耐久性的超声牙科器械、插入物组件和插 入物
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年4月10日申请的美国临时专利申请第63/008,041号的权益和优先权,其全部内容特此通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及牙科系统和工具。更具体地,本公开涉及被设计为在器械、插入物组件和插入物的正常磨损寿命期间促进改进的输出行程的牙科超声器械、插入物组件和插入物。
背景技术
出于若干原因,不推荐使用磨损的超声牙科器械。例如,由于在治疗过程中当插入物的磨损的尖端部分抵靠牙齿而应用时,该磨损的尖端部分的行程减小,所以损及护理标准。传统插入物上的行程随着插入物磨损而单调减小。为了补偿,临床医生通常需要增加超声系统上的功率刻度并且经常需要抵靠牙齿施加更大的压力。抵靠牙齿施加增加的压力经常使临床医生经受增加的夹捏力和疼痛,这促使增加手腕张力并且不得不偏离中性手腕位置。
作为尖端部分磨损的结果,输出行程的减少也影响治疗过程中生物膜去除的效率。J.W.Costton博士和其他人的研究强调了生物膜管理在医疗和牙齿环境中的重要性。由于许多治疗形式是在低功率或行程水平下进行的,由于磨损引起的这些参数的降低进一步限制了临床医生去除和管理生物膜。
牙科器械的物理耐久性是指在治疗过程中应用于牙齿结构的器械的尖端部分的磨损速率。一些制造商已经采用了使用TiN(氮化钛)的纳米技术以及其他应用气相沉积或合金化工艺的用法,来增加合金层的厚度。该方法已经示出部件的机械耐磨性增加超过一百万次循环。对于一些器械可实现足够的耐久性,诸如关于手动刮器等,其可在数千次剔除运动中维持足够的锐度。然而,实现关于超声牙科器械的足够的耐久性是更困难的,诸如关于在每分钟循环超过1,800,000次(180万次循环)的30kHz频率范围内操作的超声牙科刮器系统。
牙科器械或组件的性能耐久性限定了器械或组件在许多牙科治疗上维持超过正常物理磨损的高水平性能的能力。仪器或部件在产品的寿命内基本上保持其原始性能水平的这种能力是耐久性的优越预测。
目前,在输出行程或清洁效率方面限定了超声插入物的使用寿命。对于传统的超声插入物,在尖端部分磨损仅1mm之后性能和/或效率可以降低约25%或更多,并且在磨损2mm之后性能和/或效率可以降低约50%或更多。实际上,该2mm磨损阈值已被行业采用作为事实标准。
在典型的牙齿清洁治疗或清创术中,超声系统以其共振频率振动所附接的插入物。这产生了机械振动,这些机械振动在由治疗所确定的行程(两倍的振幅)上可以变化。在典型的治疗中行程是在0.001英寸至0.003英寸(1密耳至3密耳)的范围内。
例如,在治疗过程中使用2密耳行程,磨损约1mm的尖端部分将具有1.5密耳或25%的减小的行程。为了补偿,临床医生通常将增加功率设置。超声设备上的功率尺度不针对行程中的设置进行校准,并且甚至不显示行程中的设置。因此,假设行程增加,临床医生基本上是在增加功率刻度。在一些情况下,超声系统不能增加足以补偿效率损失的输出行程。临床医生处理的唯一其他选项是使用更大的压力,这可导致患者伤害和/或不适。当然,在2mm磨损的情况下,这些问题甚至更加复杂。
超声激活的插入物在20世纪50年代晚期引入。这些设计涉及从金属牙科手动器械移除刮除尖端并且将它们钎焊到镍堆叠上,镍堆叠当被调谐至超声器械的共振频率的电子系统激活时产生机械运动和能量。这些早期系统证明了从患者牙齿去除硬质牙垢(牙结石)的快速且有效的手段。例如,授予Balamuth等人的美国专利第3,075,288号、授予Kleesattel等人的美国专利第3,076,904号、以及授予Swatton等人的美国专利第10,368,967号展示了半λ磁致伸缩驱动器和在其共振频率下运行的半λ声学转换器的用途。在授予Banco的美国专利第3,930,713号(“Banco”)中,描述了共振的物理特性和机械原理,包括如应用于超声牙科插入物的设计的振幅与力之间的关系。
现代超声牙科系统已经对超声工具的激活和控制进行了改进,但是用于插入物的设计原理保持基本相同。
声学转换器用于耦合和放大由磁致伸缩或压电换能器产生的机械振动。它们可以通过若干数学方法完全分析,包括共振频率、力和应力分布曲线、阻抗以及振幅分布曲线,以及因此,放大比率和节点的位置。如在Banco中公开的,在其共振频率下操作的声学转换器的半λ(λ/2)区段的力、振幅和阻抗的关系由在两端部处的振幅最大值表征,其中,在端部处的力等于零。在声学转换器上的任何区段处的力和速度可以表达为:
Fj=Fi cosαj±ZjVisinαj以及
Figure BDA0003926762870000031
其中
Figure BDA0003926762870000032
Vi=ωAi,Zi=(ρCL)iSi,
A=振幅,S=CS面积,以及CL=材料的纵向声速。
上述概念可扩展为包括两个半波长(λ/2)区段。例如,使用磁致伸缩系统,一个区段包括磁致伸缩叠片的堆叠,而第二区段包括声学转换器。在共振时,两个自由端处和λ/2区段的接合处的力将为零,并且振幅在自由端处将为最大值。
用于现有技术牙齿插入物的这种设计标准使用Banco中所描述的物理原理。当牙科插入物尖端的长度小于λ/4时,共振声学转换器的远端部分的长度的一部分可以被该尖端所代表的等效质量替代。
在共振时,在任意点‘x’处切割的声学转换器的左区段和右区段的阻抗的和等于零。这可以通过公式ZL+ZR=0在数学上进行描述。这是共振条件,其中,左区段的阻抗等于右区段的阻抗的负值。对于圆柱形共振器的半波长长度,例如,我们可以切割从左端测量的区段x=λ/8,其中两个阻抗项表示为:
Figure BDA0003926762870000033
以及
Figure BDA0003926762870000034
应用相同的计算原理,可以发现力和速度的特性或模式脱离共振。
授予Gigault的法国专利第3018041B1号介绍了在直线工具上使用具有不同深度的远侧凹槽以在尖端部分磨损时保持尖端部分的面积恒定以在尖端磨损期间控制输出行程的概念。然而,这种设计方法的物理和机械要求限制了其对于具有小横截面面积的任何非直线设计的应用,这是因为由于插入物的尖端部分处或附近的狭槽而导致的过度弯曲模式和附加应力上升的可能。
发明内容
本公开克服了现有技术的限制并且提供了具有改进的性能耐久性的超声牙科插入物。改进的耐久性使得本公开的超声牙科插入物能够在其标称磨损长度上提供改进的输出行程范围,这产生更耐久的性能和更长的使用寿命。更具体地,提供了非限制性示例,其中,设计参数被选择成在尖端部分磨损的前1mm上产生输出幅度的受控增加,并且然后随着尖端部分继续磨损而减小,例如,减小至2mm以上。本文描述的多个方面和特征在标称2mm或更大的磨损上改善了这些插入物的性能。
本公开在多个方面考虑了由于阻抗变化导致输出行程减小的效果,阻抗变化随着尖端部分磨损产生,尖端部分磨损通过初始操作非共振和声学设计的选择造成,声学设计随着尖端部分在插入物的运行寿命期间磨损而产生增大的尖端-声学转换器增益。
本公开还为临床医生提供了先前意料不到的益处,包括当尖端部分在初始使用寿命期间磨损时增加输出行程的特性。
在许多方面,声学转换器(包括尖端,称为连接体尖端组件(CBTA))被配置成在基本上低于机械地耦合至CBTA的磁致伸缩堆叠的共振频率的频率下操作。该尖端可以通过不同手段(例如,压配合、螺纹、铜焊、机加工成单件)或以任何其他适合的方式连接到声学转换器上。
根据本公开提供的声学增益随着频率参数而变化,如在FEA分析中所展示的,其部分提供增强的性能特性。
在其他方面,CBTA的尖端部分的反弯结合远侧弯角、尖端部分的末端部分的长度以及弯曲半径被配置成在牙科器械的操作范围内控制输出行程的范围。
本公开更具体地在多个方面提供一种牙科超声插入物组件,该牙科超声插入物组件包括:换能器,该换能器限定该换能器的共振频率;声学转换器;以及尖端,该尖端耦接到声学转换器的远侧部分。声学转换器和尖端的组合的近中部分耦接到换能器,并且该组合的操作频率不等于(例如,大于或小于)换能器的共振频率。在尖端的全长L状态下,换能器和声学转换器的接合部处的力是有限的。在减小的长度L-X状态下,其中X表示尖端的磨损量,换能器和声学转换器的接合部处的力基本上为零,并且尖端的输出行程基本上处于最大值。
在本公开的多个方面中,减小的长度L-X状态下的操作频率与共振频率一致。
在本公开的多个方面中,X大于1mm。在多个方面中,X大于0mm且小于4mm。
在本公开的多个方面中,操作频率在18kHz至50kHz。
在本公开的多个方面中,尖端被压配合到声学转换器或声学转换器的整体部分上。在多个方面中,尖端可经由螺纹接合是从声学转换器可移除的。
在本公开的多个方面中,换能器是压电或磁致伸缩的。
根据本公开提供的另一种牙科超声插入物组件包括:换能器,该换能器具有共振频率并且限定了基本上等于该共振频率的二分之一波长的长度;声学转换器;尖端,该尖端从该声学转换器向远侧延伸。声学转换器和尖端的组合被配置为在低于共振频率的操作频率下操作,该组合限定大于换能器的频率的二分之一波长的长度,并且随着尖端的长度从全长减小,组合的操作频率接近共振频率。该牙科超声插入物组件可以进一步被配置成类似于以上或本文另外详述的多个方面中的任意方面。
根据本公开提供的又另一牙科超声插入物组件包括:换能器,该换能器限定基本上等于其共振频率的二分之一波长的长度;以及尖端和声学转换器的组合。该组合限定大于换能器的频率的二分之一波长的长度,并且被配置为在低于共振频率的操作频率下操作。该组合具有非单调行程值,随着尖端的长度减小,非单调行程值包括最大值,并且组合的操作频率随着尖端的长度减小而接近共振频率。牙科超声插入物组件可以进一步被配置成类似于以上或本文另外详述的多个方面中的任意方面。
根据本公开提供的又另一牙科超声插入物组件包括:换能器,该换能器限定基本上等于其共振频率的二分之一波长的长度;以及尖端和声学转换器的组合。该组合被配置为在低于共振频率的操作频率下操作并且限定大于共振频率的二分之一波长的长度。尖端具有弯曲半径,其中从尖端的远侧点至与弯曲半径的相切的距离的比率大于1.25。尖端进一步限定两个角,其中,两个角中的更近侧角与两个角中的更远侧角的比率大于3。该牙科超声插入物组件可以进一步被配置成类似于以上或本文另外详述的多个方面中的任意方面。
在本公开的多个方面中,距离的比率大于1.25且小于2.25。
在多个方面中,距离的比率是:在尖端的长度减小至少2.0mm或在多个方面中至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面中,更近侧角与更远侧角的比率是:在尖端的长度减小至少2.0mm或在多个方面中至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面中,更近侧角与更远侧角的比率与距离的比率结合为:在尖端的长度减小至少2.0mm或者在多个方面至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
本公开的另外的方面和特征将从说明书和附图以及从权利要求中变得清楚。在一定程度上,本文详述的任何方面和特征可与本文详述的任何或所有其他方面和特征一起使用。
附图说明
图1是根据本公开的磁致伸缩超声插入物组件的分解立体图;
图2是磁致伸缩堆叠的侧视图,包括描绘在共振频率下沿着堆叠的长度的速度与力之间的关系的曲线;
图3A是锥形声学转换器的侧视图,包括描绘沿其长度的速度与力之间的关系的曲线,其中操作频率小于共振频率;
图3B是另一个锥形声学转换器的侧视图,包括描绘沿其长度的速度与力之间的关系的曲线,其中操作频率大于共振频率;
图4是耦接至连接体尖端组件(CBTA)的二分之一波长磁致伸缩堆叠的侧视图,该连接体尖端组件大于共振堆叠的二分之一波长,如由所附曲线所描绘的;
图5是CBTA的侧视图,其中声学转换器耦合至尖端;
图6A是示出根据本公开的现有技术工具和耐久性能插入物之间的关系、与本公开的耐久性能插入物的有限元分析相比较的图表;
图6B是示出根据本公开的现有技术工具和耐久性能插入物的尖端行程的百分比变化与尖端磨损的关系的曲线图;
图7A是示出根据本公开的各种耐久性能插入物的耐久性与尖端角参数之间的关系的图表;
图7B是示出各种耐久性能插入物的尖端行程的百分比变化与尖端角的关系的曲线图;
图8是图示了包括弯角、弯曲半径和长度参数的插入尖端的侧视图;以及
图9是比较现有技术插入物和本公开的耐久性能插入物的操作行程参数的简化图形图示,其使用正态曲线将特征输出行程值描述为尖端磨损。
具体实施方式
本文参考附图描述了本公开的方面和特征。在以下描述中,公知的功能或构造被概括地描述或完全省略,以避免在不必要的细节上模糊本公开。术语插入物、插入物尖端和尖端在本文中可互换地使用,而术语尖端部分是指插入物、插入物尖端或尖端的远端部分。此外,术语插入物组件、尖端组件或插入物尖端组件可互换地使用,并且除了插入物、插入物尖端或尖端之外,还包括一个或更多个另外的部件(无论是整体形成的还是以其他方式直接或间接地与插入物、插入物尖端或尖端耦接),由此形成组件。该组件本身可以是或可以连接到工具或器械,术语工具或器械也可互换地使用。进一步,虽然本文通过示例的方式相对于磁致伸缩系统描述了本公开的方面和特征,但应当理解,本公开的方面和特征也同样适用于压电系统。
参照图1,牙科超声插入物1被配置为连接至磁致伸缩换能器2以在超声频率下驱动插入物尖端3的自由端部分(例如,尖端部分)以促进治疗患者的牙齿。换能器2可以在例如从18kHz至50kHz的频率范围内操作。用于牙科装置中的磁致伸缩堆叠组件(换能器),诸如换能器2等,是单方面加载的,因此,换能器的质量对于声功率的传输是至关重要的。压电系统中的等效物将被称为用于压缩晶体(未示出)的负载质量。换能器2的这种不对称作用被称为初始驱动。
继续参考图1,换能器2的组合以及声学转换器4(本文也称为连接体尖端组件(CBTA)4)和尖端3的组合的质量被支撑在节区域5中,其中节销6被支撑套管7捕获。手柄8经由弹性构件9(例如,O形环)耦接至支撑套管7。插入物组件1的组装通过前锥体10的附接完成,其中,弹性构件11(例如,O形环)防止流体在前锥体10上的出口端口12的周缘上离开。将插入物组件1组装到牙科手持件(未示出)是经由将支撑套管7插入到牙科手持件中来执行的,其中围绕支撑套管7安装的弹性构件13(例如,O形环)在插入物组件1与牙科手持件之间提供流体密封,同时使所安装的插入物组件1能够进行360度旋转。
参照图2,换能器2示出为包括若干高镍(Permanickel)叠片的堆叠组件。换能器2以由其长度(LS)确定的其共振频率被激活。在这些条件下,力15在两端部16、17处等于零。速度14在节点N处为零,并且在两端部16、17处具有最大值。
参考图3A,在多个方面,提供了锥形的声学转换器18,其中力22在声学转换器18的近中端20处是有限的,例如大于零,并且在远端19处具有零值。速度21是在声学转换器18的远端19处的相对最大值,并且当声学转换器18的长度接近其半波长值时将变为最大值(参见图5B,如下文描述的)。在这样的方面中,放大比率和节点由本文描述的各种配置确定,并且不同于例如共振区段的值。
参考图3B,示出了类似于图3A的转换器18的另一锥形声学转换器23,其中声学转换器23上的力26在近中端25处是有限的,例如小于零,并且速度27是在远端24处的相对最大值。
参照图4,连接体尖端组件(CBTA)4和换能器2(也称为堆叠组件2)示出为附接在组合的近中接合部28处,其中,力22在尖端3的远端29处基本上是零,以及在换能器2的远端处基本上是零,并且在换能器2和CBTA4的接合部28处具有例如大于零的有限值。速度值在CBTA4上的节区域5中和在换能器2上的节区域N(见图2)处与零相交。
继续参照图4,在该配置的近中接合部28处的力22的有限值描述连接体尖端组件4的频率小于换能器2的共振频率。在这种配置中,速度21在换能器2的远端17和尖端3的远端29处具有相对最大值。这些速度在临床使用过程中随着尖端3的尖端部分或远侧部分磨损(从远端29)接近它们的最大值,并且组合换能器2和连接体尖端组件4的频率接近共振。
在一些方面,本插入物组件包括:换能器,该换能器限定共振频率;声学转换器;以及尖端,该尖端耦接到声学转换器的远侧部分,其中所述声学转换器和尖端的组合的近中部分耦接到换能器,并且其中该组合的操作频率不等于换能器的共振频率,例如,其中,在尖端的全长状态下,换能器和声学转换器的接合部处的力是有限的,并且其中,在由于尖端的磨损量而减小的长度状态下,力基本上为零,并且尖端的输出行程基本上处于最大值。
在一些方面,例如,在减小的长度状态下的操作频率与共振频率一致。在另外的或替代的方面,磨损大于1mm和/或大于0mm且小于4mm。在多个方面,在全长状态下,声学转换器和尖端的组合的操作频率小于换能器的共振频率。在多个方面中,尖端被压配合到声学转换器上、通过螺纹接合来连接、或者是声学转换器的整体部分。在多个方面,在全长状态下,声学转换器和尖端的组合的操作频率大于换能器的共振频率。
参见图5,示出了插入尖端3,其中,通过使插入尖端3更长(例如,结合声学转换器4的长度限定长度L2,即长度L2大于例如图4中所示的插入尖端3的长度)来增大插入尖端的质量,其中,当在以上关于图4描述的配置中操作时,操作频率降低并且在近中端28处的力是有限的。在多个方面中,操作频率可以高于共振的频率。连接体尖端组件4可以被配置为经由节销6(图1)穿过位于节区域L3内的节端口5’附接以形成如上文详述的插入组件1(图1)。还设想了用于形成其他适合的插入物组件的附接。在一些实施例中,L2在共振下大于
Figure BDA0003926762870000091
其中n可以是1或2。
参考图6A,示出了根据本公开配置的超声牙科插入物的输出尖端行程的响应,以及现有技术插入物的输出尖端行程的响应。根据本发明的插入物和插入物组件提供了实际行程31的百分比变化,该百分比变化最初在尖端磨损29的第一部分上增大(例如,从0.0mm至约3.0mm),并且然后在尖端磨损29的第二部分上朝向初始水平往回减小(例如,对于大于3.0mm的尖端磨损)。现有技术插入物32的尖端行程对尖端磨损的百分比变化(其中响应是单调的)与图1所示的非单调的本公开的插入物的有限元分析(FEA)30和本公开的插入物的实际结果31形成对比。
参考图6B,示出了图6A中的数据的图形表示34。其中声学转换器的频率小于换能器的频率的FEA46的行程变化百分比的绘图基本上描绘了在0磨损与1.5mm磨损之间的非单调行程变化,例如小于或等于10%的变化。行程的变化在1.5mm磨损至3.0mm磨损增大,在3.0mm磨损之后减小。基于例如记录在显微镜上的实际数据,本公开的耐久性能尖端的行程变化示出了类似的响应47。
进一步参考图6B图示了本公开的插入物的行程响应与现有技术的超声工具48的实际行程响应之间的对比,其中,现有技术的工具响应48在尖端磨损的全范围下具有行程的基本上单调减小(例如,在大约1mm磨损时,行程的变化百分比为-20%)。
在多个方面中,插入物组件包括换能器,该换能器具有共振频率并且限定了基本上等于共振频率的长度,其中,该长度由
Figure BDA0003926762870000102
区段(其中n=1或2)和声学转换器来限定;以及从声学转换器向远侧延伸的尖端,其中声学转换器和尖端的组合被配置为在低于共振频率的操作频率下操作,并且其中该组合限定了大于换能器的频率的
Figure BDA0003926762870000101
的长度,其中n=1或2,例如,其中当尖端的长度从全长减小时,该组合的操作频率接近共振频率。
在多个方面中,例如,操作频率在18kHz至50kHz。
在多个方面中,换能器、声学转换器和尖端的组合被配置成在低于共振频率的操作频率下操作,例如,其中,该组合具有非单调行程值,该非单调行程值在尖端的长度减小时包括最大值,并且其中,该组合的操作频率在尖端的长度减小时接近共振频率,诸如,其中,操作频率在18kHz至50kHz,并且换能器是压电或磁致伸缩的。
图7A示出了本公开的插入物的另外的方面的结果的图表35,其中对反弯角和末端弯角的组合,以及在声学转换器的近中端处存在有限力的情况下末端角与末端尖端长度的比率进行控制,从而产生非单调输出行程(参见图7B)。更具体地,尖端磨损设置在列36中并且指示第一列37、第二列38、第三列39以及第四列40中的每个列,第一列37提供终端角为65度并且反角为10度的结果;第二列38提供终端角为60度并且反角为15度的结果;第三列39提供终端角为70度并且反角为10度的结果;第四列40提供终端角为70度并且反角为15度的结果。
参考图7B,示出了描绘末端弯角之间的关系的曲线图。尖端磨损显示在0至4.0mm的范围内,其中百分比变化曲线图42、43、44、45是相对于尖端磨损绘制的。百分比行程变化图42、43、44、45分别对应于上文关于列39、37、40、38详述的配置。如图所示,具有恒定末端角的反角的变化(例如,如曲线图42和44和/或列39和40的比较所示)提供了行程范围相对于尖端磨损的适度增加。例如通过比较曲线图43和45和/或列37和37所示,与行程范围相比,末端角的类似变化对行程水平具有更大的影响。
参考图8,尖端3被示出为限定包括反弯α2、末端弯α1以及位于尖端3的远侧三分之一的直区段LL1的几何形状。尖端3的点位于距中心线CL的距离LL2和距尖端3的近端的距离LL3处。尖端3的内部边缘由半径R1限定。对α1和α2的组合的变化的分析在本文中参考图7A和图7B详细描述。
在多个方面,插入物组件包括换能器以及尖端与声学转换器的组合,换能器限定了在其共振频率下基本上等于
Figure BDA0003926762870000111
的长度,其中n=1或n=2;其中,该组合配置成在低于共振频率的操作频率下操作,例如,其中,尖端具有弯曲半径,其中,从尖端的远侧点到与弯曲半径相切的距离的比率大于1.25,并且其中,尖端限定了两个角,其中,两个角中的更近侧角与两个角中的更远侧角的比率大于3。
在多个方面,距离的比率大于1.25并且小于2.25。
在多个方面,更近侧的角与更远侧的角的比率是:在尖端的长度减小至少2.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面,距离的比率是:在尖端的长度减小至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面,更近侧角与更远侧角的比率是:在尖端的长度减小至少2.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面,更近侧角与更远侧角的比率是:在尖端的长度减小至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面,更近侧角与更远侧角的比率结合距离的比率为:在尖端的长度减小至少2.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
在多个方面,更近侧角与更远侧角的比率结合距离LL1的比率为:在尖端长度减少至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
参考图9,示出了两条正态曲线56、57,一条用于现有技术尖端,并且另一条用于根据本公开的尖端。现有技术的曲线56具有水平线49和第二水平线52,水平线49的长度LLL3表示1mm磨损,第二水平线52的LLL4表示2mm磨损。竖直线54将曲线56平分并且在线54的右侧示出了实线段50。实线段50与线49的交点表示输出行程减小约25%的点。线段50的虚线延续与线52相交,这表示现有技术插入物的输出行程减小大约50%。行程与磨损的关系在行程最大值处开始,例如,现有技术插入物的行程最大值处,并且整体位于线54的右侧,其中,输出行程随着尖端磨损单调地减小。该图形表示示出了现有技术在大约1mm的磨损的情况下,提供了当前的护理标准。
继续参照图9,正态曲线57示出了根据本公开的耐久超声插入物的输出行程与磨损特性的关系,例如如图1-图5和图8所示和/或如本文所述的。水平线53与两条正态曲线56、57相关,示出了在其最大值的大约90%处的交叉曲线56的非限制性示例。竖直线55与线53在本公开的示例性耐久超声插入物的初始行程值的点处相交。长度LLL5表示从线53、55的交点到曲线57的最大值的距离。实线段51表示输出行程与尖端磨损的关系,而长度LLL6表示尖端长度的损失,其中输出行程大约等于初始值。曲线图57指出曲线图56中所示的现有技术插入物的固有不同特性,其中,本公开的耐久性能插入物的实线段51基本上位于最大值的两侧,示出了当尖端磨损时的非单调行程。曲线图57还展示了部分基于LLL6:LLL3的比率的耐久性能插入物的使用寿命增加的优点。在一些实施例中,LLL6:LLL3比率大于约1,诸如大于约1.5、大于约2、大于约3或甚至大于约4等。
仍参考图9,曲线图57与曲线图56相比增加的宽度是本公开的插入物和插入物组件1(图1)的物理特征的结果,例如,如图1-图5和图8所示和/或如本文所描述的,以及换能器2、声学转换器4和尖端3的组合的增益(参见图4和8),如本文详述的。
应理解的是,本文所公开的各个方面可以在与说明书和附图中具体呈现的组合不同的组合中进行组合。

Claims (33)

1.一种牙科超声插入物组件,包括:
换能器,所述换能器限定共振频率;
声学转换器;以及
尖端,所述尖端耦合到所述声学转换器的远侧部分,其中所述声学转换器和所述尖端的组合的近中部分耦接到所述换能器,并且其中所述组合的操作频率不等于所述换能器的所述共振频率,
其中,在所述尖端的全长L状态下,所述换能器与所述声学转换器的接合部处的力是有限的,并且其中,在减小的长度L-X状态下,所述力基本上为零,并且所述尖端的输出行程基本上处于最大值,其中,X表示所述尖端的磨损量。
2.根据权利要求1所述的牙科超声插入物组件,其中,在所述全长L状态下,所述声学转换器和尖端的组合的操作频率小于所述换能器的共振频率。
3.根据权利要求1所述的牙科超声插入物组件,其中,在所述全长L状态下,所述声学转换器和所述尖端的组合的操作频率大于所述换能器的共振频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,在所述减小的长度L-X状态下的所述操作频率与所述共振频率一致。
5.根据前述权利要求中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,X大于1mm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,X大于0mm并且小于4mm。
7.根据前述权利要求中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述操作频率在18kHz至50kHz。
8.根据前述权利要求中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端被压配合到所述声学转换器或所述声学转换器的整体部分上。
9.根据前述权利要求中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是压电的。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是磁致伸缩的。
11.一种牙科超声插入物组件,包括:
换能器,所述换能器具有共振频率并且限定基本上等于所述共振频率的二分之一波长的长度;
声学转换器;以及
尖端,所述尖端从所述声学转换器向远侧延伸,
其中,所述声学转换器和所述尖端的组合被配置为在低于所述共振频率的操作频率下操作,并且其中,所述组合限定大于所述换能器的所述频率的二分之一波长的长度,并且
其中,随着所述尖端的长度从全长减小,所述组合的操作频率接近所述共振频率。
12.根据权利要求11所述的牙科超声波插入物组件,其中所述操作频率在18kHz至50kHz。
13.根据权利要求11或12所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端压配合到所述声学转换器上。
14.根据权利要求11或12所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端是所述声学转换器的整体部分。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是压电的。
16.根据权利要求11至14中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是磁致伸缩的。
17.一种牙科超声插入物组件,包括:
换能器,所述换能器限定基本上等于所述换能器的共振频率的二分之一波长的长度;以及
尖端和声学转换器的组合,所述组合限定大于所述换能器的所述频率的二分之一波长的长度并且被配置为在低于所述共振频率的操作频率下操作,
其中,所述组合具有非单调行程值,随着所述尖端的长度减小,所述非单调行程值包括最大值,并且
其中,随着所述尖端的长度减小,所述组合的所述操作频率接近所述共振频率。
18.根据权利要求17所述的牙科超声插入物组件,其中,所述操作频率在18kHz至50kHz。
19.根据权利要求17或18所述的牙科超声插入物组件,其中所述换能器是压电的。
20.根据权利要求17或18所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是磁致伸缩的。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端压配合到所述声学转换器上。
22.根据权利要求17-20中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端是所述声学转换器的整体部分。
23.一种牙科超声插入物组件,包括:
换能器,所述换能器限定基本上等于所述换能器的共振频率的二分之一波长的长度;以及
尖端和声学转换器的组合,所述组合被配置为在低于所述共振频率的操作频率下操作并且限定大于所述共振频率的二分之一波长的长度;
其中,所述尖端具有弯曲半径,其中,从所述尖端的远侧点至与所述弯曲半径的相切的距离的比率大于1.25,并且
其中,所述尖端限定两个角,其中,所述两个角中的更近侧角与所述两个角中的更远侧角的比率大于3。
24.根据权利要求23所述的牙科超声插入物组件,其中,所述操作频率在18kHz至50kHz。
25.根据权利要求23或24所述的牙科超声插入物组件,其中所述换能器是压电的。
26.根据权利要求23或24所述的牙科超声插入物组件,其中,所述换能器是磁致伸缩的。
27.根据权利要求23-26中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述尖端压配合到所述声学转换器上。
28.根据权利要求23-27中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述距离的比率大于1.25且小于2.25。
29.根据权利要求23-28中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述距离的比率为:在所述尖端的长度减小至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
30.根据权利要求23-28中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述更近侧角与所述更远侧角的比率为:在所述尖端的长度减小至少2.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
31.根据权利要求23-28中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述更近侧角与所述更远侧角的比率为:在所述尖端的长度减小至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
32.根据权利要求23-28中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述更近侧角与所述更远侧角的比率与所述距离的比率结合为:在所述尖端的长度减小至少2.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
33.根据权利要求23-28中任一项所述的牙科超声插入物组件,其中,所述更近侧角与所述更远侧角的比率与所述距离的比率结合为:在所述尖端的长度减小至少3.0mm时,使得输出行程保持在初始输出行程的25%以内。
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