DE3231307A1 - Vorrichtung zur zahnmaterialabnahme mit vibration - Google Patents
Vorrichtung zur zahnmaterialabnahme mit vibrationInfo
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Description
Masaru KUMABE
1-1, I se 4-Chome, Kofu-shi,
Yamanashi, Japan
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zahnmaterialabnahme
wozu Schleifen, Bohren usw. zählt und die im Folgenden als "Schneiden" bezeichnet wird, mit Vibration, mit einem Zahnschneidwerkzeug,
das mit hoher Drehzahl rotierbar ist und eine zum Schneiden in einen Zahn wirksame Vorderseite hat. Die
Erfindung betrifft also allgemein ein Vibrationsschneidsystem für Zähne unter Verwendung eines mit hoher Drehzahl rotierenden
Schneidwerkzeugs bekannter Ausführung.
Um die Unannehmlichkeit, die Angst und die Schmerzen, denen man während eines Zahnschneidvorgangs unterworfen ist, zu erleichtern,
sind eine Vielfalt von Schneidwerkzeugen, Handgeräten und Gegenwinkeleinheiten (contra-angle, US-PS A 229 168) zur
Verwendung beim Zahnschneiden bekannt geworden. Außerdem ist das Anästhesie-Wesen vielfältig theoretisch und technisch weiterentwickelt
worden. Für die für die Schneidwerkzeuge verwendeten Materialien wurde vom Werkzeugstahl für hohe Drehzahlen zu
verkittetem Karbid fortgeschritten, wodurch sich die Werkzeug-Lebensdauer erhöht und gleichzeitig die Schärfe der Schneidkante
besser wird und länger anhält. Die Schärfengenauigkeit der Schneidkante ist einförmig gemacht worden und Ungleichmäßigkeiten
der Schärfe sind beseitigt worden, wodurch die Höhe der für den Schneidvorgang erforderlichen Kraft vergleichmäßigt ist.
Außerdem ist die Bearbeitungsgenauigkeit verschiedener Teile einschließlich des Handgriffs und des Gegenwinkels verbessert worden,
so daß die drehenden Teile präziser rotieren und die Drehachse kaum mehr schlägt. Verbesserungen der Bearbeitungsund
Montagegenauigkeit von Kugellagern ermöglichen eine Umdre-
hung hoher Drehzahl in der Größenordnung von 300000 bis 500000
Urndrehungen pro Minute. Die Entwicklung eines Schneidwerkzeugs mit Diamant ermöglicht eine Reduktion der erforderlichen Schneidkraft
beim Schneiden mit hoher Drehzahl. Eine Analyse der menschlichen Maschinenbedienung in Bezug auf die Konstruktion
der Einheit umfaßte eine ins einzelne gehende Überprüfung der Arbeitsfähigkeit, Stabilität und Farbe, was dazu beiträgt, Schwierigkeiten
der Handhabung zu vermindern und eine wesentliche Verbesserung des Betriebs und der Funktionsgerechtigkeit zu
erzielen.
Trotz dieser vielfältigen Bemühungen bleibt es dabei, daß man während des Schneidens der Zähne Unannehmlichkeiten, und
Schmerzen unterworfen ist. Da es sich um mechanisches Zahnschneiden mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs handelt, stellt es
eines der Mittel zur Erleichterung der Schmerzen dar, wenn die erforderliche mechanische Kraft vermindert wird, ein dynamisches
Verhalten der Zähne während des Schneidvorgangs unterdrückt wird und dynamische stimulierende Einflüsse auf die Nerven
beseitigt werden. Das Vorgehen zur Erleichterung der Schmerzen kann also die Maßnahmen umfassen, daß man 1) die Zähne
fixiert, 2) die erforderliche Schneidkraft verringert und 3) eine Anästhesie anwendet. Zum Fixieren der Zähne sind Brücken unter
Zuhilfenahme der Nachbarzähne bekannt. Da jedoch für Überbrückungen mühsame Vorbereitungen erforderlich sind, wird von
dieser Möglichkeit in der Praxis wenig Gebrauch gemacht. Dem Punkt 2) kann durch Verwendung eines Diamantwerkzeugs hoher
Schärfe Rechnung getragen werden. Hierdurch wird die Schneidkraft in gewissem Umfang vermindert und wird das dynamische
Verhalten der Zähne minimalisiert, wodurch die Schmerzen erleichtert
werden. Jedoch erleidet der Patient immer noch Unannehmlichkeiten, Angst und "Schmerzen. Bei Bedarf kommt deshalb der
Punkt 3) zum Tragen, indem eine Narkoseinjektion angewendet oder Lachgas gegeben wird, um die Schmerzen zu verringern.
Insbesondere in jüngerer Zeit ist jedoch die Verwendung einer gewöhnlichen Anästhesie häufig aus Gründen des medizinischen
Schocks verboten. 1st die Anästhesie zugelassen, so folgt ihr
eine verlängerte Erholungszeit. Es wäre also erwünscht, beim Zahnschneiden ohne die Anwendung einer Anästhesie Unannehmlichkeit,
Angst und Schmerzen zu vermeiden.
Es ist ein Zahnschneidsystem mit Vibration bekannt (JP-PS 296 443, veröffentlicht 17.10.61), bei dem ein pulsierender
Schneidkraftverlauf auftritt und mit dessen Hilfe die Schmerzen im Vergleich zu einem Schneidsystem, das mit üblicher Rotation
hoher Drehzahl arbeitet, merklich vermindert sind. Bei diesem
Stand der Technik wird eine Torsionsschwingung im Ultraschallbereich mit einer Frequenz f und einer Amplitude a an das Schneidwerkzeug
angelegt, das dann mit hoher Drehzahl rotiert wird, wobei die Schneidgeschwindigkeit V so gewählt wird, daß sie
unter 2Traf liegt. Zur Erzielung dieser Erfordernisse muß jedoch der Griff des Schneidwerkzeugs verhältnismäßig groß sein, wodurch
das Durchführen einer genauen Schneidoperation mit der Hand erschwert ist. Dies begrenzt die Anwendung dieses Schneidsystems
auf Vorderzähne und zahntechnische Arbeiten. Die Anwendung der Ultraschalltechnologie im Dentalbereich ist auch für
andere Anwendungen an sich bekannt (US-PS 3 589 012, 3 651 576, 3 92Λ 335, 4 110 908 und 4 229 168). Hierbei wird
diese Technologie für einen Schaber, einen Massierer, einen Reiniger bzw. einen Gegenwinkel angewandt und laßt keine Möglichkeiten
einer Anwendung beim Zahnschneiden erkennen.
Durch die Erfindung soll eine neue Vorrichtung zum Zahnschneiden geschaffen werden, die dem Patienten keine wesentlichen
Schmerzen verursacht. Sie soll mit einem mit hoher Drehzahl rotierenden Schneidwerkzeug bekannter Ausführung verwendbar
sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in Berührung mit dem Zahn zu seiner Erregung eine Zahnerregungsvorrichtung
bringbar ist, die folgende Bauteile aufweist: ein Gehäuse mit einer Öffnung an seinem vorderen Ende; einen Vibrator, der aus
einem akustischen Umsetzer, der im Gehäuse zum Erzeugen von Vibrationsenergie einer gegebenen Frequenz angeordnet ist, und
einem Vibrationsübertragungsglied besteht, das einen hinteren Teil, der innerhalb des Gehäuses liegt, und einen vorderen Teil,
der sich durch die Öffnung des Gehäuses nach außen erstreckt und dessen freies Ende in die Berührung mit dem Zahn bringbar
ist, aufweist, wobei das Ende des hinteren Teils mit dem akustischen Umsetzer gekoppelt ist; Halteeinrichtungen zum Befestigen
des Vibrators an einem Gleichgewichtspunkt desselben am Gehäuse; und elektrische Einrichtungen zum Einspeisen von
Leistung an den akustischen Umsetzer; daß die Oszillationsfrequenz des akustischen Umsetzers höher ist als die Eigenfrequenz
des Zahns und der akustische Umsetzer das Vibrationsübertragungsglied
so erregt, daß die Vibrationsamplitude an dessen freiem Ende maximal 30 um beträgt; und daß die Anordnung
unter einer der beiden Bedingungen betreibbar ist, daß (1) s < 2rcaf , wobei s = die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs,
a = die am freien Ende des Vibrationsübertragungsglieds herrschende Amplitude, f = die Oszillationsfrequenz des
akustischen Umsetzers und 27raf = die maximale Vibrationsgeschwindigkeit
des Zahns, in Vorschubrichtung gesehen, oder daß (2) die Tiefe t des Schnitts in den Zahn durch das Schneidwerkzeug
auf die Amplitude a so bezogen ist, daß t < a.
Vorzugsweise handelt es sich beim akustischen Umsetzer um einen UltraschallUmsetzer, der hohe Vibrationsenergie im Ultraschallbereich
erzeugt.
Im Rahmen der Erfindung bewirkt die vom Ultraschall-Umsetzer über das Übertragungsglied auf den Zahn übertragene Vibrationsenergie, daß dessen auftretende Federkonstante stark erhöht
wird, wodurch der Zahn in einer Weise zwangsgeführt oder festgehalten ist, die seiner Fixierung in stationärem Zustand
äquivalent ist. Der ,Schneidvorgang findet in diesem Zustand so statt, daß das Schneidwerkzeug einen impulsartigen Schneidkraftverlauf
erzeugt, und die Dentaltherapie kann relativ schmerzfrei durchgeführt werden. Wie beim üblichen Zahnschneiden, können
auch beim erfindungsgemäßen Zahnschneiden die Zähne und das
- 7 -Schneidwerkzeug durch Wasser unter hohem Druck gekühlt werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung theoretischer Grundlagen
und bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips einer Vibrationsschneidtechnik
bei Anwendung auf einen zweidimensionalen Schneidvorgang bei einem Metall-Werkstück;
Fig. 2 schematisch ein äquivalentes Modell eines Vibrationsschneidvorgangs
mit einer Drehbank;
Fig. 3 schematisch ein äquivalentes Modell eines Vibrationsschneidvorgangs
eines Zahns gemäß der Erfindung; und
Fig. 4» 5 und 6 schematische, teilweise geschnittene Seitenansichten
einer Zahnerregungsvorrichtung gemäß mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Vor der Beschreibung der Erfindung im einzelnen erscheint es angemessen, den theoretischen Hintergrund der Erfindung summarisch
aufzuzeigen.
Auf dem Gebiet der mechanischen Präzisionsbearbeitung ist das Vibrationsschneiden unter Verwendung eines pulsierenden Schneidkraftverlaufs
bekannt. Fig. 1 veranschaulicht das Prinzip des Vorgangs bei der zweidimensionalen Metallbearbeitung, wobei sich
ein Werkstück 100 mit einer Schneidgeschwindigkeit ν bewegt. Die Schneidrichtung ist durch einen Pfeil 105 angezeigt. Ein Schneidmeißel
oder Schneidwerkzeug 101 wird in der Schneidrichtung zum Vibrieren mit einer Frequenz f und einer Amplitude a gebracht.
Ist die Schneidgeschwindigkeit ν so gewählt, daß ν < 2rcaf/ so
werden pulsierende Schneidkraftverläufe 106, 107 erzeugt, wie sie rechts in Fig. 1 dargestellt sind. Die Schneidkante des Schneidwerkzeugs
101 beginnt also die Vibration an einem Ursprung 0 und erzeugt während einer Schneidzeit te, die einem Bogen EFA
zugeordnet ist, einen Span 102. An einem Punkt A, an dem die
Vibrationsgeschwindigkeit gleich ist, beginnt der Span 102 sich von der nicht mehr unter Spannung stehenden Werkzeugfläche zu
entfernen, und nach einer auf den Ursprung 0 bezogenen Zeit t„
beginnt das Werkzeug, an einem weiteren Span 103 anzugreifen und einen neuen Span 104 während einer weiteren Schneidzeit te
zu erzeugen, die einem Bogen BGD zugeordnet ist. Ersichtlich ist die Schneidkraft während der Zeit te wirksam und im übrigen
unwirksam. Die pulsierenden Schneidkraftverläufe werden in Aufeinanderfolge erzeugt. Wird die Schneidgeschwindigkeit ν auf
einen Wert ν = 2naf, erhöht, so verschwinden die Schneidkraftimpulse
und werden durch einen konventionellen Verlauf ersetzt, der einen Hochgeschwindigkeits-Schneidkraftverlauf P+p sin cot
enthält. Der pulsierende Schneidkraftverlauf kann mathematisch folgendermaßen ausgedrückt werden:
OO
P(t) = ~ P + I P Σ i sin η ψ ττ cos η o)t
n=l
Das dynamische Verhalten des horizontalen Versatzes χ eines Werkstücks, das beim Anlegen einer pulsierenden Schneidkraft
einer elastischen Oszillation unterworfen ist, wird für einen Drehvorgang anhand von Fig. 2 analysiert. Eine Bewegungsgleichung
für den horizontalen Versatz χ eines Werkstücks 110 kann folgendermaßen geschrieben werden:
wobei M = Masse des Werkstücks, c = Dämpfungskonstante und
K = Federkonstante. Es folgt:
* + eg + Kx
dt
OO
- ϊ£ ρ + i ρ σ ί sin η ~ π cos nut (D
- 9 Der dynamische Versatz χ des Werkstücks ist also folgendermaßen:
P,
- T?*nTsinn¥*
K + h
^1 ~ 2 2 + 4n2 ν2 ω'
wobei -
1-n —2"
-1 ωη
ψ ■ tan —
2n ν — ωη
Wenn die horizontale Winkel-Eigenfrequenz ω des Werkstücks 110
niedriger ist als die natürliche Winkelfrequenz «■>
eines Schneidwerkzeugs 111, oder wenn ω (= 2irfn) « ω (= 2πί) , ergibt
η
sich
sich
Sofern eine erzwungene Oszillation des Werkzeugs 111 mit der Frequenz f und der Amplitude a unterdrückt ist und das Werkstück
110 mit hoher Drehzahl gedreht wird, so daß ein üblicher Drehvorgang bei hoher Drehzahl stattfindet, ergibt sich die
Schneidkraft als P. + pt sin cot. Die Bewegungsgleichung des horizontalen Versatzes χ des Werkstücks lautet also folgendermaßen:
2
M0-^- + cir- + Kx = P. + pt sin tot O)
M0-^- + cir- + Kx = P. + pt sin tot O)
dt2 dt t
Wird in diese Gleichung eingesetzt, daß die horizontale Eigen-Win-
kelfrequenz ω des Werkstücks niedriger ist als die Eigen-Win-
kelfrequenz u) des Schneidkraftverlaufs, oder ist ωη (= 2Trfri)
« ω (= 2π£), so ergibt sich
« ω (= 2π£), so ergibt sich
- ίο -
X H ~ (4)
Ersichtlich enthält weder die Gleichung (2) noch die Gleichung (4) die Zeit als Variable. Das Werkstück oszilliert also nicht mit
der Zeit, sondern wird nur vom Ursprung 0, der das Rotationszentrum vor dem Drehvorgang angibt, um einen Betrag verschoben,
der dem durch eine der Gleichungen (2) oder (4) wiedergegebenen statischen Versatz entspricht. Wird ein üblicher Drehvorgang
mit niedriger Drehzahl durchgeführt, so reduziert sich die Gleichung (4) auf χ = _Üi + X(t) , und es zeigt sich, daß
das Werkstück erheblich mit der Zeit oszilliert, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit verschlechtert wird. Ein Vorgang mit hoher
Drehzahl ist also deshalb nötig, damit das Werkstück gemäß Gleichung (4) statisch gemacht wird. Durch diese Erkenntnis
können die Vorteile der Erfindung für den Vorgang des Schneidens von Zähnen in gewissem Umfang erklärt werden. Der pulsierende
Schneidkraftverlauf wird beim Schneidvorgang angewandt, da das Werkstück dann um einen kleinen Betrag in den durch
die Gleichung (2) beschriebenen Zustand versetzt ist, in dem der
te
Versatz im Vergleich zu Gleichung (4) um einen Faktor —
Versatz im Vergleich zu Gleichung (4) um einen Faktor —
11
(H γ % —-) , reduziert ist, wodurch ein statischer Effekt erzielt
(H γ % —-) , reduziert ist, wodurch ein statischer Effekt erzielt
Eine der Erfindung zugrundeliegende genaue Untersuchung des äquivalenten Modells des Bearbeitungsvorgangs mit der Drehbank
gemäß Fig. 2 zeigt, daß eine Feder k und ein Dämpfer C dem Bereich einer alveolar-dentalen Membran entspricht, die zwischen
dem Alveolar-Knochen und dem Zahn vorhanden ist, und daß das Werkstück 110 dem Zahn entspricht. Wird also der Schneidvorgang
bei hoher Geschwindigkeit mit Hilfe einer hohen Drehzahl des Schneidwerkzeugs auf der Grundlage des physikalischen Inhalts
der Gleichung (4) durchgeführt, so zeigt der Versatz χ des Zahns nur eine geringe Oszillation, wodurch die Schmerzen entsprechend
verringert werden. Hierdurch ergibt sich eine Zahnschneidtechnik bei hoher Drehzahl unter Verwendung eines Dia-
mantwerkzeugs* das gemäß heutiger Technik 300000 bis 550000
Umdrehungen pro Minute durchführen kann. Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben indessen gezeigt, daß das
Schneiden mit hoher Drehzahl gemäß Gleichung U) beim Zahn ohne die Verwendung einer Anästhesie nur realisiert werden
kann, wenn die Drehzahl des Werkzeugs noch um eine Größenordnung erhöht wird. Bei einer derart hohen Drehzahl ergibt sich
indessen ein sehr hoher Schneidton und die durch die Reibung erzeugte Wärme vermindert die Nutzlebensdauer des Schneidwerkzeugs.
Außerdem kann sich die Schärfe leicht ändern, was eine Fluktuation in der Höhe der Schneidkraft P bewirkt. Hierdurch
ergibt sich ein unregelmäßiger Versatz des Zahns, was wiederum zu Schmerzen führt. Es wird also eine häufige Justierung der
Drehgenauigkeit der rotierenden Teile des Handstücks oder des Gegenwinkels oder ein häufiger Austausch des Schneidwerkzeugs
notwendig und bei bestimmten Gegebenheiten erscheint auch wieder eine Anästhesie angebracht, während das Schmerzmaß laufend
beobachtet wird. Andererseits ist gemäß Gleichung (2) der Versatz χ des Zahns während eines Vibrationsschneidvorgangs wie
folgt gegeben:
JT
Selbst unterstellt, daß die Schneidkraft P während einer üblichen
Operation mit hoher Drehzahl unter gleichen Bedingungen bezüglich des zu bearbeitenden Zahnbereichs, der Vorschubgeschwindigkeit
und der Ausgestaltung des Werkzeugs gleich ist wie im Fall der Anwendung eines Vibrationsschneidvorgangs (wenn
auch tatsächlich in der Praxis die Höhe von P während des Vibrationsschneidvorgangs reduziert wird), ist gemäß Gleichung
(5) die auftretende Schneidkraft, die den Versatz χ des Zahns beeinflußt, — Pfc{ (^'^ jfi)¥t) . so daß also im Vergleich zur
üblichen Praxis die Schneidkraft erheblich reduziert ist. Es erweist sich, daß ein vibrierendes Schneiden des Zahns, bei dem
ein impulsartiger Schneidkraftverlauf auf den Zahn ausgeübt wird, der einer elastischen Oszillation unterworfen ist, die zu
ertragenden Schmerzen im Vergleich zur üblichen Schneidoperation
- 12 mit hoher Drehzahl vermindert.
Es ist bekannt (JP-PS 296 443), zum Schneiden von Zähnen die Verfahrensschritte durchzuführen, daß das Schneidwerkzeug einer
Ultraschall-Torsionsschwingung mit einer Frequenz f und einer Amplitude a unterworfen wird und das Werkzeug so gedreht wird,
daß seine Schneidgeschwindigkeit V niedriger ist als 2iTaf. Das
zur Durchführung dieses Verfahrens verwendete Zahnschneidgerät erfordert jedoch einen relativ großen Griff, der seine praktische
Verwendung verhindert.
Im Rahmen weiterer grundsätzlicher Untersuchungen, die zur
Erfindung geführt haben, über die Technik der Schmerzerleichterung
während des Zahnschneidens wurde ein Modell eines Schmerzübertragungssystems gebildet. Der Schmerz wird erzeugt, wenn
mit dem Schneidwerkzeug ein Zahn geschnitten wird, der über die alveolar-dentale Membran mit dem Alveolar-Knochen gekoppelt ist
und Zahnzement, Dentin (Zahnbein), Dentalpulpa und Schmelz umfaßt. Fig. 3 veranschaulicht das entsprechende Modell. Im
einzelnen ist an einem Alveolar-Knochen 1 über eine Feder 2 mit einer Federkonstante k und einen Dämpfer 3, die zusammen die
alveolar-dentale Membran wiedergeben, ein Zahn mit einer Masse M befestigt, bestehend aus einem Dentin 5, das von einem
Zahnzememt 4 und einem Schmelz 11 umgeben ist. Zwischen dem Schmelz 11 und dem Dentin 5 befinden sich Tomes'sche Fasern 9,
die von Zahnflüssigkeit 10 innerhalb von dentinalen Rohren getragen werden, und dentinale Zellen/Faserzellen 8. Die Fasern
9 und die Zellen 8 werden von einer Gruppe von Nervenfasern der Pulpa über eine Feder 6 einer Federkonstante K und einen,
Dämpfer 7 eines viskosen Dämpfungskoeffizienten C abgestützt. Ein statischer oder dynamischer Versatz der Tomes'sehen Fasern
9 und der dentinalen Zellen/Faserzellen 8 bewirkt eine Spannung in der und Formänderung der Feder 6 der Nervenfasern der
dentalen Pulpa. Die Höhe dieser Belastung kann von einem Empfänger 13 des Nervensystems, der einem Belastungs- oder
Formänderungsmeßgerät entspricht, gemessen werden. Das Belastungs- oder Formänderungssignal kann von einem Verstärker
15 mit entsprechendem Frequenzverhalten verstärkt werden und das resultierende Signal wird mit Hilfe eines Aufzeichnungsgeräts
16 auf einem Aufzeichnungspapier 17 festgehalten. Es wird angenommen,
daß die Höhe des entsprechenden Signals proportional dem Ausmaß des in der dentalen Pulpa erlittenen Schmerzes ist.
Andererseits kann auch die Formänderung der Feder 2 durch ein Formänderungsmeßgerät 12 gemessen werden. Dieses Gerät entspricht
einer in der alveolar-dentalen Membran verteilten Nervengruppe und bestimmt so die Beanspruchung der Feder 2. Das
deren Formänderung entsprechende Signal kann von einem Verstärker 14 mit entsprechendem Frequenzverhalten verstärkt und dann
auf dem Aufzeichnungspapier 17 aufgezeichnet werden. Es wird angenommen, daß die Höhe des entsprechenden Signals proportional
dem Ausmaß der durch die Nervengruppe in der alveolar-dentalen Membran erlittenen Schmerzen ist.
Ersichtlich ermöglicht dieses kreative Modell eine Schemenerkennung
des aufgezeichneten Signalverlaufs, wobei das Maß der erlittenen Schmerzen proportional der Signalhöhe ist. Zur Mäßigung
der Schmerzen kann versucht werden, die Scheitelhöhe der aufgezeichneten Signalverläufe zu erniedrigen. Beim Schneiden
des Zahns mit einem Schneidwerkzeug 19 ergibt sich, daß die Schreibspitze im Aufzeichnungsgerät nicht abgelenkt wird und
somit die aufgezeichnete Signalform linear bleibt oder die Schmerzen vollständig beseitigt sind, wenn keine Belastung in der
Feder 2 der alveolar-dentalen Membran und in der Feder 6 der dentalen Pulpa auftritt. Dies ist äquivalent einem Zahnschneidvorgang,
bei dem die Pulpa und somit die Feder 6 entfernt sind und der Zahn am Alveolar-Knochen befestigt ist, so daß jede
Formänderung der Feder 2 verhindert ist.
Im allgemeinen leidet ein zu schneidender Zahn an vielfältigen Entzündungen der alveolar-dentalen Membran und die Beanspruchung
der Feder ergibt sich als Ergebnis abwechselnder Längungen und Kürzungen im Vergleich zum Federzustand des im Gleichgewicht
befindlichen und belastungsfreien, gesunden Zahns. Folg-
lich ist der am Aufzeichnungspapier festgehaltene Signalverlauf
einer periodischen Wellung unterworfen und der Patient leidet an stechenden Schmerzen. Als Ergebnis einer Sondierung, bei der
eine sehr niedrige externe Kraft aufgewandt wird, wird intensiver Schmerz gefühlt. Auch das Fixieren dieses Zahns unter
Anwendung eines Überbrückungsverfahrens, wobei Brücken über benachbarte Zähne gelegt werden, kann zu einem Kontakt mit dem
kranken Zahn führen und intensiven Schmerz auslösen. Ersichtlich ist also die Reduktion der Höhe der Schneidkraft die erste
Maßnahme, die zur Erleichterung der Schmerzen in Betracht zu ziehen ist. Beim unmittelbaren Berühren des betreffenden Zahns
mit der Schneidkante des Werkzeugs und entsprechendem Kraftaufwand
auf ihn entsprechend dem Newton'sehen Gesetz kann das
Aufwenden der pulsierenden Schneidkraft im Sinne der dargelegten Schneidtheorie und -technologie den Versatz des Zahns oder der
Feder 2 nicht auf Null reduzieren, obwohl dieser Versatz gemäß Gleichung (2) erheblich vermindert ist. Es sei der Fall betrachtet,
daß die Feder 2 in der alveolar-dentalen Membran gesund ist, jedoch die Feder 6 in der dentalen Pulpe von verschiedenen
Entzündungen befallen ist und entweder Längungen oder Kürzungen unterworfen ist, wobei der auf dem Aufzeichnungspapier
aufgezeichnete Signalverlauf eine periodische Wellung ausführt und der Patient an stechenden Schmerzen leidet. Der Schneidvorgang
wird vom Schmelz an der Zahnoberfläche begonnen. Im Bereich der Grenze zum Dentin wird kurzzeitig intensiver Schmerz
gefühlt, wenn der Zahn selbst oder die Feder 2 so stationär sind, als wäre der Zahn fixiert. Dies kann als Ergebnis einer
elastischen Veränderung oder Oszillation der Feder 6 erklärt werden, wobei diese Veränderung oder Oszillation durch einen
dynamischen Versatz der Tomes'sehen Fasern 9 bewirkt wird, die
eine Gruppe kleiner Massen wiedergeben, welche innerhalb der Zahnflüssigkeit 10 angeordnet sind; dieser Versatz wird durch
einen Fluß der Flüssigkeit und das Anlegen der Schneidkraft sowie durch einen dynamischen Versatz der dentinalen Zellen/Faserzellen
8 bewirkt, der durch das Anlegen der Schneidkraft erzeugt ist.
Zur Erleichterung der resultierenden Schmerzen ergibt sich aus
Fig. 3, daß der elastische Versatz oder die Oszillation der Feder 6 minimalisiert werden muß. Da es der eigentliche Zweck ist, den
elastischen Versatz oder die Oszillation der Faserzellen 8 und der Tomes'sehen Fasern 9 zu minimalisieren, ist das Anlegen der
pulsierenden Schneidkraft mit einem Verlauf gemäß Gleichung (2) zur Durchführung des Schneidvorgangs der beste Weg. Trotzdem
ist eine kleine statische Auslenkung der Feder 6 unvermeidbar. Es muß zur Injektion eines Narkosemittels oder zur Verwendung
von Lachgas Zuflucht genommen werden, falls die Schmerzen nicht durchzustehen sind, obwohl der beste Weg der Verminderung der
Schneidkraft angewandt wird. Im Modell nach Fig. 3 ist die Verwendung eines Anästhetikums äquivalent der Unterbrechung
der Schaltverbindung zu den Verstärkern 14 und 15 im Übertragungskreis, wodurch verhindert wird, daß irgendwelche Signale
an das Aufzeichnungsgerät 16 geliefert werden. Die Anwendung von Lachgas ist äquivalent der Unterbrechung der Schaltverbindung
um das Aufzeichnungsgerät 16, wodurch wiederum verhindert wird, daß Schmerzsignale aufgezeichnet werden.
Zur Bestimmung einer spezifischen Technik, die die Schneidkraft weiterhin vermindert, wurde ein Experiment durchgeführt. Block-Modellstücke
aus keramischen Materialien einschließlich Magnesia (Mohr'sehe Härte 6), Mullit (Mohr'sche Härte 7), Zirkonia
(Mohr'sche Härte 8) und Aluminia (Mohr'sche Härte 9) sind unter Verwendung von Epoxyharz am freien Ende eines amplitudenverstärkenden
Horns befestigt worden, das einer Ultraschalloszillation mit einer Frequenz von 20 kHz und einer Amplitude von 8
pm unterworfen wurde. Ein Diamentwerkzeug mit einem Durchmesser
von 1 mm wurde gegen das Modellstück unter einer konstanten Belastung von 0,4 N (40 gf) gedrückt. Durch Verwendung
einer Kombination eines Elektromotors und einer Luftturbine vurde das Werkzeug mit einer zwischen 10000 und 300000 Umdrehungen
pro Minute wechseinen Drehzahl angetrieben. Bei Richtungsübereinstimmung der angelegten Belastung und der Vibration wurde die
Tiefe h pm eines erzeugten Grübchens bestimmt. Für Aluminia ist bei einer Drehzahl von 300000 Upm die Tiefe h = 500 pm. Der
Wert der Tiefe h hat die Tendenz, sich proportional zu einer Erhöhung der Drehzahl des Werkzeugs und der angelegten Belastung
zu erhöhen. Wird die Drehzahl um einen Faktor von angenähert 4 erhöht, so erhöht sich die Tiefe h des Grübchens
um einen Faktor von etwa 2, was sich für harte und spröde Materialien als charakteristisch erweist. Wird eine Ultraschallvibration
des keramischen Modellkörpers unterdrückt, während das Diamantwerkzeug allein in üblicher Weise rotieren kann, resultiert
ein seichtes Grübchen einer Tiefe h ■= 200 μπι. Die Ultraschallvibration
der keramischen Modellkörper bewirkt, daß die Tiefe des gebildeten Grübchens oder der Umfang der aufzuwendenden
Arbeit sich auf das 2,5-Fache oder mehr im Vergleich zum konventionellen Schneiden erhöht, welches keine Ultraschallvibration
des keramischen Körpers anwendet. Die Tatsache, daß sich die Tiefe oder die aufgewandte Arbeit bei gleicher angelegter
Belastung erhöhen, bedeutet, daß der Widerstand gegen die Schneidarbeit reduziert ist. Würde versucht, dieses Ergebnis nur
durch Erhöhung der Drehzahl zu erreichen, so wäre eine Drehzahl in der Größenordnung von 900000 Umdrehungen pro Minute erforderlich,
die mit der Luftturbinentechnik, deren obere Grenze in der Größenordnung von 550000 pro Minute liegt, nicht erreicht
werden kann.
Die Ultraschallvibration des keramischen Modellkörpers verbessert erheblich die Schärfe des Diamantwerkzeugs bei den nach gegenwärtigem
Stand der Technik erhältlichen Drehzahlen. Die Drehzahl kann bei Beibehaltung dieser Schärfe von 300000 auf 10000
Umdrehungen pro Minute erniedrigt werden. Da die Nutzlebensdauer des Werkzeugs proportional der Schneidgeschwindigkeit ist,
bedeutet dies, daß diese Nutzlebensdauer erhöht werden kann. Es ergibt sich also, daß die Ultraschallvibration von hartem und
sprödem Material die. Schärfe des Schneidwerkzeugs erhöht oder dessen Nutzlebensdauer vergrößert.
Ein Modellstück aus Elfenbein, von dem angenommen wird, daß es
eine einförmige Qualität besitzt, wird einer Ultraschallvibration bei einer Frequenz von 28 kHz mit einer Amplitude von 8 μτη
unterworfen. Ein Diamantwerkzeug mit einem Durchmesser von 1 mm, das mit 30000 Umdrehungen pro Minute rotiert, wird mit
einer Kraft von 0.9 N (90 gf) für eine gegebene Zeitspanne gegen das Modellstück gedrückt. Im Vergleich zum Ergebnis bei einer
übliche Hochdrehzahlrotation erhöht sich die Tiefe h des gebildeten Grübchens um einen Faktor von 2,5 bis 5, sie hängt jedoch
auch geringfügig von der Faserrichtung des Elfenbeins ab.
Es werden also sowohl mit Elfenbein als auch mit Keramik unerwartete Ergebnisse erzielt.
Es wurden auch verschiedene vom Körper entfernte Zähne am freien Ende eines Horns, das einer Ultraschall-Longditudinalschwingung
einer Frequenz von 28 kHz mit einer Amplitude von 8 um unterworfen wurde, mit Hilfe von Araldit befestigt. Ein
Diamantwerkzeug mit 1 mm Durchmesser und einer Drehzahl von 300000 Umdrehungen pro Minute wurde unter konstanter Kraft von
0.9 N (90 gf) für eine gegebene Zeitspanne gegen jeden dieser Zähne gedrückt. Im Vergleich zur konventionellen Schneidtechnik,
die keine Ultraschallvibration anwendet, erhöht sich die Tiefe des gebildeten Grübchens in gleicher Weise, wie es für Keramik
und Elfenbein ermittelt wurde. Die Anwendung der Ultraschallvibration hat also die Tiefe um einen Faktor von etwa 2 bis 6 im
Vergleich zur Rotationstechnik mit hoher Drehzahl erhöht und den Widerstand gegen den Schneidvorgang um einen Faktor von 2 bis
6 vermindert. Dies kann auf eine Verringerung der mechanischen Festigkeit, beispielsweise der Zugfestigkeit, des Zahns selbst
zurückgeführt werden. Diese Verringerung kommt von Beanspruchungen und Formänderungen, welche aus der Ultraschallvibration
resultieren und den Schneidmechanismus eines harten und spröden Materials ebenso wie die gegenwärtige Zahnstruktur während
eines Schneidvorgangs" beeinflussen.
Im folgenden wird für die Anwendung der Erfindung auf tatsächliche
Zähne ein Verfahren zum "Antreiben" eines Zahns, der über die alveolar-dentale Membran mit dem Alveolar-Knochen gekuppelt
ist, zur Ultraschallvibration beschrieben. Die Eigenfrequenz fn
des Zahns ist auf der Grundlage der Masse M des Zahns und der Federkonstante k der Feder 2 in der alveolar-dentalen Membran
zu berechnen. Durch Messung ergibt sich ein Wert von 300 bis 2000 Hz. Der Zahn wird also zur Schwingung mit einer über fn
liegenden Frequenz erregt. Ein Antriebshorn 21 wird in einer durch einen Pfeil 22 angegebenen Richtung mit im Ultraschallbereich
liegender hoher Frequenz zur Oszillation gebracht und wird, wie durch einen Pfeil A angedeutet, leicht gegen den Zahn
gedrückt, wodurch der Zahn einer Ultraschallvibration der Frequenz f des Horns 21 unterworfen wird, und zwar mit einem
Sinusverlauf einer Amplitude, die nahe bei der Amplitude a des Horns liegt.
Beispielsweise kann die Ultraschallvibration des Zahns bei f = 65 kHz und a = 4 um stattfinden. Das mit hoher Drehzahl rotierende
Diament-Schneidwerkzeug 19 wird in einer durch einen Pfeil 20 angedeuteten Richtung an den Zahn angelegt, und zwar mit im
wesentlichen konstantem Vorschub S, wenn auch aufgrund des manuellen Betriebs eine gewisse Variation der Vorschubrate unvermeidlich
ist. Durch Wahl des Vorschubs S und der maximalen Vibrationsgeschwindigkeit 2iraf des Zahns, in Vorschubrichtung
gesehen, so, daß das S < 2iraf , und durch Wahl der Schnittiefe
t je Vibrationsperiode des Schneidwerkzeugs in Abhängigkeit von der Amplitude so, daß t
< a, ergibt sich ein Schneidmechanismus, bei dem das rotierende Schneidwerkzeug den Zahn abwechselnd
berührt und sich wieder von ihm löst, wodurch eine pulsierende Schneidkraft erzeugt wird.
Eine Analyse der Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs im Vektorsinn
in Bezug auf die Richtung, in der der Zahn erregt wird, ergibt, daß die zuerst angegebene Ungleichung zutrifft, wenn die
Vorschubrichtung mit einer Erregungskomponente des Zahns übereinstimmt,
während die zweitgenannte Ungleichung zutrifft, wenn die Vorschubrichtung orthogonal zur Richtung verläuft, in der
der Zahn erregt wird. Auf diese Weise kann die Auslenkung in
te P Übereinstimmung mit Gleichung (2) reduziert werden zu -ψ- ' %
und kann die Schneidkraft zuverlässig um einen Faktor ίγ>
***' """"- 323 Ί
beispielsweise 1/3 bis 1/20, im Vergleich zur Schneidkraft P vermindert werden, die mit der konventionellen schnellen Drehung
allein ohne Einbeziehung der Erfindung auftritt.
Im Fall, daß ein Formänderungsmeßgerät an einem Modellkörper aus elastischem Material angeklebt ist, der einer hochfrequenten
Vibration etwa im Ultraschallbereich unterworfen ist, und eine Spannungsänderung, die sich aus einer Änderung des Widerstands
im Formänderungsmeßgerät ergibt, von einem Verstärker zum Aufzeichnen auf ein mit einem Aufzeichnungsgerät verbundenes Aufzeichnungspapier
verstärkt wird, um die Frequenz und/oder Amplitude der Vibration des Modellstücks zu bestimmen, kann bekanntlich
eine genaue Anzeige oder Aufzeichnung verhindert sein und es kann weniger als die tatsächliche Amplitude oder Vibration
angezeigt bzw. aufgezeichnet werden, wenn der Verstärker, der Indikator oder der Aufzeichner einen schlechten Frequenzgang
aufweist. So kann auch z.B. ein Wechselstrom-Amperemeter für 50 Hz nicht für eine genaue Bestimmung des Absolutwerts eines
hochfrequenten Stromes verwendet werden und bei Verwendung eines elektromagnetischen Oszillographen mit einem Galvanometer,
dessen Eigenfrequenz nur 500 Hz beträgt, zur Aufzeichnung eines ultraschallfrequenten Stroms von 20 kHz auf einem Aufzeichnungspapier führt der Schreiber keinerlei dem Strom proportionale
Auslenkung durch, sondern verbleibt an einem dem Ursprung entsprechenden Punkt. Eine ähnliche Erscheinung tritt beim
Schmerzübertragungssystem nach Fig. 3 auf. Speziell bei Verwendung eines einem Formänderungsmeßgerät entsprechenden Detektors
zur Ermittlung des Vibrationsmodus eines Zahns, der mit 60 kHz und einer Amplitude von 4 μτη vibriert, in Kombination mit einem
einem Sensornerv entsprechenden Verstärker und einem dem Sinnesapparat entsprechendem Aufzeichnungsgerät, von denen beide
einen schlechten Frequenzgang haben, ergibt sich wenig Bewegung des Schreibers proportional dem Vibrationsmodus des Zahns,
vielmehr bleibt der Schreiber im wesentlichen stationär und erzeugt auf dem Aufzeichnungspapier keine Aufzeichnung. Wird
also der Zahn statisch um 8 pm versetzt, so tritt eine Schmerz-
empfindung auf, wird der Zahn jedoch einer ultraschallfrequenten
Vibration von 60 kHz und einer Amplitude von 4 um unterworfen, so kann der resultierende Versatz nicht erfühlt werden und es
zeigt sich keine Schmerzempfindung. Dieser Effekt ist scheinbar dem Anästhesieeffekt äquivalent, wie er durch die Injektion eines
Narkosemittels oder durch die die Anwendung von Lachgas erzeugt wird, und wird im folgenden als "dynamische Anästhesie" bezeichnet.
Wie erwähnt, liegt die Eigenfrequenz eines Zahns in der Größenordnung
von etwa 300 bis 2000 Hz. Wird angenommen, daß die Frequenz der angelegten Ultraschallvibration im Rahmen der Erfindung
beispielsweise 60 kHz beträgt, so vibriert der Zahn mit dieser Frequenz, was bedeutet, daß sich die auftretende Eigenfrequenz
des Zahns während des Schneidvorgangs erhöht. Es gilt die Beziehung ω = /k/M , wobei ü>n = Eigen-Kreisfrequenz des
Zahns, k = Federkonstante der alveolar-dentalen Membran und M =s Masse des Zahns. Die Eigenfrequenz des zu behandelnden Zahns
sei als 600 Hz angenommen, dann ergibt sich, daß die Federkonstante offensichtlich um einen Faktor 60000/600 -+- 100 versteift
oder erhöht worden ist. Die auftretende Federkonstante des Zahns ist also, wenn an den Zahn die Vibrationsenergie eines Ultraschall-Oszillators
angelegt wird, auf das angenähert Zehntausendfache im Vergleich zur eigentlichen, innewohnenden Federkonstante
des Zahn versteift oder erhöht. Anders ausgedrückt, ist der an den Zahn angelegte Vibrations-Antriebsverlauf äquivalent der
Fixierung der Zähne gemäß dem üblichen Brückenverfahren, um zu ermöglichen, daß der Zahn geschnitten wird, während er
stationär bleibt.
An den zu schneidenden Zahn wird, damit er mit Ultraschallfrequenz
vibriert, eine.. abgerundete Spitze des Antriebshorns leicht angelegt, das eine Längsschwingung mit 60 kHz und einer Amplitude
von L, um sowie einer Ausgangsleistung von 20 W ausführt.
Ein Diamantwerkzeug mit einem Durchmesser von 1 mm rotiert mit der hohen Drehzahl von 300000 Umdrehungen pro Minute und wird
unter verminderter Andrückkraft gegen den im Ultraschallbereich
vibrierenden Zahn allgemein in Schneidrichtung vorgeschoben. Dies legt an den Zahn einen pulsierenden Schneidkraftverlauf an,
wodurch die Schneidkraft, die an sich zu einem dynamischen Versatz des Zahns mit resultierenden Schmerzen führt, reduziert
wird; außerdem wird die Schneidkraft durch Ausnützung des
dynamischen Verhalten des vibrierenden Zahnsystems erheblich vermindert. Der Ultraschall-Schwingungsmodus des Zahns, der
durch die relativ niedrige Ausgangsleistung von 20 W zum Schwingen
gebracht wird, wird durch das Schneiden nicht gestört, vielmehr hält die regelmäßige Ultraschallschwingung an und die
in Erscheinung tretende Federkonstante erhöht sich unter Erzielung
eines dynamischen Anästhesieeffekts. Auf diese Weise werden die Schmerzen, die andernfalls während des Schneidens des Zahns
zu ertragen sind, drastisch vermindert oder vollkommen beseitigt. Ein durch die Schneidkraft verursachter dynamischer Versatz des
Zahns muß innerhalb der Amplitudengröße der Ultraschallvibration verbleiben, die beim beschriebenen Beispiel L, um beträgt.
Für allgemeine Schneidoperationen ist ein Amplitudenwert von 4 bis 10 um zufriedenstellend. Wird die Schneidkraft zu hoch, so
kann die Ultraschallvibration des Zahns unter Verminderung der Amplitude behindert werden. Vermindert sich die Amplitude auf
Null, so verschwindet der durch die Erfindung bewirkte Effekt. In diesem Fall ist es erforderlich, die reguläre Ultraschallvibration
des Zahns durch Erhöhung der Ausgangsleistung oder der Amplitude wiederherzustellen.
Aus der bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß das Vibrations-Zahnschneidesystem
für Zähne nach der Erfindung unter Verwendung eines Zahnschneidwerkzeugs bekannter Ausführung, das mit
hoher Drehzahl rotiert, und eines im Rahmen der Erfindung vorgeschlagenen Zahnerregers verwirklicht werden kann. Das
Schneidwerkzeug ist ,an sich bekannt und braucht nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Es wird deshalb nur die den
Zahn erregende Vorrichtung im einzelnen beschrieben. In der
folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen sind im wesentlichen gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 4 veranschaulicht die Verwendung eines ultraschallfrequenten
Längsvibrators 23 und eines Horn-Gebers 24, der ebenfalls eine Ultraschall-Längsvibration ausführt und gemäß seiner Länge
eine Resonanz bei der Frequenz des Vibrators 23 hat. Der Vibrator 23 kann ein elektrostriktiver oder ein magnetostriktiver
Vibrator sein und eine Oszillationsfrequenz über 20 kHz oder im Ultraschallbereich haben. Die Verwendung einer so hohen Frequenz
ermöglicht es, daß die den Zahn erregende Vorrichtung im Rahmen der Erfindung relativ klein und leicht sein kann. Der
Horn-Geber 24 kann aus einer Metallstange bestehen oder kann, wo es zweckmäßig erscheint, auch eine nichtmetallene Stange
sein, die einer elastischen Deformation unterworfen ist. Der Horn-Geber 24 weist einen hinteren Teil 24a, der mit dem
Vibrator 23 gekoppelt ist, und einen vorderen Teil 24b mit einem freien Ende 24c auf. Da das freie Ende 24c in Berührung mit
einem Zahn 25 zu bringen ist, um dessen Vibration zu bewirken, ohne ihn einzuschneiden, wird das freie Ende abgerundet und so
verhindert, daß die Zahnoberfläche geschädigt wird. Wo dies zweckmäßig erscheint, kann das freie Ende eine gekrümmte Fläche
für einen Flächenkontakt mit dem Zahn haben, um die Berührung mit ihm zu stabilisieren. Da im Gegensatz zum Schneidwerkzeug
das freie Ende 24c des Horn-Gebers nicht abgenützt wird, braucht es nicht ausgetauscht zu werden und kann deshalb integral mit
dem hinteren Teil 24a hergestellt werden. In Abhängigkeit vom Anwendungsgebiet können verschiedene Durchmesser erforderlich
sein. Der vordere Teil 24b kann vom hinteren Teil 24a getrennt hergestellt sein und mit ihm durch eine Schraubkoppelung oder
eine Kegelkupplung verbunden sein. Zur erregenden Vorrichtung gehören weiterhin zwei Klemmen 26, die an Ausgangsklemmen
eines Ultraschalloszillators anschließbar sind. Das freie Ende des vorderen Teils 24b des Gebers unterliegt also einer Ultraschallvibration
in einer Richtung entsprechend einem Doppelpfeil 27. An einem Vibrationsknoten des Horn-Gebers 24 ist ein Griff 28
angeordnet, innnerhalb dessen der Vibrator 23 und der hintere Teil 24a des Horn-Gebers 24 angeordnet sind, ' während der
vordere Teil 24b vorne aus einer im Griff 28 gebildeten Öffnung 28a vorsteht. Beim Halten des Griffs mit der Hand kann das freie
Ende 24c des Horn-Gebers 24 leicht gegen den Zahn 25 gedruckt
werden, wie durch einen Pfeil 29 angedeutet ist, um so eine
Vibration des Zahns zu bewirken, der dann einer Schneidoperation
durch ein Schneidwerkzeug 31 unterworfen wird, das ein
Diamant-Schleifgerät sein kann, das in der durch einen Pfeil 30
angedeuteten Richtung mit hoher Drehzahl rotiert.
Ist die Vorderseite des Zahns 25 mit einer Metallkrone abgedeckt,
so kann es notwendig sein, den Horn-Geber 24 gegen die Zahnrückseite,
die nicht mit einer Krone bedeckt ist, zu drücken, da
das Vorhandensein der ,Metallkrone die Übertragung des^ Vibrationsantriebs
stören kann. Fig. 5 zeigt eine in einem solchen Fall anwendbare Vorrichtung. Sie umfaßt wiederum den ultraschallfrequenten
Längsvibrator 23 und außerdem ; ein längsvibrierendes
Horn 32 einer Länge, die für eine Resonanz bei der Frequenz des Vibrators 23 a.usgelegt ist, sowie einen Geber. 33,
der für eine Biegeresonanz geformt ist und, am freien Ende des
Horns 32 an einem Wellenbauch dieses Horns-, angebracht ist. An seinem freien Ende, das einem WeUenbauch entspricht» ist der
Geber 33 mit einem Vorsprung 33a verschen,, der in gleicher
Weise abgerundet ist wie das freie Endendes Hqrn-Gebers 24
gemäß Fig. 4. Der Vorsprung 33a unterliegt einer Ultraschallvibration
in einer durch den Pfeil 27 angedeuteten Richtung. Der
Geber wird gemäß Pfeil 29 an den Zahn gedrückt und bewirkt dessen Vibration, während der Zahn 25 selbst einer Schneidoperation
durch ein Schneidwerkzeug, das mit hoher Drehzahl rotiert, unterworfen wird. Wie dargestellt, weist das Horn 32 einen
hinteren Teil 32a auf, dessen Ende mit dem Vibrator 23 gekoppelt
ist, und einen vorderen Teil 32b, an dessen Ende der Geber 33
befestigt ist. .- . . _ . . ...
Fig. 6 zeigt eine Z^hnerregungsvorrichtung mit dem Längsvibrator
23 und einem gekurvten Horn-Geber 34,. der im Sinne einer
Vergrößerung der Amplitude wirkt. Der Geber 34 hat eine Spitze
34a, die in Richtung des Pfeils 27 vibrieren kann. Wird die
Spitze leicht gemäß Pfeil 29 gegen den Zahn 25 gedrückt, so
bewirkt sie dessen Vibration, wobei dann der Zahn mit Hilfe
• · VW
- 24 -
eines Schneidwerkzeugs mit hoher Drehzahl geschnitten werden kann.
Wird nur mit hoher Drehzahl gearbeitet, die durch die Anwendung einer üblichen Luftturbine erhalten werden kann, so kann eine
leichte Verminderung der Schärfe des Werkzeugs im Auftreten von Unannehmlichkeit und Schmerzen resultieren. Dies bestimmt die
Nutzlebensdauer des Werkzeugs, das deshalb nach dem Stand der Technik häufig gewechselt werden muß. Im Rahmen der Erfindung
kann die Nutzlebensdauer um einen Faktor von 3 bis 10 erhöht werden. Da die pulsierende Schneidkraft angelegt wird, hat die
während der Zahnschneidoperation erzeugte Wärme ebenfalls einen pulsierenden Verlauf, und ein Frequenzgang erscheint in einem
Wärmeübertragungssystem in gleicher Weise wie der Frequenzgang eines dynamischen Systems, so daß die aufgrund der erzeugten
Wärm« erlittenen Schmerzen erheblich reduziert werden. Im Rahmen der Erfindung können Zähne, die bisher bei gleichzeitiger
Verwendung von Anästhesie behandelt worden sind, unter Vermeidung der Anästhesie bearbeitet werden, ohne daß Schmerzen,
Unannehmlichkeit und Schreck verursacht werden. Dies ist insbesondere wirksam, wenn die Anwendung der Anästhesie aus Gründen
eines medizinischen Schocks vermieden werden muß. Ein weiterer Vorteil ist eine erhebliche Reduktion des beim Schneiden
erzeugten Geräuschs, was einen psychologischen Effekt hat.
Die Effekte der Erfindung können anhand spezifischer Ergebnisse veranschaulicht werden:
1) Eine Ausnehmung kann erfindungsgemäß in idealer Weise bei einem Patienten gebildet werden, der an einem Reizzustand
der dentalen Empfindung leidet und Schmerzen fühlt, wenn ein Zahn mit einem Gebep berührt wird.
2) Die Erfindung ist für einen Zahn anwendbar, der C.-Kariesgrad
3 aufweist und beim Aufschlagen Schmerzen verursacht, wobei die dentale Pulpa schmerzfrei bis zu ihrer Oberseite
erfolgreich geschnitten werden kann.
3) Eine Schneidopöration wurde ohne Anästhesie erfolgreich
für Zähne durchgeführt, die an akuter eitriger Entzündung der aveolar-dentalen Membran, an chronischer schwärender Entzündung
der dentalen Pulpa, an Nekrose der dentalen Pulpa, an
partieller akuter eitriger Entzündung ,der dentalen Pulpa usw. litten.
Wie aus dem Modell gemäß Fig. 3 ersichtlich ist, können zusätzlich
zu der absichtlich aufgewandten Schneidkraft die Federn 2 und 6 auch aus verschiedenen anderen Gründen wie etwa wegen
Entzündung in ihrem Umgebungsbereich einer Landung oder Kürzung
unterworfen werden. V/erden auf diese Weise unter Erzeugung stechender Schmerzen Beanspruchungen erzeugt, so kann das
erfindungsgemäße Antriebshorn gegen den betreffenden Zahn gedrückt
werden und eine ultraschallfrequente Vibration an den Zahn mit einer Amplitude angelegt werden, die der Höhe der
Beanspruchungen entspricht, wodurch die Schmerzen beruhigt werden.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit der Anwendung einer ultraschallfrequenten Vibration mit einer Frequenz gleich
oder größer 20 kHz, die also im Ultraschallbereich liegt, beschrieben wurde, können entsprechende Ergebnisse allgemein durch
Verwendung einer hohen Frequenz erzielt werden, die gleich oder größer als etwa das Dreifache der Eigenfrequenz des Zahns ist.
Leerseite
Claims (5)
- PatentansprücheI./Vorrichtung zur Zahnmaterialabnahme mit Vibration, mit einem Zahnschneidwerkzeug, das mit hoher Drehzahl rotierbar ist und eine zum Schneiden in einen Zahn wirksame Vorderseite hat, dadurch gekennzeichnet,daß in Berührung mit dem Zahn zu seiner Erregung eine Zahnerregungsvorrichtung bringbar ist, die folgende Bauteile aufweist: ein Gehäuse (28) mit einer Öffnung (28a) an seinem vorderen Ende; einen Vibrator (23), der aus einem akustischen Umsetzer, der im Gehäuse zum Erzeugen von Vibrationsenergie einer gegebenen Frequenz angeordnet ist, und einem Vibrationsübertragungsglied (24) besteht, das einen hinteren Teil (2Aa), der innerhalb des Gehäuses liegt, und einen vorderen Teil (24b), der sich durch die Öffnung des Gehäuses nach außen erstreckt und dessen freies Ende (24c) in die Berührung mit dem Zahn bringbar ist, aufweist, wobei das Ende des hinteren Teils mit dem akustischen Umsetzer gekoppelt ist; Halteeinrichtungen zum Befestigen des Vibrators (23) an einem Gleichgewichtspunkt desselben am Gehäuse; und elektrische Einrichtungen (26) zum Einspeisen von Leistung an den akustischen Umsetzer;daß die Oszillationsfrequenz des akustischen Umsetzers höher ist als. die Eigenfrequenz des Zahns und der akustische Umsetzer das Vibrationsübertragungsglied so erregt, daß die Vibrationsamplitude an dessen freiem Ende maximal 30 μπι beträgt;und daß die Anordnung unter einer der beiden Bedingungen betreibbar ist, daß (l)s < 2-naf , wobei s = die Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs, a = die am freien Ende des Vibrationsübertragungsglieds herrschende Amplitude, f = die Oszillationsfrequenz des akustischen Umsetzers und 2uaf = die maximale Vibrationsgeschwindigkeit des Zahns, in Vorschubrichtung gesehen, oder daß (2) die Tiefe t des Schnitts in den Zahn durch das Schneidwerkzeug auf die Amplitude a so bezogen ist, daß t < a.
- 2. Vorrichtung zum Zahnschneiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Umsetzer einen Ultraschalloszillator umfaßt.
- 3. Vorrichtung zum Zahnschneiden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der akustische Umsetzer eine Oszillationsfrequenz im Bereich von 20 bis 100 kHz aufweist.
- A. Vorrichtung zum Zahnschneiden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs mit einer Erregungskomponente des Zahns übereinstimmt und die Ungleichung s < 2iraf erfüllt ist.
- 5. Vorrichtung zum Zahnschneiden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubrichtung des Schneidwerkzeugs orthogonal zur Richtung ist, in der der Zahn erregt wird, und daß die Ungleichung t < a erfüllt ist.
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