JP4812776B2 - チップを自動認識する超音波歯科治療機器 - Google Patents

Description

本発明は、歯科治療機器、特に、歯石除去機器、表面堆積物洗浄機器（バイオフィルムを除去するため）および切断機器（キャビティまたは人工器官の準備のため）のような超音波機器に関し、これらは全て超音波の周波数で振動する器具を含む。

図１は、コード１１１を介してハンドピース１２０に接続された超音波発生器１１０を含む超音波治療機器１００を示している。音極（sonotrode）、すなわち超音波チップ１３０は、ハンドピース１２０の端部に取り付けられている。周知の方法により、ハンドピース１２０は、例えば圧電材料によって構成されたトランスデューサ（図示せず）を含む。トランスデューサは、超音波発生器１１０によって供給される出力に応じて決定される振幅でチップ１３０に振動波を伝達するように、チップ１３０に機械的に連結されている。

チップは、目的とする治療によって決まる、様々な形状を有する交換可能な部品である。そのようなチップの例は、特に米国特許第６３１２２５６号および第４２８３１７５号に記載されている。発生器から伝達される超音波の出力も、行われるべき治療のタイプによって決まる。例えば、歯周デブリードメントのために必要な出力は、歯石を除去するときに必要な出力よりも遙かに小さい。さらに、使用されるチップの型式は、実施される治療に応じて異なる可能性がある。したがって、歯科治療の各タイプに対し、所定の出力の範囲の超音波で動作する、１またはそれ以上のチップ群が存在する。

したがって、歯科治療機器は、実施される治療および／または使用されるチップに応じて出力を調節できる超音波発生器を含む。そのような機器を施術者が使いやすくするために、例えば、超音波発生器には、治療に適切な出力範囲を自動的に選択可能にするボタンやキー１１３〜１１６が設けられている。これらのキーは、施術者が適切な出力範囲を選択できるように、色コードまたは等価物によって識別され、一度選択されると、その範囲がスクリーン１１２に示される。

とはいっても、上述したように、各治療には、機器上で予め調節された出力範囲の一つで動作する、特定のチップもまた使用される。その結果、施術者は、ハンドピースに取り付けられたチップが、選択した出力範囲に本当に適合しているか確認しなければならない。逆にいえば、ハンドピースに取り付けられたチップに対応した出力範囲を選択しなければならない。

このため、既知の１つの解決策は、はっきり区別できる支持体要素上で各チップをパッケージ化することにある。支持体要素は、出力範囲選択キーのマーキングに適合するマーキングを有する。例えば、キーが色コードによって識別できる場合、各支持体は、支持体上に置かれたチップにとって最良の出力範囲を選択するために使用されるキーの色コードに対応した色コードを有する。

他の１つの解決策は、チップを使用するための出力範囲を施術者が識別できる色コード等で、チップに直接マーキングをすることにある。この種のチップマーキングは、フランス国特許文献０４／０６６３０号に記載されている。

それでもなお、如何なる識別テクニックを使ったとしても、超音波発生器で出力範囲を選択することは施術者の介入を必要とする。その結果、施術者にとって歯科治療機器の使用が煩雑になったり、発生器で誤った出力範囲を選択してしまうリスクを解消できなかったりする。

米国特許第６５０３０８１号には、超音波発生器に接続された磁歪素子が取り付けられたハンドピースを備えた超音波機器が記載されている。超音波発生器は、チップを有するハンドピースの磁歪素子に周波数が変化する連続信号を印加し、チップが取り付けられたハンドピースの共振周波数に一致する周波数を検出するために磁歪素子の消費を測定するようにプログラムされた処理手段を有する。その後、処理手段は、検出された共振周波数に発生器を調節する。その文献は、ハンドピースに取り付けられたチップの共振周波数を検出し、超音波発生器を調節するための解決方法を開示するものではあるが、ハンドピースに取り付けられたチップの型式を識別可能とするものではない。チップが明確に認識されない限り、ハンドピースに取り付けられたチップの型式に適した出力の範囲に発生器を調節することは不可能である。

本発明の目的は、上記の欠点を改善するとともに、使用されるチップの型式に適合するように超音波発生器の出力の範囲を調節するにも関わらず、施術者の介入を不要とする解決方法を提供することにある。

この目的は、超音波発生器に接続されたトランスデューサが取り付けられた少なくとも１つの外科的なハンドピースを備え、前記トランスデューサに機械的に連結されて互いに相違する超音波の出力の範囲で型式に応じて動作する超音波チップを受け入れるように前記ハンドピースが設計されている超音波歯科治療機器であって、
前記チップの各型式に対する利用出力範囲が格納された対応テーブルと、前記ハンドピースに取り付けられた前記チップの型式を自動的に認識する手段と、前記認識手段による認識に応じて、前記対応テーブルを用い、認識された前記チップの型式に適合する出力の範囲であって、認識された前記チップが動作する最小および最大の出力値をそれぞれ規定する下限値と上限値との間の範囲に前記超音波発生器を調節する処理手段と、を備えたことを特徴とする超音波歯科治療機器によって達成される。

このように、本発明の歯科治療機器は、ハンドピースに取り付けられたチップの型式を自動的に認識することができるとともに、認識されたチップの型式に適合する出力の範囲に超音波発生器を調節することによって、そのことに対処することができる。チップの型式は、識別コードを読み取ること（光学的に、または、無線で）、または、ハンドピース・トランスデューサの応答信号を解析することによって検出される。各識別コードまたは応答信号は、機器に格納されたそれぞれの出力の範囲に対応し、それにより、上記機器の処理手段は、チップの検出された型式に対応する出力の範囲に超音波発生器を自動的に調節できるようになる。

施術者は、もはや、チップが使用されるべき出力の範囲を調節するために行動を起こす必要がなくなる。結果として、機器の使用が簡略化し、発生器によって送出される超音波に関して出力の範囲を選択するうえでの誤りのリスクが排除される。チップの認識後、本発明の機器は、これより下はチップが有効に動作できない最小の出力の値と、これより上はチップの強度が足りなくなる可能性がある最大の出力の値とを規定する出力の範囲に、自身を自動的に設定する。これにより、チップを有効に使用するのに常に十分であり、かつ損傷が及ぶ危険を冒すほど大きすぎない出力の供給をチップに保証する出力の範囲内で、施術者はチップを使用することが可能になる。本発明の機器は、このように、施術者にさらなる安全性および快適さを使用中において提供する。

本発明の好適な態様において、機器は、チップが動作するべき超音波の出力の範囲を識別できるように、チップ上にあり且つチップの型式に対応する、バーコードのようなコードを読み取る光学式読み取り手段を備える。

本発明の他の１つの好適な態様において、機器は、チップが動作するべき超音波の出力の範囲を決定できるように、チップに格納され且つチップの型式に対応するコードを読み取る、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダのような無線読み取り手段を備える。

本発明の歯科治療機器のさらなる他の１つの好適な態様において、機器は、チップに機械的に連結されたトランスデューサに電子測定信号を送る手段と、トランスデューサからの応答信号を測定および解析する手段とを備える。その応答信号は、チップの型式に対応する情報を含むとともに、チップが動作するべき超音波の出力の範囲を決定することを可能にする。

信号は、周波数に関して解析されてもよい。このような状況において、機器は、測定信号を所定の周波数でトランスデューサに送るウォブレータ（wobulateur）と、応答信号から次のパラメータ：共振周波数、位相、出力およびインピーダンス、の少なくとも１つを決定するためにトランスデューサからの応答信号を解析する処理手段とを備えている。これらのパラメータの１つ以上は、チップの型式に対応するとともに、トランスデューサに連結されたチップが動作するべき超音波の出力の範囲を決定することを可能にする。

トランスデューサからの応答信号は、また、時間領域で解析されてもよい。このような状況において、機器は、トランスデューサにインパルス信号（例えばディラックインパルス）を送る手段と、トランスデューサからの応答信号を時間領域で解析する処理手段とを備える。時間領域応答信号（チップシグニチャ）は、ハンドピースに取り付けられたチップの型式に対応するとともに、トランスデューサに連結されたチップが動作するべき超音波の出力の範囲を決定することを可能にする。

また、本発明は、超音波歯科治療器機の外科的なハンドピースに取り付けるための超音波チップであって、当該チップが動作するべき超音波の出力の範囲を自動的に識別するための手段を含み、前記範囲は、検出された前記チップの使用のための最小および最大の出力の値をそれぞれ規定する下限値と上限値との間にあることを特徴とする超音波チップを提供する。

チップは、超音波歯科治療機器がチップの型式を認識できるとともにチップが動作するべき超音波の出力の範囲を自動的に選択できるようになる、自身の基部に書かれたバーコードまたはトランスポンダ（ＲＦＩＤ）を備えていてもよい。

本発明の他の特徴や利点は、添付の図面を参照するとともに、限定されない例として挙げられた本発明の特定の実施形態の説明から明らかとなる。

図２は、本発明の第１実施形態を構成する超音波歯科治療機器を示している。機器２００は、チップ２１０が設けられたハンドピース２２０で構成されている。ハンドピース２２０は、コード２３１によって超音波発生器２３０に接続されている。

本実施形態における超音波機器は、チップが使用される出力の範囲を決定するために、チップの型式を光学的に検出する手段を含む。この目的のために、図２に示すように、機器は、基部２１０ａの周囲に置かれたバーコード２１２を有するチップ２１０を使用している。従来の方法では、チップは、ハンドピース２２０のトランスデューサ（図示せず）に固定された要素２２３にねじ込まれることによって、ハンドピース２２０のトランスデューサ（図示せず）に固定的な方法で機械的に連結される。２つの光ファイバー２２４，２２５は、ハンドピースのボディ２２１に並んで設置されている。例えば、ファイバー２２４，２２５は、ボディ２２１にモールドされている。光ファイバー２２４，２２５のそれぞれの端部２２４ａ，２２５ａは、チップがハンドピースにねじ込まれる際にチップのバーコード２１２がこれら端部を通過するように、基部の表面に対して垂直となる位置において、ボディ２２１からチップ２１０の基部２１０ａの高さへと現れている。

図３Ａに示すように、ファイバー２２４，２２５の他方の端部２２４ｂ，２２５ｂは、ハンドピース２２０のコネクタ２２２の底部における、２つのメスソケット２２６，２２７および洗浄ダクト２２８に近くに現れている。図３Ｂに示すように、ファイバー２２４，２２５の端部２２４ｂ，２２５ｂ、メスソケット２２６，２２７およびダクト２２８は、それぞれ、発光ダイオード（ＬＥＤ）２４４または他の発光コンポーネント、光検出器（ダイオード、トランジスタなど）２４５、２つのオスプラグ２４１，２４２、およびダクト２４３と協働する。これら全ての要素は、コネクタ２３２の内部に設置され、コード２３１の一端に接続され、コネクタ２３２にハンドピースのコネクタ２２２がはまる。

ハンドピースのトランスデューサは、プラグ２４１，２４２をそれぞれソケット２２６，２２７にはめ込むことにより、超音波発生器２３０に接続されている。洗浄ダクト２２８には、ダクト２４３によって液体が供給される。これらの要素の動作はよく知られているので、これ以上詳細には説明しない。

ＬＥＤ２４４は、コード２３１に収容された導体２４６によって超音波発生器２３０に接続されており、光検出器２４５は、コード２３１に収容された導体２４７によって超音波発生器２３０に接続されている（図２）。これら２つの要素は、ハンドピースが晒される加圧蒸気滅菌サイクルからそれらを保護するために、好ましくは、コード２３１のコネクタ２３２に設置される。光ファイバー２２４，２２５だけは、加圧蒸気滅菌器で見られる高温多湿状況に耐えることができる材料で構成されている必要がある。

図４は、本第１実施形態において、チップを光学的に認識して出力範囲を自動的に選択するときに関係する要素を示す図である。超音波発生器２３０は、よく知られた方法で動作するバーコードデコーダー２３３を備えている。デコーダは、導体２４６を介してＬＥＤ２４４に放出信号を送る。ダイオード２４４は、その後、チップの基部に書かれたバーコード２１２に光ファイバー２２４の出口で光を照射するために、光ファイバー２２４に沿って伝搬する変調または連続光信号を発する。反射光は、ファイバー２２５によって光検出器２４５に伝達される。光検出器２４５は、受け入れた光信号を電気信号に変換し、導体２４７を介してその電気信号をデコーダ２３３に送る。

バーコードの既知の原則の適用において、チップによって反射された光の強度、および、光検出器によって送られた信号の結果は、照射されたチップの領域に関連する。より正確には、この信号は、黒バーがファイバー２２５に面するときに最小値をとり、そのようなバーがなく、チップがその後に高反射による明るい領域を示す（２本のバーの間で）ときに、最大値をとる。このように、チップ２１０をハンドピース２２０にねじ込むときに取得される信号は、チップに記述されたコーディングに対応する群発パルスを構成する。

パルスとパルスとの間に測定される時間、および、それらパルスの幅（すなわち持続時間）により、デコーダ２３３は、チップに書かれたコードを推論することができる。そうはいっても、ねじ込み速度は、ユーザーによって異なる可能性があるし、同じユーザーでも異なる可能性がある。コードの誤読を防止するために、デコーダ２３３は、好ましくは、各パルスの持続期間ｔ１と、２つの連続したパルス間の持続時間ｔ２との比に一致する比ｔ１／ｔ２に基づいて情報を解読する。その比は、チップが締め込まれる速度に関係なく一定である。そのような比を用いたコードの例が、図５に挙げられている。

チップに書かれた情報がいったん解読されれば、デコーダ２３２は、例えばアスキー文字と一致していてもよいＳコード信号の形で、処理手段２３４（例えばマイクロコントローラ）に情報を送る。処理手段２３４は、例えば、チップの各型式に対して利用出力範囲が記録されたルックアップテーブル２３５を参照することによって、識別されたチップに対応する超音波発生器の利用出力範囲を選択するように具体的にプログラムされている。

図６は、本発明の第２実施形態を構成する超音波治療機器３００を示している。超音波治療機器３００は、チップ３１０が設けられたハンドピース３２０で構成されている。ハンドピース３２０は、コード３３１によって超音波発生器３３０に接続されている。

本実施形態において、超音波機器は、無線周波数（ＲＦ）テクニックによって、チップが使用される出力の範囲を検出する。この目的のために、図６に示すように、機器は、基部３１０ａにトランスポンダ３１２を含むチップ３１０を用いている。トランスポンダ３１２は、ＲＦＩＤ技術を使用する小型のコンポーネントでありうる。よく知られた方法において、この種のコンポーネントは、当該コンポーネントに給電するために、与えられた周波数で電磁場をピックアップするのに適した、インダクタンス−キャパシタンス（ＬＣ）型共振器（アンテナ）を含むパッシブ回路である。この電磁場は、ハンドピース３２０のボディ３２１に配置されている（例えばその中にモールドされることによって）ソレノイドアンテナ３２４によって生成される。

いったん給電がなされると、回路は、予めプログラムされたコードを含む無線信号を届けることによって応答する。このコードは、ＬＣ共振器のキャパシタンスを変動させることによって周波数変調を引き起し、それによって、その共振周波数が搬送周波数の近傍に置き換えられる。ソレノイド機器３２４は、吸収エネルギーの変動によってこの周波数変化を検出するＬＣ型トランシーバー回路を形成するようにキャパシタ（図示せず）に接続されている。この変動信号は、その後、コード３３１に収容された導体３４６を介して超音波発生器３３０の処理手段（例えばマイクロコントローラ）に送られる。処理手段は、取得した信号の変動をバイナリデータに変換し、そのデータと、第１実施形態を構成する前述した機器と同様にチップの各型式に対して利用出力の範囲が格納された対応テーブルに記録されているデータとを比較するようにプログラムされている。チップの型式がいったん認識されれば、処理手段は、ハンドピースに取り付けられたチップに適合する出力の範囲に超音波発生器を設定する。バーコードによる認識に関して前述したように、超音波発生器の処理手段は、例えば、チップの各型式に対して使用出力範囲が記録されたルックアップテーブルを参照することによって、識別されたチップに対応する利用出力の範囲に発生器を設定するように具体的にプログラムされている。

図７に示すように、ソレノイドアンテナ３２４の端部３２４ａは、それぞれ、２本のオスプラグ３４１，３４２およびダクト３４３と協働する、トランスデューサに給電するためのメスソケット３２６，３２７および洗浄ダクト３２８の近傍において、ハンドピース３２０のコネクタ３２２の底部に現れている。これら全ての要素は、コード３３１の一端に接続されたコネクタ３３２の内部に設置され、そのコネクタ３３２にハンドピースのコネクタ３２２がはまる。ソレノイドアンテナの端部３２４ａは、例えば、導体の３４６の端部に形成されたオスプラグ３４５ａがはめられたメスソケットを形成する。導体３４６の端部は、パワートランジスタ（図示せず）とともにＬＣ送信回路のキャパシタンスを含む部分３４５を備えていてもよい。これらのコンポーネントをコード３３１のコネクタ３３２内に設置すると、損失および障害を抑制することが可能となる。このようにして形成された回路は、チップのトランスポンダ３１２に給電するとともに、応答において送られた符号化信号を検出するという、２つの役割を担う。変形例において、アンテナ形状および発生する電磁場の周波数を適合させることにより、ソレノイドアンテナは、取り外し可能なハンドピースの外部、例えば、コード３３１のコネクタ３３２に配置されうる。

図８を参照して、ハンドピースに取り付けられたチップの型式を自動的に認識しうるとともに、超音波発生器に関して、対応する出力範囲を自動的に選択しうる、本発明に基づく超音波機器の第３実施形態について説明する。本実施形態においては、ハンドピースのトランスデューサ４１０に供給された電気信号の周波数解析によってチップの型式が認識される。この目的のために、ハンドピースに取り付けられたトランスデューサおよびチップによって構成されるアセンブリの共振周波数の近傍で信号を生成する周波数ウォブレータ（wobulateur）４０１が用いられる。トランスデューサの端子における電流ｉ（ｔ）および電圧ｖ（ｔ）が測定され、アナログ−デジタル変換器４０３によってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号は、トランスデューサ（そのモード）の共振周波数、その位相、その出力およびそのインピーダンスを見出す役割を果たす演算器４０５に送られる。この情報は、チップの型式を決定する処理手段４０６によって使用される。処理手段４０６は、例えば、リスト中のチップの各型式に対する出力の範囲とともに上記情報に対応するチップの型式が記録された対応テーブル４０７を用いる。この周波数解析のために必要とされる全ての要素は、超音波発生器に含ませることができる、すなわち、分離できるハンドピースから離すことができる。

図９に概略的に示される第４実施形態において、時間領域での解析を実行することによって、ハンドピースに取り付けられたチップの型式は自動的に認識され、対応する出力範囲が自動的に選択される。このような状況において、ディラックインパルス発生器５０１は、ディラックインパルスに対するトランスデューサ５１０の応答をデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）によって解析するために使用される。トランスデューサからの応答信号５０２が測定され、その後、サンプラー５０３と結びつけられたアナログ−デジタル変換器５０４によってサンプリングされる。デジタル値はメモリに格納される。デジタルシグナルプロセッサ５０５は、適当な信号情報、すなわち、チップの時間信号を得るために、デジタル的にこれらの値を処理する。この信号は、その後、処理手段５０６に送られる。処理手段５０６は、例えば、チップのタイプが、それらの時間シグニチャ（signature temporelle）に応じて決定されることを可能にする対応テーブルを使用することによって、測定された信号に対応するチップの型式を決定するようにプログラムされている。対応テーブルは、また、チップの各型式に結びつけて使用されるべき出力の範囲に対する値を含む。したがって、処理手段５０６は、チップに適合する出力範囲に超音波発生器を設定するように、超音波発生器を制御することが可能となる。

上述の第３および第４実施形態でそれぞれ行われたような周波数領域および時間領域解析は、単一の超音波機器で随意的に交互に実施されてもよい。このようにすれば、ハンドピースに取り付けられたチップに関するさらなる情報を得ることができ、チップが自動的に認識される精度を高めることが可能となる。

チップを検出するためにどのようなモード（バーコード、ＲＦＩＤ、周波数および時間領域解析）を使用したとしても、処理手段は、チップを使用するのに適した、決定した出力の範囲に、超音波機器を自動的に設定する。適用されるべき治療（例えば、単一のチップが歯石を除去するため、および、デブリードメントのために使用されてもよい）に応じて、または、扱われるべきケース（例えば、除去されるべき物質の種類および／または量に応じて）に応じて、異なる出力値を用いて、単一のチップを動作させてもよいことが知られている。本発明によれば、施術者は、チップに様々な出力値を適用するために、発生器を制御すること（例えば、発生器で選択キーを用いること）ができるが、いったんチップが認識されたならば、自動的に選ばれる範囲内においてのみ、そうすることができる。このように、施術者は、チップを有効に動作させることを可能にするために十分（範囲の下限よりも上）であり、かつチップに固有の与えられた強度にとって決して高すぎない（範囲の上限よりも下）出力値を、治療を通じて常に確実に適用する。

本発明の超音波機器の第３および第４実施形態で用いた解決方法は、チップの改良を必要としない（すなわち、バーコード、トランスボンダが不要）という点において、第１および第２実施形態に比べてさらなる利点がある。解析目的（周波数領域であるか時間領域であるかによらず）のために必要とされる手段の全ては、超音波発生器に含まれる。したがって、それらの応答（周波数または時間）がチップの構造に固有であるならば、従来のチップの検出が可能となる。

超音波歯科機器の線図 本発明の第１実施形態を構成する超音波歯科機器の線図 図２の超音波発生器のハンドピースおよびコードコネクタを示す透視図 図２の超音波発生器のハンドピースおよびコードコネクタを示す透視図 図２の機器のブロック図 本発明の機器の第１実施形態において使用されるチップに記述可能なコーディングの例 本発明の第２実施形態を構成する超音波歯科機器の線図 図６の機器における超音波発生器のハンドピースのコードコネクタ部の縦断面図 本発明に基づく超音波歯科治療機器の第３実施形態のブロック図 本発明に基づく超音波歯科治療機器の第４実施形態のブロック図

Claims (8)

1. 超音波発生器に接続されたトランスデューサが取り付けられた少なくとも１つの外科的なハンドピースを備え、前記トランスデューサに機械的に連結されて互いに相違する超音波の出力の範囲で型式に応じて動作する超音波チップを受け入れるように前記ハンドピースが設計されている超音波歯科治療機器であって、
   前記チップの各型式に対する利用出力範囲が格納された対応テーブルと、前記ハンドピースに取り付けられた前記チップの型式を自動的に認識する手段と、前記認識手段による認識に応じて、前記対応テーブルを用い、認識された前記チップの型式に適合する出力の範囲であって、認識された前記チップが動作する最小および最大の出力値をそれぞれ規定する下限値と上限値との間の範囲に前記超音波発生器を調節する処理手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波歯科治療機器。
2. 前記チップが動作するべき超音波の出力の範囲に対応した、前記チップ上のコードを読み取る光学式読み取り手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の機器。
3. バーコード読み取り手段を含むことを特徴とする請求項２記載の機器。
4. 前記チップに格納されたコードを読み取るＲＦ読み取り手段を備え、前記コードは、前記チップが動作するべき超音波の出力の範囲に対応していることを特徴とする請求項１記載の機器。
5. ＲＦＩＤチップを読み取る手段を備えたことを特徴とする請求項４記載の機器。
6. 前記チップに機械的に連結された前記トランスデューサに電子測定信号を送る手段と、
   前記トランスデューサからの応答信号を測定および解析する手段とを備え、前記応答信号は、前記チップが動作するべき超音波の出力の範囲に対応した情報を含むことを特徴とする請求項１記載の機器。
7. 測定信号を所定の周波数で前記トランスデューサに送るウォブレータ（wobulateur）と、
   前記応答信号から次のパラメータ：共振周波数、位相、出力およびインピーダンス、の少なくとも１つを決定するために前記トランスデューサからの前記応答信号を解析する処理手段とを備え、これらのパラメータの１つ以上は、前記トランスデューサに連結された前記チップが動作するべき超音波の出力の範囲に対応するものであることを特徴とする請求項６記載の機器。
8. 前記トランスデューサにパルス信号を送る手段と、前記トランスデューサからの信号の時間応答を解析する処理手段とを備え、前記時間応答信号は、前記トランスデューサに連結された前記チップが動作するべき超音波の出力の範囲に対応するものであることを特徴とする請求項６または請求項７記載の機器。

Images