KR20080093406A

KR20080093406A - 치근관 성형 및 세척을 위한 치과용 장치

Info

Publication number: KR20080093406A
Application number: KR1020087010419A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 마이어 슈스터
Original assignee: 미크로-메가 엥떼르나씨오날 마뉘팍뛰르
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-10-21
Also published as: WO2007085966A3; EP1986564A2; JP2009524465A; BRPI0707193A2; CN101355915A; GB0601361D0; US20090136896A1; RU2008120007A; WO2007085966A2; CA2637949A1

Abstract

본 발명은 치수 파일을 사용하여 치근관 세척에 사용되는 장치에 관한 것이다. 상기 파일은 전기 모터에 의해 구동되는 드릴 헤드부에 마운팅된다. 모터는 통상 정방향으로 구동되나, 주기적으로 매우 짧은 시간동안 역회전된다. 모터 역전 시간은 매우 짧아서, 모터가 역방향으로 회전되더라도, 관성, 및 모터 출력 샤프트 및 드릴 헤드간 동력전달장치의 백래쉬에 의해 치근관내 파일의 회전 방향은 변경되지 않는다.

치근관 성형, 치근관 세척, 치수 파일, 전기 모터, 드릴 헤드

Description

치근관 성형 및 세척을 위한 치과용 장치{Dental apparatus for shaping and cleaning a root canal}

본 발명은 치과 분야의 치근관 작업 장치, 특히 관을 충전하기 전에 치근관(root canal)을 성형하고 세척하기 위한 장치에 관한 것이다.

근관치료학(endodontics)은 치근관 치료를 지칭하는 것이다. 치근관치료는 통상적으로 영구 손상된 신경조직 또는 치수(pulp) 및 때로는 상아질(dentine)을 제거하고, 치근관의 공간을 세척하고 소독한 후, 상기 관을 폐쇄하거나 충전하여 차후 박테리아 침투를 예방할 수 있도록 봉인을 형성하는 것으로 이루어진다.

치근관의 성형 및 세척은 전동 드릴에 마운팅되어 사용되거나 손으로 조작되는 치수 파일(endodontic file)을 사용하여 이루어진다. 이러한 치수 파일은 치근관의 내외로 이동하며, 손으로 조작시 시계를 감는 것처럼 양 방향으로 회전하거나 한 방향으로 연속적으로 회전할 수 있다.

치수 파일은 한 점으로 테이퍼 되는 나선 홈(helical flutes)을 갖는 작업부를 구비하는 매우 미세한 프로브로서 적어도 어느 정도 유연성을 가져 완전히 일직 선이 아닌 치근관을 따라 이동할 수 있다. 치수 파일은 모터에 의해 작동되거나 손으로 작동하도록 디자인되어 있다. 모터로 작동되는 파일(본 발명이 관련된 것임)은 드릴 헤드에 맞춰진 심축(mandrel)을 구비하며, 이는 드릴 헤드와 맞물려 파일이 회전할 수 있도록 한다. 본 발명에서, 치근관내에서의 치수 파일의 회전 과정은 성형 및 파일링(filing)으로 지칭된다.

그러나, 파일의 나선 홈을 따라 절삭날(커팅 에지)에서 완전히 제거되지 못하는 조각들(debris)에 의해 치수 파일이 막히는 경우가 자주 발생하며, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 이러한 치수 파일의 막힘은 치수파일의 절삭 효율을 감소시키며, 심각한 경우 치아 내에서 파일이 부서지게 된다.

본 발명은, 동력전달 시스템(transmission system)을 통해 전기 모터에 의해 구동되는 드릴, 치수 파일을 드릴 헤드부에 장착하는 수단, 모터를 정상 회전 방향으로 정상 속도로 회전시키고 단속적으로(intermittently) 단시간 동안 상기 모터를 정상 속도 또는 방향과 실질적으로 상이한 속도 및/또는 방향으로 회전시키는 수단을 포함하는 치근관 성형 및 세척 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 정상 속도와 실질적으로 상이한 속도는 반대 방향 회전의 속도이며, 즉 상기 모터는 단속적으로 정상 속도 방향에 대하여 역방향으로 회전된다.

드릴 처크(drill chuck)를 회전시키기 위한 전기 모터를 구비하는 일반적인 치과용 드릴은 모터 자체 및 드릴 헤드 사이의 구동 트레인(drive train), 즉 치과용 핸드피스 기어에 어느 정도의 유극(play)을 가진다. 이러한 유극은 기어 트레인의 백래쉬(backlash), 또는 다른 형태의 유극, 또는 모터 및 치수 파일 사이의 에너지 흡수의 결과일 수 있다. 또한, 구동 트레인과 모터에서는 관성(inertia)이 고려될 수 있다.

치수 파일은 파일이 구동될 때 적어도 일부가 치근관 벽과 마찰적으로 접촉하는 홈(flute)을 가진다. 치근관 벽과 접촉하는 부분과 드릴 헤드내 마운팅된 부분 사이의 파일 부분이 비틀림에 의해 로딩되며, 따라서 비틀림 에너지(torsion energy)의 형태로 에너지를 보존한다. 이러한 비틀림이 일어날 때 파일은 "감기며(wind up)", 파일이 감기게 됨에 따라 치근관 벽과 마찰 접촉하는 부분과 드릴 헤드에 마운팅된 부분 사이의 파일 부분이 방사상으로 확장된다.

모터 방향을 역전시킨 후 원래 회전 방향을 회복시킴에 따라 모터 및 드릴 헤드간의 동력전달에 있어 펄스(pulse)가 발생된다. 이러한 펄스는 모터 및 드릴 홈간의 연결을 중단시키고, 그 결과 이전 홈의 비틀림에 통해 파일내 저장된 에너지가 방출되어 홈을 구동시킨다.

회전 에너지가 방출될 때, 홈이 풀리고 그 직경이 줄어들 수 있다. 파일이 치근관 벽과 마찰 접촉하는 길이 방향의 위치에 따라, 풀리는 파일 부분은 순간적으로 어느 한쪽 방향으로 회전될 수 있다.

바람직하게는 상기 모터를 구동하는 전류 방향은 모터의 정상 속도를 중단하도록 역전된다. 단시간 동안 전류 방향을 역전시키는 것은 모터를 실제가 역방향으로 회전시킬 수도 있고 또는 그렇지 않을 수도 있지만, 모터의 정상 속도는 확실히 중단시킬 것이다.

이러한 동력전달에서의 펄스는, 또한 회전 속도는 확실히 변화시키나 모터의 회전 방향은 변화시키지는 않는 빈도수(frequency)로 모터를 단속적으로 감속하거나 가속함으로써 달성될 수도 있다. 이는 모터를 정지 상태로 감속시키거나 다시 정상 작동 속도로 가속하는 것을 포함할 수 있다.

모터 회전에서의 단속적인 변화는 규칙적으로 일어나는 것이 바람직하나, 랜덤하게 변화하도록 프로그래밍하여도 효과를 나타낸다.

상기 정상 속도는 통상 300 rpm 내지 650 rpm이다.

정상 속도가 중단되는 단시간은 예컨대 1 내지 4 밀리초일 수 있으며, 이러한 중단은 예컨대 100 Hz 이하의 빈도수로 일어날 수 있다. 그러나 이러한 빈도수는 회전 속도에 매우 의존한다. 구동 트레인의 기어 물림(mesh)이 유지되어야 하며, 이는 속도가 어떠하든 간에 동일 수 정도의 회전을 요구한다. 따라서 속도는 "풀림(unwinding)"이 이루어지는 속도에 영향을 준다. 정방향 회전 속도가 높은 경우, 역 펄스 주기는 낮은 속도에서보다 짧거나 또는 역 펄스는 정방향에서의 속도보다 더 낮고 또한 정방향 속도와 다른 속도로 모터를 역방향으로 구동할 수 있는 정도여야 한다. 후자의 경우, 정상 속도가 중단되는 단시간은 10 밀리초 이하일 수 있다.

특히 빠른 회전 파일(2000 rpm에 이르는)의 경우, 회전 속도를 상당히 감소하는 것만으로도 발명의 효과를 달성할 수 있으나, 이는 충분한 감속을 위하여 역 전류가 필요할 수 있다.

모터는 속도 및/또는 방향을 쉽게 변경할 수 있는 스텝 모터(step motor)가 바람직하나, 연속 회전 모터를 사용할 수도 있는데, 이 경우 특히 정상 모터 회전의 단속적인 중단의 빈도가 모터 구동 회로에서 설정되고 프로그래밍된다.

본 발명은 또한 전기 모터에 의해 구동되는 치과용 드릴을 사용하여 치근관을 성형하고 세척하는 방법으로서, 치수 파일이 드릴 헤드부에 장착되고, 모터가 정상 회전 방향으로 정상 속도로 작동되어 파일의 홈이 절삭 모드가 되며, 파일이 치근관내에 존재하는 동안 상기 모터는 단속적으로 단시간 동안 상기 정상 속도 또는 방향과 상이한 속도 및/또는 방향으로 구동되는 방법을 제공한다.

바람직하게는 상기 정상 속도와 실질적으로 상이한 속도는 반대 방향 회전의 속도이며, 즉 모터는 정상 속도 방향의 역방향으로 단속적으로 회전된다.

본 발명은 치근관 작업(후 공간 제조에 사용될 수 있다) 또는 일반적인 치과용 작업에 제한되지 않는다. 본 발명의 방법은 비트(예컨대 드릴 또는 파일)가 작업하는 동안, 비트의 회전 및 절삭의 멈춤 없이, 회전 비트에 펄스나 진동을 부여하는 것이 요구되는 어떠한 작업에도 적용될 수 있다.

마찰 요소 및 조작/방출 요소 모두에 있어 회전식 치수 파일의 부하(loading)의 상당 부분은 절삭 과정에 의해 생성되는 상아질 부스러기와 관련된 것으로 널리 알려져 있다.

절삭 효율을 평가하기 위하여, 샘플 물질을 원하는 깊이로 절삭을 완료하는데 요구되는 시계 방향(절삭) 회전수를 측정할 수 있고, 이 기술은 모터 회전에 대한 최적의 파라미터를 평가하는데도 사용될 수 있다. 완료에 요구되는 시계 방향 (절삭) 회전수는 부스러기의 방출 효율을 평가하는 수단으로도 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.

도 1은 이완된 상태의 치수 파일의 확대도;

도 2는 치근관에 삽입된 도 1의 파일의 "감긴" 상태를 도시한 도면;

도 3은 전기 모터, 및 모터와 드릴 헤드 사이의 구동 트레인을 구비한 치과용 핸드피스의 개략도;

도 4는 전기 모터와 연결된 치과용 핸드피스의 단면도;

도 5는 본 발명을 수행하기 위해 사용되는 제어 회로의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 치수 파일(10)은 드릴 핸드피스의 헤드에 맞춰지도록 형성된 심축(12)을 구비하며, 테이퍼된 나선으로 홈이 진 작업부(14)를 갖는다. 파일은 한 방향으로 회전되도록 디자인되어 있으며, 홈은 치아의 치근관 벽에서 상아질을 절삭하거나 벗겨내는 주 절삭날(leading edge)을 갖는다. 파일이 회전함에 따라 이들은 치아 벽에서 상아질을 절삭하며 남아있는 연조직 치수를 수거한다.

파일은 유연한 금속 합금으로 제조되며, 따라서 회전하면서 치근관의 곡면을 따라 구부러져 굽은 경로를 따라 진행할 수 있다. 합금의 유연성은 또한 파일이 "감기는 것(wind up)", 즉 파일 헤드에 토크(torque)가 주어지고 파일의 일부가 치근관 벽과 마찰하면서 접촉할 때 파일이 비틀린다는 것을 의미한다. 이러한 파일 감김에 의해 치근관벽과 마찰하면서 접촉하고 있는 부분과 심축(12) 사이의 부분은 방사상으로 확장된다.

파일이 감기면 블레이드가 풀린다. 파일은 직경이 증가되고 길이가 증가된다. 도 2는 치아 치근관내(15)의 파일을 도시한 것이다. 직경이 증가되어, 블레이드(blade)는 상아질 벽과 맞물리게 되고, 관의 장축에서 파일링 작용(filing action)이 일어난다(회전의 축 벡터에 의해 유발되는 파일링 작용에 더하여). 파일이 감김에 따라 홈 간격 또한 증가한다.

파일이 이완되면, 블레이드가 감기고 관 벽에서 이동되며 부가적으로 축상으로 이동되고, 또한 홈 간격이 더 작아진다 - 이는 상아질 조각을 옮기며, 블레이드가 관 벽에서 이동되기 때문에 칩은 정단으로 이동되지 않는다(즉 관의 바닥쪽으로 이동되지 않는다). 즉 상아질 조각을 "펌핑(pumping)"한다. 이는 부스러기를 제거하는 또 다른 기전이 된다.

치수 파일의 파일링 메커니즘은 경사각(rake angle; 홈의 주 절삭날과 관 벽이 이루는 각)에 관련되며, 회전 속도, 구동 토크 및 전진력과 같은 다른 인자들이 관련된다. 양의 경사각을 가질수록 더 잘 펌핑시켜 배출하며, 물질들을 정단쪽으로 이동시키지 않고 홈의 절삭 이완 위치를 회복시킨다 - 이는 역류방지용 밸브로서 작용한다. 상품명 Hero Shape, GT 및 Pro-Taper 파일들이 특히 적합하다.

이 기전은 파일의 직경에 비례한다 - 직경이 큰 파일은 미세한 파일 보다 비교적 크게 개선되지 않는다.

본 발명은 연속적으로 회전하도록 되어 있는 파일에 적용된다. 도시한 파일들은 테이프된 형태이지만, 본 발명의 기술은 대체적인 다른 형태의 파일에도 적용될 수 있다.

도 3은 치수 파일(10)의 구동을 위한 배열을 도시한 것이다. 파일은 치과용 핸드피스(18)의 헤드(16)에 마운팅된다. 핸드피스는 하우징(20) 및 하우징내 모터(22)에 연결된다. 핸드피스가 하우징(20)과 연결되면 모터가 파일(10)을 회전 구동한다.

모터는 별도의 조절 유닛(24)에 의해 조절된다. 조절 유닛는 모터(바람직하게 스텝 모터)를 정방향으로 구동하도록 세팅되어 있으며, 주기적으로 모터의 회전 방향을 역전하도록 세팅되어 있다. 전류가 정방향으로 되돌아가기 전에 모터는 매우 단기간 동안 역 구동되며(예를 들면 역전류는 2 밀리초간 적용된다), 모터에서 파일로의 트랜스미션의 유극에 의해 파일은 결코 역방향으로 회전되지 않는다. 정방향 회전에서 역 회전으로 변경될 때, 모터 회전이 역전되어 모터가 일시적으로 0 rpm 상태에 있을 수는 있지만 결코 회전이 멈추지는 않는다. 그러나 파일의 정방향 움직임은 감소되고 이후 가속되어 파일내 펄스를 유도한다.

도 4는 종래의 드릴 핸드피스에서 모터(22)가 드릴 헤드(16)를 회전시키는 동력전달 경로를 도시한 것이다. 모터는 모터 로터에 스플라인된(42) 출력 샤프트(40)를 가진다. 샤프트(40)의 외부 말단은 도그(44)를 가지며 이는 스프링 로딩 된 소켓(46)에 눌러 맞추어지며, 소켓은 차례로 제1 구동 샤프트 부분(48)과 맞물린다. 이 구동 샤프트 부분은 범용 조인트(52)에서 제2 구동 샤프트 부분(50)과 만난다. 이 샤프트 부분(50)은 말단에 베벨 기어(54)가 있고, 샤프트 부분(50)의 회전 방향과 직각인 축을 회전하도록 마운팅된 짝 베벨 기어(56)와 맞물려 있다. 이 베벨 기어(56)는 치과용 드릴, 본 발명의 경우 치수 파일의 심축 상의 비-원형 부분과 맞물리는 구동 플레이트(58)에 고정된다.

이러한 구동 트레인의 각 구성 요소 사이에는 약간의 유극이나 백래쉬가 있기 때문에, 전체적으로 모터 회전의 단기간의 역전으로 구동 플레이트(58) 그 자체가 역전되지는 않는다.

펄스는 파일 심축에 적용되는 토크의 일시적인 변화일 수 있다. 토크가 감소되면 파일은 약간 풀리게 되고, 다시 더 큰 토크가 적용되면 파일은 다시 감긴다. 파일 내 저장되는 비틀림 에너지의 양을 변경함으로써 홈의 물리적 치수를 변경시키게 된다. 홈의 물리적 치수를 변경시킴으로써 파일의 홈 부분의 일부가 역방향으로 회전하여 홈의 배면 절삭날(back edge)이 짧은 시간 동안 주 절삭날이 되게 할 수도 있다.

도 5는 모터 조절 유닛(24)를 상세히 도시한 것이다. 조작자 조절 모듈(26)을 통하여 조작자는 펄스 너비(즉 모터 역전 기간) 및 펄스율(모터 역전의 빈도수)를 세팅할 수 있으며, 디스플레이(28)는 모터 rpm, 모터 방향, 전압 및 전류를 표시한다. 전류 및 전압을 사용하여 파일에 의해 수행된 일 즉 관내 특정 깊이의 절삭을 측정할 수 있다. 모듈(26)은 마이크로프로세서(30)과 연결되며, 마이크로프로 세서는 선택된 주파수에서 펄스 너비가 모듈화된 펄스 트레인을 생성한다. 마이크로프로세서는 또한 모터 전류 및 전압을 측정한다.

모터 콘트롤러(32)는 모터 공급, 전류 차단 및 방향 조절을 위한 출력 스위치를 제공하며, 인코더(34)는 회전 데이타를 프로세서(28)로 피드백한다. 전원(36)은 모든 프로세서 작용에 전력을 공급하며, 모터(22)에 DC 전원을 제공한다.

필요한 역방향 펄스의 크기 및/또는 주파수는 파일의 직경과 반비례하고 파일의 구동 속도와 비례할 수 있다.

펄스 주파수가 증가하면, 치근관을 통한 파일의 전진 속도에 상당한 영향을 미칠만큼 충분히 파일이 느려지는데 소요되는 시간이 경감된다.

파일의 유연성이 클수록 펄스는 길어진다.

본 발명에 따른 개선된 효과에 의하여 다른 합금 또는 복합재료로 제조된 파일을 사용할 수 있다. 예를 들면 매우 낮은 rpm을 갖는 스테인리스 스틸을 사용할 수도 있다.

테스트에서 모터가 매우 짧은 기간 동안 역방향으로 구동될 때 매우 우수한 결과를 나타내었다. 일시적으로 정방향 가속 및 감속 펄스를 적용하는 경우 동일한 효과를 나타내었다. 이는 경성의 드릴 비트에 특히 유익하다.

본 발명은 또한 신속한 역방향 및 정방향 "세척" 또는 "샌딩(sanding)" 적용 또는 특정 파형을 갖는 진동 등에 응용될 수 있다.

모터 역전의 빈도수는 관내 치수 파일의 삽입 깊이와 관련하여 변경될 수 있다. 파일의 테이퍼진 형상 때문에, 파일이 관내로 삽입될 때, 관내 파일 부분의 직 경이 증가되면 펄스를 더 짧게 하거나 펄스의 도수를 증가시키는 것이 필요할 수 있다.

전기적으로 정단 전진(apical progress) 속도를 모니터할 수 있으며, 이러한 모니터링에서의 피드백을 통해 가장 바람직한 전진을 달성할 수 있는 모터 중단의 간격 및/또는 빈도수를 조정할 수 있다.

Claims

동력전달 시스템을 통해 전기 모터에 의해 구동되는 드릴, 치수 파일을 드릴 헤드부에 장착하는 수단, 모터를 정상 회전 방향으로 정상 속도로 회전시키고 단속적으로 단시간 동안 상기 모터를 정상 속도 또는 방향과 상이한 속도 및/또는 방향으로 회전시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항에 있어서,

상기 정상 속도와 상이한 속도는 반대 방향 회전의 속도인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 모터는 스텝 모터인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 동력전달 시스템은 샤프트 드라이브 및 물림 기어 및/또는 도그를 포함하는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

모터가 역전되는 시간은 치수 파일의 역회전을 생성하는데 필요한 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

단속적인 모터 회전의 변화가 바람직하게 규칙적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정상 속도는 300 rpm 내지 650 rpm인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

정상 속도가 중단되는 단시간이 1 내지 4 밀리초인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

100 Hz 이하의 빈도수로 중단이 일어나는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 장치.
전기 모터에 의해 구동되는 치과용 드릴을 사용하여 치근관을 성형하고 세척하는 방법으로서, 치수 파일이 드릴 헤드부에 장착되고, 모터가 정상 회전 방향으 로 정상 속도로 작동되어 파일의 홈이 절삭 모드가 되며, 파일이 치근관내에 존재하는 동안 상기 모터는 단속적으로 단시간 동안 상기 정상 속도 또는 방향과 상이한 속도 및/또는 방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제10항에 있어서,

상기 정상 속도와 상이한 속도는 반대 방향 회전의 속도인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제11항에 있어서,

모터가 역전되는 시간은 치수 파일의 역회전을 생성하는데 필요한 시간보다 작은 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

단속적인 모터 회전의 변화가 바람직하게 규칙적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 정상 속도는 300 rpm 내지 650 rpm인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

정상 속도가 중단되는 단시간이 1 내지 4 밀리초인 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

100 Hz 이하의 빈도수로 중단이 일어나는 것을 특징으로 하는 치근관 성형 및 세척 방법.
전기 모터에 의해 구동되는 드릴을 사용하여 회전하는 공구를 작동하는 방법으로서, 회전 비트(rotary bit)가 드릴 헤드부에 장착되고, 모터는 상기 비트가 정방향으로 회전하는 제1 방향으로 작동되고, 비트가 가공품과 맞물리는 동안 상기 모터는 비트의 회전방향을 변화시키지 않는 정도의 단시간 동안 역방향으로 구동되는 것을 특징으로 하는 회전 공구 작동 방법.
첨부된 도면을 인용하여 기재된 것과 실질적으로 동일한 치근관 성형 및 세척 장치.
첨부된 도면을 인용하여 기재된 것과 실질적으로 동일한 치근관 성형 및 세척 방법.