由于振動(dòng)頻率高，振動(dòng)幅值小，超聲潔牙器的運(yùn)動(dòng)可視化是一個(gè)挑戰(zhàn)。激光測(cè)振使得全面研究超聲潔牙設(shè)備的振動(dòng)模式以及如何進(jìn)行最有效的設(shè)計(jì)成為可能。
介紹
牙菌斑是引起牙齦疾病的主要因素。牙菌斑可以很容易地通過(guò)規(guī)律的刷牙去除，但是如果放縱其增長(zhǎng)，可能會(huì)礦化，形成牙結(jié)石。這是一種更堅(jiān)硬的固體，需要牙醫(yī)專(zhuān)業(yè)的干預(yù)清除，避免牙齦疾病。早期牙齦炎可能由患者在家自行提高口腔護(hù)理，與之相反，牙周炎的治療必須由醫(yī)生使用手動(dòng)潔牙器和殺菌劑徹底清潔牙齒。醫(yī)生另一個(gè)可能用到的牙齒清創(chuàng)器具就是超聲潔牙器。
英國(guó)幾乎所有牙科診所都在使用超聲潔牙器。信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)潔牙器尖端（圖1），使用磁致伸縮或壓電效應(yīng)使尖端在相對(duì)較低的千赫茲頻率范圍內(nèi)(通常 20 – 30 kHz)發(fā)生振動(dòng)。
圖1 用來(lái)清理牙結(jié)石的超聲潔牙器的尖端
激光測(cè)振與牙科超聲
超聲潔牙器通過(guò)尖端在牙齒表面的機(jī)械破壞動(dòng)作去除牙菌斑沉淀。因此，振動(dòng)位移的幅值大小通常被用做潔牙系統(tǒng)功效的指示器。由于頻率很高，且振動(dòng)幅值很小，因此潔牙器的動(dòng)作很難被觀(guān)察到。因此很難斷定設(shè)備是否正常工作或者哪個(gè)設(shè)計(jì)是最有效的。然而，激光測(cè)振使得全面研究超聲潔牙設(shè)備的振動(dòng)模式成為可能。我們的研究中使用的是Polytec公司的 PSV-400 掃描式激光測(cè)振儀，可對(duì)整個(gè)潔牙器探頭進(jìn)行振動(dòng)參數(shù)分析。初始掃描(圖 2) 是在不加載的環(huán)境下（空氣中）對(duì)潔牙器的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行的。然后對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行了水流速度以及信號(hào)發(fā)生器功率對(duì)潔牙器尖端位移幅值的影響測(cè)試。為了研究與臨床更相關(guān)，在潔牙設(shè)備與牙齒表面接觸并加載已知載荷時(shí)進(jìn)行了掃描。
圖2 激光在潔牙器尖端表面進(jìn)行掃描測(cè)試
結(jié)果
圖3 中的位移數(shù)據(jù)顯示為彩色圖，圖4 中的是潔牙器尖端形變動(dòng)畫(huà)疊加在圖像上的截圖。計(jì)算機(jī)生成的振動(dòng)動(dòng)畫(huà)可以快速簡(jiǎn)單地對(duì)尖端動(dòng)作進(jìn)行評(píng)判。從數(shù)據(jù)上看，尖端振動(dòng)位移幅值的最大值發(fā)生在自由端。另外，掃描式激光測(cè)振儀可以測(cè)試出水流，信號(hào)發(fā)生器功率以及尖端/牙齒接觸載荷是如何影響潔牙器振動(dòng)參數(shù)的。
圖3 尖端的測(cè)試數(shù)據(jù)圖與圖像疊加后的結(jié)果
圖4 工作變形圖與圖像疊加
臨床意義
本次工作最顯著的一個(gè)效果是發(fā)現(xiàn)了相同設(shè)計(jì)的尖端的差異。同款的新的未使用過(guò)的潔牙器尖端面對(duì)外部載荷，水流速調(diào)整，信號(hào)發(fā)生器功率設(shè)置時(shí)，反應(yīng)不同。很顯然，激光測(cè)振儀采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)提醒生產(chǎn)商當(dāng)前批次的超聲設(shè)備表現(xiàn)出了高度的差異。設(shè)備響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化缺失使得醫(yī)生很難熟悉設(shè)備屬性，這會(huì)影響治療過(guò)程。提升潔牙器尖端設(shè)計(jì)，基于激光測(cè)振儀給出的證據(jù)，可以使得生產(chǎn)出的設(shè)備具有更加一致的操作參數(shù)，提升患者的治療與護(hù)理。
結(jié)論
激光測(cè)振方法已經(jīng)提高了牙科超聲領(lǐng)域的知識(shí)。實(shí)際上，本研究已經(jīng)說(shuō)明了這些設(shè)備的顯著的差異性。未來(lái)在這個(gè)領(lǐng)域中，激光測(cè)振儀的使用會(huì)促使新的潔牙器尖端設(shè)計(jì)振動(dòng)更容易理解，提升臨床功效。繼成功地參數(shù)化牙科超聲潔牙器之后，激光測(cè)振儀還發(fā)現(xiàn)了測(cè)試超聲清洗器，超聲回退尖端，甚至是電動(dòng)牙刷的響應(yīng)測(cè)試。
