具有自动顶插件识别的牙科治疗用具

摘要

本发明涉及一种超声波牙科治疗设备，包括配备有连接至超声波发生器(230)的转换器的外科机头(220)，该机头被设计为机械地容纳超声波顶插件(210)，该超声波顶插件联接至转换器并且在超声波功率和振幅的不同范围下运行。牙科治疗设备包括装置(224，225)，例如光学装置和处理装置，光学装置用于自动检测安装于机头之上的顶插件(210)的运行功率和振幅的范围，处理装置用于根据检测到的功率和振幅范围自动调节超声波发生器(230)。

权利要求

1.一种超声波牙科治疗用具，包括：

至少一个安装有连接至超声波发生器的转换器的外科机头，所述机头被设计来容纳超声波尖头，尖头机械地联接至转换器，并根据尖头的类型在不同的超声波功率和振幅的范围内运行；

用具的特征在于它包括：存储尖头的每一类型的应用功率和振幅的范围的相应表格、用于自动识别安装于机头上的尖头的类型的装置以及用于响应于所述识别而通过使用相应表格将超声波发生器调节至与已经被识别的尖头的类型相匹配的功率和振幅的范围的处理机装置，所述范围从下限延伸至上限，该下限和上限分别限定出被识别的尖头运行的最小和最大的功率和振幅的值。

2.如权利要求1所述的用具，其特征在于它包括用于读取尖头上与尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应的代码的光学读取装置。

3.如权利要求2所述的用具，其特征在于所述光学读取装置包括条形码读取装置。

4.如权利要求1所述的用具，其特征在于它包括用于读取存储在尖头内的代码的RF读取装置，所述代码与尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应。

5.如权利要求4所述的用具，其特征在于所述RF读取装置包括用于读取射频识别芯片的装置。

6.如权利要求1所述的用具，其特征在于它包括用于向机械地联接至尖头的转换器发送电子测量信号的装置以及用于测量和分析来自转换器的响应信号的装置，该响应信号包括与尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应的信息。

7.如权利要求6所述的用具，其特征在于，用于向转换器发送电子测量信号的装置是摆频振荡器，所述摆频振荡器用于向转换器以确定频率发送测量信号，用于测量和分析来自转换器的响应信号的装置是所述处理机装置，从而确定响应信号的以下参数中的至少一个：其谐振频率、相位、功率和阻抗，这些参数中的一个或多个与联接至转换器的尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应。

8.如权利要求6所述的用具，其特征在于，所述电子测量信号是脉冲信号，用于测量和分析来自转换器的响应信号的装置是所述处理机装置，所述响应信号是时间响应信号，所述时间响应信号与联接至转换器的尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应。

9.一种安装于超声波牙科治疗用具的外科机头上的超声波尖头，该尖头的特征在于它包括用于使得超声波牙科治疗用具能够识别所述尖头的类型的识别装置，尖头的每一类型的应用功率和振幅的范围存储在相应表格中，处理机使用相应表格以自动调节尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围，所述范围从下限延伸至上限，该下限和上限分别为被识别的尖头的使用限定出最小和最大的功率和振幅的值。

10.如权利要求9所述的超声波尖头，其特征在于它包括标记在其基座上的条形码，所述条形码与尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应。

11.如权利要求10所述的超声波尖头，其特征在于它包括包含代码的应答器，该代码与尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅的范围相对应。

说明书

具有自动顶插件识别的牙科治疗用具

技术领域

[0001] 本发明涉及牙科治疗用具，更具体地说，涉及超声波用具，例如除牙垢用具、表面处理用具(用于去除生物膜)或者切割用具(为修补术所开的空洞或所作的准备)，这些用具都包括以超声波频率振动的仪器。

背景技术

[0002] 图1显示一种超声波治疗用具100，它包括通过缆线111连接至机头120的超声波发生器110。超声焊极或超声尖头130安装于机头(handpiece，或者说“手持件”)120的端部。通过已知的方式，机头120包括转换器(未示出)，例如该转换器以压电材料制成，并且，机头机械地联接至尖头130，这种联接方式使得以一定的振幅将振动波传送到尖头，而该振幅根据超声波发生器110所发出的功率而被确定。

[0003] 尖头是一个可互换的部分，根据其治疗目的的不同而呈现出各种各样的形状。这样的尖头的实例在编号为6312256和4283175的美国专利中有具体描述。发生器所传送的超声波的振幅或者功率也依赖于将要采用的治疗方式的类型。例如，对于牙周清创术，所需要的功率/振幅就比去除牙垢所需要的要小得多。此外，所采用的尖头的类型根据要执行的治疗方式可以有所不同。因此，对于每一种牙科治疗方式，存在一类或者更多种类的尖头，这些尖头分别在确定的超声波的功率和振幅的范围内工作。

[0004] 因此，牙科治疗用具包括超声波功率发生器，该发生器可以根据所执行的治疗方式和/或所使用的尖头进行调节。为了使得这种用具更加便于执业者使用，一种示例性情况是，超声波发生器安装有按钮或按键113到116，这使得能够自动选择适合治疗方式的功率范围。这些按键可以通过颜色代码(color code)或等价形式来辨识，使得执业者能够选择合适的功率范围，而且一旦选定，这个范围就能够在屏幕112上表示出来。

[0005] 然而，如前面所解释的那样，特定的尖头还应用于每一种本身打算在用具预先调节的功率范围中的一个范围内运行的治疗方式。因此，执业者还必须核实机头上的尖头正好适合所选择的功率范围；或者反过来，必须选择符合机头上安装的尖头的功率范围。

[0006] 为了这个目的，一种已知的解决方案在于将每一个尖头包装在不同的支承元件上。支承元件带有与功率范围选择按键的记号相匹配的记号。例如，如果按键通过颜色代码辨识，每一个支架则呈现与按键的颜色代码相对应的颜色代码，该按键用于为放在支架上的尖头选择最佳功率范围。

[0007] 另一个解决方案在于直接在尖头上标记颜色代码或类似记号，使得执业者能够辨识使用该尖头的功率范围。这种类型的尖头标记在法国专利文件FR04/06630中被描述。

[0008] 然而，不论采用什么辨识技术，在超声波发生器上选择功率范围需要执业者进行干涉，从而使得牙科治疗用具的使用对于执业者来说变得复杂，而且并不能消除在发生器上错误的功率范围可能被选择的风险。

[0009] 编号为6 503 081的美国专利描述了包括机头的超声波用具，机头安装有连接至超声波发生器的磁致伸缩元件。超声波发生器具有处理机装置，编制程序将一系列变频信号应用于带有尖头的机头的磁致伸缩元件，并且为了检测与安装尖头的机头的谐振频率相对应的频率而测量磁致伸缩元件的消耗量。此后，处理机装置将发生器调节至所述的检测到的谐振频率。然而，虽然那个文件揭示了一种基于安装于机头之上的尖头的谐振频率的检测和调节超声波发生器的解决方案，但并不能够使得安装于机头之上的尖头的类型被辨识。尖头不能被明确识别，就不可能在适合安装于机头之上的尖头的类型的功率和振幅的范围内调节发生器。

发明内容

[0010] 本发明的目的是改正上述缺点，并提出一种解决方案，该方案能避免执业者进行干涉，却同时能调节超声波发生器的功率和振幅的范围以与所使用的尖头的类型相匹配。

[0011] 这个目的是通过包括安装有连接至超声波发生器的转换器的至少一个外科机头的超声波牙科治疗用具来实现的，所述机头被设计来容纳超声波尖头，尖头机械地联接至转换器，并在不同的超声波功率和振幅的范围内运行，用具的特征在于它包括用于自动检测安装于机头上的尖头的应用功率和振幅的范围的装置以及用于将超声波发生器自动设置到检测到的功率和振幅的范围之内的处理机装置，所述范围从下限延伸至上限，该下限和上限分别为被检测的尖头限定出最小和最大的应用功率和振幅的值。

[0012] 因此，本发明的牙科治疗用具能够自动识别安装于机头之上的尖头的类型，并且能够通过将其超声波发生器调节至与已被识别的尖头的类型相匹配的功率和振幅的范围以对上述识别作出反应。尖头的类型通过读取(以光学或无线电的方式)辨识代码或者通过分析机头转换器的响应信号来检测。每一辨识代码或响应信号都符合存储在用具里的其自身的功率和振幅范围，从而使得所述用具的处理机装置能够在符合检测到的尖头的类型的功率和振幅的范围内对超声波发生器进行自动调节。

[0013] 执业者不再需要采取行动以调节使用尖头时所处的功率和振幅的范围。因此，用具的使用被简化，并且消除了任何在为发生器所发出的超声波选择功率和振幅的范围的时候出现错误的风险。在识别尖头以后，本发明的用具将自己自动设置在一个功率和振幅范围内，该范围限定出最小功率和振幅值以及最大功率和振幅值，在最小值以下尖头不能有效工作，在最大值以上尖头的强度可能受损。这使得执业者能够在一个功率和振幅范围内使用尖头，该范围保证尖头在一个既始终足够使得尖头被有效使用又永远不会太大以至于冒损坏尖头的风险的功率和振幅下工作。因此，本发明的用具在使用中为执业者提供改良的安全和舒适。

[0014] 在本发明的实施方案中，用具包括光学读取装置以读取尖头上与尖头类型相对应的代码，例如条形码，从而辨识尖头运行所处于的超声波功率和振幅的范围。

[0015] 在本发明的另一实施方案中，用具包括无线电读取装置，例如射频识别(RFID)读取装置，以读取存储在尖头内的与尖头类型相对应的代码，从而决定尖头运行所处于的超声波功率和振幅的范围。

[0016] 在本发明的牙科治疗用具的又一个实施方案中，用具包括向机械联接至尖头的转换器发送电子测量信号的装置以及用于测量和分析转换器的响应信号的装置，所述响应信号包括与尖头类型相对应并且适合于决定尖头运行所处于的超声波功率和振幅范围的信息。

[0017] 信号可以根据频率进行分析。在这种情况下，用具包括用于向转换器以确定频率发送测量信号的摆频振荡器以及用于分析来自转换器的响应信号的处理机装置，分析响应信号的方式使得能够确定来自响应信号的以下参数中的至少一个：谐振频率、相位、功率和阻抗，这些参数中的一个或多个与尖头类型相对应，并且使得能够确定联接至转换器的尖头运行所处于的超声波功率和振幅的范围。

[0018] 来自转换器的响应信号还可以在时域进行分析。在这种情况下，用具包括用于向转换器发送脉冲信号(例如狄拉克脉冲)的装置以及用于在时域内分析来自转换器的响应信号的处理机装置，所述时域响应信号(尖头信号)与安装于机头之上的尖头的类型相对应，并且使得能够确定联接至转换器的尖头运行所处于的超声波功率和振幅的范围。

[0019] 本发明还提供安装于超声波牙科治疗用具的外科机头之上的超声波尖头，其特征在于尖头包括用于自动辨识尖头设计运行所处于的超声波功率和振幅范围的装置，所述范围从下限延伸至上限，该下限和上限分别为被检测的尖头的使用限定出最小和最大的功率和振幅的值。

[0020] 尖头可以包括标记于其基座上的条形码或者应答器(RFID)，使得超声波牙科治疗用具能够识别尖头的类型并且自动选择尖头运行所处于的超声波功率和振幅的范围。

附图说明

[0021] 本发明的其它特征和优点从本发明的具体实施方案的以下描述中显现出来，实施方案以非限制性的实例给出并且以附图为参考，其中

[0022] 图1是超声波牙外科用具的示意图；

[0023] 图2是构成本发明第一实施方案的超声波牙外科用具的示意图；

[0024] 图3A和3B是显示图2中的超声波发生器的机头和缆线接头的示意立体图；

[0025] 图4是图2中用具的方块图；

[0026] 图5显示能够被标记在尖头之上的代码的实例，该尖头使用在本发明的用具的第一实施方案中；

[0027] 图6是构成本发明第二实施方案的超声波牙外科用具的示意图；

[0028] 图7是图6中用具的超声波发生器的机头的缆线接头部分纵向剖视图；

[0029] 图8是根据本发明的超声波牙科治疗用具的第三实施方案的方块图；以及[0030] 图9是根据本发明的超声波牙科治疗用具的第四实施方案的方块图。

具体实施方式

[0031] 图2显示构成本发明第一实施方案的超声波牙科用具200。用具200由具备尖头210且通过缆线231连接至超声波发生器230的机头220构成。

[0032] 这个实施方案中的超声波用具包括用于以光学方式检测尖头类型的装置，以确定尖头被使用的功率和振幅的范围。为了这个目的，如图2所示，用具使用尖头210，该尖头在其基座210a附近带有条形码212。以传统的方式，尖头通过被螺旋拧进固定于机头220的转换器(未示出)的元件223的方式以刚性方式机械地联接至机头220的转换器(未示出)。两根光导纤维224和225并排设置在机头的本体221内部。例如，纤维224和225被模制在本体221之内。光导纤维224和225的各自的端部224a和225a从本体221展开，处于垂直于基座表面的位置与尖头210的基座210a平齐，从而使得当尖头被螺旋拧在机头上时，尖头的条形码212行进通过这些端部。

[0033] 如图3A所示，纤维224和225的另一端224b和225b在机头220的接头222的底部靠近两个插座226和227以及冲洗管道228的位置展开。如图3B所示，纤维224和225的端部224b和225b、插座226和227以及管道228分别与发光二极管(LED)244或任何其它发光部件、光电探测器(二极管、三极管等)245、两个插头241和242以及管道243配合，所有这些元件都被置于接头232之内并且连接至缆线231的一端，机头的接头222在该端内接合。

[0034] 机头的转换器通过将插头241和242分别插入插座226和227内而连接至超声波发生器230。冲洗管道228通过管道243供给液体。这些元件的运行是已知的，因此不再更加具体地描述。

[0035] LED244通过容纳于缆线231之内的导线246连接至超声波发生器230，光电探测器245通过容纳于缆线231之内的导线247连接至超声波发生器230(图2)。优选地，这两个元件置于缆线231的接头232之内，从而保护它们免受机头所承受的高压灭菌过程的影响。只有光导纤维224和225需要用能够承受在高压灭菌器里存在的潮湿高温条件的材料制成。

[0036] 图4是显示在这个第一实施方案中以光学方式识别尖头并自动选择功率范围的时候所关联的元件的图。超声波发生器230包括以已知方式运行的条形码译码器233。译码器通过导线246将发射信号传送至LED244。然后二极管244发射出沿光导纤维224传播的调制或连续光信号，在光导纤维的出口处照亮标记于尖头基座之上的条形码212。反射光通过纤维225传输至光电探测器245。光电探测器245将其接收到的光信号转换成电信号并通过导线247传送至译码器233。

[0037] 在条形码的已知原理的应用过程中，尖头反射的光的亮度以及随后光电探测器传送的信号的强度都随着被照亮的尖头的区域的不同而改变。更准确地说，这个信号在黑色条纹面对纤维225的时候取得最小值，在没有这样的条纹的时候取得最大值，此时尖头呈现(在两条条纹之间)高度反射的明亮区域。因此，在将尖头210拧在机头220上时接收到的信号包括与标记在尖头上的代码相对应的脉冲群。

[0038] 在脉冲之间测得的时间和这些脉冲的宽度(也就是持续时间)使得译码器233能够推导出标记于尖头上的代码。然而，拧紧螺旋的速度因人而异，或者对于一个使用者该速度也可能由于时间的不同而发生变化。为了避免代码被错误地读取，优选地，译码器233在比例t1/t2的基础上对信息进行译码，该比例与每一脉冲的持续时间t1和两个相继脉冲之间的持续时间t2之间的比例关系相对应，不管尖头被拧紧的速度如何这个比例保持不变。使用这种比例的代码的实例在图5中给出。

[0039] 一旦标记于尖头上的信息被译码，译码器232以S代码信号为形式将信息发送至处理机装置234(例如微控制器)，例如，该信号可以符合ASCII码。处理机装置234被特别地编制程序以选择与被辨识的尖头相对应的超声波发生器的应用功率范围，例如，通过查询记录尖头的每一类型的应用功率范围的对照表235。

[0040] 图6显示构成本发明的第二实施方案的超声波治疗用具300，由具备尖头310且通过缆线331连接至超声波发生器330的机头320构成。

[0041] 在这个实施方案中，超声波用具通过射频(RF)技术来检测使用尖头时所处于的功率和振幅的范围。为了这个目的，如图6所示，用具使用尖头310，该尖头在其基座310a内包括应答器312。应答器312可以是使用RFID技术的小型部件。根据已知的方式，这种类型的部件是无源电路，包括电感电容(LC)类型的谐振器(天线)，适合以给定频率承载电磁场以给部件供电。这个电磁场通过置于机头320的本体321之内(例如，通过被模制在其内的方式)的螺线管天线324产生。

[0042] 一旦电路被供电，电路发出包含预先编制的代码的无线电信号作为响应。这个代码通过使LC谐振器的电容发生波动而产生频率调制，从而在载波频率上下使其谐振频率变化。螺线管用具324连接至电容(未示出)以形成LC类型的收发两用电路，该电路检测由其吸收的能量的波动所引起的这种频率变化。然后，这种波动信号通过容纳在缆线331之内的导线346发送至超声波发生器330的处理机装置(例如微控制器)。编制程序使得处理机装置能够将接收到的信号的波动转换成二进制数据，并且与记录在相应表格中的数据进行比较，如同上述构成第一实施方案的用具一样，尖头的每一类型的应用功率和振幅的范围都被存储在该表格内。一旦尖头的类型被识别出来，处理机装置将超声波发生器设置于与安装于机头上的尖头相匹配的功率和振幅的范围。如前面所述，为了通过条形码进行识别，超声波发生器的处理机装置被特别地编制程序以将发生器设置在与被辨识的尖头相对应的应用功率和振幅的范围，例如，通过查询记录尖头的每一类型的应用功率范围的对照表。

[0043] 如图7所示，螺线管天线324的端部324a在机头320的接头322的底部靠近用于给转换器供电的插座326、327和冲洗管道328的位置展开，上述插座和冲洗管道分别与两个插头341和342以及管道343配合，所有这些元件都被置于连接至缆线331的一端的接头332之内，机头的接头322在该端内接合。例如，螺线管天线的端部324a形成插座，与在导线346的端部形成的插头345a接合。导线346的端部还可以包括包含LC发送器电路的电容的部分345以及功率晶体管(未示出)。将这些部件设置在缆线331的接头332之内能够在该处对损失和干扰进行限制。以这种方式形成的电路起两个作用：它为尖头的应答器312供电，并且它检测在响应中传送的编码信号。在一个变体实施方案中，通过与天线的形状以及产生的电磁场的频率相适应，螺线管天线可以被置于可移动机头的外部，例如在缆线331的接头332之内。

[0044] 以图8为参考，接下来描述超声波用具的第三实施方案，根据本发明，该实施方案能够自动识别安装于机头上的尖头的类型并且能够为超声波发生器自动选择相应的功率范围。在这个实施方案中，尖头的类型通过提供给机头的转换器410的电子信号的频率分析进行识别。为了这个目的，使用摆频振荡器401以产生接近由转换器和安装于机头上的尖头构成的装置的谐振频率的信号。测量转换器的端子上的电流i(t)和电压v(t)并通过模数转换电路403转换为数字信号。然后，数字信号被发送至计算电路405，该电路用于找出转换器的谐振频率(其模态)、其相位、其功率以及其阻抗。处理机装置406使用这个信息以确定尖头的类型，例如使用对应表格407，该表格记录有与所述信息相对应的尖头的类型以及列表中尖头的每一类型的功率和振幅的范围。这个频率分析所需要的所有元件都可以容纳于超声波发生器之内，即远离可拆分的机头。

[0045] 在图9示意性显示的第四实施方案中，通过在时域执行分析，自动识别安装于机头上的尖头的类型并且自动选择相应的功率范围。在这种情况下，使用狄拉克脉冲发生器501并通过数字信号处理机(DSP)505来分析转换器510对于狄拉克脉冲的响应。测量来自转换器的响应信号502，然后通过与采样器503关联的模数转换电路504对该信号进行采样。数字值被存储于存储器之内。数字信号处理机505以数字方式处理这些值，以提取相关信号信息，即尖头的时间信号。然后，这个信号被发送至处理机装置506，该装置被编制程序以确定符合测量到的信号的尖头的类型，例如通过使用相应表格使得尖头的类型能够根据其时间信号而被确定。相应表格还包含与尖头的每一类型相关联地应用的功率和振幅的范围的值，因此使得处理机装置506能够控制超声波发生器从而将其设置于与尖头匹配的功率范围。

[0046] 在上述第三和第四实施方案中分别执行的频域和时域分析可以在单个超声波用具中可任意选择地连续地执行。这就使得能够获得关于安装于机头上的尖头的额外信息，并能够增加自动识别尖头的精确度。

[0047] 无论使用哪种模式来检测尖头(条形码、RFID、频域和时域分析)，处理机装置将超声波发生器自动设置于适合使用该尖头的确定的功率和振幅的范围。单个尖头可以根据要应用的治疗方式使用不同的功率和振幅值运行(例如单个尖头既可以用于去除牙垢又可以用于清创术)，或者根据要处理的情况运行(例如根据要去除的材料的本质和/或量)，这种情况是已知的。依照本发明，执业者能够控制发生器(例如使用发生器上的选择按键)以将多样化的功率和振幅值应用于尖头，但一旦尖头被识别就只能在自动选择的范围内控制发生器。通过这种方式，在整个治疗过程中，执业者必然始终使用足够使得尖头有效运行(高于范围的底限)并且对于尖头的特定强度来说永远不会太大(低于范围的顶限)的功率和振幅的值。

[0048] 在本发明的超声波用具的第三和第四实施方案中使用的解决方案与第一和第二实施方案比较呈现额外的优点，即不需要对尖头进行任何修改(即没有条形码或应答器)。为达到分析的目的所需要所有的装置(无论在频域或时域)都包括在超声波发生器内，从而在假定尖头对于其结构的(频率或时间)响应是特定的情况下，能够检测传统尖头。