对超声洁牙设备基本输出特性检测的探讨

官辉煜 国家食品药品监督管理局湖北医疗器械质量监督检测中心 (武汉 430077)

对超声洁牙设备基本输出特性检测的探讨

官辉煜 国家食品药品监督管理局湖北医疗器械质量监督检测中心 (武汉 430077)

本文介绍了超声洁牙设备工作原理，对超声洁牙的作用模式进行说明，提出超声洁牙设备基本输出特性检测的重要性，并就其检测方法进行了探讨。

超声洁牙 基本输出特性 检测

Abstract:This paper introduced the principal of ultrasonics dental descaler equipment. The working mode of ultrasonics dental descaler was explained. The importance of inspection of basic output characteristics of ultrasonics dental descaler equipment was analyzed and the inspection method was discussed.

Key words:ultrasonics dental descaler, basic output characteristics, inspection

超声洁牙设备主要用途是除去牙齿的斑块和结石，一般由发生器、手柄及与手柄相配接各种尖端所组成，目前被广泛用于预防及治疗牙周疾病。超声洁牙设备执行的行业标准为YY 0460-2003《超声洁牙设备》，重点是对尖端基本输出特性的检测。由于受当前技术条件限制，超声性能的检测不具备有如电信号测量的准确度及便捷性，我们结合在检测中积累的经验，介绍一点体会供大家探讨。

1 超声洁牙设备介绍

超声洁牙设备的振动系统是磁致伸缩体或压电晶片，尖端通常激励在共振频率,所采用的超声频率范围为18000Hz～60000Hz。在某些系统中，操作者能调整振动系统的频率达到共振。还有一些设备，频率由设备自动控制，有几种形状的除垢尖端，大多数尖端在配接手柄的后方有呈弯曲状的短头，将振动系统的纵向振动转变为尖端的椭圆运动。目前国内洁牙机使用最多的是压电晶片，工作原理是：换能器的晶体随着电场强度和频率发生变化而发生振动，从而带动洁牙尖端发生运动，结构见图1；采用磁致伸缩技术的洁牙机尖端依靠不同形状，长度和类型，能进行线形和椭圆型运动，工作原理是：尖端的体部内的磁性换能器的长度随磁场方向的变化伸缩，带动尖端运动，将电能转换为机械能。常见的主要结构见图2。

图1 结构图(采用压电晶片)

图2 结构图(采用磁致伸缩技术)

目前超声洁牙设备的作用模式还未明确，其产生的清除功能被认为由下述作用所引起：在尖端与斑块和结石的直接接触下，产生刮除或者剪切的作用；该区域内产生的超声喷流和空化；被剥下的结石微粒的研磨作用。激励电压转化成尖端振动的效率不是100%，因此会发热，尤其是采用磁致伸缩体的洁牙机，为了散热，包括尖端和牙齿表面作用产生的磨蹭热，通常采用液体冲洗流从手柄和牙齿表面的接触点，冲洗还可产生其他有益的效果，包括润滑、清洗，并有利于空化，尖端振动产生的空化效应可能对清除未与尖端直接接触表面起主要作用。洁牙装置产生的声输出会随诸如操作者的技能、有效的发生器功率、功率设定、调谐、耦合和尖端结构而发生较大的变动。

2 基本输出特性的检测

超声洁牙设备不规范的操作方式使用会对患者造成损害，显示的主要危险是由于探头振动相对于牙齿表面摩擦对牙髓组织加热(见图3)。尖端对齿龈的损害会在数日内痊愈，振动的幅度和频率，尖端材料的特性(硬度和锐度)，牙齿表面和润滑的存在，是尖端振动引起发热的主要因素。YY 0460-2003规定尖端的基本输出特性为尖端主振动偏移、尖端振动频率，半偏移力,由于超声洁牙的声学参量未有技术报告阐述，各种尖端的作用也有所区别，目前YY 0460-2003对尖端主振动偏移、尖端振动频率，半偏移力的大小没有明确限制，但要求厂家公布以提示操作者参考，检测机构对企业公布数据予以验证。测量前，要确保按照制

造商的建议设定参数，如环境温度、尖端持续冲洗水流、激励频率、输出幅度、预热时间，与超声洁牙设备相关的所有控制端的设置应产生最大振幅。

图3 牙髓组织

2.1 尖端主振动偏移

尖端主振动偏移测量方法有两种。检测机构常用的方法是光学显微镜法：显微镜聚焦于尖端上距其尖端距离不超过1mm的点上，在尖端被激励后，该点即显示为一根线，尖端和显微镜的相对方位应能改变，以观察到最长的线长度，该线的长度等于尖端主振动偏移，应采用被校准了的目镜标尺或者测微计进行测量。我们测量的是振荡的峰至峰幅度，需要减去光点的宽度才得到峰至峰偏移。操作者将超声洁牙设备的手柄固定在显微镜上(见图4)，调整尖端与载玻片接触的角度，使尖端振动振幅为最大，接触力为0.15N士0.02N，可采用加入天平砝码的方式来测量施加的力，载玻片的表面用水润湿。除线性运动外，在其他方向产生振动,如运动轨迹为椭圆形，该椭圆的最大尺寸应作为尖端主振动偏移。尖端是线形或椭圆型运动的判断，除了查阅制造商提供的资料，还要结合光学显微镜法观察。线形运动的尖端主振动偏移测量相对简单，只需检测观察到的尖端运动方向上的主振动偏移。检测椭圆型运动的尖端主振动偏移时，需要判断所测量的尖端运动方向是长轴或短轴，首先测量椭圆其中一轴(如与尖端平面垂直方向)的最大振动振幅，再调整尖端与载玻片接触的角度,将尖端旋转90°测量另一轴的最大振动振幅,确定椭圆的最大尺寸。另一种是载玻片法，由于不需使用光学显微镜，降低的运行成本，一般企业使用的较多。测量时将尖端与载玻片接触，在装置开和关时，以U形光栅形式移动尖端下的载玻片，测量刻痕标记(见图5)，确保轨迹垂直于最大尖端振动方向。U形光栅形式移动的目的是保持在两条平行轨迹上，尖端与载玻片接触的角度不变。某些洁牙设备的尖端是钝的，无激励时在玻璃上不会留下标记，则在测量之前，在玻璃表面上涂上蜡或者碳，使轨迹可见。在载玻片表面涂上碳的简单方法是将载玻片从蜡烛的火焰中通过。给出如下公式来确定尖端主振动偏移；s＝(WP– W0)

式中：WP—开机时的刻痕标记宽度；W0—关机时的刻痕标记宽度。

2.2 尖端振动频率

尖端振动频率定义为尖端振动的基频。有某些装置中，激励频率能由操作者手动控制，能将尖端调整在其共振频率上，使其尖端振动振幅为最大，应在手控调整频率控制使尖端振动偏移为最大时，测量尖端振动频率。需要特别注意的是测量时尖端与手柄的连接必须紧密，如尖端松动或损坏会对振动频率产生影响。加大尖端负载力后，除了主振动偏移发生改变，振动频率也会变化，洁牙设备硬件电路的微处理器通过电流取样等方式检测到振动信号改变，会通过频率控制装置确保振动频率在规定的范围内。

尖端振动频率测量方法有两种，一种是频率计法，采用频率计来测量尖端上的激励电压的频率。测量设备的电信号易于操作，所以被广泛使用，但由于激励电压频率转化成振动频率时会有损耗等因素，所以测量结果与实际值有偏差。另一种方法是采用非接触式测振计，尖端的振动频率对测振计的输出使用频率计或能校准时基的示波器进行测量，非接触式测振计可以是电容性或电感性装置，它对诸如振动齿科除垢器尖端类的导体因位置改变引起的变化是灵敏的，具体适用装置的细节和使用注意事项可参考IEC60782。非接触式测振计测量数据更为接近实际结果，但对于测量仪器要求较高。

2.3 半偏移力检测

半偏移力是设备有效工作能量的一个指标。要求使尖端处于工作状态下，增大接触力直至尖端主振动偏移减小到标准负载条件下其初值(尖端与载玻片接触力为0.15 N±O.02N条件下)的50%。测量时逐步增加天平的砝码，从方法上可以看出在需要多次测量尖端主振动偏移时，光学显微镜法更为便捷。对作用在尖端上力的计算一定要考虑负载质量和尖端距枢轴的相对距离。

我们认为基本输出特性3个参数的检测过程是紧密关联的。YY0460-2003试验方法规定：应在手控调整频率控制使尖端振动偏移为最大时，测量尖端振动频率。可以看出测量尖端主振动偏移与尖端振动频率是同步的。试验方法还规定半偏移力的测量：在确定尖端主振动偏移的步骤期间，应增加尖端施加在显微镜载玻片上的力，直至尖端主振动偏移减少到接触力为0. 15 N士0. 02 N时数值的一半，测定该力。说明尖端主振动偏移与半偏移力的测量是配合实施的。因此测量时一定要注意不要将基本输出特性分为3次试验分别检测，人为造成检测结果的偏差。针对所有测量保持尖端和载玻片的角度保持不变是测量的关键。

[1] 国家医用超声设备质量监督检测中心、汕头市金桥医疗设备有限公司.YY0460-2003 超声洁牙设备[S].北京:中国标准出版社,2003.

Discussion on Inspection of Basic Output Characteristics of Ultrasonics Dental Descaler Equipment

GUAN Xui-yu Hubei Center for Medical Devices Testing, SFDA (Wuhan 430077)

1006-6586(2010)04-0060-03

F203

A

2009-11-16

官辉煜 ，工程师