SE449296B - Anordning for vibrationsbearbetning av tender - Google Patents

Description

449 296 2 Detta medför till en del den önskade effekten med minskad skär- _kraft, minskning av tandens dynamiska uppträdande och lindring av smärtan. En patient utsättes emellertid fortfarande för obehag, skräck och smärta. Vid behov utnyttjas därför steget 3) genom injektion av bedövningsmedel eller användning av lustgas för undertryckande av smärtan. Pâ senare tid har emellertid användningen av vanlig bedövning ofta förbjudits p.g.a. risken för läkemedelschock. Om använüfingav bedövning är tillåten krävs längre tid för återhämtning. Det torde därför framgå att det är önskvärt att åstadkomma bearbetning av tänder utan obehag, skräck och smärta samtidigt som användningen av bedövning undvikes.

I den japanska patentskriften 296 NNE, publicerad den 17 oktober 1961, visas att en avsevärd minskning av smärtan, jämfört med bearbetning med vanlig höghastighetsrotation, kan uppnås genom vibrationsbearbetning av tänder pâ.så sätt,att man får en skärkraft med pulserande vågform. Enligt den japanska patentskriften utsättes ett skärverktyg för en ultraljudsvibra- tion i vridningsriktningen med en frekvens f och en amplitud a, varvid verktyget sättas i höghastighetsrotation med en skär- hastighet V som är vald mindre än 2naf. Om skärverktyget skall uppfylla dessa krav måste emellertid storleken hos dess fäste ökas, vilket ger svårigheter vid genomförande av en noggrann bearbetning för hand. Detta begränsar dess användning till be- arbetning av framtänder och tandteknikerarbeten. Användningen av ultraljudsteknik inom dentalområdet beskrivas i US-patent- Skrifterna B58 9012, 565 1576, 392 U335, 411 0978 Och Ä22 9168.

Dessa patentskrifter avser emellertid anordningar för bort- tagande av tandsten, massageanordningar, rengöringsanordningar samt vinkelstycken och ger inte mycket vägledning för bearbetning av tänder.

Vibratíonsbearbetning eller vibrationsskärning med an- vändning av pulserande skärkraft i vågform är tidigare känd inom området mekanisk precisionsbearbetning. Som framgår av fig._1, vilken visar funktionsprincipen vid tvådimensionell metallbearbetning, rör sig ett arbetsstycke 100 med skärhastig- heten v. Ett skärverktyg 101 bringas att vibrera i samma riktning som skärrflmnhmæn, vilken visas med pilen 105, med frekvensen f och amplituden a. Om skärhastigheten v väljes på så sätt, att v <2naf får man en pulserande skärkraft med vågform såsom visas vid 106 och 107 i den högra delen av fig. 1. Verktygets 101 skär- egg påbörjar därvid en vibration vid ett utgångsläge 0 och av- 449 296 3 skiljer ett spån 102 under en skärtid tc som hänför sig till en båge EFA. Vid punkten A, där vibrationshastigheten är lika börjar spånet 102 att röra sig bort från verktygets släppningsyta, och efter tiden tg i förhållande till utgångspunkten o börjar verk- tyget åstadkomma ett annat spån 105 samt ett nytt spån 10ü under en skärtid to som hänför sig till en båge BGD. Av detta framgår att skärkraften är effektiv endast under tiden tc, medan den är overksam i övrigt. På detta sätt får man en pulserande skärkraft med vågform som uppträder i följd. Då skärhastigheten v ökas till ett värde, där v=2¶af försvinner den pulserande vågformen och ersättes av en konventionell vågform som innefattar en höghastig- hetsskärkraft med vågform P+p sin mt. Den pulserande skärkraften med vågform kan matematiskt uttryckas på följande sätt: P(t) = gå P + å P *å sin n EE n cos n mt 1 fl IILVJS T Det dynamiska förloppet för en horisontell förskjutning X av ett arbetsstycke, som utsättes för en elastisk svängning då den pulserande skärkraften med vâgform pålägges, analyseras beträffande ett svarvningsförlopp, som visas i fig. 2. En rörelse- ekvation för den horisontella förflyttningen x av ett arbetsstycke 110 kan skrivas på följande sätt: 2 Mg-å + Cå% + Kx = Pt(t) dt där M betecknar arbetsstyckets massa, C betecknar dämpkoefficienten och K betecknar fjäderkonstanten. Detta innebär att 2 MÉ-šJfc%”tí+Kx dt = gå Pb + å Pt nål å sin n %? W cos n wt ....... (1) Den dynamiska förflyttningen X hos arbetsstycket kan därför uttryckas på följande sätt: 449 296 H där 2 1-nzgí m mn = han* “m zn VT n _ Om urbctsstydætn 110 horisontella vinkelegenfrekvens mn är mindre än vinkelegenfrekvensen w för ett skärverktyg 111, dvs mn (= Znfn) << m (=2¶f) får man tc . t ..............(2) Om en pâlagd svängning på verktyget 111 med frekvensen f och amplituden a undertryckes för att medge att arbetsstycket 110 roterar med hög hastighet för åstadkommande av vanliga för- hållanden för höghastighetsskärning kommer skärkraftens vâgform att motsvaras av Pt + pt sin mt. Rörelseekvationen för arbets- styckets horisontella förskjutning x blir därför följande: Mdåx + Cgï + Kx = P dt2 dt t + pt sin mt ...............(5) Om arbetsstyckets horisontella vinkelegenfrekvens mn i ovan angivna ekvation är mindre än skärkraftens vinkelegen- frekvens m, dvs mn (= 2¶fn)<< w (=2nf), får man Pt ”Wïf Det bör observeras att varken ekvationen (2) eller ekvationen (4) innefattar tiden som variabel. Detta innebär att arbetsstycket icke svänger med tiden utan bara förflyttas från utgångspunkten O, vilken representerar rotationscentrum före operationens början, en sträcka som motsvarar den statiska för- flyttningen såsom uttryckt i någon av ekvationerna (2) och (H).

Om man utnyttjar en vanlig skäroperation med låg hastighet reduceras ekvationen (U) till X _ Pt + X(t), och det framgår att ' lf arbetsstycket därvid i stor utsträckning svänger med tiden, vilket försämrar bearbetningsnoggrannheten. Det bör observeras att kravet på höghastighetsoperation beror på att man vill göra arbets- stycket statiskt såsom anges i ekvationen (H). Ett ändamål med uppfinningen är att lägga detta faktum till grund för bearbetning av tänder. Den pulserande skärkraftens vågform användes för genomförande av en bearbetningsoperation, eftersom arbetsstycket 449 296 5 då förflyttas en kort sträcka till det läge som representeras av ekvationen (2), där förflyttningen minskas i förhållande till förflyttningen enligt ekvationen (Ä) med en faktor to 1 N :L , TW? 10 så att man erhåller en statisk effekt.

Ett närmare studium av en motsvarande modell av en bear- betningsoperation med en svarv, såsom visas i fig. 2, avslöjar att en fjäder k och ett dämporgan C motsvarar området med rothinnan mellan käkbenet och tänderna, varvid arbetsstycket 110 motsvarar en tand. Vid genomförande av en skäroperation med hög hastighet genom höghastighetsrotation hos skärverktyget kommer därför tandens förflyttning x, till följd av sambandet enligt ekvationen (Ä), att uppvisa liten svängning, så att smärtan lindras på motsvarande sätt. Detta motsvarar en tandbearbetning med hög hastighet med användning av ett diamantverktyg, vilket f.n. kan uppnå så hög hastighet som 300 000 - 550 000 r/min. En undersökning visar emellertid att den höghastighetseffekt som antydes av ekvationen (H) inte kan uppnås vid bearbetning av en tand om denna teknik användes utan användning av bedövning om inte verk- tyguts varvtal ökas en storleksordning. Vid höghastighetsrotatlon inom detta varvtalsområde får man en hög skärton, och den av friktionen alstrade värmen minskar skärverktygets livslängd. Dess- utom kan skärpan ändras, vilket ger variationer i skärkraftens P storlek. Detta åstadkommer en ojämn förflyttning av tanden, vilket i sin tur ger upphov till smärta. Därför krävs täta justeringar av rotationsnoggrannheten hos de roterande delarna i handstycket eller vinkelstycket eller täta byten av skärverk- tyget, och under vissa förhållanden måste bedövning användas eftersom smärta förekommer. Som framgår av ekvationen (2) blir tandens förflyttning X vid en vibrationsbearbetning däremot följande: 32-1» xaa-JL-K-E ............(5) Även under antagande att bearbetningskraften eller skärkraften Pt är samma under en vanlig höghastighetsbearbetning med samma förhållanden, dvs det område av tanden som bearbetas, matnings- hastighet och utformning av verktyg, som vid användning av vibrationsbearbetning (även om storleken av Pt vid vibrations- bearbetning minskas i praktiken) blir den skenbara bearbetnings~ kraft eller skärkraft som påverkar förflyttningen X hos tanden to Ü? Pt{ % ~ f%Pt)} såsom framgår av ekvationen (5), vilket ger i 449 296 6 en avsevärd minskning av skärkraften jämfört med den vanliga metoden. Man har funnit att vibrationsbearbetning av en tand, där en pulserande skärkraft med vâgform pålägges tanden, vilken utsättes för en elastisk svängning, minskar den upplevda smärtan jämfört med en vanlig höghastighetsbearbetning. På grundval av denna upptäckt visar den ovan angivna japanska patentskriften 296 ÅRS ett förfarande för bearbetning av tänder, vilket för- farande innefattar att ett skärverktyg utsättes för en vridande ultraljudsvibration med frekvensen f och amplituden a samtidigt som verktyget roterar med en skärhastighet V som är mindre än Zvaf. En anordning för vibrationsbearbetning av tänder för genom- förande av detta förfarande kräver emellertid ett fäste med större storlek, vilket förhindrar användning av detta förfarande i prak- tiken. > Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för bearbetning av en tand i huvudsak utan åstadkommande av smärta för patienten.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en tæmkmciteringsanordning som är användbar tillsammans med ett känt skärverktyg för höghastighetsrotation.

Enligt uppfinningen åstadkommes en anordning för vibrations-_ bearbetning av tänder och innefattande ett skärverktyg, som är anordnat att rotera med hög hastighet och har en spets för bearbet- ning av en tand. Anordningen utmärkes enligt uppfinningen av att en tamdææiteringsanordning är anordnad att föras till kontakt med en tand för anfitering av denna, vilken tæmhxciteringsanordning består av ett cylindriskt hölje med en öppning i den främre änden, en akustisk omvandlare i höljet för alstring av vibrationsenergi med förutbestämd frekvens, ett vibrationsöverföringsorgan med en i höljet placerad bakre del, vars ände är förbunden med omvandlaren, och en genom öppningen i höljet utskjutande främre del, vars fria ände är anordnad att föras till kontakt med tanden, bärorgan för infästning av en av den akustiska omvandlaren och överförings- organet bestående vibrator i höljet vid en balanspunkt, samt elektriska organ för matning av energi till den akustiska omvand- laren, vilken har en vibrationsfrekvens som är högre än tandens egen frekvens samtexciterar vibrationsövcrförínguorganet, så att vibrationsamplituden vid dess fria ände är högst 30 um, varjämte vibrationsbearbetningsanordningen uppfyller antingen villkoret, att s < 2¶af, där s är matningshastigheten hos skärverktyget, a är amplituden mätt vid den fria änden av vibratíonsöverförings- 449 296 7 organet, f är vibrationsfrekvensen hos den akustiska omvandlaren och 2¶af är verktygets största vibrationshastíghet, sett i mat- ningsriktningen, eller villkoret, att skärverktygets skärdjup t i tanden är så avpassat mot amplituden a, att t < a. Det är även lämpligt att den akustiska omvandlaren utgöres av en ultraljuds- Hucjllatur som alstrar stor vibratlonucncrgl i ultraljudsomrädet.

I enlighet med uppfinningen åstadkommer den vibrations- energi som tillföres tanden från ultraljudsomvandlaren genom vibrationsöverföringsorganet att dess skenbara fjäderkonstant ökas till ett högt värde, så att tanden fasthålles på ett sätt som motsvarar att den är fixerad i ett fast läge. En bearbetning sker under dessa förhållanden, så att skärverktyget ger en pul- serande skärkraft med vâgform, och tandbehandling kan genomföras utan att utsätta patienten för nämnvärd smärta. Vid genomförande av bearbetning i enlighet med uppfinningen är det lämpligt att vatten med högt tryck sprutas mot tanden och skärverktyget på motsvarande sätt som vid en vanlig bearbetning.

Innan uppfinningen beskrives i detalj göres nedan ett sammandrag av den teoretiska bakgrunden till uppfinningen. Som resultat av grundforskníng beträffande tekniken för lindring av smärta vid bearbetning av tänder har uppfinnaren framgångsrikt åstadkommit en modell för ett smärtöverföringssystem vid bear- betning av en tand med ett skärverktyg, vilken tand är förbunden med käkbenet medelst rothinnan och är uppbyggd av cement, dentin, tandpulpa och emalj. Fig. 3 visar en sådan modell. En tand med massan M är fäst vid ett käkben 1 medelst en fjäder 2 med fjäder- konstanten k och ett dämporgan 3, varvid fjädern och dämporganet motsvarar rothinnan, och tandens massa är omgiven av cement N och emalj 11. Mellan emaljen 11 och dentinet 5 finns tomeska trådar 9 och odontoblaster 8, vilka uppbäres av dentinvätska 10 i dentin- kanaler och vilka stödes av en grupp nervfibrer i tandpulpan medelst en fjäder 6 med fjäderkonstanten k och ett dämporgan 7 med dämp- konstanten c. Statisk eller dynamisk förskjutning av de tomeska trådarna 9 och odontoblasterna 8 åstadkommer en spänning i fjädern 6 i nervfibrerna i tandpulpan. Spänningens storlek kan mätas med en mottagare 13 i nervsystemet, vilken mottagare motsvarar en trådtöjningsgivare. Spänningen kan förstärkas medelst en förstärk- are 15 med frekvensåtergivning och därefter upptecknas på en pappersremsa 17 i en uppteckningsanordning 16. Det anses att höjden av den därvid erhållna vågformen är proportionell mot graden av smärta i tandpulpan. En förflyttning av fjädern k kan vidare mätas medelst en trådtöjningsgivare som motsvarar en grupp 449g29s 8 av nerver i rothinnan, så att man på detta sätt kan bestämma spänningen i fjädern 2. Storleken av denna spänning kan för- stärkas medelst en förstärkare 14 med frekvensåtergivning och upptecknas på pappret 17. Det anses att höjden av den erhållna vägformen är proportionell mot graden av smärta i nervgruppen i rothinnan. Det torde framgå att denna kreativa modell möjliggör igenkänning av mönstret hos den upptecknade vågformen, varvid antages att graden av smärta är proportionell mot vågformens höjd. På detta sätt kan smärtan lindras genom försök att minska höjden hos topparna i den upptecknade vågformen. Då en tand bearbetas med ett skärverktyg 19 kommer rörelsen hos en upp- teckningspenna i uppteckningsanordningen att vara obefintlig, varför den upptecknade vâgformen är linjär, vilket innebär att smärtan är helt eliminerad, under förutsättning att ingen spänning ästadkommes i fjädern 2 i rothinnan eller fjädern 6 i tandpulpan.

Detta motsvarar tandbearbetning då pulpan och alltså fjädern 6 har tagits bort och tanden är fäst vid käkbenet, så att inga ändringar i fjädern 2 kan förekomma.

I allmänhet har en tand som bearbetas olika inflamma~ tioner i rothinnan, vilket innebär att fjädern är spänd till följd av förlängning eller hoptryckning i jämförelse med fjäderläget för en balanserad och spänningsfri, frisk tand. Till följd av detta genomgår den vågform som upptecknas på pappret en periodisk svängning och patienten utsättes för smärtor. En intensiv smärta uppstår som ett resultat av en undersökning som pålägger en mycket liten utvändig kraft. Fixering av tanden med användning av en brygga som monteras mellan närliggande tänder kan innebära kontakt med tanden i fråga, vilket ger upphov till en intensiv smärta. Det är därför tydligt att en minskning av skärkraftens storlek är den första åtgärd som skall övervägas för minskning av smärtorna. Då verktygets skäregg kommer till direkt kontakt med tanden i fråga för att pålägga en kraft på denna i enlighet med Newtons lag kan användningen av den pulserande skärkraften med vågform i enlighet med denna skärteori och teknologi inte minska förflyttningen av tanden eller fjädern 2 till noll även om förflyttningen minskas kraftigt såsom framgår av ekvation (2).

Vid ett fall där fjädern 2 i rothinnan är frisk men fjädern 6 i tandpulpan har olika inflammationer som ger antingen förläng- ning eller förkortning, så att fjädern är spänd, genomgår den på pappret upptecknade vågformen en peroidisk svängning och patienten lider av stickande smärtor. Då en bearbetning påbörjas vid emaljen på tandens yta kommer intensiva smärtor att omedelbart 449 296 9 , kännas i gränsområdet mot dentinet om tanden själv eller fjädern 2 är fast, såsom då tanden är fixerad. Detta kan förklaras som ett resultat av en elastisk förflyttning eller svängning av fjädern 6, vilken åstadkommes av dynamisk förflyttning av de tomeska fibrerna 9, vilka representerar en grupp små massor, som är belägna i dentinvätskan 10, vilken förflyttning ästadkommes av vätskeströmmen och påläggningen av skärkraften, samt av en dynamisk förflyttning av odontoblasterna 8, vilken förflyttning åstadkommas av skärkraften. För att minska den uppstående smärtan torde det framgå av fig. 3 att den elastiska förflyttningen eller svängningen hos fjädern 6 måste göras så liten som möjligt. Efter- som själva ändamålet är att minimera den elastiska förflyttningen eller svängningen hos odontoblasterna 8 och de tomeska fibrerna 9 torde det framgå att användningen av den pulserande skärkraften med vågform i enlighet med ekvationen (2) är det bästa sättet att genomföra bearbetningen. Emellertid är en viss statisk förflyttning av fjädern 6 omöjlig att undvika. Injektion av bedövningsmedel eller användning av lustgas måste tillgripas om smärtorna inte kan uthärdas trots att det bästa sättet att minska skärkraften an- vändes. Med hänvisning till fig. 5 motsvarar användningen av be- dövningsmedel brytning av förbindelsen med förstärkarna 14, 15 i överföringskretsen enligt fig. 3, vilket förhindrar att någon signal kan matas till uppteckningsanordningen 16. Användning av lustgas motsvarar avbrytning av förbindelsen till upptecknings- anordningen 16, vilket åter förhindrar att någon smärtsignal kan upptecknas.

För att bestämma en specifik teknik som ytterligare minskar skärkraften har ett experiment genomförts. Blockformiga prov av keramiska material, innefattande magnesiumoxid (Mohrs hårdhet 6), mullit (Mohrs hårdhet 7), zirkoniumoxid (Mohrs hård- het 8) och alumlníumoxid (Mohrs hårdhet 9) fastlimmades med användning av epoxyharts vid den fria änden av ett amplitudför- stärkande horn, vilket är utsatt för en ultraljudsvíbration med en frekvens av 20 kHz och en amplitud av 8 um. Ett diamantverktyg med en diameter av 1 mm pressas mot provet med en konstant be- lastning av 0,4 N. Genom användning av en kombination av en elektrisk motor och en luftturbin drives verktyget med ett varvtal som varierar mellan 10 000 och 500 000 r/min. Då riktningen för den pålagda belastningen sammanfaller med vibrationsriktningen mätes djupet h i den åstadkomna fördjupningen. Vid aluminiumoxid och en rotationshastighet av 300 000 r/min uppmättes h = 500 um. 449 296 10 Djupet h uppvisar en ökning i proportion till en ökning av varv- talet på verktyget och den pålagda belastningen. Då varvtalet ökas med en faktor av ungefär fyra ökarcfiupet h hos fördjupningen med en faktor av ungefär två, vilket förefaller vara karakte- ristiskt för hårda och spröda material. Om ultraljudsvibrationen hos det keramiska provet undertryckes och diamantverktyget till- lätes att rotera på vanligt sätt får man en grund fördjupning med h = 200 um. Ultraljudsvibrationen hos det keramiska provet åstad- kommer en ökning av djupet hos den åstadkomna fördjupningen med så mycket som 2,5 gånger vad som kan uppnås med vanlig bearbetning utan användning av ultraljudsvibration. Det faktum att arbetsdjupet ökar vid samma pålagda belastning innebär att motståndet mot be- arbetningen minskar. Om man försöker åstadkomma ett sådant resultat endast genom ökning av varvtalet krävs så högt varvtal som 900 000 r/min, vilket icke kan uppnås med luftturbinteknik, vilken ger en övre gräns av storleksordningen 550 000 r/min. Ultraljuds- vibrationen hos det keramiska provstycket förbättrar drastiskt skärpan hos diamantverktyget vid de nu användbara varvtalen. Om samma skärpa skall bíbehållas kan varvtalet sänkas från 300 000 till 10 000 r/min. Eftersom verktygets livslängd är proportionell mot skärhastigheten innebär detta att verktygets livslängd kan ökas. Man finner därför att ultraljudsvibration hos ett hårt och sprött material förbättrar skärverktygets skärpa eller ökar verk- tygets livslängd.

Ett provstycke av elfenben med homogen kvalitet uttsättes för en ultraljudsvibration med en frekvens av 28 kHz och en ampli- tud av 8 um. Ett diamantverktyg med en diameter av 1 mm och roterande med ett varvtal av 30 000 r/min pressas mot provstycket med en belastning av 0,9 N under en bestämd tid. Vid jämförelse med resultat som uppnås med vanlig höghastighetsrotation ökas djupet hos den bildade fördjupningen (H) med en faktor av ungefär 2,5 - 5, men detta beror i någon mån på riktningen hos fibrerna i elfenbensstycket. Oväntade resultat erhålles således såväl vid elfenben som vid keramiska material. På liknande sätt har olika tänder från patienter fastlimmats med hjälp av araldit mot den fria änden av ett horn som utsättes för en längsgående ultraljuds- vibration med en frekvens av 28 kHz och en amplitud av 8 pm. Ett diamantverktyg med en diameter av 1 mm och roterande med ett varv- tal av 300 000 r/min pressas mot varje tand med en konstrant be- lastning av 0,9 N under en förutbestämd tid. Vid jämförelse med vanlig skärteknik utan användning av ultraljudsvibration har man funnit att man får en ökning av djupet hos den åstadkomna för-V 449 296 11 djupníngen på motsvarande sätt som vid keramiska material och elfenben. Användningen av ultraljudsvibration har således ökat djupet med en faktor av ungefär 2 - 6 jämfört med tidigare känd höghastighetsrotation. Detta innebär att motståndet mot skärningen reduceras med en faktor av 2 - 6. Detta kan bero på en minskning av själva tandens mekaniska hållfasthet, exempelvis draghållfast- heten, vilken minskning åstadkommes av belastningar och spänningar till följd av ultraljuds víbrationen, vilket påverkar skärför- hållandena hos ett hårt och sprött material under skärningen eller bearbetningen.

För tillämpning av uppfinningen vid en tand beskrives nedan ett förfarande för att medelst ultraljudsvibration bearbeta tanden, vilken är förbunden med käkbenet genom rothínnan. Tandens egenfrekvens fn beräknas med hänsyn till tandens massa M och ifjäderkonstanten k hos fjädern 2 i rothinnan. Genom mätningar har man funnit att den har ett värde mellan 500 och 2 000 Hz. Tanden emfiteras således för svängning med en högre frekvens än fn. Ett påverkningsorgan 21 bringas att svänga i den med en pil 22 visade riktningen med hög frekvens i ultraljudsområdet och pressas lätt mot tanden såsom visas med pilen A, så att tanden kan utsättas för en ultraljudsvibration med påverkningsorganet 21 frekvens f och med sinusformad vågform med en amplitud nära påverknings- organets amplitud a. Exempelvis kan tandens ultraljudsvibration ha f = 60 kHz och a = N um. Ett diamantverktyg 19 som roterar med hög hastighet föres till ingrepp med tanden i den med en pil 20 visade riktningen och en i huvudsak konstant matningshastighet S, men en viss variation i matningshastigheten är oundviklig till följd av den manuella manövreringen. Genom att välja matnings- hastigheten S och tandens maximala vibrationshastighet 2 vaf, sett i matningsriktningen, på så sätt att S < 2naf och genom att välja skärdjupet t för skärverktyget på så sätt i förhållande till amplituden, att t < a, kan man åstadkomma en bearbetnings- mekanism, där det roterande verktyget växelvis föres till kontakt med tanden och växelvis föres bort från denna, vilket ger en effektiv pulserande skärkraft med vågform. Vid analys av skär- verktygets matningsriktning i form av en vektor i förhållande till riktningen för tandens emfitering framkommer således att den första olikheten gäller då matningsriktningen år parallell med riktningen för tandens exdtering, medan den andra olikheten gäller då mat- ningsriktningen är vinkelrät mot riktningen för tandens æmitering.

På detta sätt kan förflyttningen minskas till %§ -å såsom visas i ekvationen (2), och skärkraften kan på tillförlitligt sätt 449 296 12 minskas med en faktor %§, exempelvis en 1/3 - 1/20, jämfört med skärkraften P som uppstår med vanlig höghastighetsrotation utan användning av uppfinningen.

Det är allmänt känt att då en trådtöjningsgivare är 1 vidhäftande förbunden med ett provstyoke av elastiskt material som utsättes för en vibration med hög frekvens såsom inom ultra- ljudsområdet och en ändring i den spänning som beror på en ändring i moLs,åndet hon trådtöjningsgivaren förstärkas medelst en förstärkare för uppteckning på ett papper för bestämning av frekvens och/eller amplitud hos provstyckets vibration, kan nog- grann indikering eller uppteokning förhindras och indikationen eller uppteckningsresultatet kan bli lägre än vibrationens verk- liga amplitud om förstärkaren, indikatorn eller upptecknings- anordningen har dålig frekvensåtergivning. Detta kan förklaras om man betänker att en amperemätare för växelström med 50 Hz inte kan användas för att ge noggrann bestämning av absolutvärdet hos en högfrekvent ström. Vid användning av en elektromagnetisk oscillograf kommer en uppteckningspenna, om man använder en galvanometer med en egenfrekvens så låg som 500 Hz för uppteckning av en ultraljudström av 20 kHz på ett papper, inte att utföra någon förflyttning som är proportionell mot strömflödet utan kvar- stanna vid en punkt som motsvarar utgångsläget. Ett motsvarande fenomen uppträder också vid det i fig. 3 visade smärtöverförings- systemet. Om en detektor, som motsvarar en trâdtöjningsgivare, användes för avkänning av vibrationer hos en tand, vilken vibrerar med frekvensen 60 kHz och amplituden U um, i kombination med en förstärkare som motsvarar en känselnerv och en uppteckningsan- ordning som motsvarar ett sensorium, vilka båda har dålig frekvens- återgivning, får man liten rörelse hos uppteckningspennan i beroende av tandens vibrationer och pennan är i huvudsak stationär och ger ingen kurva på uppteckningspappret. Detta innebär att om tanden förflyttas statiskt 8 um får man en smärtupplevelse, men om tanden utsättes för en ultraljudsvibration med frekvensen 60 kHz och amplituden Ä um kan den resulterande förflyttningen inte avkännas, vilket innebär att ingen smärta uppstår. Denna effekt motsvarar skenbart den bedövningseffekt som erhålles vid injektion av bedövningsmedel eller användning av lustgas, och effekten benämnes nedan "dynamisk bedövning".

Som tidigare nämnts ligger egenfrekvensen för en tand i området mellan ungefär 300 och 2 000 Hz. Om man antar att frekvensen hos den ultraljudsvíbration som pålägges iïènläghet med uppfinningen är exempelvis 60 kHá kommer tanden att"vibrera 449 296 15 med denna frekvens, vilket innebär att tandens skenbara egen- frekvens ökas under bearbetningen. Det finns ett uttryck mn = /ETÜ där mn är tandens egenfrekvens vid vridning, k är fjäderkonstanten hos rothinnan och M är tandens massa. Om egen- frekvensen hos den tand som skall behandlas är 600 Hz fölier att fjäderkonstanten skenbart har ökats med en faktor 60 000/600 + 100 eller ungefär 10 000. Med andra ord ökas den skenbara fjäder- konstanten hos tanden till ett värde som är ungefär 10 000 gånger större än fjäderkonstanten då vibrationsenergi från en ultraljuds- oscillator inte tillföras. Uttryckt på annat sätt motsvarar den vâgformiga vibrationen, tillämpad vid 'en tand, fixering av tanden i enlighet med den kända bryggmetoden för att möjliggöra att tanden bearbetas medan den hålles stilla. En rundad spets på ett påverkningsorgan som svänger i längdriktningen med frekvensen 60 kHz och amplituden Ä um och ger en uteffekt av 20 W bringas till lätt kontakt mot en tand som skall bearbetas för att bibringa denna en ultraljudsvibration. Ett diamantverktyg med en diameter av 1 mm sättes i rotation med ett varvtal av 300 000 r/min och matas med minskat tryck mot den tand som utsättes för ultraljudsvibration, i huvudsak i skärriktningen. Detta ger en pulserande skärkraft med vågform, vilket minskar skärkraften som ger upphov till dynamisk förflyttning och därigenom smärta, och dessutom minskas skärkraften avsevärt genom användning av de dynamiska egenskaperna i tandvibrationssystemet. På detta sätt påverkas icke formen hos ultraljudssvängnlngen i tanden, vilken åstadkommes av en liten uteffekt med storleksordningen 20 W, utan den vanliga ultraljudsvibrationen bibehålles samtidigt som man ökar den skenbara fjäderkonstanten för att åstadkomma en dynamisk bedövningseffekt. På detta sätt kommer de smärtor, som annars skulle uppstå vid bearbetning av tanden, att drastiskt minskas eller helt elimineras. Det är nödvändigt att dynamisk förflyttning av tanden till följd av skärkraften hållas inom samma storleks- ordning som amplituden hos ultraljudsvibrationen, vilken i detta exempel är U um. För vanliga bearbetningar är amplitudvärden av M - 10 um tillfredsställande. Om skärkraften blir alltför stor. kan ultraljudsvibrationen hos tanden försämras, så att amplituden minskar. Om amplituden minskas till 0 försvinner uppfinningens effekt. I så fall är det nödvändigt att återställa ultraljuds- vibrationen hos tanden genom ökning av uteffekten eller amplituden.

Fig. 1 är en schematisk illustration av principen för skärande vibrationsbearbetning tillämpad vid en tvådimensionell 449 296 114 skäroperation i ett arbetsstycke av metall, fig. 2 visar schematískt en motsvarande modell vid en skärande vibrationsbearbetning medelst en svarv,fig. 3 visar schematiskt en motsvarande modell av skärande vibrationsbearbetning av en tand i enlighet med uppfinningen, och fig. 4, 5 och 6 är schematiska, delvis skurna sidovyer av en tæmkmniteringsanordning enligt olika utförings- former av uppfinningen.

Som framgår av ovanstående beskrivning kan anordningen för vibrationsbearbetning av tänder i enlighet med uppfinningen uppbyggas med användning av ett tandbearbetningsverktyg av känt slag, vilket roterar med hög hastighet, samt en unnemfiterings- anordning enligt uppfinningen. Bearbetningsverktyget eller skär- verktyget är välkänt och kräver därför ingen detaljerad beskrivning.

Därför kommer endast tandexcíteringsanordningen att beskrivas i detalj. I de olika utföringsformer som kommer att beskrivas nedan betecknas motsvarande detaljer med samma hänvisningsbe- teckningar.

Fig. H visar användningen av en i längdriktningen ar- betande ultraljudsvibrator 23 samt ett påverkningsorgan 2ü som är anordnat att utföra en längsgående ultraljudsvibration och har en längd som är avpassad för resonans vid vibratorns 23 frekvens. Vibratorn 23 kan utgöras av en elektrostriktiv eller magnetostriktiv vibrator och kan ha en svängningsfrekvens som är större än 20 kHz, dvs i ultraljudsområdet. Användningen av så hög frekvens gör det möjligt att utforma tamkmciteringsanord- ningen enligt uppfinningen med lägre vikt och mindre storlek.

Päverkningsorganet 2H kan vara utfört som en metallstång eller kan i vissa fall utgöras av en stång av ickemetalliskt material som utsättes för elastisk deformation. Päverkningsorganet 2Ä innefattar en bakre del 24a som är förbunden med vibratorn 23 samt en främre del 2Ub med en fri ände 2Uc. Eftersom den fria änden 2Uc skall föras till kontakt med en tand 25 för att över- föra vibration till denna utan att skada tanden är den fria änden avrundad, så att tandytan icke kan skadas. I vissa fall kan den fria änden ha en krökt yta för ytkontakt med tanden, så att kontakten stabiliseras. Eftersom den fria änden av påverknings- organet icke utsättes för nötning, i motsats till ett skärverk- tyg, finns det ingen anledning att byta ut den, ooh den kan därför framställas i ett stycke med påverkningsorganet Züa. Olika dia- metrar kan_krävas beroende på tillämpningen. Därför kan den främre delen Züb framställas skild från påverkningsorganet 2Äa och kopplas till detta med ett gängförband eller en konisk koppling. Exciterings- 449 296 15 anordningen innefattar vidare ett par anslutningsorgan 26, vilka kan anslutas till utgången från en ultraljudsoscillator. Därefter utför den fria änden av påverkningsorganet 2Äb en ultraljuds- vibration i en riktning som antydes med pilen 27. En hållare eller ett hölje 28 är anordnat vid en vibrationsnod hos påverkningsorganet 2üa. Vibratorn 23 och den bakre delen 24a av påverkningsorganet 24 är anordnade inuti höljet 28, och den främre delen 2üb skjuter ut framåt genom en öppning 28a i höljet 28. Då höljet hålles i handen kan den fria änden 2Hc av påverkningsorganet 2N lätt tryckas mot tanden 25, såsom antydes med pilen 29, för att åstad- komma en vibration hos tanden, vilken därefter utsättes för en bearbetning eller en skäroperation medelst ett skärverktyg 31, vilket kan utgöras av en díamantslipskiva, som roterar med hög hastighet såsom antydes med pilen 30.

Om framsidan av tanden 25 är täckt av en metallkrona kan det vara nödvändigt att föra påverkningsorganet 2ü till kontakt mot tandens bakre yta, som inte täckes av kronan, eftersom före- komsten av en metallkrona kan försämra överföringen av vibrationen.

Fig. 5 visar en anordning som kan användas i ett sådant fall. Denna innefattar en i längdriktningen arbetande ultraljudvibrator 23, ett i längdriktningen vibrerande horn 32 med en längd som ger resonans vid vibratorns 23 frekvens samt ett päverkningsorgan 33 som är utformat för böjningsresonans och är fäst vid den fria änden av hornet 32 vid en antinod hos detta. Vid den fria änden av påverkningsorganet 33, vilken motsvarar en antinod, finns ett utsprånå 35a, vilket är avrundat på samma sätt som den fria änden av påverkningsorganet 2H enligt fig. H. Utsprånget 33a utför en ultraljudsvibration i den riktning som antydes med pilen 27. På- verkningsorganet pressas mot en tand såsom visas med pilen 29 för att åstadkomma en vibration i tanden 25 medan denna utsättes för en bearbetning medelst ett skärverktyg som roterar med hög hastig- het. Som visas innefattar hornet 32 en bakre del 32a, vars ände är förbunden med vibratorn 23, och en främre del 32b, vid vars ände påverkningsorganet 33 är fäst.

Fig. 6 visar en tækæxoiteringsanordning som innefattar en i längdriktningen arbetande vibrator och ett krökt påverknings- organ 3U för ökning av amplituden. Påverkningsorganet 3H har en spets 3üa som är anordnad att vibrera i den riktning som visas med pilen 27. Då spetsen lätt pressas mot tanden 25 såsom antydes med pilen 29 för att åstadkomma vibration i tanden kan denna bearbetas med ett skärverktyg som roterar med hög hastighet. 449 296 16 Om endast rotation med hög hastighet utnyttjas, såsom är fallet vid användning av en vanlig luftturbin, ger varje minskning av verktygets skärpa upphov till obehag och smärtor. Detta bestämmer verktygets livslängd, vilket innebär att verktyget ofta måste bytas. Med användning av föreliggande uppfinning ökas emellertid verktygets livslängd med en faktor av 3 - 10. Dä den pulserande skärkraften med vågform användes får den alstrade värmen vid bearbetningen också ett pulserande förlopp, och en frekvensåter- givning uppträder i värmeöverföringssystemet på liknande sätt som frekvensåtergivningen iett dynamiskt system, vilket drastiskt minskar smärtan till följd av den alstrade värmen. Med hjälp av uppfinningen kan tänder som tidigare måste behandlas under bedöv- ning bearbetas utan användande av bedövning och utan åstadkommande av smärta, obehag eller skräck. Detta är speciellt betydelsefullt då användningen av bedövning måste undvikas med hänsyn till risken för läkemedelschock. En annan fördel är en avsevärd minskning av det ljud som alstras vid bearbetningen, vilket har en psykologisk effekt.

Uppfinningens effekter kan beskrivas med särskilda resul- tat: 1) En kavitet kan utformas på lämpligaste sätt i enlighet med uppfinningen när det gäller en patient som lider av sjukligt stegrad retbarhet i tanden och känner smärta då tanden vidröres. 2) Uppfinningen kan tillämpas vid en tand med karies av tredje graden med smärtförnimmelser vid vidröring, varvid den övre delen av pulpan kan bearbetas utan smärta. 3) Behandling kan ske utan bedövning vid tänder med akut purulent inflammation av rothinnan, kronisk sårig inflammation i tandpulpan, nekros i tandpulpan, delvis akut varig inflammation i tandpulpan etc.

Som framgår av den i fig. 3 visade modellen kan fjädrarna 2 och 6, förutom den avsiktligt pålagda skärkraften, utsättas för förlängning eller förkortning av olika anledningar, exempelvis av inflammation i omgivande område, som ger förlängning av fjädrarna.

Då spänningar åstadkommas på detta sätt och ger stickande smärtor kan påverkningsorganet enligt uppfinningen anbringas mot tanden i fråga, varefter en ultraljudsvibration pålägges med en amplitud som motsvarar spänningarnas storlek, så att smärtorna lindras.

Uppfinningen har ovan beskrivits i samband med användning av ultraljudvibrationer med en frekvens av åtminstone 20 kHz, vilket ligger i ultraljudsområdet, men uppfinningen kan även tillämpas med motsvarande resultat med användning av högfrekvens f.

Claims (5)

449 296 1? - som är åtminstone tre gånger tandens egen frekvens. PATENTKRAV

1. Anordning för vibrationsbearbetning av tänder och inne- fattande ett skärverktyg, som äranordnat att rotera med hög hastig- hut och har en spets för bearbetning av en tand, k ä n n e- t e c k n a d a v att en tandexciteringsanordning är anordnad att föras till kontakt med en tand för excitering av denna, vilken tandexciteringsanordning består av ett cylindriskt hölje (28) med en öppning (28a) i den främre änden, en akustisk omvand- lare (23) i höljet för alstring av vibrationsenergi med förut- _ bestämd frekvens ett vibrationsöverföringsorgan (2H) med en i höljet placerad bakre del (2üa), vars ände är förbunden med om- vandlaren, och en genom öppningen i höljet utskjutande främre del (2Äb), vars fria ände är anordnad att föras till kontakt med tanden, bärorgan för infästning av en av den akustiska omvandlaren (23) och överföringsorganet (EH) bestående vibrator i höljet (28) vid en balanspunkt, samt elektriska organ (26) för matning av energi till den akustiska omvandlaren (23), vilken har en vibra- tionsfrekvens som är högre än tandens egenfrekvens samt exciterar vibrationsöverföringsorganet (QÄ), så att vibrationsamplitudxlvid dess fria ände är högst 30 um, varjämte vibrationsbearbetningsan- ordningen uppfyller antingen villkoret, att s < Zvaf, där s är matningshastigheten hos skärverktyget, a är amplituden mätt vid den fria änden av vibrationsöverföringsorganet, f är vibrations- frekvensen hos den akustiska omvandlaren och 2¶af är tandens största vibrationshastighet, sett i matningsriktningen, eller vill- koret, att skärverktygets skärdjup t i tanden är så avpassat mot amplituden a, att t < a.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att den akustiska omvandlaren (23) utgöres av en ultraljuds- oscillator.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d a v att ultraljudsoscilïatorn (23) har en vibrationsfrekvens inom området 20-- 100 kHz.

M. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skärverktygets matningsriktning är inriktad i förhållande till en komponent av tandens excitering, varvid olikheten s < 2¶af är uppfylld. 449 2% 18

5. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att skärverktygets matníngsriktning är vinkelrät mot riktningen för tandens excitering, varvid olikheten t < a är uppfylld.